Обычно молния ударяет в храмы, башни, колокольни, деревья и другие высокие предметы. Так как культовые сооружения в старину, как правило, были выше других строений, то они чаще всего и поражались молнией. Особенно много их пострадало до появления громоотвода. И примеров этому в литературе описано великое множество. Вот некоторые из них.
За одну только ночь, 14 апреля 1718 года, во время сильной грозы над побережьем Бретани было повреждено 24 церковных шпиля. В 1774 году пронесшаяся над Лондоном гроза нанесла значительный ущерб собору Святого Петра, подожгла корабль на рейде, два дома и разрушила обелиск в Сент-Джордж-Филдэ. 11 января 1815 года в районе между Северным морем и Рейнской областью от молнии сильно пострадали двенадцать церковных шпилей.
Широко распространено мнение, что молния никогда не ударяет дважды в одно и то же место. Но, как свидетельствуют документы, это не так. Возьмем колокольню собора Святого Марка в Венеции. Возвышаясь над местностью более чем на сто метров, она, будучи сперва деревянной, в 1388 году была сильно повреждена ударом молнии. В 1417 году во время грозы колокольня почти полностью сгорела. В 1489 году опять горела от молнии, а в 1548, 1565 и 1633 годах получила сильные повреждения. В 1745 году после удара молнии она была разрушена до основания. После реставрации колокольня снова подвергалась серьезным разрушениям в 1761 и 1762 годах…
Южная и средняя части Западной Европы — области грозовые. Но и в России страшные грозы — не редкость. Из составленной в 1539—1542 годах Никоновской летописи известно, что «в лето 6958 от сотворения мира…», то есть в 1450 году по нашему летосчислению, «… августа 5 бысть туча велика на Москве и гром страшен, и прорази церковь каменну соборную Архангела Михаилам.
Окраинные города в допетровской Руси строились в основном из дерева и поэтому загорание одного какого-либо строения часто служило причиной уничтожения пожаром всего поселения,
В своде архивных материалов под названием «Пермская летопись», опубликованном в 1880-х годах историком и краеведом В. Н. Шишонко, содержатся краткие сведения о выгорании уральских городов во время гроз: в 1557 году «в Соликамске был пожар от молнии, который, начавшись от летней Троицкой церкви, все постройки истребил», в 1614 году «Верхотурье выгорело от молнии», в 1645 году «Пыскорская обитель от пожара, происшедшего от молнии, дотла сгорела», в 1681 году «в Абалацком селе сгорели от молнии две деревянные церкви».
С глубокой древности считалось, что молния — это проявление гнева божьего, от которого единственным спасением была только молитва. Грозовые явления были загадочны и непонятны. Ученые не могли объяснить причины возникновения и протекания гроз, не имея никакого представления об их природе.
Но и в древние века в некоторых высоко цивилизованных по тем временам странах Средиземноморья имелись своеобразные средства защиты от разрушительного действия молний.
В книге И. С. Стеколышкова «Физика молнии и грозозащита» (1943 год) сообщается о том, что при археологических раскопках в Египте на стенах разрушенных храмов были обнаружены древние надписи, из которых видно, что 40-метровые (в переводе на метрические меры) мачты, заостренные сверху и позолоченные по приказанию фараона Рамсеса III (1198—1167 годы до нашей эры) устраняли грозы.
А из одной надписи прямо явствует, что установленные вокруг храма бога Солнца Гора в городе Эдфу мачты служили для защиты от небесного огня. Храм Гора воздвигнут был в 237—57 годах до нашей эры и является замечательным памятником древнеегипетского зодчества.
В двенадцатой книге «Талмуда», памятника древнееврейской религиозной и правовой литературы (III век до нашей эры — V век нашей эры) упоминается о попытках защиты от грозы жилых палаток:
«Кто между шалашами (палатками) ставит железы, тот поступает против запрещения подражать язычникам; для охраны перед громом и молнией делать это разрешается».
Прошли столетия. И, как это часто бывает, многие достижения древних цивилизаций, в том числе и способы грозозащиты, были забыты. Да это и не удивительно: духовенство не было заинтересовано в разгадке тайн природы и рассматривало гром и молнию как наказание божие, с которым надо смиряться, а отнюдь не бороться.
Однако люди всегда пытались защититься от разрушительного действия молний. В некоторых. местностях Европы в случае приближения грозы сельские жители зажигали кучи соломы, располагая их на некотором удалении друг от друга. Считалось, что пламя костров является лучшим средством предупреждения грозы и делает ее менее опасной. Дым от костров или от печных труб якобы притягивал к себе молнию. Считалось, что теплый воздух да еще и с частицами сажи, подымаясь вверх в виде столба, хорошо принимает на себя удар молнии.
Отгоняли грозу и… колокольным звоном. Но часто от ударов молнии погибали звонари. В 1784 году в Мюнхене вышла небольшая книжечка под названием «Доказательство того, что звонить в колокола во время грозы более опасно, чем полезно». В ней приводились такие данные: за 33 года молния поразила 386 церковных колоколен, убив при этом 103 звонарей. Именно из-за этого парижское законодательное собрание в 1786 году запретило звонить в колокола во время грозы.
Некоторые высокие сооружения в Европе были, однако, устроены таким образом, что оставались невредимыми во время гроз, хотя окрестные здания неизменно страдали от них. Так, Женевский собор, построенный в XV веке и являвшийся самым высоким в городе, ни разу за все время существования не поражался молнией, а колокольня церкви Святой Жервезы, намного меньшая по высоте, неоднократно испытывала значительные разрушения. Обследование собора показало, что деревянная башня его была вся обшита листами жести, которые соединялись с землей и металлическими частями здания.
Старая деревянная церковь Святого Павла в Лондоне со времени постройки дважды подвергалась ударам молний. В июне 1561 года во время грозы загорелся шпиль, он был уничтожен огнем. На месте деревянной церкви архитектор Рен в 1675 — 1710 годах отстроил новый собор (так называемый «шедевр Репа»), который в дальнейшем ни разу серьезно не повреждался молнией. Дело в том, что собор был покрыт металлической крышей, имеющей по стенам соединение с землей.
Почему некоторые высокие здания часто страдали от молний, а другие — нет? Никто не мог найти этому правильное научное объяснение, пока люди не открыли явление электричества.
В январе 1746 года Питер ван Мушенброк из Лейдена изобрел электрический конденсатор — знаменитую лейденскую банку, в которой можно было накапливать и некоторое время сохранять электрические заряды.
Житель американского города Филадельфди Бенджамин Франклин обратил внимание на большое сходство между электрическими искрами и грозовыми разрядами и установил общие их свойства. Называя электрический разряд электрической жидкостью, он писал, что последняя «… притягивается острием. Мы не знаем, обладает ли тем же свойством молния. Но, если все остальные свойства молнии и электрической искры, которые нам удалось сравнить, совпадают, почему бы не предположить, что совпадает и это? Поставим же опыт».
И опыт был поставлен. Правда, не Франклином, а его единомышленником — французским физиком Далибаром. Опыт был проведен очень просто, но результаты его оказались ошеломляющими.
Франклин в июне 1752 года провел свой опыт и убедился, что его идея заряженнести грозовых облаков электричеством блестяще подтвердилась. От этого открытия недалеко было и до претворения в жизнь идеи громоотвода.
К осени 1752 года на крыше своего дома в Филадельфии Франклин установил заземленный металлический стержень. Этот громоотвод был испытан при первой весенней грозе 12 апреля 1753 года и блестяще подтвердил свое предназначение.
После 1752 года грозозащитные приспособления начали устанавливать во многих городах Америки. Количество разрушений и пожаров от ударов молнии резко уменьшилось. Признали «франклиновский стержень» англичане, установив в 1760 году громоотвод на деревянном Эддинстонском маяке, затем молниезащитные приспособления были установлены и на многих английских общественных зданиях.
Во Франции впервые громоотвод был поставлен в 1773 году на здании Дижонской Академии наук.
О великом открытии Франклина узнали и в Российской империи. Об этом русским читателям сообщили «Санкт-Петербургские ведомости» в 1752 году. Первый же в России громоотвод был устроен на Петропавловском соборе в 1786 году.
Но история полна неожиданностей. И Россия, где величайшее открытие века — громоотвод — официально было применено намного позднее, чем в европейских странах, оказалось, опередила их в этом отношении…
Невьянский железоделательный завод возник на рубеже двух веков и выплавил первый чугун 15 декабря 1701 года. Завод строился казной и был сперва предприятием государственным. Затем он был передан тульскому оружейных и железных дел мастеру Никите Демидову. Начав восстановление и расширение завода, Никита Демидов вскоре передал бразды правления старшему сыну Акинфию, который и стал руководителем Невьянского завода на многие годы.
На Невьянском заводе работало 420 опытных специалистов — молотовых, доменных, дощатых мастеров, подмастерьев, кузнецов и других рабочих. Через два десятилетия после пуска завод давал чугуна и железа намного больше, чем все казенные заводы Урала вместе взятые. Начальник уральских и сибирских горных заводов генерал де Геннин писал Петру Первому об Акинфии Демидове: «…такого в заводском деле искусного человека едва сыскать можно».
Поэтому не случайно на Невьянском заводе при Акинфии Демидове вводились различные технические новшества: каменная башня с первой в мире своеобразной конструкцией железочугунных балок в зонах растяжения верхних этажей-восьмериков, первая в России частная химическая лаборатория для опробования руд, наиболее крупная в России коллекция руд, башенные часы-куранты с колоколами, громоотвод… Да, да — и громоотвод!
Как и любое современное устройство для грозовой защиты, громоотвод Невьянской башни состоит из трех частей: молниеприемника, молниеотводов и заземления.
Молниеприемник представляет собою вертикальный металлический стержень, на который насажен шар диаметром около тридцати сантиметров и толщиной металла около одного миллиметра.
На наружной поверхности шара когда-то были наглухо прикреплены два с половиной десятка полых треугольных остроконечных шипов длиною до сорока сантиметров из такого же, как и шар, металла. Шипы вместе с выступающей из шара вертикальной осью выполняли роль заостренных стержней для притяжения ударявших в башню молний. От ударов молнии многие лучи полностью разрушены, а на некоторых, частично или полностью сохранившихся, видны оплавленные отверстия.
Шар, или, как его называли в старое время из-за шипов-лучей, шар-солнце, через отверстия в нижней и верхней своих частях крепился муфтами к вертикальному металлическому стержню, который служил одновременно и осью для двухметрового флага-флюгера, расположенного под шаром.
По данным спектральных анализов вертикальный стержень и муфты крепления к нему шара-солнца содержат совершенно одинаковое количество примесей — кремнезема, хрома, марганца и никеля. В составе железных флага-флюгера и шара с шипами содержание этих же элементов также одинаково. Отсюда можно заключить, что флюгер и шар-солнце изготавливались и монтировались на вертикальной оси одновременно. Об этом же говорит и то, что при установке оси, выступающей над шпицем башни более чем на полтора метра, заранее предусматривалось место для флага-флюгера (высота семьдесят два сантиметра) и для шара-солнца (диаметр около тридцати сантиметров).
Металлическая ось, на которой вращается флаг флюгера и крепится шар-солнце, своей нижней и средней частями накрепко входит в прямоугольные отверстия в двух поперечных горизонтальных металлических балках. Эти балки своими концами уходят вовнутрь кирпичной кладки шпица и скрепляют ее. Внутри этой кладки проходят вертикальные металлические стержни, составляющие каркас шпица. Не будь каркаса, шпиц был бы разрушен, так как вибрация поперечных балок при вращении флюгера расшатала бы стенки, толщина которых всего лишь длина башенного кирпича, то есть примерно около трети метра.
Каркас шпица соединен с продольными металлическими прутьями — полосами, вмонтированными внутри кирпичной кладки ярусов и четверика и уходящими в землю под башню. Многочисленные железные выступы, расположенные через равные промежутки с внутренней стороны стен башни, подтверждают наличие этих металлических полос.
В 1978 году Невьянскую башню исследовал кандидат технических наук В. М. Слукщт. С помощью современных геофизических методов и совершенных приборов он выявил аномалии, позволяющие предположить, что внутри западной стены четверика башни проходят вертикальные металлические стержни. Как считает смотритель Невьянской башни А. И. Саканцев, балконы башни имеют связь с землей, то есть заземлены, хотя никаких металлических проводников ни с наружной, ни с внутренней сторон не видно.
Вывод напрашивается сам: без хороших молниеотводов и заземления башня могла быть не единожды разрущена при попадании в нее молнии. А молния ударяла в нее не одиножды. Об этом можно судить по многочисленным следам ударов на поверхности шара-солнца и шипов. Да и простейшие расчеты говорят об этом же.
Известно, что во время приезда академика И. Г. Гмелина в августе 1742 года на Невьянский завод башня была уже построена и даже успела наклониться. Краткое описание наклонной башни приводится И. Г« Гмелиным в книге «Путешествие по Сибири», опубликованной на немецком языке в Геттингене в 1752 году.
Однако имеются сведения, что башня была сооружена ранее. В рукописной книге генерала де Гепнина «Описание Уральских и Сибирских заводов», завершенной в первые месяцы 1735 года, имеется рисунок («план-прошпект») Невьянского завода, где у западного конца плотины показана каменная башня с четвериком, тремя ярусами и шпилем.
Проанализировав имеющиеся документы и данные, сравнив состав чугуна балконов башни с найденной в Невьянске чугунной плитой, на которой указана дата отливки (1 января 1725 года), автор этих строк считает, что время строительства Невьянской башни — 1721—1725 годы. А художественное оформление ее из металла — наружные части балконов, часы-куранты, флюгер с гербом — было выполнено в течение 1725— 1732 годов,
В книге В. П. Ларионова «Защита жилых домов и производственных сооружений от молнии» приводятся такие данные: на Урале бывает от 20 до 30 грозовых дней в году, а па один квадратный километр территории приходится около четырех грозовых ударов в год. Используя эти данные и зная размеры Невьянской башни (высота — 57,6 метра, ширина квадратного основания— 9,2 метра), а ташке учитывая наибольшую ее высоту по сравнению с другими строениями в Невьянске, можпо легко определить, что за прошедшие 250 лет в башню молния попадала более 150 раз. А ведь и одного попадания было бы вполне достаточно, чтобы разрушить башню, если бы она не была защищена хорошим громоотводом.
Об этом знали первые Демидовы — Никита и сын его Акинфии, Да и как им было не знать. Акиифий Демидов самолично распорядился прислать в Москву из Невьянска «железа дошатого сибирского» для покрытия пшицера и двух полуглавий Мешниковой башни Московского кремля, сильно пострадавшей от молнии в июне 1723 года.
Упоминаемые выше средневековые здания в Европе сохранялись от поражения молнией вследствие своих необычных конструкций, созданных то ли случайно, то ли на основе многовековых наблюдений. Говорить о сознательном устройстве специальных молниеотводящих приспособлений не приходится.
Совсем другое дело — громоотвод Невьянской башни. Ведь но случайно же горизонтальные металлические балки для крепления оси флюгера устанавливались одновременно с кладкой кирпичного .шпица, не без надобности же уложили вдоль всей башни, сверху донизу, металлический стержень?
Однако остается и много неясных вопросов. Кто предложил устроить громоотвод на Невьянской башне? Кто его устанавливал? Были ли чертежи громоотвода? Если бы удалось ответить на эти вопросы, тогда смело и определенно можно было утверждать, что Акинфии Демидов на четверть века опередил открытие американского изобретателя.
