Это было нечто новое по сравнению с относительно однотипной черноземной полосой, и именно здесь Докучаев окончательно осознал, что для выяснения закономерностей в изменении характера почвы нужно тщательно изучать не только почву, но и все остальные элементы природы.
Прежде всего Докучаев познакомил своих спутников с геологией края. Он повез их по берегу живописной реки Пьяны к знаменитой Барнуковской пещере. Эта пещера издавна привлекала внимание естествоиспытателей своей величественной красотой и возможностью изучения в ней геологических особенностей края.
Оставив лошадей, путешественники двинулись тесным извилистым оврагом к входу в пещеру. Узкая тропа привела их к сверкающей на солнце громадной беловато-розовой отвесной скале; у основания скалы виднелось темное отверстие, имевшее четыре метра в высоту и больше шести в ширину. Через эти ворота путешественники вступили в недлинный, постепенно суживающийся коридор, потолок которого подпирали три естественные бело-розовые колонны из идеально чистого алебастра. Коридор приводил в огромный подземный зал, своды которого терялись в полумраке. Один из спутников Докучаева высек огонь, и тысячи звезд вспыхнули, переливаясь на стенах и сводах, освещая причудливые глыбы алебастра, колонны и перекладины, построенные природой из гипса. Дно пещеры было покрыто слоем вязкой глины и усеяно корнями и сучьями — следы ежегодных весенних разливов реки. Воды Пьяны с силой устремлялись в пещеру и терялись бесследно в ее недрах, уходя, по выражению местных жителей, в «сквозьземелья». Докучаев и его молодые спутники проследили в пределах возможного путь этих весенних вод. В глубине пещеры они обнаружили два небольших водоема с прозрачной, как хрусталь, водой. Над одним из водоемов в нависшей гипсовой стене виднелось небольшое, меньше метра диаметром, отверстие, ведущее в другую пещеру, где находился третий водоем, — туда-то и устремлялся весенний паводок, теряясь в новых пустотах и подземных озерах. Путешественники долго любовались этим удивительным творением природы. Докучаев тонко чувствовал природу, и хотя меньше всего был пассивным созерцателем, красота природы была для него постоянной и необходимой зарядкой для напряженной работы.
Автограф В. В. Докучаева.
Докучаев предложил своим ученикам собрать образцы гипса, глины и остатков растений в пещере. Он хотел дополнить и исправить те выводы, которые сделали его предшественники — Паллас, Мурчисон и другие, изучавшие Барнуковскую пещеру. Простое знакомство с трудами предшественников его никогда не удовлетворяло — он всегда считал необходимым проверять их выводы на месте исследований. Осматривая пещеру, он в короткой лекции воссоздал перед своими спутниками картину геологического прошлого края. Такие импровизированные лекции Докучаева оставляли у слушателей неизгладимое впечатление.
Ученик Докучаева, академик В. И. Вернадский, говорил о необыкновенной способности своего учителя творчески воссоздавать картины прошлого природы: «По складу своего ума Докучаев был одарен совершенно исключительной пластичностью воображения; по немногим деталям пейзажа он схватывал и рисовал целое в необычайно блестящей и ясной форме. Каждый, кто имел случай начинать свои наблюдения под его руководством, несомненно, испытывал то же самое чувство удивления, какое помню и я, когда под его объяснениями мертвый и молчаливый рельеф вдруг оживлялся и давал многочисленные и ясные указания на генезис и на характер геологических процессов, совершающихся и скрытых в его глубинах».
Осмотр и изучение Барнуковской пещеры дали молодым исследователям яркое представление о геологическом строении края и послужили хорошим введением к новой и трудной работе, которую поручал им их руководитель.
Покинув «штаб-квартиру» экспедиции, помешавшуюся в городе Княгинине, каждый исследователь должен был отправиться самостоятельным маршрутом, останавливаясь через определенное расстояние, чтобы сделать почвенный разрез, подробно описать его по слоям и взять образцы почв. Докучаев успевал вести почвенные исследования и постоянно наезжать к каждому из своих молодых сотрудников, чтобы проверить на месте их работу и поделиться с ними своими наблюдениями.
Работа нижегородской экспедиции осложнялась многочисленными помехами. Юго-восточная часть Нижегородской губернии представляла собой глухой, бедный район, где крестьяне после так называемого «освобождения» влачили жалкое существование. Здесь же сохранились поместья ярых крепостников, не желавших забывать крепостные порядки. Время было тревожное. В минувшем 1881 году народовольцы убили Александра II. В народе шло брожение. Настроение крестьян волновало помещиков.