Горная наука. 
Вклад М.В. Ломоносова в горное дело и металлургию

Горная промышленность — совокупность отраслей производства, занимающихся разведкой и добычей (горнодобывающая промышленность) полезных ископаемых, а также их первичной обработкой и получением полуфабриката (горнообрабатывающая промышленность).

Развитие горной промышленности и размещение её отраслей обусловлены как природными (наличие в недрах достаточных ресурсов полезных ископаемых нужного качества), так и социально-экономическими факторами. Отрасли горной промышленности начали складываться в 16−18 вв. на базе разложения средневекового ремесла, превращения горняков-ремесленников в наёмных рабочих и возникновения горных и горно-металлургических мануфактур.

Горное дело берет свое начало еще в эпоху палеолита, когда древние люди обратили свой взор не на звезды, а себе под ноги и увидели, что земля может им дать то, с чем гораздо легче будет охотиться, разделывать пойманную добычу и защищаться от врагов. Уже в эпоху неолита появились первые подобия рудников для добычи меди. В V-II тысячелетии до н.э. добыча меди получает большое распространение. К концу II тысячелетия до н.э. на западном Алтае выплавлялось 3−5 тонн бронзы в год. Со II по I тысячелетие до н.э. происходит переход к железному веку. Резкий скачок в развитии горное дело получило в античный период.

До IX века не было разделения между добычей железной руды и производством деталей из железа. В IX—X вв.еке выделилось кузнечное дело.

В 1700 году, лишь при Петре I, в связи с изданием им Приказа рудокопных дел, в функции которого входили добыча руд, выплавка металлов, строительство рудников, поиски руд — «рудосыскное дело», составление инструкций по розыску минералов и подготовка «сведущих людей», в России было заложено государственное управление горном делом. По меткому замечанию М. В. Ломоносова, благодаря «просвещению Петрову» были «отверсты внутренности гор». В этот период на Южном Урале горным делом и горнозаводским предпринимательством занимались представители купечества, тульских оружейников, местных рудознатцев и рудопромышленников, столичных аристократов и местных дворян.

Острая нехватка топлива привела к началу разработки горючих полезных ископаемых. В 1723 г. экспедиция Г. Г. Капустина открыла первые залежи каменного угля — в Донбассе. С 40-х годов стали добывать уголь на востоке Донбасса, торф на Неве, в Смоленской губернии и в Мещере. С 1771—1789 гг. разрабатывались угольные месторождения Кузбасса. Полукустарная добыча нефти (путем вычерпывания из колодцев) производилась на Ухте. Богатые залежи угля были открыты в районе Тулы, Канско-Ачинском бассейне, Черемхове, на Подкаменной Тунгуске и на Сахалине, но к их разработке приступили только на последующих этапах. В XVIII в. уголь вначале использовался в небольших масштабах для солеварен, мелких кузниц и только со временем начал широко применяться как основное энергетическое сырье в металлургии.

В Центральном районе новые месторождения железных руд были вовлечены в эксплуатацию около Брянска, Орла и на западе Белоруссии.

Во второй половине века были открыты железорудные залежи КМА и Кривого Рога, освоение которых началось лишь в XIX-ХХ вв. Крупное месторождение рассолов поваренной соли на оз. Баскунчак было обнаружено в 1768 г.

В Олонецком крае добывали медь, свинец, серебро. Жильное золото было в 1737 г. открыто и с 1742 г. разрабатывалось на Воицком руднике у Выгозера. Новый горнопромышленный район наметился на Северном Кавказе, где помимо известных и вновь открытых месторождений серебра на Тереке нашли медные руды на р. Куме и проявления нефти в низовьях Кубани.

Но самые важные для России открытия были сделаны в XVIII в. на Урале, который благодаря усилиям, в первую очередь, династии промышленников Демидовых превратился в главный рудный центр страны. Вслед за залежами магнитного железняка, обнаруженными в 1696 г. в Верхнетурском уезде, были разведаны богатейшие месторождения г. Высокой у Нижнего Тагила, г. Благодать у Кушвы, г. Магнитной, а также в районах Качканара и Бакала. Большинство из них эксплуатируется с XVIII в. до настоящего времени. Первым металлургическим заводом, работающим на магнитных железняках, стал Невьянский, построенный в 1701 г. и в следующем году переданный царским указом в «постоянное пользование» Никите Демидову. Его сын Акинфий основал на Урале в первой половине XVIII в. 17 новых металлургических заводов. На базе бакальских руд в 1757—1762 гг. возникли Златоустовский, Усть-Катавский и другие заводы. На этом же этапе были открыты и начали разрабатываться месторождения серебра и меди в Оренбуржье. Медь добывалась также в Башкирии (медистые песчаники), на Южном Урале около Миасса, на Северном Урале в бассейне р. Вишеры. Среди других полезных ископаемых отметим добычу золота на Березовском месторождении в районе Екатеринбурга и в верховьях Сосьвы, известняков на Среднем Урале и около Оренбурга. В открытии этих месторождений, как и многих других на Урале, в Сибири и на Дальнем Востоке большую роль сыграли экспедиции ученых Российской Академии наук. Так, — П. С. Паллас, российский геолог и ботаник, в 1768—1774 гг. проводил маршрутные исследования в различных частях Российской Империи, в том числе на Урале. Результатом этих исследований является демонстрируемая первая карта выходов горных пород и полезных ископаемых Среднего Урала из 2-го тома его путешествий. На ней можно видеть достаточно высокую степень изученности и освоенности минеральных ресурсов этого региона во второй половине XVIII в. Заметное влияние на развитие поисковых и горных работ в России оказал труд М. В. Ломоносова «Первые основания металлургии или рудных дел» с приложением трактата «О слоях земных», изданный в 1763 г. В нем впервые говорилось о поисковых признаках полезных минералов и их спутниках.

Новый горнодобывающий район возник на юге Западной Сибири. Здесь на Рудном Алтае, Салаирском кряже и Кузнецком Алатау были обнаружены крупные полиметаллические месторождения с рудами меди, свинца, цинка, серебра. Демидовыми в 1725 г. началась разработка Колыванского месторождения. В 1739 г. вошли в строй Барнаульский и Шульбинский медеплавильные заводы Демидовых. В 1794 г. слесарный ученик Г. Зырянов открыл названное его именем богатое месторождение серебряно-свинцовых руд с золотом у теперешнего г. Зыряновска в Восточном Казахстане. При Колыванском горном заводе была организована гранильная фабрика для обработки цветных камней Алтая.

Итак, можно констатировать, что к концу XVIII в. Россия, благодаря энергичной протекционистской политике ее правителей, превратилась в одну из ведущих горнодобывающих держав мира. Она была обеспечена почти всеми видами минерального сырья, необходимыми для нужд населения и развития собственной промышленности. Крупные добычные и металлургические центры сложились в европейской части страны и на Урале, закладывались на юге Сибири и в Забайкалье. В широких масштабах началась — добыча каменного и бурого угля, торфа, росло валютное обеспечение государства. Вместе с тем обширные территории на большей части Украины и Белоруссии, в центре и на севере Сибири, на Дальнем Востоке оставались практически не обследованными. Неоценимый вклад в развитие горного дела сделал Ломоносов.

В работе «О слоях земных» (1763) Ломоносов выдвинул догадку об эволюции растительного и животного мира и указал на необходимость изучения причин изменения природы. Ломоносов считал, что торф, почва, каменный уголь, нефть, янтарь возникают из ныне не существующих живых существ, а это значит, что живая природа меняется. Это эволюционное заключение было революционным для российской науки.

Ломоносов жил в такую эпоху, когда быть атеистом было практически невозможно. И, естественно, он был религиозным человеком. Однако великолепная эрудиция, здравый смысл исследователя и огромный экспериментальный опыт сделали из него естественнонаучного материалиста.

В мировоззрении Ломоносова сочетаются естественнонаучный материализм и деизм. Рациональное обоснование атомистических представлений, по мнению Ломоносова, не противоречит религиозной вере, ибо «метод философствования, опирающийся на атомы», не отвергает Бога-творца, «всемогущего двигателя». Нет никаких других начал, «которые могли бы яснее и полнее объяснить сущность материи и всеобщего движения». Отводя в познании большое место опыту, Ломоносов в то же время полагал, что лишь соединение эмпирических методов с теоретическими обобщениями может привести к истине.

При обучении в Саксонии Ломоносов неоднократно вступал в конфликт со своим учителем, нередко в грубой форме, что в конечном итоге привело к разрыву между учителем и учеником. Тем не менее, несмотря на все конфликты, господин Генкель признавал таланты Ломоносова, отмечая, между прочим, следующее: «Господин Ломоносов, довольно хорошо усвоивший себе теоретически и практически химию, преимущественно металлургическую, а в особенности пробирное дело, равно как и маркшейдерское искусство, распознавание руд, рудных жил, земель, камней и вод, способен основательно преподавать механику, в которой он, по отзывам знатоков, очень сведущ». В Россию ученый вернулся в 1741 году и сразу же приступил к работе. Полученные знания Ломоносов использовал при написании основных трудов в области геологии и горного дела.

Среди трудов ученого в области горного дела, геологии и металлургии можно выделить следующие: «Каталог камней и окаменелостей Минерального кабинета Кунсткамеры Академии наук» (1741), «Первые основания горной науки» (1742), «О вольном движении воздуха, в рудниках примеченном» (1745), доклад «Слово о рождении металлов от трясения земли» (1757), «О слоях земных» (1759), «Первые основания металлургии, или рудных дел» (1763), «Известие о сочиняемой Российской Минералогии» (1763), «Общая система Российской Минералогии» (1763).

В области геологии Ломоносов развил передовые идеи в таких разделах и направлениях, как стратиграфия, палеонтология, седиментология, метаморфизм, сейсмология, тектогенез, вулканизм, петрография, минералогия, кристаллография, магматизм, пробирный анализ, гравиметрия и др. Известны восторженные отзывы российских ученых о работах Ломоносова в области геологии и минералогии, включая оценки таких известных ученых, как Крыжановский В. И., Вернадский В. И., Павловский Б. В. и др.

В свое время Ломоносов сетовал: «…и по сие время лучшие минералогические системы ни за что иное быть почтены не достойны, как за описание приватных минеральных собраний, расположенных людьми, весьма смутное знание в физике и в математике имеющими». Ученый попытался исправить эту ошибку, в своих трудах при классификации горных пород и минералов достаточно точно учитывая их физические и химические свойства. Минералогический каталог, составленный Ломоносовым для Кунсткамеры, включил в себя несколько сотен минералов. При работе над каталогом Ломоносов ввел в оборот ряд новых географических, горных и геологических терминов, а также унифицировал название ряда минералов.

Открытая по инициативе Ломоносова в 1748 году химическая лаборатория позволила повысить уровень российской минералогии, в том числе способствовала исследованию кристаллических свойств горных пород. В химической лаборатории ученый, безусловно, учитывал опыт, полученный при обучении у профессора Генкеля. Однако Ломоносов существенно развил минералогию как научное направление, в том числе доказав кристалличность меди, золота и других минералов, указывая на закономерности, связанные с внешней формой кристаллов.

По многим позициям взгляды Ломоносова носили передовой характер. Интересно, что еще за несколько веков до возникновения теории тектогенеза Ломоносов совершенно правильно видел природу формирования структуры земной коры и рельефа местности. В частности, о горообразовании ученый писал: «…Главные горы родятся двумя образами, возвышением от внутренней подземной силы и опущением верхних слоев в полости, оставленные от выжженной материи…».

Ломоносов, как великий гуманист, придавал особое значение условиям труда, обеспечению безопасности рабочих.

Создавая свое произведение в тот жестокий феодально-крепостнический век, он выступил поборником внедрения техники охраны труда.

В разделе «Рудокопные инструменты» он описал платья горняков, выдвинув как непременное условие следующую мысль: одежда рабочего должна соответствовать условиям труда. Он писал о том, какими должны быть рукава, чтобы «мокрота и грязь не проходила». Также писал он о необходимости таких головных уборов, чтобы «земля и грязь в волосы не вбивалась».

Описывая устройства шахт, Ломоносов считал необходимым принять меры, чтобы люди не могли «упасть в толь глубокую яму», чтобы рабочие имели защищенное от непогоды место, где могли бы отдохнуть при выходе из устья шахты. Описывая устройство лестниц в шахтах, он настаивал на устройстве у верхнего конца каждой лестницы «маленьких лавочек, чтобы работник выходящей отдохнуть мог».

Ломоносов уделил особенное внимание разработке системы мер для борьбы с вредными для здоровья рабочих условиями производства.

Достаточно много работ ученый посвятил изучению углеводородов и их генезису. Ломоносов доказал органическое происхождение нефти, торфов и угля. Рассматривая процесс углефикации, достаточно определенно указывал не только на органическое происхождение угля, но и на сам процесс метаморфизма от торфов до каменных углей: «…Горные уголья с турфом сродны, и что, конечно, они из турфа родились; и промышляют их для такой же потребы». От внимания ученого не ушли и такие вопросы в области геологии углей, как мацеральный состав, качественные характеристики, генезис, условия залегания, пиролиз и др.

Как и в других областях, в горном ремесле Ломоносов также продемонстрировал настоящую универсальность, область его интересов и вклад касаются следующих направлений горной науки: шахтная аэрология, промышленная безопасность, маркшейдерия, геомеханика, крепление выработок, управление горным давлением, горные машины и оборудование, водоотлив, вентиляция и др.

Труды Ломоносова по горному делу достаточно лаконично, но вместе с тем обстоятельно рассматривают все процессы, связанные со строительством и эксплуатацией горного производства. Своей задачей ученый видел создание руководства по недропользованию. Так, в посвящении к своей работе «Первые основы металлургии и рудных дел» Ломоносов пишет следующее: «Краткое сие наставление о рудных делах… издать в свет для того принял дерзновение, дабы верные ваши подданные, оного сиянием озаряемы и предводимы, вяще и вяще вникнули разумом и рачением в земные недра к большому приращению государственной пользы…».

С поставленной задачей Ломоносов справился достаточно успешно, а изданные им работы стали одними из первых в России обобщениями международной практики в области горного дела, надолго став настольной книгой для людей горного ремесла.

Во времена Ломоносова многие ученые еще не понимали значения встречающихся в земле окаменелостей — остатков животных и растительных организмов. Михаил Васильевич утверждал, что остатки вымерших животных встречаются там, где жили эти животные. Если окаменелые морские раковины встречаются на суше, то, значит, эта суша была некогда дном моря. Ломоносов первый понял, что животные и растения далеких геологических эпох не только сохранились в виде отдельных окаменелых остатков, но и участвовали в образовании некоторых слоев земли, например пластов каменного угля. Он правильно объяснял образование чернозема, связывая его с накоплением в почве перегноя — остатков отмерших, разлагающихся растительных и животных организмов. Эта мысль Ломоносова в XIX веке получила развитие и подтверждение в исследованиях чернозема В. В. Докучаевым, основавшим новую науку — почвоведение.

В то время ученые считали каменный уголь горной породой, пропитавшейся каким-то «угольным соком». Такого мнения придерживались некоторые геологи даже в начале XIX веке. Между тем еще в XVIII веке Ломоносов доказывал, что ископаемый уголь, подобно торфу, образовался из растительных остатков, покрытых впоследствии пластами горных пород. Необходимо отметить, что Михаил Ломоносов первый указал на образование нефти из остатков организмов. Эта мысль получила подтверждение и признание только в XX веке.

Через канцелярию Академии наук Ломоносов обращался также и к горнопромышленникам с просьбой присылать ему образцы руд. Некоторые из горнопромышленников тотчас же стали собирать коллекции минералов и руд на своих участках и отправлять их в Петербург.

Но и здесь ученый не остановился на простом обобщении ранее накопленного опыта, развив многие идеи и изложив их в доступной форме, сформировал достаточно точный и однозначный терминологический словарь. Ученый внес существенный вклад в методологию подземной ориентирно-соединительной съемки и ряд других вопросов маркшейдерии и горной геометрии. В своей работе «О вольном движении воздуха, в рудниках примеченном» при рассмотрении шахтной аэрологии Ломоносов применил законы гидростатики, а также рассмотрел расположение вентиляционных выработок. Большое внимание в своих работах ученый уделял формированию комфортного микроклимата горных выработок, а также обеспечению безопасных условий труда горняков.

Не обошел стороной Ломоносов и вопросы переработки полезных ископаемых, приведя подробное описание различных металлургических процессов, включая доменное производство. Ломоносов впервые рассмотрел возможность применения гидрометаллургии для извлечения полезных компонентов, а также рассмотрел различные вопросы применения химических реагентов при обогащении руд и извлечении металлов.

Но не менее важен вклад ученого в становление горного образования и науки в России. Ломоносов говорит о необходимости развития российской науки и образования, в том числе «для Сибири, горных дел, фабрик…».

Ломоносов известен многочисленными столкновениями со своими оппонентами по вопросам защиты и отстаивания интересов российских ученых и естествоиспытателей. Его совершенно трудно заподозрить в предвзятом отношении к иностранной учености, он многократно восхищался европейскими учеными, действительно внесшими вклад в науку своими талантами, многих из которых он считал своими учителями. При оценке позиции Ломоносова не стоит также забывать про его обучение в Германии и жену немецкого происхождения. Однако он сталкивался с очевидной ситуацией засилья в России бесталанной и апатичной к ее потребностям академической среды, сформированной из людей, не нашедших применения на родине.

В своем знаменитом столкновении на заседании Академии наук ученый открыто выступает против засилья иностранцев, при этом, как правило, малокомпетентных и склонных к растратам, одним только своим иноземством ценность и представлявших. На ученого поступали многочисленные «ябеды», в которых отмечалось, что он «поносил профессоров отборной руганью, называл их ворами и такими словами, что и писать стыдно, и делал против них руками знаки самым подлым и бесстыдным образом…». Да, это соответствовало характеру Ломоносова, он был резок в своих оценках, таков был темперамент ученого, и того требовала сложившаяся ситуация. Обращаясь к иностранным членам академии, он говорит: «Как поживаете на российские харчишки?», «От вашей иноземной нечисти государству Российскому больше разорения, чем пользы… Доколе Россию будут грабить у русских же на глазах?», а также пишет в своих записках: «Я думаю, что можно науке поверить лучше двум россиянам, мне и г. Котельникову: довольно и так иноземцы русскому юношеству недоброхотством в происхождении препятствовали».

Как говорил Петр I, перед которым Ломоносов открыто преклонялся, даже посвятив ему свое знаменитое мозаичное панно (Полтавская битва): «Нам нужна Европа на несколько десятков лет, а потом мы к ней должны повернуться задом».