Своими мыслями о черноземе Ломоносов опередил ученых всей первой половины XIX века. Но правильные взгляды Ломоносова не были использованы в свое время западной наукой. И лишь в 1900 году В. И. Вернадский в речи "О значении трудов М. В. Ломоносова в минералогии и геологии справедливо напомнил, что в книге Ломоносова "О слоях земных" дается первое научное объяснение происхождения чернозема. Как будто возражая ученым первой половины XIX века, видевшим в черноземе своеобразную горную породу, Ломоносов писал: "Его происхождение не минеральное, но из двух прочих царств натуры, из животного и растительного, всяк признает". Свою гипотезу о происхождении чернозема Ломоносов заканчивает такими замечательными словами: "И так нет сомнения, что чернозем не первообразная и не первозданная материя, но произошел от согнития животных и растущих тел современем". Это было написано Ломоносовым в 1763 году.
Первый русский академик-почвовед К. Д. Глинка, говоря о взглядах Ломоносова на происхождение чернозема, замечает: "Этот простой и, можно сказать, наиболее естественный вывод с давних времен был сделан русским народом, но к нему не сочли возможным присоединиться многие из исследователей чернозема".
В конце XVIII столетия Академия наук организовала ряд так называемых академических экспедиций для всестороннего физико-географического изучения обширной территории "государства Российского". К участию в экспедициях были привлечены крупнейшие ученые того времени - русские и иностранные. Среди последних был известный натуралист и путешественник П. С. Паллас. Путешествуя по разным областям России, он обратил внимание на огромные массивы первоклассной черноземной почвы, совершенно незнакомой Западной Европе. Паллас пытался объяснить происхождение черноземов южной окраины Европейской России при помощи морской гипотезы. Других, более северных районов черноземной области он не затрагивал. Морская гипотеза Палласа зародилась во время его путешествия в Ставропольских степях. На месте этих степей, как считал Паллас, в давние времена было огромное приморское тростниковое болото; возможно, что время от времени эта местность затоплялась морем. Море, по мнению Палласа, оставляло здесь большие осадки плодородного ила, богатого органическим веществом - гумусом. Высказав такую смелую мысль, Паллас, однако, не обосновал ее научно и не сделал сколько-нибудь серьезной попытки превратить эту гипотезу в теорию.
В сороковых годах прошлого столетия известный геолог Мурчисон высказал мысль, что покрывающий огромную площадь русский, чернозем представляет собой осадок, образовавшийся на дне когда-то существовавшего здесь северного ледникового моря. Эта гипотеза отражала господствовавшее в те времена среди геологов воззрение, что все ледниковые наносы являются не отложениями гигантских материковых ледников, а осадками ледникового моря.
Черноземная почва залегает более или менее равномерно везде, в том числе и на склонах балок и в образовавшихся недавно речных долинах, где осадки былых морей давно должны были быть смыты. Если мы выроем в черноземной почве яму глубиной 1,5–2 метра, возьмем послойно образцы почвы и определим количество содержащегося в них органического вещества - гумуса (перегноя), то окажется, что это количество с глубиной равномерно уменьшается. Наблюдая за постепенным посветлением окраски горизонтов, или слоев, черноземной почвы, такой вывод можно сделать даже без анализов. В случае же морского происхождения чернозема количество гумуса в разных слоях почвы должно было быть более или менее одинаковым или даже увеличиваться с глубиной, так как разложение органического вещества идет быстрее в верхних слоях почвы. Все эти простые выводы не приходили в голову авторам морской гипотезы.
Некоторые ученые первой, а отчасти и второй половины XIX века решали вопрос о происхождении чернозема по-иному. Первым из них был академик Э. И. Эйхвальд, который считал чернозем продуктом бывших болот и даже тундр. В своей книге "Палеонтология России", вышедшей в 1850 году, Эйхвальд обосновывает болотную гипотезу происхождения чернозема такими соображениями. В доисторические времена и даже в исторические наш юг изобиловал озерами, болотами и лесами. Это подтверждается нахождением в некоторых черноземах скорлупок диатомовых водорослей и фитолитарий, которые указывают на былое избыточное увлажнение почв.
Илистые осадки озер, болот и продуктов гниения леса объясняют, по Эйхвальду, происхождение чернозема. Многие ученые также высказались за болотное происхождение чернозема, внося в гипотезу Эйхвальда те или иные изменения.
Болотная гипотеза в дальнейшем в основном не подтвердилась. Допускать обилие лесов на юге России в прежние времена не было достаточных оснований, хотя лесистость этих районов была, разумеется, значительно большей.
По словам известного древнегреческого историка Геродота, скифы и сарматы, жившие в южнорусских степях за два тысячелетия до наших дней, постоянно жаловались на безлесье этого края. Обилие в прошлом озер и особенно болот здесь также более чем сомнительно.
Кроме того, если их даже и было много, то не сплошь же они занимали все пространства степи, а черноземы здесь сейчас залегают повсеместно. Выяснилось также, что диатомовые водоросли вполне могут существовать в суходольных почвах, фитолитарии же могут образовываться из ковыля и других степных злаков.
Черноземная степь с курганами.
Нужно все же отметить, что в некоторых районах, например, в Западной Сибири, отдельные разности черноземных почв возникли в результате эволюции болотных почв под влиянием их осушения и последующего "остепнения". Но придавать болотной гипотезе универсальный характер нет никаких оснований.
О происхождении чернозема было высказано более двадцати различных гипотез, а исследований в поле и лаборатории было сделано мало. В большинстве своем эти гипотезы были научно не обоснованы, а подчас просто курьезны. В качестве примера стоит привести такое определение: "Чернозем, так как и дерн, есть та земля, которая служит покровом или оберткой нашему шару… Турфы суть так же виды черноземов, как и земля из кладбищ и из-под виселиц".
В XIX веке были выдвинуты более содержательные научные теории о происхождении чернозема. Так, в 1866 году появилась книга академика Ф. И. Рупрехта "Геоботанические исследования о чернозема", в которой вопрос о генезисе чернозема ставился на научную основу. Будучи ботаником, Рупрехт категорически отрицал все геологические (морскую, ледниковую, болотную) гипотезы о происхождении чернозема и утверждал, что "чернозем представляет вопрос ботанический". В его взглядах было много верных мыслей, воскрешавших представления Ломоносова о черноземе. Рупрехт доказывал, что чернозем образовался из степной травянистой растительности и, следовательно, представляет собой почву "растительно-наземную".
Однако Рупрехт не решил вопроса о черноземе. Он категорически отрицал влияние на почву климата, отчасти материнской породы и других природных факторов. Почву, в частности чернозем, Рупрехт не склонен был считать самостоятельным природным телом. В этом заключалась его главная ошибка. Взгляд его на чернозем был односторонний - ботанический.
За столетие, отделяющее книгу Ломоносова "О слоях земных" от рупрехтовских "Геоботанических исследований о черноземе", разрешение вопроса о происхождении и свойствах чернозема продвинулось вперед очень мало. А между тем сельское хозяйство России развивалось, черноземные степи распахивались, почва вследствие хищнического ее использования ухудшалась, теряла плодородие, хорошую структуру, размывалась и беднела. К семидесятым годам прошлого столетия вопрос о черноземе приобрел исключительную остроту, особенно в связи с засухой и тяжелым недородом 1875 года; этим объяснялась организация в 1876 году специальной Черноземной комиссии, в которую был приглашен В. В. Докучаев.
Он был моложе других членов комиссии, но с первого же дня работы стал душой ее. Докучаев разработал программу исследований и сделал специальный доклад, на основании которого комиссия нашла необходимым разделить предстоявшие исследования чернозема на геолого-географические и физико-химические. Геолого-географические исследования решено было возложить на специалиста-геолога, в задачи которого входило: собрать в достаточном количестве образцы типичного чернозема в разных местностях и образцы всех почв, переходных от настоящего чернозема к почвам, заведомо лесной, торфянистой и солончаковой, запастись полной коллекцией различного рода подпочв чернозема, а также собрать по возможности сведения о степени истощенности чернозема различных районов и об урожаях на них.
Это была первая подлинно научная программа почвенных исследований. Она требовала для своего выполнения огромного труда, много времени и широких знаний в области географии, геологии, климатологии, ботаники, агрономии. Однако Докучаев не только взялся за этот огромный труд, но и согласился, по желанию Вольного экономического общества, завершить работы в течение двух летних каникул.
С февраля 1877 года Докучаев деятельно собирался в поле, а в начале летних каникул он был уже в пути. Докучаев хорошо знал природу окрестностей Петербурга, многих районов Финляндии и своей колыбели - Смоленской губернии. Там, на севере, было много лесов, озер, болот, а здесь, на юге, тянулись тысячи верст степи, покрытой волнующимися от ветра ковылем и хлебами. Покоем, удалью и мощью веяло от степного ландшафта. Степь Докучаев полюбил с этих пор навсегда и никогда уже в своих научных исканиях не расставался с нею.
За два летних сезона 1877 и 1878 годов Докучаев, по его собственному подсчету, проехал около 10000 верст! И проехал главным образом на лошадях. В 1877 году он ездил один, у него не было даже помощника; он сам собирал, наклеивал этикетки и упаковывал образцы почв и горных пород. Летом 1878 года Докучаев имел бескорыстного и энергичного помощника - кандидата Петербургского университета П. А. Соломина, которого вспоминал с благодарностью. Но один помощник - это очень мало, и только железное здоровье Докучаева и энтузиазм помогли ему собрать огромное количество образцов, сделать сотни описаний и завершить работу в установленный срок. За два лета Докучаев объездил всю северную границу черноземной полосы, Украину, Бессарабию, Центральную черноземную Россию, Заволжье, Крым, северные склоны Кавказа.
Простое перечисление всех мест, в которых успел побывать за эти два лета Докучаев, заняло бы несколько страниц. Он умело использовал все существовавшие тогда средства передвижения: железную дорогу и тряскую бричку, запряженную парой степных коней, волов, которые доставляли арбу, нагруженную почвенными образцами, к днепровской пристани, и колесный пароход. Выносливая верховая лошадь несла неутомимого исследователя на северные отроги Кавказского хребта. Но основным средством передвижения, на которое больше всего приходилось полагаться Докучаеву, были его ноги. Этого требовал сам характер работы: ведь нужно было побывать в самых глухих и бездорожных местах, останавливаться иной раз каждую версту и рыть яму, или, как говорят почвоведы, делать почвенный разрез; глубину такого разреза приходилось доводить до одного метра, а то и больше. И все время приходилось спешить, потому что впереди было очень много работы. Нередко Докучаев сам копал ямы, не обращая внимания ни на степные ветры - суховеи, ни на августовский зной полупустынных в те времена окрестностей Севастополя. Об этом крае Докучаев писал: "Растительность почти вся выгорела, нестерпимый жар как будто усиливался еще больше от сильно распространенных здесь известковых скал". Изучая черноземную полосу, Докучаев считал необходимым побывать не только в тех местах, где он мог предполагать наличие чернозема, но и в районах, где его, по всем данным, не было. Изучив черноземные места степного и предгорного Крыма, Докучаев явился первым исследователем своеобразных каменистых почв южного берега - побывал в Ялте, Симеизе, на водопаде Учан-Су, в Байдарской долине и других, ныне знаменитых уголках страны.
День за днем, неделю за неделей неутомимо вел Докучаев свои исследования, проходя и проезжая ежедневно несколько десятков верст, делая почвенные разрезы, собирая образцы почв, заполняя десятки полевых журналов записями об особенностях почв, геологическом строении, рельефе, растительности, климате и хозяйстве изучаемых районов. Побывал он снова и в родных местах - в Милюкове, Вязьме, прошел по Смоленской губернии, по тем же дорогам, где он получил первую закалку еще в годы бурсы, когда возглавлял ватагу бурсаков, шагавших вдоль санного двухсотверстного пути на зимние каникулы в родные деревни.
Во время первых экскурсий Докучаев был еще молодым ученым, твердых традиций полевого исследования почв тогда еще не существовало и было очень легко наделать множество ошибок, легко разменяться на мелочи. Но Докучаев сознавал эту опасность с первого же дня своей работы над черноземом; многие очень интересные, но частные подробности он безжалостно опускал. Он писал:
"Не было физической возможности входить во время экскурсий в рассмотрение различного рода детальных вопросов о черноземе; ясно, что не в моих средствах было останавливаться на фактическом решении многих практических вопросов, может быть и важных, но имеющих, несомненно, местный интерес… Я исключительно преследовал общие задачи и стремился, по возможности, изучить чернозем с научной, естественно-исторической точки зрения: мне казалось, что только на такой основе и только после всесторонней научной установки этой основы и могут быть построены различного рода действительно практические меры к поднятию сельского хозяйства черноземной полосы России".
С самого начала работы Докучаев четко очертил круг вопросов, которые нужно было решить. В 1881 году в своей статье "Ход и главнейшие результаты предпринятого Вольным экономическим обществом исследования русского чернозема" Докучаев писал: "Мне предстояло решить такие коренные задачи: что вообще следует называть почвой? Какая ее толщина, строение и положение должны быть признаны нормальными? Что такое самое название чернозем? На какие естественные типы он может быть подразделен? Следует ли при научном определении и классификации чернозема, равно как и других почв, брать во внимание все, хотя бы и случайные, так сказать, анормальные, вторичные по месту залегания почвы, уже с сильно измененными свойствами? Какие общие законы руководили распределением чернозема и других почв по Европейской России? Какие принципы должны лечь в основу при составлении черноземных карт? Какой, в конце концов, способ происхождения данной почвы, и почему нет ее на огромных пространствах северной, центральной и юго-восточной России? Где виновники действительно замечательного плодородия чернозема?"
Этот обширный круг вопросов свидетельствует о том, что перед Докучаевым стояла задача создать не только "черноземоведение", но и основы науки о почве вообще - почвоведение. А объект для разрешения общих вопросов почвоведения - "чернозем - этот царь почв" - был исключительно благодарный.
Докучаев к этому времени накопил уже большой запас наблюдений и разрозненных фактов, характеризующих условия распространения и образования почв. Хотя этого было еще недостаточно для обобщения, способного объединить и объяснить все эти наблюдения, но все размышления Докучаева приводили его неуклонно к выводу о самостоятельном, подчиненном особым законам существовании и развитии почв. Докучаев высказал гениальную догадку о том, что почва - этот слой "благородной ржавчины" земли, дотоле не отличавшийся учеными от горных пород, - представляет собой самобытное тело природы, подобное минералам и растениям. Эта идея легла в основу обобщения всех собранных Докучаевым материалов, а в дальнейшем явилась фундаментом новой науки. Подобные гениальные догадки играли и играют огромную роль в поступательном движении мировой науки. Рождаются они не внезапно и не случайно, как иногда кажется. Так же было и с возникновением учения о почве. Докучаев постоянно, неотступно думал над загадкой происхождения почв, концентрировал все свое внимание на проблеме отличия почв от всех других геологических образований. Этим и отличался он от других ученых, занимавшихся в то время изучением почв. Многие ученые умеют талантливо собирать факты, но обобщать их и открывать ведущие закономерности той или иной науки выпадает на долю гения.
Убедившись в правильности своего взгляда на почву, Докучаев всю дальнейшую работу посвятил обоснованию и разработке основных положений своей теории. Особенно плодотворными с этой точки зрения оказались исследования чернозема.
За два года - 1877 и 1878 - Докучаев справился с возложенным на него делом и уже в октябре 1878 года сдал Вольному экономическому обществу полные почвенные коллекции и предварительные отчеты.