Кызылкум и Центральный Тянь-Шань
В 1864 году Киевский университет предложил Н.А. Северцову стать профессором по кафедре зоологии. Он согласился, но, узнав о предполагавшемся походе генерала М.Г. Черняева на Тянь-Шань, переменил своё решение. Северцов занял должность чиновника по особым поручениям при туркестанском генерал-губернаторе, лишь бы получить возможность побывать на Тянь-Шане.
Человек науки, по натуре чуждый всему военному, он часто невольно оказывался втянутым в рискованные военные операции. Вот и теперь, через семь лет после пленения кокандцами, когда Северцов, по выражению П.П. Семёнова-Тян-Шанского, «едва не сделался жертвой собственной любознательности», он опять оказался в гуще военных действий.
Сначала Северцов исследовал междуречье среднеазиатских рек Сырдарьи и Чу в примыкающем к Тянь-Шаню Зачуйском крае. Полгода провёл он там, составил геологическую карту, открыл ряд месторождений полезных ископаемых, в том числе каменного угля. Потом вернулся к песчаным берегам Аральского моря, приняв участие в экспедиции Русского географического общества в низовьях Амударьи. Цель — установить причины сокращения площади Аральского моря и провести геологическую съёмку на берегах Амударьи. Караван вышел из Перовска (теперь — город Казалинск).
Это был первый поход русской экспедиции через пустыню Кызылкум. Он пришёлся на невыносимо жаркое летнее время. «Безмолвие здесь казалось абсолютным, — писал Северцов, с удивлением обнаружив в песках следы былой жизни: развалины древних крепостей и арыков, — в таких глубоких песках, где теперь не только жить, но кочевать нельзя». Но, видимо, много веков назад в теперешней пустыне жило много людей. Они возделывали поля, строили города, разводили сады. Значит, здесь была вода. Она наполняла высохшие теперь русла рек, но по какой-то причине ушла, а вместе с ней ушла и жизнь. Но стоит вернуть воду — край вновь расцветёт! Северцову приходит мысль: если соединить Амударью и Сырдарью через высохшие русла, когда-то заполнявшиеся водой, то можно возродить не только земледелие в оазисах, но и судоходство. Можно провести и железную дорогу. Гипотеза Северцова об усыхании Аральского моря, вызванном изменением климата, и его проект обводнения пустыни впоследствии встретили поддержку в Географическом обществе со стороны П.А. Кропоткина и И.В. Мушкетова. Молодой учёный первый поведал Обществу о трагической судьбе Аральского моря, которая по-настоящему была осознана только в конце XX века.
Путешествуя в жаркой пустыне, Северцов не забывал о холодных ледниках. Прикомандировавшись к отряду генерала Черняева, он стремился проникнуть в Центральный Тянь-Шань, грандиознейшую горную страну, края которой коснулся П.П. Семёнов-Тян-Шанский. Идти с передовым военным отрядом — единственная возможность попасть на Тянь-Шань, и Северцов выполнял обязанности начальника штаба, делал топографическую съёмку, водил отряд на штурм крепости. Однажды он даже взял на себя роль парламентёра, третьего по счёту — двух первых казнил кашгарский властелин Якуб-хан.
14 сентября 1864 года с группой казаков Северцов вышел из укрепления Верный по направлению к горам Тянь-Шаня. Он перевалил хребты Кунгей и Терскей-Алатау. Иссык-Кульская котловина потрясла открывшейся красотой: «Синее небо, синий же Иссык-Куль, между ними белая, зубчатая стена, на первом плане голый, красно-жёлтый берег — вот и весь вид, весьма несложный, но от которого глаз с трудом отрывается: так величественен колорит, так изящны и легки очертания хребта...»
Иссык-Куль вытянут с запада на восток. Он напоминает по форме миндаль. От тридцати до шестидесяти километров — ширина, сто семьдесят семь километров — длина, до семисот метров — глубина.
Среди внутренних водоёмов только Байкал и Каспийское море глубже. И хотя площадь озера сравнительно невелика, объем воды в нём приближается к двум тысячам кубических километров. Водная поверхность зимой не замерзает. Лишь некоторые мелкие заливы покрываются ледяной коркой. Необыкновенна прозрачность Иссык-Куля, потому что его наполняет чистейшая вода ледниковых речек.
Снова встретился Северцов с Иссык-Кулем в следующем году, а затем в 1867-м, когда состоялась самая значительная его Тянь-Шаньская экспедиция. Пройдя по южному берегу озера немного на восток, отряд повернул в ущелье реки Барскаун и поднялся по нему к перевалу, за которым раскинулась равнина сырта, того самого, что впервые обнаружил в центре Тянь-Шаня Пётр Петрович Семёнов. На высоте четырёх километров раскинулась плоская, местами заболоченная равнина, на которой едва заметным ручейком вытекала из болота великая Сырдарья, называемая сначала Нарыном. Открылся, как писал Северцов, «обширный великолепный вид на сырты: гряда за грядой поднимались на нём покрытые пожелтевшим дёрном холмы, как волны моря. Подобно пене на волнах, блестели на них полосы снега. Широкой дугой замыкали горизонт с востока, юга и запада зубчатые хребты, покрытые уже сплошным снегом».
Северцов поднялся на сырты сквозь арктическую метель, а когда она прошла, увидел, что его спутники убили... белого медведя. Это был особый вид медведя, близкий к гималайскому, хотя и с буроватой, но светлой длинной шерстью. Когти не чёрные, а белые, на передних лапах вдвое длиннее, чем на задних. Этого родственника полярного мишки люди застали за следующим занятием: он разрывал норы сурков, вытаскивал зверьков «на свет божий», перегрызал им затылки, складывал тушки в кучу, а потом садился и поедал. Остатки от обеда закапывал впрок. Была осень — время, когда сурки уже готовились к зимней спячке.
Северцов же радовался добытому на сыртах снежному грифу-кумаю, которого он зарисовал и подробно описал. Гигантская горная птица привела его в восторг: размах крыльев Достигал почти трёх метров!
Результатом этого похода для Северцова явились первые страницы книги «Путешествия по Туркестанскому краю и исследование горной страны Тянь-Шань», которая была завершена после трёхлетней работы и вышла в свет в 1873 году. В книге впервые были подробно описаны гигантские горные хребты Тянь-Шаня, широкие впадины и долины, их разделяющие, высокогорные озёра Иссык-Куль и Чатыр-Куль, реки Чу, Нарын... Северцов проник на высокогорное плоскогорье Тянь-Шаньских сыртов, к истокам великой среднеазиатской реки Сырдарьи, и в ясную погоду увидел величественный ледяной массив Хан-Тенгри. Он подтвердил выводы Семёнова о былом мощном оледенении Тянь-Шаня, побывал на нескольких современных ледниках.
Книга вскоре была переведена на немецкий язык и произвела большое впечатление в Европе. Северцов высказал в ней свой взгляд на природу Тянь-Шаня. Первооткрыватель Тянь-Шаня П.П. Семёнов это название отнёс только к могучему хребту, протянувшемуся вдоль южного берега Иссык-Куля. Северцов же дал хребту казахское имя — Терскей-Алатау, а Тянь-Шанем предложил называть всю горную страну, простирающуюся от Балхаша до Ферганы.
Когда Северцов поднялся в снежную, совсем как на севере, бурю по ущелью реки Барскаун на «крышу» сыртов, то записал в дневнике: «Метель была забыта на радостях, что наконец-то ночую за тем самым хребтом Болгар, или Суёк, на который с Зауки и Барскауна только смотрели Семёнов и Проценко и где не было европейской ноги». И добавил с гордостью: «Собрано 4000 экземпляров животных».
Из экспедиции Северцов привёз 3000 гербарных листов и 800 образцов минералов. А главное — карты, которые ещё никто никогда не пытался чертить.
В 1875 году на Парижском географическом конгрессе Николай Алексеевич Северцов делал доклад о своих исследованиях, сосредоточившись на ледниковой теме — «О следах ледникового периода на Тянь-Шане». Он был награждён Золотой медалью Конгресса, изготовленной специально для него, с надписью: «За путешествия в Туркестан и исследования Тянь-Шаня». Русское географическое общество, в свою очередь, наградило Н.А. Северцова большой Золотой медалью имени Литке за проведённые им исследования.