Трезвый, материалистический ум Ломоносова не может допустить произвольного магического вмешательства в законы природы. И он решительно осуждает этот средневековый пережиток: «Немало людей сие за волшебство признают и тех, что при искании жил вилки употребляют, чернокнижниками называют. По моему рассуждению, лучше на такие забобоны, или как прямо сказать, притворство не смотреть, но вышепоказанных признаков держаться, и ежёли где один или многие купно окажутся, тут искать прилежно».
Переходя к непосредственным вопросам разработки полезных ископаемых, Ломоносов выступает как решительный новатор в области теории и практики горного дела.
В своем руководстве он предлагает четкую классификацию подземных выработок, подразделяя их на вертикальные (шахты), наклонные и горизонтальные (штольни). В связи с этим он указывает на различные способы крепления вертикальных стволов шахт и штолен, в зависимости от твердости пород. При устройстве рудников он обращает особое внимание на технику безопасности, предусматривая при этом подчас даже мелочи. Он рекомендует над устьем шахты ставить особую будку, которая предохраняла бы ствол шахты от дождя и снега, в лестничных отделениях устраивать небольшие скамеечки, чтобы рабочие, поднимающиеся наверх после многочасового рабочего дня, могли передохнуть, а на самом верху, в брусе, должна быть вбита скоба, чтобы «опускающемуся было сперва за что надежно рукой ухватиться». Ломоносову приходилось писать об этом, так как в то время даже о таких удобствах для рабочих никто не думал.
В специальной части, посвященной теории и практике металлургии, Ломоносов стремится научно разработать технологию получения металла, подчеркивает роль химии и физики, указывает на необходимость лабораторного изучения металлургических проблем.
В этом отношении Ломоносов далеко уходит вперед от западноевропейских металлургов, все еще рабски цеплявшихся за труды Агриколы, замечательного практика горнорудных дел, жившего в XVI веке. Ломоносов хотя и ценил Агриколу и умел находить в его сочинениях ценные замечания, но относился к ним весьма критически и даже отметил в предисловии: «все почти писатели о рудоплавных делах толь много исполнены излишествами, о которых можно думать, что оные внесены для малых ребят (Агрикола)». Вместо этого Ломоносов дает четкое изложение всех отделов металлургии, пронизанное научным пониманием предлагаемого материала и глубоким практицизмом. Он советует экспериментировать и производить опытные плавки, а потом уже на основе их ставить производство: «Искусные плавильщики сперва сысканную руду разными образцы с разными материями чрез плавление пробуют, и который способ больше металла подаст без излишней траты, тот и употребляют».
«Ломоносов, — как указывал в 1912 году известный металлург профессор В. Я. Мостович, — ясно и точно описывает ряд металлургических процессов, оставшихся без изменения до настоящего времени».
Многие предложения Ломоносова были новаторскими и значительно опережали свое время. «Для растворения золота, — писал далее профессор Мостович, — Ломоносов рекомендует применять водку, полученную при перегонке смеси из «крепкой водки и чистой соли», то есть хлорную воду. Это, так сказать, первый способ мокрого извлечения золота хлорной водой, нашедший затем развитие в хлоринационном процессе, предложенном. Платтнером в первой половине XIX в.». [305]
Свое изложение Ломоносов сопровождает множеством советов, касающихся наиболее целесообразной и экономически выгодной организации производства. Так, например, он указывает на значение подготовки руд — «уменьшение траты дров и ущерба дорогих металлов». К этим работам «по приуготовлении к плавлению» он относит разбор (сортировку), толчение промывку и, наконец, обжигание руд. Описывая кучевой обжиг руд, Ломоносов советует использовать теплоту обжига для предварительного обжигания «белого камня», применявшегося при плавках в качестве флюса, дает практические указания, как вести и контролировать плавку, и пр.
Ломоносов стремился облегчить труд шахтера, увеличив в то же время его производительность. Путь к этому он видел во всемерной механизации добычи. В своем руководстве он не ограничивается подробным описанием различных применявшихся тогда механизмов и приспособлений, но и предлагает целый ряд своих крупных и мелких усовершенствований, новых машин. Особенное значение он придает устройству подъемников. Ломоносов рассматривает конструкции различных воротов — ручных, конных и приводимых в движение с помощью «водяного колеса». При пользовании ручным воротом Ломоносов советовал применять небольшой деревянный маховик и особые рычажки, что значительно облегчало работу и ускоряло подъем бадьи с рудами на поверхность. Он уделяет большое внимание условиям труда горняков, предлагает надевать рабочим на ноги «кожаные и берестяные штиблеты, чтобы иверни, которые от руд отпрядывают, ног и бердцов не повредили», не забывает при описании плавильных печей указать, чтобы их ставили не ближе шести футов одна от другой, «чтобы плавильщиков жаром от работы не отбивало».
В качестве приложения к «Металлургии» Ломоносов поместил небольшое сочинение «О вольном движении воздуха, в рудниках примеченном», имеющее большое теоретическое и практическое значение. Эта работа была начата им вскоре же после возвращения из-за границы и была доложена на заседании академической Конференции 21 января 1745 года вместе с другими его диссертациями. В 1750 году она была напечатана на латинском языке в первом томе «Новых комментариев» Петербургской Академии наук.
Ломоносов поставил перед собой задачу объяснить явления естественной вентиляции рудников на основании законов физики. В кратком введении к этой работе он указывал, что во время пребывания во Фрейберге ему «неоднократно при осматривании рудников случалось приметить движение воздуха, которое в шахтах и штольнях в самую тихую погоду без принуждения воздушными машинами простиралось, от чего употребительные у рудокопов ночники и свечки погасали».
После возвращения в отечество он просматривал сочинение «О рудных делах» [306]Георгия Агриколы, «человека, в рудных делах преискусного». Внимание Ломоносова привлекли следующие рассуждения: «Воздух сам от себя вливается в земные полости; и где проход есть, опять вон вылетает. Но сие бывает разными образы. Ибо в вешние и летние дни входит в шахты, кои выше, простирается штольнами и выливается шахтом, который ниже. Зимою и осенью, напротив того, вливается в устье, кое ниже, выходит высшим».
Вдумавшись в это описание, Ломоносов увидел, что оно согласуется с «гидростатическими основаниями». И он впервые дал ему физическое объяснение.
Ломоносов рассматривает воздух как жидкость, подчиняющуюся законам гидравлики: «Рудник, состоящий из двух шахтов, соединенных внизу потаенною штольною, представляет точно согнутые трубки, кои употребляются в физике для доказательств равновесия жидких тел: того ради жидкие тела, вливающиеся в подобные рудники, тем же гидростатическим законам повиноваться должны».
«Воздух в рудниках, — устанавливает Ломоносов, — во всякое время целого года сохраняет равное растворение, где рудокопы ни от летних жаров, ни от зимних морозов не претерпевают никакого беспокойства. Напротив того, на внешнем воздухе летом зной, зимою стужа господствуют».
Ломоносов указывает, что это равновесие нарушается, так как зимой воздух в рудниках легче внешнего, а летом тяжелее. Зимой воздух, вошедший в рудник, приняв теплоту подземного воздуха и сравнявшись с ней, становится легче. Внешний же столб более тяжелого воздуха давит на него и выталкивает из рудника. Поэтому зимой воздух вливается в нижнюю шахту и выходит из верхней. Летом же воздух в рудниках «пропорционально тяжелее внешнего», потому его столб в более высокой шахте перевесит воздух в нижней. Поэтому он, опускаясь сам по себе, выталкивает воздух из нижней шахты, а внешний воздух «собственной своей тяжестью опускается в верхнюю шахту».