CLIMATE AND TIME

FRONTISPIECE

W. & A. K. Johnston, Edinbr. and London.

КЛИМАТ И ВРЕМЯ В ИХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ВЗАИМОСВЯЗЯХ

A THEORY OF
SECULAR CHANGES OF THE EARTH’S CLIMATE

By JAMES CROLL
OF H.M. GEOLOGICAL SURVEY OF SCOTLAND

LONDON
DALDY, ISBISTER, & CO.
56, LUDGATE HILL
1875

LONDON:
PRINTED BY VIRTUE AND CO.,
CITY ROAD.

ПРЕДИСЛОВИЕ

На следующих страницах я постарался дать полное и краткое изложение фактов и аргументов, выдвинутых в поддержку теории вековых изменений климата Земли. Значительные части этого тома уже были опубликованы в виде отдельных статей в Philosophical Magazine и других журналах в течение последних десяти или двенадцати лет. Эта теория, особенно в той части, которая касается причин ледниковой эпохи, по-видимому, постепенно завоевывает признание среди геологов. Это, несомненно, объясняется значительно возросшими и постоянно растущими знаниями о ледниковых отложениях, что привело к почти всеобщему убеждению в том, что климат, подобный климату ледниковой эпохи, мог быть результатом только космических причин.

Значительное внимание было уделено возражениям и устранению небольших недоразумений, которые естественным образом возникли в отношении предмета, сравнительно нового и во многих отношениях сложного, а также сопряженного с серьезными трудностями.

Я старательно избегал введения чего-либо гипотетического характера. Все выводы основаны либо на известных фактах, либо на общепризнанных физических принципах. Короче говоря, цель работы, как будет показано во вступительной главе, состоит в том, чтобы доказать, что вековые изменения климата являются необходимым следствием общепризнанных физических факторов и что эти изменения, насколько это касается прошлых климатических условий земного шара, полностью отвечают требованиям геологов.

Этот том, хотя и не задуман как популярный трактат, будет, я полагаю, вполне понятным и доступным даже для читателей, не знакомых с физическими науками.

Я пользуюсь этой возможностью, чтобы выразить свою признательность моим коллегам, г-ну Джеймсу Гейки, г-ну Роберту Л. Джеку, г-ну Роберту Этериджу-младшему, а также г-ну Джеймсу Пейтону из Эдинбургского музея науки и искусства за их ценную помощь, оказанную во время подготовки этих страниц к печати. Благодарностью г-ну Джеймсу Бенни я обязан за подробный указатель в конце тома, а также за многие факты, касающиеся ледниковых отложений на западе Шотландии.

JAMES CROLL.

Эдинбург, март 1875 г.

CONTENTS

CHAPTER I.
INTRODUCTION.
| PAGE
The Fundamental Problem of Geology.—Geology a Dynamical Science.—The Nature of a Geological Principle.—Theories of Geological Climate.—Geological Climate dependent on Astronomical Causes.—An Important Consideration overlooked.—Abstract of the Line of Argument pursued in the Volume | 1
CHAPTER II.
OCEAN-CURRENTS IN RELATION TO THE DISTRIBUTION OF HEAT OVER THE GLOBE.

The absolute Heating-power of Ocean-currents.—Volume of the Gulf-stream.—Absolute Amount of Heat conveyed by it.—Greater Portion of Moisture in Inter-tropical Regions falls as Rain in those Regions.—Land along the Equator tends to lower the Temperature of the Globe.—Influence of Gulf-stream on Climate of Europe.—Temperature of Space.—Radiation of a Particle.—Professor Dove on Normal Temperature.—Temperature of Equator and Poles in the Absence of Ocean-currents.—Temperature of London, how much due to Ocean-currents

23

CHAPTER III.

OCEAN-CURRENTS IN RELATION TO THE DISTRIBUTION OF HEAT OVER THE GLOBE.—(Continued.)

Influence of the Gulf-stream on the Climate of the Arctic Regions.—Absolute Amount of Heat received by the Arctic Regions from the Sun.—Influence of Ocean-currents shown by another Method.—Temperature of a Globe all Water or all Land according to Professor J. D. Forbes.—An important Consideration overlooked.—Without Ocean-currents the Globe would not be habitable.—Conclusions not affected by Imperfection of Data

45

CHAPTER IV.

OUTLINE OF THE PHYSICAL AGENCIES WHICH LEAD TO SECULAR CHANGES OF CLIMATE.

Eccentricity of the Earth’s Orbit; its Effect on Climate.—Glacial Epoch not the direct Result of an Increase of Eccentricity.—An important Consideration overlooked.—Change of Eccentricity affects Climate only indirectly.—Agencies which are brought into Operation by an Increase of Eccentricity.—How an Accumulation of Snow is produced.—The Effect of Snow on the Summer Temperature.—Reason of the Low Summer Temperature of Polar Regions.—Deflection of Ocean-currents the chief Cause of Secular Changes of Climate.—How the foregoing Causes deflect Ocean-currents.—Nearness of the Sun in Perigee a Cause of the Accumulation of Ice.—A remarkable Circumstance regarding the Causes which lead to Secular Changes of Climate.—The primary Cause an Increase of Eccentricity.—Mean Temperature of whole Earth should be greater in Aphelion than in Perihelion.—Professor Tyndall on the Glacial Epoch.—A general Reduction of Temperature will not produce a Glacial Epoch.—Objection from the present Condition of the Planet Mars

54

CHAPTER V.

REASON WHY THE SOUTHERN HEMISPHERE IS COLDER THAN THE NORTHERN.

Adhémar’s Explanation.—Adhémar’s Theory founded upon a physical Mistake in regard to Radiation.—Professor J. D. Forbes on Underground Temperature.—Generally accepted Explanation.—Low Temperature of Southern Hemisphere attributed to Preponderance of Sea.—Heat transferred from Southern to Northern Hemisphere by Ocean-current the true Explanation.—A large Portion of the Heat of the Gulf-stream derived from the Southern Hemisphere

81

CHAPTER VI.

EXAMINATION OF THE GRAVITATION THEORY OF OCEANIC CIRCULATION.—LIEUT. MAURY’S THEORY.

Introduction.—Ocean-currents, according to Maury, due to Difference of Specific Gravity.—Difference of Specific Gravity resulting from Difference of Temperature.—Difference of Specific Gravity resulting from Difference of Saltness.—Maury’s two Causes neutralize each other.—How, according to him, Difference in Saltness acts as a Cause

95

CHAPTER VII.

EXAMINATION OF THE GRAVITATION THEORY OF OCEANIC CIRCULATION.—LIEUT. MAURY’S THEORY.—(Continued.)

Methods of determining the Question.—The Force resulting from Difference of Specific Gravity.—Sir John Herschel’s Estimate of the Force.—Maximum Density of Sea-Water.—Rate of Decrease of Temperature of Ocean at Equator.—The actual Amount of Force resulting from Difference of Specific Gravity.—M. Dubuat’s Experiments

115

CHAPTER VIII.

EXAMINATION OF THE GRAVITATION THEORY OF OCEANIC CIRCULATION.—DR. CARPENTER’S THEORY.

Gulf-stream according to Dr. Carpenter not due to Difference of Specific Gravity.—Facts to be Explained.—The Explanation of the Facts.—The Explanation hypothetical.—The Cause assigned for the hypothetical Mode of Circulation.—Under Currents account for all the Facts better than the Gravitation Hypothesis.—Known Condition of the Ocean inconsistent with that Hypothesis

122

CHAPTER IX.

EXAMINATION OF THE GRAVITATION THEORY OF OCEANIC CIRCULATION.—THE MECHANICS OF DR. CARPENTER’S THEORY.

Experimental Illustration of the Theory.—The Force exerted by Gravity.—Work performed by Gravity.—Circulation not by Convection.—Circulation depends on Difference in Density of the Equatorial and Polar Columns.—Absolute Amount of Work which can be performed by Gravity.—How Underflow is produced.—How Vertical Descent at the Poles and Ascent at the Equator is produced.—The Gibraltar Current.—Mistake in Mechanics concerning it.—The Baltic Current

145

CHAPTER X.

EXAMINATION OF THE GRAVITATION THEORY OF OCEANIC CIRCULATION.—DR. CARPENTER’S THEORY.—OBJECTIONS CONSIDERED.

Modus Operandi of the Matter.—Polar Cold considered by Dr. Carpenter the Primum Mobile.—Supposed Influence of Heat derived from the Earth’s Crust.—Circulation without Difference of Level.—A Confusion of Ideas in Reference to the supposed Agency of Polar Cold.—M. Dubuat’s Experiments.—A Begging of the Question at Issue.—Pressure as a Cause of Circulation

172

CHAPTER XI.

THE INADEQUACY OF THE GRAVITATION THEORY PROVED BY ANOTHER METHOD.

Quantity of Heat which can be conveyed by the General Oceanic Circulation trifling.—Tendency in the Advocates of the Gravitation Theory to under-estimate the Volume of the Gulf-stream.—Volume of the Stream as determined by the Challenger.—Immense Volume of Warm Water discovered by Captain Nares.—Condition of North Atlantic inconsistent with the Gravitation Theory.—Dr. Carpenter’s Estimate of the Thermal Work of the Gulf-stream

191

CHAPTER XII.

MR. A. G. FINDLAY’S OBJECTIONS CONSIDERED.

Mr. Findlay’s Estimate of the Volume of the Gulf-stream.—Mean Temperature of a Cross Section less than Mean Temperature of Stream.—Reason of such Diversity of Opinion regarding Ocean-currents.—More rigid Method of Investigation necessary | 203

CHAPTER XIII.

THE WIND THEORY OF OCEANIC CIRCULATION.

Ocean-Currents not due alone to the Trade-winds.—An Objection by Maury.—Trade-winds do not explain the Great Antarctic Current.—Ocean-currents due to the System of Winds.—The System of Currents agrees with the System of the Winds.—Chart showing the Agreement between the System of Currents and System of Winds.—Cause of the Gibraltar Current.—North Atlantic an immense Whirlpool.—Theory of Under Currents.—Difficulty regarding Under Currents obviated.—Work performed by the Wind in impelling the Water forward.—The Challenger’s crucial Test of the Wind and Gravitation Theories.—North Atlantic above the Level of Equator.—Thermal Condition of the Southern Ocean irreconcilable with the Gravitation Theory

210

CHAPTER XIV.

THE WIND THEORY OF OCEANIC CIRCULATION IN RELATION TO CHANGE OF CLIMATE.

Direction of Currents depends on Direction of the Winds.—Causes which affect the Direction of Currents will affect Climate.—How Change of Eccentricity affects the Mode of Distribution of the Winds.—Mutual Reaction of Cause and Effect.—Displacement of the Great Equatorial Current.—Displacement of the Median Line between the Trades, and its Effect on Currents.—Ocean-currents in Relation to the Distribution of Plants and Animals.—Alternate Cold and Warm Periods in North and South.—Mr. Darwin’s Views quoted.—How Glaciers at the Equator may be accounted for.—Migration across the Equator

226

CHAPTER XV.

WARM INTER-GLACIAL PERIODS.

Alternate Cold and Warm Periods.—Warm Inter-glacial Periods a Test of Theories.—Reason why their Occurrence has not been hitherto recognised.—Instances of Warm Inter-glacial Periods.—Dranse, Dürnten, Hoxne, Chapelhall, Craiglockhart, Leith Walk, Redhall Quarry, Beith, Crofthead, Kilmaurs, Sweden, Ohio, Cromer, Mundesley, &c., &c.—Cave and River Deposits.—Occurrence of Arctic and Warm Animals in some Beds accounted for.—Mr. Boyd Dawkins’s Objections.—Occurrence of Southern Shells in Glacial Deposits.—Evidence of Warm Inter-glacial Periods from Mineral Borings.—Striated Pavements.—Reason why Inter-glacial Land-surfaces are so rare

236

CHAPTER XVI.

WARM INTER-GLACIAL PERIODS IN ARCTIC REGIONS.

Cold Periods best marked in Temperate, and Warm Periods in Arctic, Regions.—State of Arctic Regions during Glacial Period.—Effects of Removal of Ice from Arctic Regions.—Ocean-currents; Influence on Arctic Climate.—Reason why Remains of Inter-glacial Period are rare in Arctic Regions.—Remains of Ancient Forests in Banks’s Land, Prince Patrick’s Island, &c.—Opinions of Sir R. Murchison, Captain Osborn, and Professor Haughton.—Tree dug up by Sir E. Belcher in lat. 75° N.

258

CHAPTER XVII.

FORMER GLACIAL EPOCHS.—REASON OF THE IMPERFECTION OF GEOLOGICAL RECORDS IN REFERENCE TO THEM.

Two Reasons why so little is known of Glacial Epochs.—Evidence of Glaciation to be found on Land-surfaces.—Where are all our ancient Land-surfaces?—The stratified Rocks consist of a Series of old Sea-bottoms.—Transformation of a Land-surface into a Sea-bottom obliterates all Traces of Glaciation.—Why so little remains of the Boulder Clays of former Glacial Epochs.—Records of the Glacial Epoch are fast disappearing.—Icebergs do not striate the Sea-bottom.—Mr. Campbell’s Observations on the Coast of Labrador.—Amount of Material transported by Icebergs much exaggerated.—Mr. Packard on the Glacial Phenomena of Labrador.—Boulder Clay the Product of Land-ice.—Palæontological Evidence.—Paucity of Life characteristic of a Glacial Period.—Warm Periods better represented by Organic Remains than cold.—Why the Climate of the Tertiary Period was supposed to be warmer than the present.—Mr. James Geikie on the Defects of Palæontological Evidence.—Conclusion

266

CHAPTER XVIII.

FORMER GLACIAL EPOCHS; GEOLOGICAL EVIDENCE OF.

Cambrian Conglomerate of Islay and North-west of Scotland.—Ice-action in Ayrshire and Wigtownshire during Silurian Period.—Silurian Limestones in Arctic Legions.—Professor Ramsay on Ice-action during Old Red Sandstone Period.—Warm Climate in Arctic Regions during Old Red Sandstone Period.—Professor Geikie and Mr. James Geikie on a Glacial Conglomerate of Lower Carboniferous Age.—Professor Haughton and Professor Dawson on Evidence of Ice-action during Coal Period.—Mr. W. T. Blanford on Glaciation in India during Carboniferous Period.—Carboniferous Formations of Arctic Regions.—Professor Ramsay on Permian Glaciers.—Permian Conglomerate in Arran.—Professor Hull on Boulder Clay of Permian Age.—Permian Boulder Clay of Natal.—Oolitic Boulder Conglomerate in Sutherlandshire.—-Warm Climate in North Greenland during Oolitic Period.—Mr. Godwin-Austen on Ice-action during Cretaceous Period.—Glacial Conglomerates of Eocene Age in the Alps.—M. Gastaldi on the Ice-transported Limestone Blocks of the Superga.—Professor Heer on the Climate of North Greenland during Miocene Period

292

CHAPTER XIX.

GEOLOGICAL TIME.—PROBABLE DATE OF THE GLACIAL EPOCH.

Geological Time measurable from Astronomical Data.—M. Leverrier’s Formulæ.—Tables of Eccentricity for 3,000,000 Years in the Past and 1,000,000 Years in the Future.—How the Tables have been computed.—Why the Glacial Epoch is more recent than had been supposed.—Figures convey a very inadequate Conception of immense Duration.—Mode of representing a Million of Years.—Probable Date of the Glacial Epoch

311

CHAPTER XX.

GEOLOGICAL TIME.—METHOD OF MEASURING THE RATE OF SUBAËRIAL DENUDATION.

Rate of Subaërial Denudation a Measure of Time.—Rate determined from Sediment of the Mississippi.—Amount of Sediment carried down by the Mississippi; by the Ganges.—Professor Geikie on Modern Denudation.—Professor Geikie on the Amount of Sediment conveyed by European Rivers.—Rate at which the Surface of the Globe is being denuded.—Alfred Tylor on the Sediment of the Mississippi.—The Law which determines the Rate of Denudation.—The Globe becoming less oblate.—Carrying Power of our River Systems the true Measure of Denudation.—Marine Denudation, trifling in comparison to Subaërial.—Previous Methods of measuring Geological Time.—Circumstances which show the recent Date of the Glacial Epoch.—Professor Ramsay on Geological Time

329

CHAPTER XXI.

THE PROBABLE AGE AND ORIGIN OF THE SUN.

Gravitation Theory.—Amount of Heat emitted by the Sun.—Meteoric Theory.—Helmholtz’s Condensation Theory.—Confusion of Ideas.—Gravitation not the chief Source of the Sun’s Heat.—Original Heat.—Source of Original Heat.—Original Heat derived from Motion in Space.—Conclusion as to Date of Glacial Epoch.—False Analogy.—Probable Date of Eocene and Miocene Periods

346

CHAPTER XXII.

A METHOD OF DETERMINING THE MEAN THICKNESS OF THE SEDIMENTARY ROCKS OF THE GLOBE.

Prevailing Methods defective.—Maximum Thickness of British Rocks.—Three Elements in the Question.—Professor Huxley on the Rate of Deposition.—Thickness of Sedimentary Rocks enormously over-estimated.—Observed Thickness no Measure of mean Thickness.—Deposition of Sediment principally along Sea-margin.—Mistaken Inference regarding the Absence of a Formation.—Immense Antiquity of existing Oceans

360

CHAPTER XXIII.

THE PHYSICAL CAUSE OF THE SUBMERGENCE AND EMERGENCE OF THE LAND DURING THE GLACIAL EPOCH.

Displacement of the Earth’s Centre of Gravity by Polar Ice-cap.—Simple Method of estimating Amount of Displacement.—Note by Sir W. Thomson on foregoing Method.—Difference between Continental Ice and a Glacier.—Probable Thickness of the Antarctic Ice-cap.—Probable Thickness of Greenland Ice-sheet.—The Icebergs of the Southern Ocean.—Inadequate Conceptions regarding the Magnitude of Continental Ice

368

CHAPTER XXIV.

THE PHYSICAL CAUSE OF THE SUBMERGENCE AND EMERGENCE OF THE LAND DURING THE GLACIAL EPOCH.—(Continued.)

Extent of Submergence from Displacement of Earth’s Centre of Gravity.—Circumstances which show that the Glacial Submergence resulted from Displacement of the Earth’s Centre of Gravity.—Agreement between Theory and Observed Facts.—Sir Charles Lyell on submerged Areas during Tertiary Period.—Oscillations of Sea-Level in Relation to Distribution.—Extent of Submergence on the Hypothesis that the Earth is fluid in the Interior

387

CHAPTER XXV.

THE INFLUENCE OF THE OBLIQUITY OF THE ECLIPTIC ON CLIMATE AND ON THE LEVEL OF THE SEA.

The direct Effect of Change of Obliquity on Climate.—Mr. Stockwell on the maximum Change of Obliquity.—How Obliquity affects the Distribution of Heat over the Globe.—Increase of Obliquity diminishes the Heat at the Equator and increases that at the Poles.—Influence of Change of Obliquity on the Level of the Sea.—When the Obliquity was last at its superior Limit.—Probable Date of the 25-foot raised Beach.—Probable Extent of Rise of Sea-level resulting from Increase of Obliquity.—Lieutenant-Colonel Drayson’s and Mr. Belt’s Theories.—Sir Charles Lyell on Influence of Obliquity

398

CHAPTER XXVI.

COAL AN INTER-GLACIAL FORMATION.

Climate of Coal Period Inter-glacial in Character.—Coal Plants indicate an Equable, not a Tropical Climate.—Conditions necessary for Preservation of Coal Plants.—Oscillations of Sea-level necessarily implied.—Why our Coal-fields contain more than One Coal-seam.—Time required to form a Bed of Coal.—Why Coal Strata contain so little evidence of Ice-action.—Land Flat during Coal Period.—Leading Idea of the Theory.—Carboniferous Limestones

420

CHAPTER XXVII.

PATH OF THE ICE-SHEET IN NORTH-WESTERN EUROPE AND ITS RELATIONS TO THE BOULDER CLAY OF CAITHNESS.

Character of Caithness Boulder Clay.—Theories of the Origin of the Caithness Clay.—Mr. Jamieson’s Theory.—Mr. C. W. Peach’s Theory.—The proposed Theory.—Thickness of Scottish Ice-sheet.—Pentlands striated on their Summits.—Scandinavian Ice-sheet.—North Sea filled with Land-ice.—Great Baltic Glacier.—Jutland and Denmark crossed by Ice.—Sir R. Murchison’s Observations.—Orkney, Shetland, and Faroe Islands striated across.—Loess accounted for.—Professor Geikie’s Suggestion.—Professor Geikie and B. N. Peach’s Observations on East Coast of Caithness.—Evidence from Chalk Flints and Oolitic Fossils in Boulder Clay

435

CHAPTER XXVIII.

NORTH OF ENGLAND ICE-SHEET, AND TRANSPORT OF WASTDALE CRAG BLOCKS.

Transport of Blocks; Theories of.—Evidence of Continental Ice.—Pennine Range probably striated on Summit.—Glacial Drift in Centre of England.—Mr. Lacy on Drift of Cotteswold Hills.—England probably crossed by Land-ice.—Mr. Jack’s Suggestion.—Shedding of Ice North and South.—South of England Ice-sheet.—Glaciation of West Somerset.—Why Ice-markings are so rare in South of England.—Form of Contortion produced by Land-ice

456

CHAPTER XXIX.

EVIDENCE FROM BURIED RIVER CHANNELS OF A CONTINENTAL PERIOD IN BRITAIN.

Remarks on the Drift Deposits.—Examination of Drift by Borings.—Buried River Channel from Kilsyth to Grangemouth.—Channels not excavated by Sea nor by Ice.—Section of buried Channel at Grangemouth.—Mr. Milne Home’s Theory.—German Ocean dry Land.—Buried River Channel from Kilsyth to the Clyde.—Journal of Borings.—Marine Origin of the Drift Deposits.—Evidence of Inter-glacial Periods.—Oscillations of Sea-Level.—Other buried River Channels

466

CHAPTER XXX.

THE PHYSICAL CAUSE OF THE MOTION OF GLACIERS.—THEORIES OF GLACIER-MOTION.

Why the Question of Glacier-motion has been found to be so difficult.—The Regelation Theory.—It accounts for the Continuity of a Glacier, but not for its Motion.—Gravitation proved by Canon Moseley insufficient to shear the Ice of a Glacier.—Mr. Matthew’s Experiment.—No Parallel between the bending of an Ice Plank and the shearing of a Glacier.—Mr. Ball’s Objection to Canon Moseley’s Experiment.—Canon Moseley’s Method of determining the Unit of Shear.—Defect of Method.—Motion of a Glacier in some Way dependent on Heat.—Canon Moseley’s Theory.—Objections to his Theory.—Professor James Thomson’s Theory.—This Theory fails to explain Glacier-motion.—De Saussure and Hopkins’s “Sliding” Theories.—M. Charpentier’s “Dilatation” Theory.—Important Element in the Theory

495

CHAPTER XXXI.

THE PHYSICAL CAUSE OF THE MOTION OF GLACIERS.—THE MOLECULAR THEORY.

Present State of the Question.—Heat necessary to the Motion of a Glacier.—Ice does not shear in the Solid State.—Motion of a Glacier molecular.—How Heat is transmitted through Ice.—Momentary Loss of Shearing Force.—The Rationale of Regelation.—The Origin of “Crevasses.”—Effects of Tension.—Modification of Theory.—Fluid Molecules crystallize in Interstices.—Expansive Force of crystallizing Molecules a Cause of Motion.—Internal molecular Pressure the chief Moving Power.—How Ice can excavate a Rock Basin.—How Ice can ascend a Slope.—How deep River Valleys are striated across.—A remarkable Example in the Valley of the Tay.—How Boulders can he carried from a lower to a higher Level

514

APPENDIX.
I. | Opinions expressed previous to 1864 regarding the Influence of the Eccentricity of the Earth’s Orbit on Climate | 528
II. | On the Nature of Heat-Vibrations | 544
III. | On the Reason why the Difference of Reading between a Thermometer exposed to direct Sunshine and One Shaded diminishes as we ascend in the Atmosphere | 547
IV. | Remarks on Mr. J. Y. Buchanan’s Theory of the Vertical Distribution of Temperature of the Ocean | 550
V. | On the Cause of the Cooling Effect produced on Solids by Tension | 552
VI. | The Cause of Regelation | 554
VII. | List of Papers which have appeared in Dr. A. Petermann’s Geographische Mittheilungen relating to the Gulf-stream and Thermal Condition of the Arctic Regions | 556
VIII. | List of Papers by the Author to which Reference is made in this Volume | 560
————
Index |  | 563

СПИСОК ИЛЛЮСТРАЦИЙ.

Earth’s Orbit when Eccentricity is at its Superior Limit | Frontispiece.
PLATE |  | To face page
I. | Showing Agreement between the System of Ocean-Currents and Winds | 212
II. | Showing how opposing Currents intersect each other | 219
III. | Section of Mid-Atlantic | 222
IV. | Diagram representing the Variations of Eccentricity of the Earth’s Orbit | 313
V. | Showing probable Path of the Ice in North-Western Europe | 449
VI. | Showing Path of Ice across Caithness | 453
VII. | Map of the Midland Valley (Scotland), showing buried River Channels | 471

ГЛАВА I. ВВЕДЕНИЕ.

The Fundamental Problem of Geology.—Geology a Dynamical Science.—The Nature of a Geological Principle.—Theories of Geological Climate.—Geological Climate dependent on Astronomical Causes.—An Important Consideration overlooked.—Abstract of the Line of Argument pursued in the Volume.

Фундаментальная проблема геологии. — Исследование последовательных изменений и модификаций, которые претерпела земная кора в прошлые эпохи, является областью геологии. Сразу же следует признать, что знакомство с силами, посредством которых осуществлялись эти последовательные изменения и модификации, имеет первостепенное значение для геолога. Каковы же эти силы? Хотя вулканические и другие подземные извержения, землетрясения, поднятия и опускания суши происходили во все времена, сейчас нет более установленной истины, чем та, что эти великие изменения были вызваны не этими природными потрясениями и катаклизмами. Скорее, это произошло благодаря обычным силам, которые мы видим в действии каждый день вокруг нас, таким как дождь, реки, тепло и холод, мороз и снег. Долины были созданы не насильственными разломами, а холмы — не внезапными поднятиями, а были фактически вырезаны из твердой породы, безмолвно и мягко, силами, о которых мы упомянули. «Инструменты», — цитируя слова профессора Гейки, — «с помощью которых была проделана эта великая работа, относятся к самому простому и повседневному порядку: воздух, дождь, морозы, источники, ручьи, реки, ледники, айсберги и море. Эти инструменты работали с самых ранних времен, от которых сохранились какие-либо геологические записи. Действительно, именно из накопленной ими крошки и пыли, впоследствии затвердевших в твердую породу и поднятых, сформировался сам каркас наших континентов».

Следует заметить — и это момент, требующий особого внимания, — что упомянутые силы являются обычными метеорологическими или климатическими факторами. Фактически, именно эти факторы и составляют климат. Различные особенности или модификации климата возникают в результате преобладания одного или нескольких из этих факторов над остальными. Когда, например, преобладает тепло, мы имеем жаркий или тропический климат. Когда преобладают холод и мороз, мы имеем суровый или арктический климат. При избытке влаги мы имеем влажный и дождливый климат; и так далее. Но это еще не все. Эти климатические факторы являются не только силами, которые вырезали скалистое лицо земного шара в холмы и долины и покрыли все это мантией почвы; именно ими определяется характер флоры и фауны, существующих на этой почве. Флора и фауна района определяются главным образом характером климата, а не природой почвы или конфигурацией местности. Именно из-за различия климата тропическая жизнь так сильно отличается от арктической, и обе они — от жизни умеренных регионов. Именно климат, и только климат, заставляет апельсин и виноград цвести, а оливу процветать на юге Европы, но отказывает им в этом на севере. Именно климат, и только климат, позволяет лесному дереву расти на равнине, но не на вершине горы; заставляет пшеницу и ячмень процветать на материковой части Шотландии, но не в степях Сибири.

Далее, если мы сравним равнинные страны с горными, возвышенности с низменностями или острова с континентами, мы обнаружим, что различие климатических условий является главной причиной того, почему жизнь в одних так сильно отличается от жизни в других. А если мы обратимся к морю, то обнаружим, что органическая жизнь там находится под таким же влиянием климата, как и на суше, только условия там гораздо менее сложны. Ибо в случае с морем различие в температуре воды можно назвать почти единственным различием климатических условий. Если есть один факт, который более четко, чем другие, выявлен недавними глубоководными исследованиями, так это то, что ничто не оказывает такого влияния на органическую жизнь в океане, как температура воды. Фактически, это происходит в такой степени, что теплые зоны оказались почти эквивалентны зонам жизни. Было обнаружено, что даже огромное давление на дне океана не оказывает такого влияния на жизнь, как температура воды. Я полагаю, найдется немного людей, которые, размышляя на эту тему, не признают охотно, что как в отношении великих физических изменений, происходящих на поверхности нашего земного шара, так и в отношении роста и распределения растительной и животной жизни, обычные климатические агенты являются реальными действующими силами, и что по сравнению с ними все остальные силы отступают на второй план.

Будет также признано, что то, что справедливо для настоящего, в равной степени справедливо и для прошлого. Климатические агенты не только сейчас являются наиболее важными и влиятельными; они были таковыми во все прошлые геологические эпохи. Они были таковыми в кайнозое в той же мере, что и в настоящее время; и нет оснований полагать, что они были иными в более отдаленные мезозойскую и палеозойскую эры. Они были главными факторами, участвовавшими в той долгой череде событий и изменений, которые произошли со времени затвердевания земной коры. Стратифицированные породы земного шара содержат все записи, которые сохранились до наших дней об их действии, и особая обязанность геолога — исследовать и прочитать эти записи. Сразу же будет признано, что для правильного понимания событий, воплощенных в этих записях, знакомство с силами, которыми они были произведены, имеет огромное значение. Фактически, только таким образом мы можем надеяться прийти к их рациональному объяснению. Знание агентов и законов их действия во всех физических науках является средством, с помощью которого мы приходим к рациональному пониманию произведенных эффектов. Если перед нами стоят некоторые сложные и запутанные эффекты, произведенные теплом, светом, электричеством и т. д., то, чтобы понять их, мы должны ознакомиться с агентами, которыми они были произведены, и законами их действия. Если рассматриваемые эффекты, например, являются эффектами тепла, то мы должны ознакомиться с этим агентом и его законами. Если они являются эффектами электричества, то становится необходимым знание электричества и его законов.

Это не просто произвольный способ действий, который может быть принят в одной науке и отвергнут в другой. В действительности это необходимость мышления, вытекающая из самого устройства нашего интеллекта; ибо объективный закон агента — это концепция, с помощью которой эффекты субъективно объединяются в рациональное единство. Мы можем описывать, упорядочивать и классифицировать эффекты как угодно, но без знания законов агента мы не можем иметь рационального единства. У нас нет высшей концепции, с помощью которой их можно было бы осмыслить. Именно это отношение между эффектами и законами агента, знание которого действительно составляет науку. Мы могли бы тысячу лет изучать, упорядочивать и описывать эффекты, производимые теплом, и все равно у нас не было бы науки о тепле, если бы у нас не было знания законов этого агента. Эффекты никогда не казались бы нам необходимо связанными с чем-либо известным нам; мы не могли бы связать их с каким-либо рациональным принципом, из которого они могли бы быть выведены априори. Те же замечания, конечно, в равной степени справедливы для всех наук, в которых рассматриваемые вещи находятся в отношении причины и следствия. Геология не является исключением. Она не похожа на систематическую ботанику, простую науку о классификации. Она должна объяснять и учитывать произведенные эффекты; и эти эффекты не могут быть объяснены без знания законов агентов, которые их произвели, так же как эффекты тепла не могут быть объяснены без знания законов тепла. Единственное различие между геологией и теплом, светом, электричеством и т. д. заключается в том, что в геологии эффекты, подлежащие объяснению, почти все уже произошли, тогда как в этих других науках должны быть объяснены эффекты, которые происходят в настоящее время. Но это различие не имеет значения для нашей нынешней цели, ибо эффекты, которые уже произошли, не могут быть объяснены без знания законов агента, который их произвел, так же как и эффекты, которые находятся в процессе возникновения. Более того, не совсем верно, что все эффекты, подлежащие объяснению геологом, уже в прошлом. В сферу его науки входит объяснение изменений, которые в настоящее время происходят в земной коре.

Никакое количество описаний, упорядочивания и классификации фактов, попадающих в поле зрения геолога, какими бы совершенными или точными они ни были, никогда не сможет составить науку геологию, так же как описание и классификация эффектов тепла не могли бы составить науку о тепле. Это, несомненно, будет признано каждым, кто размышляет над этим предметом, и будет утверждаться, что геология, как и любая другая наука, должна обладать принципами, применимыми к фактам. Но здесь возникнут путаница и заблуждение, если не будет четких и определенных идей относительно того, что должно составлять геологический принцип. Не каждое утверждение или правило, которое может быть применимо к большому количеству фактов, будет составлять геологический принцип. Геологический принцип должен обладать теми же характеристиками, что и принципы тех наук, на которые мы ссылались. Какова же природа принципов света, тепла, электричества и т. д.? Принципы тепла — это законы тепла. Принципы электричества — это законы электричества. И эти законы — не что иное, как способы, согласно которым эти агенты производят свои эффекты. Следовательно, принципы геологии — это законы геологии. Но законы геологии должны быть просто законами геологических агентов, или, другими словами, методами, с помощью которых они производят свои эффекты. Любой другой так называемый принцип не может быть ничем иным, как эмпирическим правилом, принятым для удобства. Не обладая рациональностью сам по себе, он не может справедливо рассматриваться как принцип. Для рациональности принцип должен быть либо разрешим в законы агентов, либо логически выводим из них. Если он не обладает этим качеством, мы не можем дать объяснение априори.

Причина всего этого совершенно очевидна. Вещи, подлежащие объяснению, являются эффектами; и отношение между причиной и следствием обеспечивает субъективную связь между принципом и объяснением. Объяснение следует из принципа просто так, как эффект следует из законов агента или причины.

Теории геологического климата. — Мы уже видели, что геологические агенты — это главным образом обычные климатические агенты. Следовательно, главные принципы геологии должны быть законами климатических агентов или какими-то логическими выводами из них. Поэтому следует, что для чисто научной геологии великая проблема должна быть проблемой геологического климата. Именно через геологический климат мы можем надеяться в конечном итоге прийти к принципам, которые дадут рациональное объяснение многообразным фактам, накапливавшимся в течение последнего столетия. Факты геологии столь же важны для установления принципов, как факты тепла, света и электричества важны для установления принципов этих наук. Теория геологического климата, разработанная без учета фактов, была бы примерно такой же бесполезной, как теория тепла или электричества, разработанная без учета фактов этих наук.

Среди геологов всегда существовало общепринятое мнение, что климатические условия нашего земного шара в прошлые эпохи не были неизменно такими же, как в настоящее время. Долгое время предполагалось, что в кембрийский, силурийский и другие ранние геологические периоды климат нашего земного шара был намного жарче, чем сейчас, и что с тех пор он постепенно становился холоднее. И эта высокая температура палеозойских эпох обычно объяснялась влиянием внутреннего тепла Земли. Однако сэром Уильямом Томсоном было доказано, что общий климат нашего земного шара не мог заметно зависеть от внутреннего тепла в любое время спустя десять тысяч лет после начала затвердевания поверхности. Этот физик доказал, что нынешнее влияние внутреннего тепла на температуру составляет лишь около 1/75 градуса. Теория внутреннего тепла не только сейчас в целом оставлена, но признано, что у нас нет веских геологических доказательств того, что климат был намного жарче в палеозойские эпохи, чем сейчас; и тем более того, что он становился равномерно холоднее.

Великое открытие ледниковой эпохи, а позднее — открытие мягких и умеренных климатических условий, распространявшихся в миоценовый и другие периоды до Северной Гренландии, привели к полной революции идей в отношении геологического климата. Эти открытия показали, что наш земной шар претерпел не просто изменения климата, а изменения самого необычайного характера. Они показали, что в одно время на нашем острове преобладали не только арктические климатические условия, но и большая часть умеренного региона вплоть до сравнительно низких широт была погребена под льдом, в то время как в другие периоды Гренландия и арктические регионы, вероятно, вплоть до Северного полюса, были не только свободны от льда, но и покрыты богатой и пышной растительностью.

Объяснение этих необычайных изменений климата обычно считалось самой трудной и запутанной проблемой, выпавшей на долю геолога. Некоторые пытались объяснить их, предполагая смещение оси вращения Земли вследствие поднятия больших горных масс на какой-то части земной поверхности. Но профессором Эри, сэром Уильямом Томсоном и другими было показано, что экваториальное вздутие Земли таково, что никакое геологическое изменение на ее поверхности не могло бы изменить положение оси вращения в степени, которая могла бы хоть сколько-нибудь заметно повлиять на климат. Другие, в свою очередь, пытались объяснить изменение климата, предполагая, вместе с Пуассоном, что Земля в своей прошлой геологической истории могла проходить через более жаркие и более холодные части пространства. Это не очень удовлетворительная гипотеза. Вне всякого сомнения, существует различие в количестве силы в форме тепла, проходящей через разные части пространства; но само пространство не является субстанцией, которая могла бы быть холодной или горячей. Если, следовательно, мы примем эту гипотезу, мы должны предположить, что Земля в жаркие периоды должна была находиться вблизи какого-то другого великого источника тепла и света, помимо Солнца. Но близость массы такой величины, которая была бы достаточной, чтобы в значительной степени повлиять на климат Земли, своей гравитацией серьезно нарушила бы механизм нашей Солнечной системы. Следовательно, если бы наша Солнечная система когда-либо, в какой-либо прежний период своей истории, действительно приближалась к такой массе, орбиты планет должны были бы сегодня содержать какие-то доказательства этого. Но опять же, чтобы объяснить холодный период, такой как ледниковая эпоха, мы должны предположить, что Земля должна была приблизиться к холодному телу. Но недавние открытия в отношении межледниковых периодов полностью несовместимы с этой теорией.

Изменение наклона эклиптики часто использовалось и до сих пор используется в качестве объяснения геологического климата. Эта теория, однако, по-видимому, сталкивается с двойным возражением: (1) из небесной механики можно показать, что изменения наклона эклиптики всегда были настолько малы, что они не могли существенно повлиять на климатические условия земного шара; и (2) даже допуская, что наклон мог измениться в неопределенной степени, можно показать, что никакое увеличение или уменьшение, каким бы большим оно ни было, не могло бы объяснить ни ледниковую эпоху, ни теплые умеренные климатические условия в полярных регионах.

Недавно была выдвинута теория о том, что Солнце является переменной звездой и что ледниковые эпохи геологов могут соответствовать периодам уменьшения солнечного тепла. Эта теория также открыта для двух возражений: (1) общее уменьшение тепла никогда не могло бы вызвать ледниковую эпоху; и (2) даже если бы могло, это не объяснило бы межледниковые периоды.

Единственная другая теория по этому вопросу, заслуживающая внимания, — это теория сэра Чарльза Лайеля. Эти необычайные изменения климата, согласно его теории, приписываются различиям в распределении суши и воды. Сэр Чарльз приходит к выводу, что если бы вся суша была собрана вокруг полюсов, в то время как экваториальные зоны были бы заняты океаном, общая температура была бы понижена до степени, которая объяснила бы ледниковую эпоху. И, с другой стороны, если бы вся суша была собрана вдоль экватора, в то время как полярные регионы были бы покрыты морем, это повысило бы температуру земного шара в огромной степени. В последующих главах будет показано, что эта теория не учитывает должным образом колоссальное влияние, оказываемое на климат теплом, переносимым из экваториальных в умеренные и полярные регионы посредством океанических течений. В главах II и III я попытался доказать (1), что если бы не тепло, переносимое этим путем из экваториальных в умеренные и полярные регионы, тепловое состояние земного шара было бы совершенно иным, чем сейчас; и (2), что эффект размещения всей суши вдоль экватора был бы диаметрально противоположным тому, который предполагает сэр Чарльз.

Но даже если предположить, что различие в распределении суши и воды произвело бы приписываемые ему эффекты, тем не менее это не объяснило бы те необычайные изменения климата, которые произошли в течение геологических эпох. Возьмем, например, ледниковую эпоху. Почти все геологи согласны с тем, что с той эпохи произошло мало или вовсе не произошло изменений в относительном распределении моря и суши. Все наши основные континенты и острова не только существовали тогда, как и сейчас, но каждый год добавляет количество доказательств, которые показывают, что ледниковая эпоха, геологически рассматриваемая, настолько недавняя, что сам контур поверхности был тогда почти таким же, как в настоящее время. Но это еще не все; ибо даже если мы предположим (1), что различие в распределении моря и суши произвело бы упомянутые эффекты, и (2), что у нас были веские геологические доказательства того, что в очень недавний период существовала форма распределения, которая создала бы необходимые ледниковые условия, все равно ледниковая эпоха не была бы объяснена, ибо явления теплых межледниковых периодов полностью опровергли бы эту теорию.

Геологический климат, зависящий от астрономических причин. — В течение последних многих лет среди геологов постепенно укреплялось впечатление, что ледниковая эпоха, так же как и необычайные климатические условия, преобладавшие в арктических регионах в миоценовый и другие периоды, должны были так или иначе возникнуть из космической причины; но все, казалось, были в недоумении, пытаясь предположить, что это за причина. Было очевидно, что космическую причину следует искать в отношениях нашей Земли к Солнцу; но изменение наклона эклиптики и эксцентриситет земной орбиты — это единственные изменения, от которых можно было ожидать какого-либо заметного влияния на климат. Однако Лапласом было показано, что изменение наклона ограничено настолько узкими пределами, что к нему почти никогда не обращались как к причине, серьезно влияющей на климат. Единственной оставшейся причиной, к которой можно было обратиться, было изменение эксцентриситета земной орбиты — прецессия равноденствий без эксцентриситета, конечно, не производит никакого эффекта на климат. Более сорока лет назад сэр Джон Гершель и несколько других астрономов направили свое внимание на рассмотрение этой причины, но результат оказался неблагоприятным для предположения о том, что изменение эксцентриситета может сильно повлиять на климат нашего земного шара.

Поскольку в отношении этого, по-видимому, существует некоторое недопонимание, я позволю себе кратко остановиться на истории этого вопроса, отсылая читателя к Приложению для получения более полных сведений.

Примерно в начале века некоторые авторы приписывали более низкую температуру южного полушария тому факту, что Солнце остается в этом полушарии примерно на семь дней меньше, чем в северном; их мнение заключалось в том, что южное полушарие по этой причине получает на семь дней меньше тепла, чем северное. Сэр Чарльз Лайель в первом издании своих «Принципов», опубликованном в 1830 году, ссылается на это как на причину, которая могла бы произвести некоторый незначительный эффект на климат. Замечания сэра Чарльза, по-видимому, направили внимание сэра Джона Гершеля на этот предмет, ибо в конце того же года он прочитал в Геологическом обществе статью об астрономических причинах, которые могут влиять на геологические явления, в которой, указав на ошибку, в которую был введен сэр Чарльз, заключив, что южное полушарие получает меньше тепла, чем северное, он рассматривает вопрос о том, может ли геологический климат зависеть от изменений эксцентриситета земной орбиты. Он, по-видимому, в то время не был осведомлен о выводах, к которым пришел Лагранж относительно верхнего предела эксцентриситета земной орбиты; но он пришел к выводу, что, возможно, климат нашего земного шара мог быть затронут вариациями эксцентриситета его орбиты. «Величина вариации», — говорит он, — «которую мы не должны колебаться признать (по крайней мере, предварительно) как возможную, может быть продуктивной для значительного разнообразия климата и может действовать в течение больших периодов времени, либо смягчая, либо преувеличивая разницу зимних и летних температур, чтобы производить попеременно в одной и той же широте любого полушария вечную весну или крайние превратности палящего лета и суровой зимы».

Это мнение, однако, было, к сожалению, в значительной степени сведено на нет утверждением, которое вскоре после этого появилось в его «Трактате по астрономии», а также в «Очерках астрономии», о том, что эллиптическая форма земной орбиты имеет лишь очень незначительное влияние на создание вариации температуры, соответствующей расстоянию от Солнца; причина заключается в том, что какова бы ни была эллиптичность орбиты, следует, что равные количества тепла получаются от Солнца при прохождении равных углов вокруг него, в какой бы части эллипса эти углы ни находились. Эти углы, конечно, будут описываться за неравные промежутки времени, но большая близость Солнца точно компенсирует более быстрое описание, и таким образом поддерживается равновесие тепла. Солнце, например, намного ближе к Земле, когда оно находится над южным полушарием, чем когда оно над северным; но южное полушарие не получает из-за этого больше тепла, чем северное; ибо из-за большей скорости Земли, когда она ближе всего к Солнцу, Солнце не остается так долго в южном полушарии, как в северном. Эти два эффекта так точно уравновешивают друг друга, что, какова бы ни была степень эксцентриситета, общее количество тепла, достигающее обоих полушарий, одинаково. И он считал, что этот прекрасный компенсирующий принцип защитит климат нашего земного шара от серьезного воздействия увеличения эксцентриситета его орбиты, если только степень этого увеличения не будет очень велика.

«Если бы не это», — говорит он, — «эксцентриситет орбиты существенно повлиял бы на переход сезонов. Флуктуация расстояния составляет почти 1/30 его средней величины, и, следовательно, флуктуация прямой нагревательной способности Солнца — вдвое больше, или 1/15 всей величины. Теперь перигелий орбиты расположен почти в месте северного зимнего солнцестояния; так что, если бы не компенсация, которую мы только что описали, эффект состоял бы в преувеличении разницы лета и зимы в южном полушарии и смягчении ее в северном; таким образом, производя более бурное чередование климата в одном полушарии и приближение к вечной весне в другом. Как бы то ни было, однако, такого неравенства не существует, но равное и беспристрастное распределение тепла и света даровано обоим».

Мнение Гершеля вскоре после этого было принято и поддержано Араго и Гумбольдтом.

Араго, например, утверждает, что климат нашего земного шара настолько мало зависит от эксцентриситета его орбиты, что даже если бы орбита стала такой же эксцентричной, как орбита планеты Паллада (то есть такой же большой, как 0,24), «все равно это не изменило бы каким-либо заметным образом среднее термометрическое состояние земного шара».

Эта идея, поддержанная этими великими авторитетами, овладела общественным сознанием; и с тех пор почти повсеместно считается установленным, что великие изменения климата, на которые указывают геологические явления, не могли быть результатом какого-либо изменения в отношении Земли к Солнцу.

Существует, однако, один эффект, который не рассматривался как компенсированный. Общее количество тепла, получаемого Землей, обратно пропорционально малой оси ее орбиты; и, следовательно, следует, что чем больше эксцентриситет, тем больше общее количество тепла, получаемого Землей. По этой причине был сделан вывод, что увеличение эксцентриситета имело бы тенденцию в определенной степени производить более теплый климат.

Все те выводы, на которые я ссылаюсь, к которым пришли астрономы, вполне законны, насколько это касается прямых эффектов эксцентриситета; и было вполне естественно, и, по сути, правильно заключить, что в самом увеличении эксцентриситета нет ничего, что могло бы вызвать ледниковую эпоху. Как неестественно было бы заключить, что увеличение количества тепла, получаемого от Солнца, должно понизить температуру и покрыть страну снегом и льдом! Также чрезмерно холодные зимы, за которыми следуют чрезмерно жаркие лета, не вызвали бы ледниковую эпоху. Утверждать, следовательно, что чисто астрономические причины могли произвести такой эффект, было бы просто абсурдно.

Важное упущенное соображение. — Однако был упущен важный факт, что, хотя ледниковая эпоха не могла возникнуть непосредственно из-за увеличения эксцентриситета, она могла тем не менее сделать это косвенно. Хотя увеличение эксцентриситета не могло иметь прямой тенденции к понижению температуры и покрытию нашей страны льдом, оно могло привести в действие физические агенты, которые произвели бы этот эффект.

Если вместо попыток проследить прямую связь между высоким состоянием эксцентриситета и ледниковым состоянием климата мы обратим наше внимание на рассмотрение того, каковы физические эффекты, возникающие в результате увеличения эксцентриситета, мы обнаружим, что приводится в действие множество физических агентов, комбинированный эффект которых заключается в том, чтобы в очень большой степени понизить температуру полушария, чьи зимы происходят в афелии, и в почти такой же степени повысить температуру противоположного полушария, чьи зимы, конечно, происходят в перигелии. Пока внимание не было направлено на те физические обстоятельства, о которых я говорю, было невозможно открыть истинную причину ледниковой эпохи; и, более того, многие из косвенных и физических эффектов, которые в действительности были теми, что вызвали ледниковую эпоху, не могли, по самой природе вещей, быть известны до недавних открытий в науке о тепле.

Рассмотрение и обсуждение этих различных физических агентов являются главной целью следующих страниц.

Краткое изложение линии аргументации, проводимой в этом томе. — Теперь я перейду к краткому изложению линии аргументации, проводимой в этом томе. Но поскольку значительная ее часть посвящена рассмотрению возражений и трудностей, имеющих прямое или косвенное отношение к теории, необходимо будет указать, что это за трудности, как они возникли и какие методы были приняты для их преодоления.

Глава IV содержит обзор физических агентов, влияющих на климат, которые приводятся в действие увеличением эксцентриситета. Безусловно, самым важным из всех этих агентов, и тем, который главным образом вызвал ледниковую эпоху, является отклонение океанических течений. Рассмотрение косвенной физической связи между высоким состоянием эксцентриситета и отклонением океанических течений, а также огромное влияние на климат, которое возникает в результате этого отклонения, составляют не только самую важную часть предмета, но и ту, которая сопряжена с наибольшим количеством трудностей.

Трудности, сопряженные с этой частью теории, возникают главным образом из несовершенного состояния наших знаний (1-е) в отношении абсолютного количества тепла, переносимого из экваториальных в умеренные и полярные регионы посредством океанических течений, и влияния, которое переносимое таким образом тепло оказывает на распределение температуры на поверхности Земли; и (2-е) в связи с физической причиной океанической циркуляции.

В главах II и III я довольно подробно остановился на рассмотрении эффектов океанических течений на распределение тепла по земному шару. Единственное течение, объем и температура которого были оценены с какой-либо точностью, — это Гольфстрим. В отношении этого течения у нас есть средство определения в абсолютной мере количества тепла, переносимого им. При проведении необходимых вычислений обнаруживается, что количество, переносимое Гольфстримом из экваториальных регионов в Северную Атлантику, колоссально больше, чем когда-либо предполагалось, составляя не менее одной пятой части всего тепла, которым обладает Северная Атлантика. Этот поразительный факт проливает новый свет на вопрос о распределении тепла по земному шару. Будет видно, что температура экваториальных регионов понижается, а температура высоких умеренных и полярных регионов повышается посредством океанических течений до такой степени, что если бы они прекратились и каждая широта зависела бы исключительно от тепла, получаемого непосредственно от Солнца, лишь очень небольшая часть земного шара была бы пригодна для жизни нынешнего порядка существ. Поскольку это так, становится очевидным, в какой степени отклонение океанических течений должно влиять на температуру. Например, если бы Гольфстрим остановился, а переносимое им тепло отклонилось бы в Южный океан, как колоссально это способствовало бы понижению температуры северного полушария и повышению температуры к югу от экватора.

Главы VI, VII, VIII, IX, X и XIII посвящены рассмотрению физической причины океанической циркуляции. Это оказалось самой трудной и запутанной частью всего исследования. Трудности главным образом возникают из-за большого разнообразия мнений и путаницы идей, преобладающих в отношении механики этого предмета. Существуют две теории, выдвинутые для объяснения океанической циркуляции; одна, которую можно назвать теорией ветра, а другая — теорией гравитации; и это разнообразие мнений и путаница идей преобладают в связи с обеими теориями. Поскольку вопрос о причине океанической циркуляции имеет не только прямое и важное отношение к предмету настоящего тома, но и является, кроме того, вопросом большого общего интереса, я довольно подробно остановился на этом деле.

Теории гравитации можно разделить на два класса. Первый из них приписывает Гольфстрим и другие заметные течения океана разнице удельного веса, возникающей в результате разницы температур между морем в экваториальных и полярных регионах. Ведущим сторонником этой теории был покойный лейтенант Мори, который выдвинул ее на первый план в своей интересной книге «Физическая география моря». Другой класс не допускает, что заметные течения океана могут быть вызваны разницей удельного веса; но они утверждают, что разница температур между морем в экваториальных и полярных регионах вызывает общее движение верхней части моря от экватора к полюсам и встречное движение нижней части от полюсов к экватору. Эта форма теории гравитации была умело и ревностно поддержана доктором Карпентером, которого можно считать ее представителем. Теории ветра также делятся на два класса. Согласно одной, океанические течения вызываются и поддерживаются импульсом пассатов, в то время как согласно другой, они обязаны своим существованием не только импульсу пассатов, но и импульсу преобладающих ветров земного шара, рассматриваемых как общая система. Первая из них является общепринятой; вторая — та, которая отстаивается в настоящем томе.

Отношения, которые эти теории имеют к вопросу о вековом изменении климата, будут подробно изложены в главе VI. Однако лучше будет здесь в нескольких словах изложить, что это за отношения. Когда эксцентриситет земной орбиты достигает высокого значения, полушарие, чье зимнее солнцестояние происходит в афелии, имеет, по причинам, объясненным в главе IV, пониженную температуру, в то время как температура противоположного полушария повышается. Предположим, что северное полушарие — холодное, а южное — теплое. Разница температур между экватором и Северным полюсом тогда будет больше, чем между экватором и Южным полюсом; следовательно, согласно теории, пассаты северного полушария будут сильнее, чем пассаты южного, и, следовательно, будут дуть через экватор на некоторое расстояние в южное полушарие. Такое положение вещей будет иметь тенденцию отклонять экваториальные течения на юг, направляя теплую воду экваториальных регионов больше в южное или теплое полушарие, чем в северное или холодное полушарие. Тенденция всего этого будет заключаться в преувеличении разницы температур, уже существующей между двумя полушариями. Если, с другой стороны, великие океанические течения, которые переносят теплые экваториальные воды в умеренные и полярные регионы, вызываются не импульсом ветров, а разницей температур, как утверждает Мори, то в вышеупомянутом случае экваториальные воды отклонялись бы больше в северное или холодное полушарие, чем в южное или теплое полушарие, потому что разница температур между экватором и полюсами была бы больше в холодном, чем в теплом полушарии. Это, конечно, имело бы тенденцию нейтрализовать или противодействовать той разнице температур между двумя полушариями, которая была ранее создана эксцентриситетом. Короче говоря, эта теория циркуляции эффективно предотвратила бы серьезное влияние эксцентриситета на климат.

Главы VI и VII были посвящены исследованию этой формы теории гравитации.

Вышеупомянутые замечания в равной степени относятся к форме теории доктора Карпентера; ибо согласно доктрине общей океанической циркуляции, возникающей в результате разницы удельного веса между водой на экваторе и на полюсах, экваториальная вода будет переноситься больше в холодное, чем в теплое полушарие. Совершенно верно, что вера в общую океаническую циркуляцию может вполне последовательно сочетаться с теорией вековых изменений климата, при условии, что будет признано, что не эта общая циркуляция, а океанические течения являются великим агентом, используемым для распределения тепла по земному шару. Сторонники теории, однако, ничего подобного не признают, а считают океанические течения второстепенными по важности. Можно сказать, что существование этой общей океанической циркуляции никогда не было обнаружено фактическим наблюдением. Оно просто предполагается для объяснения определенных фактов, и утверждается, что такая циркуляция должна происходить как физическая необходимость. Я свободно признаю, что если бы теплая вода экваториальных регионов не уносилась постоянно посредством океанических течений, таких как Гольфстрим, она накапливалась бы до тех пор, пока для восстановления равновесия не возникло бы такое общее движение, как предполагается. Но будет показано, что теплая вода в экваториальных регионах отводится океаническими течениями так быстро, что фактическая плотность экваториальной колонны настолько мало отличается от плотности полярной колонны, что сила гравитации, возникающая из этой разницы, настолько бесконечно мала, что сомнительно, достаточна ли она для производства заметного движения. Я также показал в главе VIII, что все факты, которые эта теория призвана объяснить, не только объясняются теорией ветра, но и выводимы из нее как необходимые следствия. В главе XI доказано, путем сопоставления количества тепла, переносимого океаническими течениями из межтропических в умеренные и полярные регионы, с таким количеством, которое могло бы быть перенесено посредством общей океанической циркуляции, что последняя отступает на второй план перед первой. В главах X и XII различные возражения, выдвинутые доктором Карпентером и г-ном Финдлеем, обсуждаются довольно подробно, а в главе IX я довольно детально остановился на исследовании механики теории гравитации. Изложение теории ветра дано в главе XIII; а в главе XIV показана связь этой теории с теорией вековых изменений климата. На этом заканчивается часть исследования, относящаяся к океанической циркуляции.

Теперь мы подходим к решающему испытанию теорий относительно причины ледниковой эпохи, а именно: теплым межледниковым периодам. В главах XV и XVI я привел изложение геологических фактов, которые доказывают, что та долгая эпоха, известная как ледниковая, не была эпохой непрерывного холода, а состояла из чередования холодных и теплых периодов. Это положение вещей совершенно необъяснимо с точки зрения любой теории причины ледниковой эпохи, которая была выдвинута до сих пор; но согласно рассматриваемой физической теории вековых изменений климата, оно следует как необходимое следствие. Фактически, количество геологических доказательств, которые уже были накоплены в отношении межледниковых периодов, теперь можно считать вполне достаточным для установления истинности этой теории.

Если ледниковая эпоха возникла из-за какого-то случайного распределения моря и суши, то ледниковых эпох могло быть больше одной, а могло и не быть, но если она возникла из-за причины, которую мы указали, то в геологической истории земного шара должна была быть череда ледниковых эпох, соответствующих вековым вариациям эксцентриситета земной орбиты. Вера в существование повторяющихся ледниковых эпох неуклонно укреплялась в течение многих лет. Я в главе XVIII довольно подробно изложил факты, на которых основывается эта вера. Верно, что геологические доказательства ледниковых эпох в более ранние эпохи скудны по сравнению с доказательствами ледниковой эпохи посттретичных времен; но для этого есть причина в самой природе геологических доказательств. Глава XVII посвящена геологическим записям прежних ледниковых эпох, показывая, что они не только несовершенны, но и что есть веская причина, почему они должны быть таковыми, и что несовершенство записей в отношении них не может быть выдвинуто в качестве аргумента против их существования.

Если ледниковая эпоха возникла из-за высокого состояния эксцентриситета, у нас есть не только средство определения положительной даты этой эпохи, но у нас также есть средство определения геологического времени в абсолютной мере. Ибо если ледниковые эпохи более ранних эпох соответствуют периодам высокого эксцентриситета, то интервалы между этими периодами высокого эксцентриситета становятся мерой интервалов между ледниковыми эпохами. Исследования Лагранжа и Леверье по вековым вариациям элементов орбит планет позволяют нам с достаточной точностью определить значения эксцентриситета земной орбиты, по крайней мере, за четыре миллиона лет в прошлом и будущем. С целью определения этих значений я несколько лет назад вычислил по формуле Леверье эксцентриситет земной орбиты и долготу перигелия с интервалами в десять тысяч и пятьдесят тысяч лет в течение периода в три миллиона лет в прошлом и один миллион лет в будущем. Таблицы, содержащие эти значения, будут найдены в главе XIX. Эти таблицы не только дают нам дату ледниковой эпохи, но и предоставляют, как будет видно из главы XXI, доказательства относительно вероятной даты эоценового и миоценового периодов.

Десять лет назад, когда теория была впервые выдвинута, она была сопряжена с очень серьезной трудностью, возникающей из мнений, которые тогда преобладали в отношении геологического времени. Одна или две ледниковые эпохи в течение миллиона лет — это вывод, который в то время вряд ли признал бы какой-либо геолог, и большинство из них были бы склонны поместить последнюю ледниковую эпоху по крайней мере на миллион лет назад. Но тогда, если мы предположим, что ледниковая эпоха была обусловлена высоким состоянием эксцентриситета, мы были бы вынуждены признать по крайней мере две ледниковые эпохи в течение этого промежутка времени. Именно современная доктрина о том, что великие изменения, претерпеваемые земной корой, были произведены не природными потрясениями, а медленным и почти незаметным действием дождя, рек, снега, мороза, льда и т. д., так сильно запечатлела в сознании геолога огромную продолжительность геологических периодов. Когда считалось, что скалистое лицо нашего земного шара было вырезано в холмы и долины и в конечном итоге стерто до уровня моря с помощью этих, казалось бы, ничтожных агентов, не только один или два раза, а много раз в течение прошлых эпох, неудивительно, что взгляды, которых придерживались геологи относительно огромной древности нашего земного шара, не гармонировали с выводами физической науки по этому предмету. Сэром Уильямом Томсоном и другими было показано из физических соображений, касающихся возраста солнечного тепла и векового охлаждения нашего земного шара, что геологическая история земной коры должна быть ограничена периодом около ста миллионов лет. Но эти спекуляции имели мало веса, когда противопоставлялись суровым и неоспоримым фактам субаэральной денудации. Как же тогда их примирить? Физик ли недооценил геологическое время, или геолог переоценил его? Немногие, знакомые с современной физикой и уделившие особое внимание этому предмету, признали бы, что Солнце могло рассеивать свое тепло с нынешней огромной скоростью в течение периода, значительно превышающего сто миллионов лет. Вероятно, количество работы, выполненной на земной коре денудирующими агентами за такой огромный период, как миллион лет, было, по причинам, изложенным в главе XX, очень сильно недооценено. Но трудность заключалась в том, как это доказать. Как можно было измерить скорость действия агентов, столь многочисленных и разнообразных, действующих с такой крайней медленностью и нерегулярностью на столь огромных площадях? Другими словами, как можно было измерить скорость субаэральной денудации? Размышляя над этой проблемой около десяти лет назад, мне пришел в голову чрезвычайно простой и очевидный метод ее решения. Этот метод — подробности которого будут найдены в главе XX — показал, что скорость субаэральной денудации колоссально больше, чем предполагалось. Метод сейчас довольно широко принят, и результатом уже стало достижение полного примирения между физикой и геологией в отношении времени.

Глава XXI содержит изложение гравитационных теорий происхождения солнечного тепла. Принято считать, что энергия, которой обладает Солнце, получена за счет гравитации, поскольку горение как источник совершенно недостаточно. Однако для объяснения тепла даже за сто миллионов лет требуется нечто большее, чем гравитация. Гравитация не могла бы обеспечить даже половину этого количества. Должен существовать какой-то иной и более значительный источник, чем гравитация. Тем не менее, как указано, существует очевидный источник, из которого могло быть получено гораздо больше энергии, чем от гравитации.

Метод определения скорости субаэральной денудации позволяет нам также получить приблизительную оценку фактической средней мощности стратифицированных горных пород земного шара. Из главы XXII будет видно, что средняя мощность гораздо меньше, чем принято считать.

Далее рассматриваются физическая причина погружения суши в ледниковую эпоху и влияние изменения наклона эклиптики на климат. В главе XXVI я привел доводы, которые заставляют меня полагать, что уголь является межледниковым образованием.

Следующие две главы — одна о пути льда в северо-западной Европе, другая о ледниковом щите на севере Англии — представляют собой перепечатки статей, опубликованных несколько лет назад в Geological Magazine. Недавние наблюдения подтвердили справедливость взглядов, изложенных в этих двух главах, и они быстро получают признание среди геологов.

В заключении я привел изложение молекулярной теории движения ледников — теории, которую я был вынужден значительно изменить в одном конкретном пункте.

Есть один момент, на который я хочу обратить особое внимание, а именно: я старательно избегал введения в выдвигаемые теории чего-либо гипотетического характера. Насколько мне известно, от начала до конца этого тома нет ни одного гипотетического элемента: нигде я не пытался дать гипотетическое объяснение. Выводы в каждом случае получены либо из фактов, либо из того, что я считаю общепризнанными принципами. Короче говоря, я стремился доказать, что теория вековых изменений климата вытекает как необходимое следствие из общепризнанных принципов физической науки.

ГЛАВА II. ОКЕАНИЧЕСКИЕ ТЕЧЕНИЯ В СВЯЗИ С РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ТЕПЛА НА ЗЕМНОМ ШАРЕ.

The absolute Heating-power of Ocean-currents.—Volume of the Gulf-stream.—Absolute Amount of Heat conveyed by it.—Greater Portion of Moisture in inter-tropical Regions falls as Rain in those Regions.—Land along the Equator tends to lower the Temperature of the Globe.—Influence of Gulf-stream on Climate of Europe.—Temperature of Space.—Radiation of a Particle.—Professor Dove on Normal Temperature.—Temperature of Equator and Poles in the Absence of Ocean-currents.—Temperature of London, how much due to Ocean-currents.

Абсолютная нагревающая способность океанических течений. — Пожалуй, нет другого физического агента, участвующего в распределении тепла по поверхности земного шара, влияние которого недооценивалось бы столь сильно, как влияние океанических течений. Это, несомненно, объясняется тем фактом, что, хотя их температура поверхности, направление и общее влияние получили значительное внимание, мало что было сделано для определения абсолютного количества тепла или холода, переносимого ими, или результирующего абсолютного повышения или понижения температуры.

Современный метод определения величины тепловых эффектов в абсолютных единицах, несомненно, призван пролить новый свет на все вопросы, связанные с климатом, как это произошло и продолжает происходить в каждом отделе физики, где изучается энергия в форме тепла. Но этот метод еще почти не применялся в вопросах метеорологии; и из-за сложной природы явлений, с которыми метеорологу обычно приходится иметь дело, его применение зачастую окажется практически невозможным. Тем не менее, он особенно подходит для всех вопросов, касающихся прямого теплового воздействия течений, какова бы ни была природа этих течений.

При применении этого метода к океаническому течению двумя наиболее важными элементами, необходимыми в качестве данных, являются объем потока и его средняя температура. Но хотя мы кое-что знаем о температуре большинства великих океанических течений, за исключением Гольфстрима, мало что было установлено относительно их объема.

Ширина, глубина и температура Гольфстрима стали предметом обширных и точных наблюдений Береговой службы Соединенных Штатов. В мемуарах и на картах этой службы приведены поперечные сечения течения в различных местах, показывающие его ширину и глубину, а также температуру воды от поверхности до дна. Таким образом, мы можем с некоторой точностью определить среднюю температуру течения. И зная его среднюю скорость на любом заданном сечении, мы также имеем средство для определения количества кубических футов воды, проходящих через это сечение за данное время. Но хотя мы можем с достаточной точностью получить среднюю температуру, наблюдения относительно скорости воды на всех глубинах, к сожалению, не были проведены ни на одном конкретном сечении. Следовательно, у нас нет средств для оценки объема течения с той точностью, с какой хотелось бы. Тем не менее, поскольку мы знаем поверхностную скорость воды в местах, где были взяты некоторые сечения, мы можем сделать по крайней мере грубую оценку объема.

Изучив опубликованные сечения, я несколько лет назад пришел к выводу, что общее количество воды, переносимое этим течением, вероятно, равно количеству воды в потоке шириной пятьдесят миль и глубиной 1000 футов, движущемся со скоростью четыре мили в час, и что средняя температура всей массы движущейся воды составляет не менее 65° в момент выхода из Мексиканского залива. Но чтобы исключить возможность возникновения каких-либо возражений на том основании, что я мог переоценить объем потока, я приму скорость за две мили вместо четырех миль в час. Я думаю, мы вправе сделать вывод, что поток, прежде чем он вернется из своего северного путешествия, в среднем охлаждается по крайней мере до 40°, следовательно, он теряет 25° тепла. Каждый кубический фут воды в этом случае переносит из тропиков для распределения свыше 1 158 000 футо-фунтов тепла. Согласно приведенной выше оценке размера и скорости потока, которая в главе XI будет показана как заниженная, 2 787 840 000 000 кубических футов воды переносится из залива в час, или 66 908 160 000 000 кубических футов ежедневно. Следовательно, общее количество тепла, переносимое таким образом в день, составляет 77 479 650 000 000 000 000 футо-фунтов.

Эта оценка объема потока значительно, наполовину, меньше той, что дана как капитаном Мори, так и сэром Джоном Гершелем. Капитан Мори считает Гольфстрим равным потоку шириной тридцать две мили и глубиной 1200 футов, движущемуся со скоростью пять узлов в час. Это дает 6 165 700 000 000 кубических футов в час как количество воды, переносимое этим потоком. Оценка сэра Джона Гершеля еще больше. Он считает его равным потоку шириной тридцать миль и глубиной 2200 футов, движущемуся со скоростью четыре мили в час. Это составляет 7 359 900 000 000 кубических футов в час. Д-р Колдинг в своем подробном мемуаре о Гольфстриме оценивает объем в 5 760 000 000 000 кубических футов в час, в то время как оценка г-на Лотона почти вдвое превышает мою.

Из наблюдений, проведенных сэром Джоном Гершелем и М. Пуйе над прямым теплом Солнца, установлено, что если бы атмосфера не поглощала тепло, то около восьмидесяти трех футо-фунтов в секунду падало бы на квадратный фут поверхности, расположенной под прямым углом к солнечным лучам. Г-н Мич оценивает количество тепла, задерживаемого атмосферой, примерно в двадцать два процента от общего количества, получаемого от Солнца. М. Пуйе оценивает потерю в двадцать четыре процента. Принимая первую оценку, 64,74 футо-фунта в секунду будет, таким образом, количеством тепла, падающим на квадратный фут земной поверхности, когда Солнце находится в зените. И если бы Солнце оставалось неподвижным в зените в течение двенадцати часов, то на поверхность упало бы 2 796 768 футо-фунтов.

Можно показать, что общее количество тепла, полученное на единицу поверхности на экваторе в течение двенадцати часов от восхода до заката во время равноденствий, относится к общему количеству, которое было бы получено на этой поверхности, если бы Солнце оставалось в зените в течение этих двенадцати часов, как диаметр круга к половине его окружности, или как 1 к 1,5708. Отсюда следует, что квадратный фут поверхности на экваторе получает от Солнца во время равноденствий 1 780 474 футо-фунта ежедневно, а квадратная миля — 49 636 750 000 000 футо-фунтов ежедневно. Но это составляет лишь 1/1560935-ю часть количества тепла, ежедневно переносимого из тропиков Гольфстримом. Иными словами, Гольфстрим переносит столько же тепла, сколько получают от Солнца 1 560 935 квадратных миль на экваторе. Переносимое таким образом количество равно всему теплу, которое падает на земной шар в пределах тридцати двух миль по обе стороны от экватора. Согласно расчетам, выполненным г-ном Мичем, годовое количество тепла, получаемое единицей поверхности в холодной зоне, при взятии среднего значения для всей зоны, составляет 5,45/12 от того, что получается на экваторе; следовательно, количество тепла, переносимое Гольфстримом за один год, равно теплу, которое в среднем падает на 3 436 900 квадратных миль арктических регионов. Холодная зона или арктические регионы содержат 8 130 000 квадратных миль. Таким образом, фактически из тропических регионов Гольфстримом переносится почти вдвое меньше тепла, чем получают от Солнца все арктические регионы, причем количество, переносимое из тропиков течением, к количеству, получаемому от Солнца арктическими регионами, относится почти как два к пяти.

Но в наших расчетах мы предполагали, что процент тепла, поглощаемого атмосферой, в полярных регионах не больше, чем на экваторе, что не соответствует действительности. Если мы сделаем надлежащую поправку на дополнительное количество, поглощаемое в полярных регионах вследствие наклонности солнечных лучей, то общее количество тепла, переносимое Гольфстримом, вероятно, будет почти равно половине количества, получаемого от Солнца всеми арктическими регионами.

Если мы сравним количество тепла, переносимое Гольфстримом, с тем, что переносится с помощью воздушных течений, результат будет столь же поразительным. Плотность воздуха по отношению к плотности воды составляет 1 к 770, а его удельная теплоемкость по отношению к воде — 1 к 4,2; следовательно, то же количество тепла, которое нагрело бы 1 кубический фут воды на 1°, нагрело бы 770 кубических футов воздуха на 4,2°, или 3234 кубических фута на 1°. Количество тепла, переносимое Гольфстримом, таким образом, равно тому, которое переносилось бы воздушным течением объемом в 3234 раза больше объема Гольфстрима, при той же температуре и движущимся с той же скоростью. Принимая, как и прежде, ширину потока в пятьдесят миль, его глубину в 1000 футов, а скорость в две мили в час, следует, что для переноса равного количества тепла из тропиков с помощью воздушного течения необходимо было бы иметь течение глубиной около 1¼ мили, при температуре 65°, дующее со скоростью две мили в час из каждой части экватора над северным полушарием к полюсу. Если бы его скорость была равна скорости хорошего парусного ветра, которая, как утверждает сэр Джон Гершель, составляет около двадцати одной мили в час, течение должно было бы иметь глубину более 600 футов. Вероятно, Гольфстрим один переносит из тропических в умеренные и арктические регионы большее количество тепла, чем все воздушные течения, которые текут от экватора.

С другой стороны, мы склонны переоценивать количество тепла, переносимого из тропических регионов к нам с помощью воздушных течений. Единственные течения, которые текут из экваториальных регионов, — это верхние течения, или антипассаты, как их называют. Но невозможно, чтобы ими могло переноситься много тепла непосредственно. Верхние течения пассатов даже на экваторе нигде не опускаются ниже снеговой линии; поэтому они должны находиться в регионе, температура которого фактически ниже точки замерзания. На самом деле, если бы эти течения были теплыми, они подняли бы снеговую линию выше себя. Нагретый воздух, поднимающийся от горячей палящей земли на экваторе, после подъема на несколько миль подвергается воздействию сильного холода верхних слоев атмосферы; затем он очень скоро теряет все свое тепло и возвращается с экватора гораздо более холодным, чем уходил туда. Невозможно, чтобы мы могли получать какое-либо тепло непосредственно из экваториальных регионов с помощью воздушных течений. Совершенно верно, что юго-западный ветер, которому мы обязаны столь большой частью нашего тепла в этой стране, является продолжением антипассата; но тепло, которое этот ветер приносит нам, не получено из экваториальных регионов. Это станет очевидным, если мы только поразмыслим о том, что прежде чем верхнее течение опустится до снеговой линии после ухода с экватора, оно должно преодолеть пространство по меньшей мере в 2000 миль; и для совершения этого долгого путешествия потребуется несколько дней. В течение всего этого времени воздух находится в регионе ниже точки замерзания; и совершенно очевидно, что к тому времени, когда он начинает опускаться, он должен был приобрести температуру того региона, в котором он перемещался.

Если дело обстоит именно так, то очевидно, что ветер, температура которого ниже 32°, никогда не смог бы согреть такую страну, как наша, где температура не опускается ниже 38° или 39°. Тепло наших юго-западных ветров получено не непосредственно от экватора, а от теплой воды Атлантики — фактически, от Гольфстрима. Верхнее течение приобретает свое тепло после того, как опускается на землю. Существует, однако, один способ, которым тепло косвенно переносится с экватора антипассатами; это происходит в форме водяного пара. При образовании одного фунта воды из водяного пара, как поразительно отмечает профессор Тиндаль, выделяется количество тепла, достаточное для расплавления пяти фунтов чугуна. Однако необходимо иметь в виду, что большая часть влаги юго-западных и западных ветров получена из океана в умеренных широтах. Верхнее течение получает большую часть своей влаги после того, как опускается на землю, в то время как влага, полученная на экваторе, в значительной степени конденсируется и выпадает в виде дождя в тех регионах.

Это последнее утверждение так часто подвергалось сомнению, что я приведу свои причины для его высказывания. Согласно д-ру Киту Джонстону («Физический атлас»), среднее количество осадков в жарких регионах составляет девяносто шесть дюймов в год, в то время как в умеренных регионах оно составляет всего тридцать семь дюймов. Если большая часть влаги жарких регионов не выпадает в виде дождя в этих регионах, она должна выпадать в виде такового за их пределами. Теперь, площадь жарких регионов по отношению к площади двух умеренных регионов составляет примерно 39,3 к 51. Следовательно, девяносто шесть дюймов дождя, распределенные по умеренным регионам, дали бы семьдесят четыре дюйма; но это вдвое больше фактического количества осадков в умеренных регионах. Если бы, опять же, они были распределены как по умеренным, так и по полярным регионам, это дало бы шестьдесят четыре дюйма, что, однако, почти вдвое превышает среднее количество осадков в умеренных и полярных регионах. Если мы добавим к этому количество влаги, полученное из океана в пределах умеренных и полярных регионов, мы получили бы гораздо большее количество осадков для этих широт, чем для жаркого региона, а мы, конечно, знаем, что оно на самом деле гораздо меньше. Это доказывает истинность утверждения о том, что подавляющая часть влаги жарких регионов выпадает в этих регионах в виде дождя. Едва ли стоит возражать, что вышеприведенное может быть вероятной переоценкой количества осадков в жарком поясе, ибо вовсе не вероятно, что когда-либо будет обнаружена какая-либо ошибка, которая повлияет на общий вывод, к которому мы пришли.

Д-р Карпентер, в доказательство малого количества осадков в жарком поясе, приводит случай Красного моря, где, хотя испарение чрезмерно, почти не выпадает дождя. Но причина, по которой пар, поднявшийся с Красного моря, не выпадает в этом регионе в виде дождя, несомненно, заключается в том, что это море представляет собой лишь узкую полоску воды в сухой и выжженной земле, воздух над которой слишком жаден до влаги, чтобы допустить выпадение пара в виде дождя. Однако над широким пространством океана, где воздух наверху поддерживается в значительной степени в постоянном состоянии насыщения, дело обстоит совершенно иначе.

Суша на экваторе стремится понизить температуру земного шара. — Вышеприведенные соображения, а также многие другие, которые можно было бы привести, ведут к выводу, что для повышения средней температуры всей Земли вода должна быть расположена вдоль экватора, а не суша, как полагают сэр Чарльз Лайель и другие. Ибо если суша расположена на экваторе, предотвращается возможность переноса солнечного тепла из экваториальных регионов с помощью океанических течений. Перенос тепла мог бы тогда осуществляться только с помощью верхних течений пассатов; ибо тепло, переносимое путем теплопроводности вдоль твердой коры, если таковое вообще имеется, не может оказывать заметного влияния на климат. Но эти течения, как мы только что видели, плохо приспособлены для переноса тепла.

Поверхность земли на экваторе становится интенсивно нагретой солнечными лучами. Это заставляет ее излучать свое тепло в пространство быстрее, чем поверхность воды, нагретая в тех же условиях. Опять же, воздух, соприкасающийся с горячей землей, также нагревается быстрее, чем при соприкосновении с водой, и, следовательно, восходящий поток воздуха уносит большее количество тепла. Но если бы тепло, уносимое таким образом, переносилось с помощью верхних течений в высокие широты и там использовалось для согревания земли, тогда оно могло бы в значительной степени компенсировать отсутствие океанических течений, и в этом случае суша на экваторе могла бы быть почти так же хорошо приспособлена, как и вода, для повышения температуры всей Земли. Но это не так; ибо тепло, поднимаемое восходящим потоком на экваторе, не используется для согревания земли, а выбрасывается в холодное звездное пространство наверху. Этот восходящий поток, вместо того чтобы использоваться для согревания земного шара, в действительности является одним из самых эффективных средств, которые имеет Земля, чтобы избавиться от тепла, полученного от Солнца, и таким образом поддерживать гораздо более низкую температуру, чем она имела бы в противном случае. Именно в экваториальных регионах Земля теряет, а также получает большую часть своего тепла; так что из всех мест именно здесь должно быть расположено вещество, лучше всего приспособленное для предотвращения рассеивания земного тепла в пространство, чтобы повысить общую температуру Земли. Вода, из всех веществ в природе, по-видимому, обладает этим качеством в наибольшей степени; и, кроме того, она является жидкостью и поэтому приспособлена с помощью течений переносить тепло, которое она получает от Солнца, в каждый регион земного шара.

Эти результаты показывают (хотя они относятся только к одному течению), что общее влияние океанических течений на распределение тепла по поверхности земного шара должно быть очень велико. Если количество тепла, переносимое из экваториальных регионов одним только Гольфстримом, почти равно всему теплу, получаемому от Солнца арктическими регионами, то сколь огромным должно быть количество, переносимое из экваториальных регионов всеми океаническими течениями вместе взятыми!

Влияние Гольфстрима на климат Европы. — В докладе, прочитанном перед Британской ассоциацией в Эксетере, г-н А. Г. Финдлей возражает против выводов, к которым я пришел в предыдущих работах по этому вопросу, что я не принял во внимание большое количество времени, которое требуется воде для циркуляции, и препятствия, с которыми она сталкивается на своем пути.

Возражение заключается в том, что поток, сравнительно небольшой, как Гольфстрим, после растекания по такой большой площади Атлантики и медленного движения к берегам Европы, теряя тепло на всем пути, не смог бы оказать сколько-нибудь заметного влияния на климат Европы.

Я не могу усмотреть силу в этом возражении. Да ведь сама эффективность течения как нагревающего агента обязательно зависит от медленности его движения. Если бы Гольфстрим двигался на всем своем протяжении так же быстро, как в Флоридском проливе, он не смог бы оказать никакого заметного влияния на климат Европы. Не требуется много размышлений, чтобы понять это. (1) Если бы течение во время своего пути оставалось узким, глубоким и быстрым, у него было бы мало возможностей потерять свое тепло, и вода унесла бы обратно в тропики тепло, которое она должна была бы отдать в умеренных и полярных регионах. (2) Гольфстрим не нагревает берега Европы путем прямого излучения. Наш остров, например, не нагревается излучением от потока теплой воды, текущего вдоль его берегов. Гольфстрим нагревает наш остров косвенно, нагревая ветры, которые дуют над ним к нашим берегам.

Антипассаты, или верхние возвратные течения, как мы видели, не приносят тепла из тропических регионов. После преодоления около 2000 миль в регионе экстремального холода они опускаются на Атлантику как холодное течение и там поглощают тепло и влагу, которые они несут в северо-восточную Европу. Эти воздушные течения получают свое тепло от Гольфстрима, или, если угодно, от теплой воды, изливаемой в Атлантику Гольфстримом.

Как же тогда эти ветры нагреваются теплой водой? Воздух нагревается двумя способами, а именно: путем прямого излучения от воды и путем контакта с водой. Теперь, если бы Гольфстрим оставался узким и глубоким течением на всем своем протяжении, подобно тому, как это происходит во Флоридском проливе, у него было бы мало или совсем не было бы возможности передать свое тепло воздуху ни путем излучения, ни путем контакта. Если бы течение было шириной всего около сорока или пятидесяти миль, воздушные частицы при прохождении через него не находились бы в контакте с теплой водой более часа или двух. Более того, количество частиц, находящихся в контакте с водой, из-за узости течения было бы небольшим, и поэтому было бы мало возможностей для нагревания воздуха путем контакта. То же самое справедливо и в отношении излучения. Чем больше мы расширяем течение и увеличиваем его площадь, тем больше мы увеличиваем его излучающую поверхность; и чем больше излучающая поверхность, тем больше количество выделяемого тепла. Но это еще не все; количество воздушных частиц, нагреваемых излучением, увеличивается пропорционально площади излучающей поверхности; следовательно, чем шире область, по которой распространяются воды Гольфстрима, тем эффективнее будет течение как нагревающий агент. И, опять же, для того чтобы очень широкая область Атлантики могла быть покрыта теплыми водами течения, необходима медленность движения.

Г-н Финдлей предполагает, что полностью половина Гольфстрима уходит в юго-восточную ветвь, и что только северо-восточная ветвь течения может быть эффективной в повышении температуры Европы. Но мне кажется, что именно этой юго-восточной части течения, а не северо-восточной, мы в этой стране главным образом обязаны своим теплом. Юго-западные ветры, которым мы обязаны своим теплом, получают свою температуру от этой юго-восточной части, которая течет в направлении Азорских островов. Юго-западные ветры, которые дуют над северной частью течения, протекающего мимо нашего острова в арктические моря, никак не могут пересечь эту страну, а пойдут нагревать Норвегию и северную Европу. Северо-восточная часть течения, несомненно, защищает нас от льдов Гренландии, согревая северо-западные ветры, которые приходят к нам из этого холодного региона.

Г-н Бьюкен, секретарь Шотландского метеорологического общества, показал, что на обширном участке Атлантики между 20° и 40° с. ш. среднее давление атмосферы выше, чем в любом другом месте на земном шаре. К западу от Мадейры, между 10° и 40° з. д., среднее годовое давление составляет 30,2 дюйма, в то время как между Исландией и Шпицбергеном оно составляет всего 29,6, что является более низким средним давлением, чем то, которое встречается в любом другом месте северного полушария. Следовательно, заключает он, должна существовать общая тенденция воздуха течь от первого места ко второму вдоль земной поверхности. Теперь, воздух при движении от более низких к более высоким широтам стремится принять северо-восточное направление, и в этом случае он пройдет над нашим островом на своем пути. Этот регион высокого давления, однако, расположен на самом пути юго-восточной ветви Гольфстрима, и, следовательно, ветры, дующие оттуда, принесут непосредственно в Британию тепло Гольфстрима.

Как мы сейчас увидим, для нагревания нашего острова, как и южной части Европы, столь же существенно, чтобы очень большая часть вод Гольфстрима распространялась по поверхности Атлантики и никогда не уходила в арктические регионы.

Даже согласно собственной теории г-на Финдлея, именно юго-западному ветру, нагретому теплыми водами Атлантики, мы обязаны высокой температурой нашего климата. Но он, по-видимому, находится под впечатлением, что Атлантика могла бы обеспечить необходимое тепло независимо от Гольфстрима. Это, как мне кажется, фундаментальная ошибка всех тех, кто сомневается в эффективности течения. Это ошибка, однако, в которую очень легко впасть тому, кто не принимает более строгий метод определения тепловых результатов в абсолютных единицах. Когда мы применяем этот метод, мы обнаруживаем, что Атлантика без помощи такого течения, как Гольфстрим, была бы совершенно неспособна обеспечить необходимое количество тепла юго-западным ветрам.

Количество тепла, переносимое Гольфстримом, как мы видели, равно всему теплу, получаемому от Солнца 1 560 935 квадратными милями на экваторе. Среднее годовое количество тепла, получаемое от Солнца умеренными регионами на единицу поверхности, относится к тому, что получается на экваторе, как 9,08 к 12. Следовательно, количество тепла, переносимое течением, равно всему теплу, получаемому от Солнца 2 062 960 квадратными милями умеренных регионов. Общая площадь Атлантики от широты Флоридского пролива, в 200 милях к северу от тропика Рака, до Северного полярного круга, включая также Немецкое море, составляет около 8 500 000 квадратных миль. В этом случае количество тепла, переносимое Гольфстримом в Атлантику через Флоридский пролив, относится к тому, что получает вся эта область от Солнца, как 1 к 4,12, или в круглых числах как 1 к 4. Отсюда следует, что одна пятая всего тепла, которым обладают воды Атлантики на этой площади, даже при условии, что они поглощают каждый луч, падающий на них, получена от Гольфстрима. Согласились бы те, кто ставит под сомнение эффективность Гольфстрима, признать, что уменьшение на одну четверть общего количества тепла, получаемого от Солнца на всей площади Атлантики от 200 миль внутри тропической зоны до арктических регионов, не повлияло бы заметно на климат северной Европы? Если бы они не согласились признать это добровольно, почему тогда утверждать, что Гольфстрим не влияет на климат? Ибо остановка Гольфстрима лишила бы Атлантику 77 479 650 000 000 000 000 футо-фунтов энергии в форме тепла в день, количество, равное одной четверти всего тепла, получаемого от Солнца этой областью.

Сколько же тогда из температуры юго-западных ветров, полученной от воды Атлантики, приходится на долю Гольфстрима?

Если бы Солнце погасло, температура на всей Земле опустилась бы почти до температуры звездного пространства, которая, согласно исследованиям сэра Джона Гершеля и М. Пуйе, не выше −239° по Фаренгейту. Если бы Земля не имела атмосферы, температура ее поверхности опустилась бы точно до температуры пространства, или до той, которая указывается термометром, не подвергающимся никакому иному тепловому воздействию, кроме излучения от звезд. Но наличие атмосферной оболочки слегка изменило бы положение вещей; ибо тепло от звезд (которое, конечно, составляет то, что называется температурой пространства) проходило бы, подобно солнечному теплу, через атмосферу более свободно, чем тепло, излучаемое обратно Землей, и вследствие этого произошло бы накопление тепла на поверхности Земли. Температура, следовательно, была бы немного выше, чем температура пространства; или, иными словами, она была бы немного выше, чем была бы в противном случае, если бы Земля была подвергнута в пространстве прямому излучению звезд без атмосферной оболочки. Но по причинам, которые будут изложены далее, мы можем пока, до тех пор, пока не будет пролит дальнейший свет на этот вопрос, принять −239° по Фаренгейту как, вероятно, не сильно отличающуюся от той, какой была бы температура поверхности Земли, если бы Солнце погасло.

Предположим теперь, что мы примем среднюю годовую температуру Атлантики, скажем, за 56°. Тогда 239° + 56° = 295° представляет собой число градусов повышения, обусловленного теплом, которое она получает. Иными словами, требуется все тепло, которое получает Атлантика, чтобы поддерживать свою температуру на 295° выше температуры пространства. Остановите Гольфстрим, и Атлантика была бы лишена одной пятой тепла, которым она обладает. Тогда, если требуется пять частей тепла для поддержания температуры на 295° выше температуры пространства, четыре части, которые остались бы после остановки течения, смогли бы поддерживать температуру только на четыре пятых от 295°, или на 236° выше температуры пространства: остановка Гольфстрима, следовательно, лишила бы Атлантику такого количества тепла, которое было бы достаточно для поддержания ее температуры на 59° выше той, какой она была бы в противном случае, если бы зависела только от тепла, получаемого непосредственно от Солнца. Из этого, конечно, не следует, что Гольфстрим фактически поддерживает температуру на 59° выше той, какой она была бы в противном случае, если бы не было океанических течений, потому что фактический нагревающий эффект течения нейтрализуется в очень значительной степени холодными течениями из арктических регионов. Но 59° повышения представляют собой его фактическую мощность; следовательно, 59° минус понижающий эффект холодных течений представляет собой фактическое повышение. Каким может быть повышение в любом конкретном месте, должно быть определено другими средствами.

Этот метод расчета того, насколько повысилась или понизилась бы температура поверхности Земли от увеличения или уменьшения абсолютного количества полученного тепла, является методом, принятым сэром Джоном Гершелем в его «Очерках астрономии», § 369 a.

Около трех лет назад в статье в Reader я пытался показать, что этот метод не является строго правильным. Из экспериментов Дюлонга и Пти, д-ра Бальфура Стюарта, профессора Дрейпера и других было показано, что скорость, с которой тело излучает свое тепло в пространство, не находится в прямой пропорции к его абсолютной температуре. Скорость, с которой тело теряет свое тепло по мере повышения его температуры, увеличивается быстрее, чем температура. По мере повышения температуры тела скорость, с которой оно излучает свое тепло, увеличивается; скорость этого увеличения, однако, не является равномерной, а возрастает с температурой. Следовательно, температура не понижается пропорционально уменьшению солнечного тепла. Но при сравнительно низкой температуре, с которой нам приходится иметь дело в настоящее время, ошибка, возникающая из предположения, что уменьшение температуры пропорционально уменьшению тепла, не была бы большой.

Можно заметить, однако, что упомянутые эксперименты были проведены на твердых телах; но, исходя из некоторых результатов, полученных д-ром Бальфуром Стюартом, казалось бы, что излучение материальной частицы может быть пропорционально ее абсолютной температуре. Этот физик обнаружил, что излучение толстой стеклянной пластины увеличивается быстрее, чем излучение тонкой пластины по мере повышения температуры, и что, если мы будем постоянно уменьшать толщину пластины, излучение которой при различных температурах мы определяем, мы обнаружим, что по мере того, как она становится все тоньше и тоньше, скорость, с которой она излучает свое тепло по мере повышения температуры, становится все меньше и меньше. Иными словами, по мере того, как пластина становится все тоньше и тоньше, скорость ее излучения становится все более пропорциональной ее абсолютной температуре. И мы едва ли можем сопротивляться убеждению, что если бы мы могли продолжать уменьшать толщину пластины до тех пор, пока не достигли бы пленки настолько тонкой, что она охватывала бы лишь одну частицу по своей толщине, скорость ее излучения была бы пропорциональна ее температуре. Д-р Бальфур Стюарт очень остроумно предположил вероятную причину, почему скорость излучения толстых пластин увеличивается с повышением температуры быстрее, чем скорость излучения тонких. Она заключается в следующем: все вещества более диатермичны для тепла высоких температур, чем для тепла низких температур. Когда тело находится при низкой температуре, мы можем предположить, что излучение обеспечивают только внешние ряды частиц, причем тепло от внутренних частиц полностью задерживается внешними, так как вещество очень непрозрачно для тепла низкой температуры; в то время как при высокой температуре мы можем представить, что часть тепла от внутренних частиц получает возможность проходить, тем самым увеличивая общее излучение. Но по мере того, как пластина становится все тоньше и тоньше, препятствия для внутреннего излучения становятся все меньше и меньше, и так как эти препятствия больше для излучения при низких температурах, чем для излучения при высоких температурах, из этого необходимо следует, что, уменьшая толщину пластины, мы помогаем излучению при низких температурах больше, чем при высоких.

В газе, где можно предположить, что каждая частица излучает сама по себе и где частицы находятся на значительном расстоянии друг от друга, препятствие для внутреннего излучения должно быть гораздо меньше, чем в твердом теле. В этом случае скорость, с которой газ излучает свое тепло по мере повышения его температуры, должна увеличиваться медленнее, чем скорость твердого вещества. Иными словами, скорость его излучения должна соответствовать более близко его абсолютной температуре, чем скорость твердого тела. Если это так, то уменьшение количества тепла, получаемого от Солнца вследствие увеличения его расстояния, должно стремиться произвести больший понижающий эффект на температуру воздуха, чем на температуру твердой земли. Но так как температура нашего климата определяется температурой воздуха, должно следовать, что ошибка предположения о том, что уменьшение температуры было бы пропорционально уменьшению интенсивности солнечного тепла, может быть невелика.

Здесь можно заметить, хотя это и не относится непосредственно к данному пункту, что, хотя воздух в комнате, например, или у поверхности Земли охлаждается главным образом конвекцией, а не излучением, тем не менее именно путем излучения атмосфера Земли отдает свое тепло в звездное пространство; и это главный вопрос, который нас в настоящее время занимает. Воздух, как и все другие газы, является плохим излучателем; и это защищает его от охлаждения до такой степени, до какой он охлаждался бы в противном случае, если бы был хорошим излучателем, подобно твердым телам. Правда, он также является плохим поглотителем; но так как он охлаждается излучением в пространство и нагревается не только поглощением, но в очень большой степени конвекцией, он в целом получает свое тепло легче, чем теряет его, и, следовательно, должен находиться при более высокой температуре, чем он находился бы, если бы нагревался только поглощением.

Но, возвращаясь к сказанному: ошибка рассмотрения уменьшения температуры как пропорционального уменьшению количества полученного тепла, вероятно, нейтрализуется ошибкой противоположного характера, а именно: принятием слишком высокой температуры пространства; ибо, делая это, мы делаем результат слишком малым.

Мы знаем, что абсолютный нуль находится по меньшей мере на 493° ниже точки плавления льда. Это на 222° ниже температуры пространства. Следовательно, если тепло, полученное от звезд, способно поддерживать температуру −239°, или 222° абсолютной температуры, то почти столько же тепла получается от звезд, сколько от Солнца. Но если так, почему звезды дают так много тепла и так мало света? Если бы излучение от звезд могло поддерживать термометр на 222° выше абсолютного нуля, то пространство должно быть гораздо более прозрачным для тепловых лучей, чем для световых лучей, или же звезды излучают большое количество тепла, но очень мало света, ни одно из которых предположений, вероятно, не является верным. Вероятность заключается, осмелюсь предположить, в том, что температура пространства не намного выше абсолютного нуля. В то время, когда проводились эти исследования вероятной температуры пространства, по крайней мере что касается работ Пуйе, современной науки о тепле не существовало, и мало что было тогда известно с уверенностью относительно абсолютного нуля. В этом случае весь вопрос потребовал бы пересмотра. Результатом такого исследования со всей вероятностью было бы присвоение звездному пространству более низкой температуры, чем −239°.

Принимая во внимание все эти различные соображения, вероятно, что если мы примем −239° за температуру пространства, мы не будем далеки от истины, предположив, что абсолютная температура места выше температуры пространства пропорциональна количеству тепла, получаемого от Солнца.

Мы можем, следовательно, в этом случае заключить, что 59° повышения, вероятно, не очень далеки от истины, представляя влияние Гольфстрима. Гольфстрим, вместо того чтобы производить малое или нулевое влияние, производит эффект гораздо больший, чем принято считать.

Наш остров имеет среднюю годовую температуру примерно на 12° выше нормальной, обусловленной его широтой. Этот избыток температуры справедливо приписывается влиянию Гольфстрима. Но странно, как этот избыток мог быть принят за меру повышения, являющегося результатом влияния течения. Эти цифры представляют только число градусов, на которое средняя нормальная температура нашего острова стоит выше того, что называется нормальной температурой широты.

Способ, которым профессор Дове составил свои таблицы нормальной температуры, был следующим: он взял температуру тридцати шести равноудаленных точек на каждые десять градусов широты. Среднюю температуру этих тридцати шести точек он называет в каждом случае нормальной температурой параллели. Избыток над нормой лишь представляет собой то, насколько течение повышает нашу температуру выше среднего значения всех мест на той же широте, но он не дает нам никакой информации относительно произведенного абсолютного повышения. В Тихом океане, так же как и в Атлантическом, существуют огромные массы воды, текущие из тропических в умеренные регионы. Теперь, если мы не знаем, какая часть нормальной температуры широты обусловлена океаническими течениями, а какая — прямым теплом Солнца, мы не могли бы, исходя из таблиц профессора Дове, составить даже самое отдаленное предположение о том, какая часть нашей температуры получена от Гольфстрима. Игнорирование этого факта привело к общему заблуждению относительно положительного влияния Гольфстрима на температуру. 12°, отмеченные в таблицах нормальной температуры, не представляют собой абсолютного эффекта течения, а лишь показывают, насколько течение повышает температуру нашей страны выше среднего значения всех мест на той же широте. Температура других мест повышается океаническими течениями так же, как и этой страны; только Гольфстрим производит повышение на несколько градусов сверх того, что производится другими течениями на той же широте.

В настоящее время существует разница всего в 80° между средней температурой экватора и полюсов; но если бы каждая часть поверхности земного шара зависела только от прямого тепла, которое она получает от Солнца, должна была бы, согласно теории, существовать разница более чем в 200°. Годовое количество тепла, получаемое на экваторе, относится к тому, что получается на полюсах (при условии, что пропорциональное количество, поглощаемое атмосферой, одинаково в обоих случаях), как 12 к 4,98, или, скажем, как 12 к 5. Следовательно, если температуры экватора и полюсов принять пропорциональными абсолютному количеству тепла, полученному от Солнца, то температура экватора выше температуры пространства должна относиться к температуре полюсов выше температуры пространства как 12 к 5. Какими, следовательно, должны быть температуры экватора и полюсов, если бы каждое место зависело исключительно от тепла, которое оно получает непосредственно от Солнца? Если бы все океанические и воздушные течения были остановлены, так что не могло бы быть переноса тепла из одной части земной поверхности в другую, какими должны быть температуры экватора и полюсов? Мы можем по крайней мере прийти к грубой оценке по этому пункту. Если мы уменьшим количество теплой воды, переносимой из экваториальных регионов в умеренные и арктические регионы, температура экватора начнет повышаться, а температура полюсов — понижаться. Вероятно, однако, что этот процесс повлиял бы на температуру полюсов больше, чем на температуру экватора; ибо по мере того, как теплая вода течет от экватора к полюсам, область, по которой она распространяется, становится все меньше и меньше. Но так как вода из тропиков должна повысить температуру умеренных регионов, так же как и полярных, разница эффекта на экваторе и полюсах могла бы, по этой причине, быть не столь уж велика. Давайте сделаем грубую оценку. Скажем, что по мере того, как температура экватора повышается на один градус, температура полюсов понижается на полтора градуса. Средняя годовая температура земного шара составляет около 58°. Средняя температура экватора составляет 80°, а полюсов — 0°. Пусть океанические и воздушные течения теперь начнут прекращаться, температура экватора начинает повышаться, а температура полюсов — понижаться. На каждый градус, на который повышается температура экватора, температура полюсов понижается на 1½°; и когда течения все остановлены и каждое место становится зависимым исключительно от прямых лучей Солнца, средняя годовая температура экватора выше температуры пространства будет относиться к температуре полюсов выше температуры пространства как 12 к 5. Когда эта пропорция будет достигнута, экватор будет на 374° выше температуры пространства, а полюса — на 156°; ибо 374 относится к 156 как 12 к 5. Температура пространства, как мы видели, составляет −239°, следовательно, температура экватора будет в этом случае 135°, отсчитываемая от нуля термометра Фаренгейта, а полюсов — 83° ниже нуля. Экватор, следовательно, был бы на 55° теплее, чем в настоящее время, а полюса — на 83° холоднее. Разница между температурой экватора и полюсов в этом случае составит 218°.

Теперь, если мы примем во внимание количество положительной энергии в форме тепла, переносимое теплыми течениями от экватора в умеренные и полярные регионы, а также количество отрицательной энергии (холода), переносимое холодными течениями из полярных регионов к экватору, мы обнаружим, что они достаточны для уменьшения разницы температур между полюсами и экватором с 218° до 80°.

Количество тепла, получаемого, например, на широте Лондона, относится к количеству тепла, получаемого на экваторе, примерно как 12 к 8. Согласно теории, это должно приводить к разнице температур около 125°. Температура экватора выше температуры космического пространства, как мы видели, составляла бы 374°. Следовательно, температура на 249° выше температуры космического пространства соответствовала бы температуре на широте Лондона. Это дало бы 10° в качестве ее значения. Таким образом, прекращение всех океанических и воздушных течений увеличило бы разницу между экватором и широтой Лондона примерно на 85°. Прекращение океанических течений, конечно, ощущалось бы не так сильно на широте Лондона, как на экваторе и полюсах, поскольку, как уже было отмечено, на всех широтах, расположенных посередине между экватором и полюсами, две системы течений в значительной степени компенсируют друг друга: теплые течения от экватора повышают температуру, а холодные от полюсов — понижают ее; но так как теплые течения в основном проходят по поверхности, а холодные обратные течения являются преимущественно глубинными, нагревающий эффект значительно превосходит охлаждающий. Теперь, как мы видели, прекращение всех течений повысило бы температуру экватора на 55°; иными словами, только лишь повышение температуры на экваторе увеличило бы разницу температур между экватором и Лондоном на 55°. Но фактическая разница, как мы видели, должна составлять 85°; следовательно, температура Лондона понизилась бы на 30° из-за прекращения течений. Ибо если мы повысим температуру экватора на 55° и понизим температуру Лондона на 30°, мы увеличим разницу на 85°. Поскольку нормальная температура широты Лондона составляет 40°, прекращение всех океанических и воздушных течений снизило бы ее до 10°. Однако Гольфстрим повышает фактическую среднюю температуру Лондона на 10° выше нормы. Следовательно, 30° + 10° = 40° представляет собой фактическое повышение температуры в Лондоне, обусловленное влиянием Гольфстрима сверх всех понижающих эффектов, вызванных арктическими течениями. На некоторых участках американского побережья на широте Лондона температура на 10° ниже нормы. Таким образом, прекращение всех океанических и воздушных течений понизило бы там температуру лишь на 20°.

Именно на экваторе и полюсах великая система океанических и воздушных течений производит свои максимальные эффекты. Влияние становится все меньше и меньше по мере удаления от этих мест, и между ними существует точка, где влияние теплых течений от экватора и холодных течений от полюсов точно нейтрализуют друг друга. В этой точке прекращение океанических течений не оказало бы заметного влияния на температуру. Эта точка, конечно, расположена не на одной и той же широте на всех меридианах, а варьируется в зависимости от положения меридиана по отношению к суше, океаническим течениям — холодным или горячим — и другим обстоятельствам. Линия, проведенная вокруг земного шара через эти различные точки, была бы очень неровной. В одном месте, например, на западной стороне Атлантики, где преобладает арктическое течение, нейтральная линия отклонялась бы к экватору, тогда как на восточной стороне, где преобладают теплые течения, линия отклонялась бы к северу. Определение среднего положения этой линии — сложная задача; вероятно, она находится где-то недалеко к северу от тропиков.

ГЛАВА III. ОКЕАНИЧЕСКИЕ ТЕЧЕНИЯ В СВЯЗИ С РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ТЕПЛА ПО ЗЕМНОМУ ШАРУ. (Продолжение.)

Influence of the Gulf-stream on the Climate of the Arctic Regions.—Absolute Amount of Heat received by the Arctic Regions from the Sun.—Influence of Ocean-currents shown by another Method.—Temperature of a Globe all Water or all Land according to Professor J. D. Forbes.—An important Consideration overlooked.—Without Ocean-currents the Globe would not be habitable.—Conclusions not affected by Imperfection of Data.

Влияние Гольфстрима на климат арктических регионов. — Проникает ли Гольфстрим в арктические регионы? Нагреваются ли моря вокруг Шпицбергена и Северной Гренландии теплыми водами этого течения?

Те, кто отрицает это, тем не менее признают существование арктического течения. Они признают, что огромная масса холодной воды постоянно течет на юг из полярных регионов вокруг Гренландии в Атлантику. Если признать, что масса воды течет через полярный круг с севера на юг, то необходимо также признать, что равная масса течет через него с юга на север. Также очевидно, что вода, пересекающая круг с юга на север, должна быть теплее воды, пересекающей его с севера на юг; ибо умеренные регионы теплее арктических, а океан в умеренных регионах теплее океана в арктических; следовательно, течение, которое втекает в арктические моря для компенсации холодного арктического течения, должно быть более теплым течением.

Является ли Гольфстрим этим теплым течением? Исходит ли это компенсирующее теплое течение из Атлантики или из Тихого океана? Если оно исходит из Атлантики, то это просто теплая вода Гольфстрима. Мы можем называть ее теплой водой Атлантики, если хотим; но это не может существенно повлиять на обсуждаемый вопрос, ибо тепло, которым обладают воды Атлантики, как мы видели, в огромной степени происходит от воды, приносимой из тропиков Гольфстримом. Если мы отрицаем, что теплое компенсирующее течение приходит из Атлантики, то мы должны предположить, что оно приходит из Тихого океана. Но если холодное течение течет из арктических регионов в Атлантику, а теплое компенсирующее течение — из Тихого океана в арктические регионы, то самая высокая температура должна наблюдаться на тихоокеанской стороне арктических регионов, а не на атлантической; однако дело обстоит наоборот. В Атлантике, например, изотерма 41° достигает широты 65°30′, тогда как в Тихом океане она нигде не выходит за пределы широты 57°. Изотерма 27° достигает широты 75° в Атлантике, но в Тихом океане она не проходит далее 64°. А изотерма 14° достигает севера Шпицбергена на широте 80°, тогда как на тихоокеанской стороне арктических регионов она не доходит до широты 72°.

Ни в одной точке земной поверхности средняя годовая температура не поднимается так высоко над нормой, как в северной Атлантике, прямо у полярного круга, в месте, которое считается находящимся посреди Гольфстрима. Это место находится не менее чем на 22°·5 выше нормы, тогда как в северной части Тихого океана температура нигде не поднимается более чем на 9° выше нормы. Эти факты доказывают, что теплое течение направляется вверх по Атлантике в арктические регионы, а не по Тихому океану, или, по крайней мере, что большая часть теплой воды должна поступать в арктические регионы через Атлантику. Другими словами, Гольфстрим является теплым компенсирующим течением. Должен существовать не просто теплый поток, но поток весьма значительного объема, чтобы компенсировать огромное количество холодной воды, постоянно вытекающей из арктических регионов, а также поддерживать температуру этих регионов настолько выше температуры космического пространства, насколько она есть на самом деле.

Несомненно, когда результаты недавней экспедиции по драгированию будут опубликованы, они прольют много дополнительного света на направление и характер течений, образующих северо-восточную ветвь Гольфстрима.

Среднее количество тепла, получаемого арктическими регионами в целом на единицу поверхности, по отношению к количеству, получаемому на экваторе, как мы уже видели, составляет 5,45 к 12, при условии, что процент лучей, поглощаемых атмосферой, одинаков в обоих местах. В этом случае средняя годовая температура арктических регионов, взятых в целом, составляла бы около −69°, если бы эти регионы зависели исключительно от тепла, получаемого непосредственно от солнца. Но температура не достигла бы даже этого значения; ибо процент лучей, поглощаемых атмосферой в арктических регионах, как правило, считается большим, чем на экваторе, и, следовательно, фактическое среднее количество тепла, получаемого арктическими регионами, будет меньше 5,45/12 от того, что получается на экваторе.

В статье о климате в «Британской энциклопедии» приведена таблица, рассчитанная на том принципе, что количество поглощенного тепла пропорционально числу частиц воздуха, с которыми лучи должны столкнуться, прежде чем достигнут поверхности земли, — что, как общее правило, если пути лучей следуют арифметической прогрессии, то уменьшенная сила, с которой лучи достигают земли, будет образовывать убывающую геометрическую прогрессию. Согласно этой таблице, около 75 процентов солнечных лучей поглощается атмосферой в арктических регионах. Если бы 75 процентов лучей поглощались атмосферой в арктических регионах, то прямые солнечные лучи не могли бы поддерживать среднюю температуру на 100° выше температуры космического пространства. Но это, несомненно, слишком высокий процент для количества поглощенного тепла; ибо недавние открытия в отношении поглощения лучистого тепла газами и парами доказывают, что таблицы, вычисленные на этом принципе, должны быть неверными. Исследования Тиндаля и Меллони показывают, что когда лучи проходят через какое-либо вещество, поглощение сначала происходит быстро, но затем лучи «просеиваются», как это называется, и проходят дальше почти без дальнейшего препятствия. Тем не менее, из-за густых туманов, которые преобладают в арктических регионах, количество поглощенного тепла должно быть значительным. Если бы 50 процентов солнечных лучей поглощались атмосферой в арктических регионах, количество тепла, получаемого непосредственно от солнца, было бы недостаточно для поддержания средней годовой температуры −100°. Следовательно, арктические регионы должны в огромной степени зависеть от океанических течений в плане своей температуры.

Влияние океанических течений, показанное другим методом. — То, что температура арктических регионов колоссально упала бы, а температура экватора колоссально возросла бы, если бы все океанические течения прекратились, можно показать другим методом, а именно: взяв среднюю годовую температуру от экватора до полюса вдоль меридиана, проходящего через океан, скажем, Атлантический, и сравнив ее со средней годовой температурой, взятой вдоль меридиана, проходящего через большой континент, скажем, Азиатский.

Профессор Дж. Д. Форбс в интересном мемуаре [26] попытался этим методом определить, какой была бы температура экватора и полюсов, если бы земной шар состоял только из воды или только из суши. Он взял температуру двух меридианов из таблиц и карт профессора Дове и установил точную пропорцию суши и воды на каждые 10° широты от экватора до полюсов с целью определения того, какая часть средней температуры земного шара на каждой параллели обусловлена сушей, а какая — водой, которая соответственно к ней относится. Затем он пытается получить формулу для выражения средней температуры данной параллели и отсюда приходит к «приблизительному ответу на вопрос о том, какой была бы экваториальная или полярная температура земного шара, или температура любой широты, если бы его поверхность состояла полностью из суши или из воды».

Результат, к которому он пришел, таков: если бы поверхность земного шара состояла только из воды, температура экватора составила бы 71°·7, а температура полюсов — 12°·5; а если бы поверхность состояла только из суши, температура экватора составила бы 109°·8, а температура полюсов — −25°·6.

Но в расчетах профессора Форбса совершенно не учитывается влияние течений, будь то воды или воздуха, а разница температур приписывается исключительно разнице широт и физическим свойствам суши и воды в отношении их способности поглощать и удерживать солнечные лучи, а также законам теплопроводности и конвекции, которые регулируют внутреннее движение тепла в тех и других. Он считает, что эффекты течений полностью компенсируют друг друга.

«Если течение горячей воды, — говорит он, — смягчает холод лапландской зимы, то противотечение, которое приносит холод Гренландии к берегам Соединенных Штатов, в значительной мере восстанавливает баланс температуры, насколько он нарушен этим конкретным влиянием. Господствующие ветры, подобным же образом, включая пассаты, хотя и делают некоторые части континентов в среднем более жаркими или более холодными, чем другие, производят прямо противоположный эффект в других местах. Каждый континент, если имеет холодный восточный берег, имеет также и теплый западный; и даже местные ветры по большей части имеют установленные законы компенсации. На данной параллели широты все эти вторичные причины местного климата можно представить как взаимно компенсирующие, и остаточная градация средней или нормальной температуры будет главным образом зависеть, во-первых, от эффекта широты просто; во-вторых, от распределения суши и воды, рассматриваемых в их первичном или статическом эффекте».

Удивительно, что такой проницательный физик, как профессор Форбс, в вопросе, подобном этому, оставляет без внимания влияние течений под впечатлением, что их эффекты являются компенсирующими.

Если существует постоянный перенос горячей воды из экваториальных регионов в полярные, а холодной воды из полярных регионов в экваториальные (что профессор Форбс признавал), то может быть только одно место между экватором и полюсом, где две системы течений компенсируют друг друга. Во всех местах на экваториальной стороне от этой точки результатом является охлаждающий эффект. Начиная от этой нейтральной точки, преобладание охлаждающего эффекта над нагревающим увеличивается по мере приближения к экватору, а преобладание нагревающего эффекта над охлаждающим увеличивается по мере удаления от этой точки к полюсу — при этом охлаждающий эффект достигает максимума на экваторе, а нагревающий эффект — максимума на полюсе.

Если бы профессор Форбс заметил этот важный факт, он сразу бы увидел, что низкая температура суши в высоких широтах по сравнению с температурой моря вовсе не является показателем того, насколько сильно упала бы температура этих регионов, если бы море было полностью удалено и поверхность стала бы сушей; ибо нынешняя высокая температура моря обусловлена не только физическими свойствами воды, но в значительной степени теплом, приносимым течениями от экватора. Теперь, если не известно, какая часть абсолютной температуры океана на этих широтах обусловлена течениями, мы не можем сказать, насколько удаление моря понизило бы абсолютную температуру этих мест. Если бы море было удалено, континенты в высоких широтах не просто потеряли бы преимущества нагрева, которые они в настоящее время получают от самого факта близости к такому количеству моря, но это удаление, в дополнение к этому, лишило бы их огромного количества тепла, которое они в настоящее время получают из тропиков посредством океанических течений. И, с другой стороны, на экваторе, если бы море было удалено, континенты там не просто потеряли бы охлаждающие влияния, которые являются результатом их близости к такому количеству воды, но, в дополнение к этому, им пришлось бы выносить палящие эффекты, которые возникли бы из-за тепла, которое в настоящее время уносится из тропиков океаническими течениями.

Мы уже видели, что профессор Форбс пришел к выводу, что удаление моря повысило бы среднюю температуру экватора на 30° и понизило бы температуру полюсов на 28°; поэтому совершенно очевидно, что если бы он добавил к своему результату эффект, обусловленный океаническими течениями, и если бы он знал, что около одной пятой всего тепла, которым обладает Атлантика, фактически получено от экватора посредством Гольфстрима, он приписал бы экватору и полюсам земного шара, состоящего только из суши, температуру, не сильно отличающуюся от той, которая, как я заключил, была бы температурой этих мест, если бы все океанические и воздушные течения прекратились и каждое место зависело бы исключительно от тепла, которое оно получало непосредственно от солнца.

Без океанических течений земной шар не был бы обитаем. — Все эти вышеприведенные соображения показывают, в какой степени климатическое состояние нашего земного шара обусловлено тепловым влиянием океанических течений.

Что касается северного полушария, у нас есть два огромных океана, Тихий и Атлантический, простирающиеся от экватора почти до северного полюса, или, возможно, до самого полюса. Между этими двумя океанами лежат два великих континента, восточный и западный. Из-за сферической формы земли на экваторе получается слишком много тепла, а в высоких широтах — слишком мало, чтобы сделать землю пригодным местом обитания для разумных существ. Функция этих двух великих океанов заключается в том, чтобы забирать тепло с экватора и переносить его в умеренные и полярные регионы. Воздушные течения не могли бы этого сделать. Они могли бы забирать тепло с экватора, но они не могли бы, как мы уже видели, переносить его в умеренные и полярные регионы; ибо большая часть тепла, которое воздушные течения забирают с экватора, рассеивается в звездном пространстве: только океан может переносить тепло к далеким берегам. Но воздушные течения имеют важнейшую функцию; ибо какая польза была бы от того, что океанические течения переносили бы тепло в высокие широты, если бы не было средств распределения этого тепла по суше? Функция воздушных течений заключается в этом. От этого двойного устройства зависит тепловое состояние земного шара. Исключите воды Тихого и Атлантического океанов из умеренных и полярных регионов и поместите их на экватор, и ничто из существующего ныне на земном шаре не смогло бы жить в высоких широтах.

Если бы эти два великих океана были помещены рядом друг с другом на одной стороне земного шара, а два великих континента — рядом друг с другом на другой стороне, северное полушарие не было бы пригодно для нынешнего порядка вещей: суша в центральной и восточной части объединенного континента была бы слишком холодной.

Вышеприведенные выводы не зависят от несовершенства данных. — Общие результаты, к которым мы пришли в отношении влияния океанических течений на климатическое состояние земного шара, не зависят от несовершенства использованных данных. Совершенно верно, что существует значительная неопределенность в отношении некоторых данных; но после внесения самых полных поправок на любую возможную ошибку, влияние течений настолько огромно, что общий вывод не может быть существенно затронут. Я с трудом могу представить, чтобы кто-либо, знакомый с физикой этого предмета, мог подумать, что из-за возможных ошибок в данных эффекты, вероятно, были удвоены. Однако, даже допуская, что это было бы доказано, это все равно не изменило бы существенно общий вывод, к которому мы пришли. Влияние океанических течений на распределение тепла по поверхности земного шара все равно оставалось бы, по общему признанию, огромным, независимо от того, пришли бы мы к выводу, что благодаря им нынешняя температура экватора на 55° или 27° холоднее, чем была бы в противном случае, или полюса на 83° или 41° горячее, чем были бы, если бы течения не существовали.

Более того, предположим, что мы снова уменьшим результат вдвое; даже в этом случае нам пришлось бы признать, что благодаря океаническим течениям экватор примерно на 14° холоднее, а полюса примерно на 21° горячее, чем они были бы в противном случае; другими словами, нам пришлось бы признать, что если бы не океанические течения, средняя температура экватора составляла бы около 100°, а средняя температура полюсов — около −21°.

Если бы влияние океанических течений на уменьшение разницы между температурой экватора и полюсов составляло всего несколько градусов, было бы, конечно, излишне придавать большое значение любым результатам, полученным с помощью принятого мною метода расчета; но когда речь идет о двухстах градусах, совсем не вероятно, что общие результаты будут сильно затронуты какими-либо ошибками, которые когда-либо могут быть обнаружены в данных.

Возражения палеонтологического характера часто выдвигались против мнения, что наш остров многим обязан своим мягким климатом влиянию Гольфстрима; но из того, что уже было сказано, должно быть очевидно, что все возражения такого рода малоэффективны. Палеонтолог может обнаружить по характеру флоры и фауны, поднятых со дна моря путем драгирования и другими средствами, наличие теплого или холодного течения; но это никогда не позволит ему доказать, что умеренные и полярные регионы не подвергаются в огромной степени влиянию теплой воды, переносимой из экваториальных регионов. Вопреки всему, что может показать палеонтология, если бы океанические течения прекратились, средняя годовая температура нашего острова могла бы упасть ниже нынешней температуры середины зимы в Сибири. Каким было бы тепловое состояние нашего земного шара, если бы не было океанических течений, — это вопрос для физика, а не для натуралиста.

ГЛАВА IV. ОБЗОР ФИЗИЧЕСКИХ АГЕНТОВ, ПРИВОДЯЩИХ К ВЕКОВЫМ ИЗМЕНЕНИЯМ КЛИМАТА.

Eccentricity of the Earth’s Orbit; its Effect on Climate.—Glacial Epoch not the direct Result of an Increase of Eccentricity.—An important Consideration overlooked.—Change of Eccentricity affects Climate only indirectly.—Agencies which are brought into Operation by an Increase of Eccentricity.—How an Accumulation of Snow is produced.—The Effect of Snow on the Summer Temperature.—Reason of the low Summer Temperature of Polar Regions.—Deflection of Ocean-currents the chief Cause of secular Changes of Climate.—How the foregoing Causes deflect Ocean-currents.—Nearness of the Sun in Perigee a Cause of the Accumulation of Ice.—A remarkable Circumstance regarding the Causes which lead to secular Changes of Climate.—The primary Cause an Increase of Eccentricity.—Mean Temperature of whole Earth should be greater in Aphelion than in Perihelion.—Professor Tyndall on the Glacial Epoch.—A general Reduction of Temperature will not produce a Glacial Epoch.—Objection from the present Condition of the Planet Mars.

Первопричина изменения эксцентриситета орбиты Земли. — Существуют две причины, влияющие на положение Земли по отношению к Солнцу, которые должны в очень большой степени влиять на климат Земли, а именно: прецессия равноденствий и изменение эксцентриситета орбиты Земли. Если мы должным образом изучим совокупное влияние этих двух причин, мы обнаружим, что северная и южная части земного шара подвержены чрезвычайно медленному вековому изменению климата, состоящему в медленном периодическом изменении чередующихся более теплых и более холодных циклов.

Согласно расчетам Леверье, верхний предел эксцентриситета Земли составляет 0,07775 [27]. Эксцентриситет в настоящее время уменьшается и будет продолжать делать это в течение 23 980 лет, начиная с 1800 года н. э., когда его значение составит 0,00314.

Изменение эксцентриситета орбиты Земли может влиять на климат двумя различными способами, а именно: либо путем увеличения или уменьшения среднего годового количества тепла, получаемого от Солнца, либо путем увеличения или уменьшения разницы между летней и зимней температурой.

Рассмотрим сначала первый случай. Общее количество тепла, получаемого от Солнца в течение одного оборота, обратно пропорционально малой оси.

Разница малой оси орбиты в ее максимальном и минимальном состоянии эксцентриситета составляет как 997 к 1000. Это небольшое количество разницы, следовательно, не может заметно повлиять на климат. Поэтому мы должны искать нашу причину во втором рассматриваемом случае.

Конечно, существует еще некоторая небольшая неопределенность в отношении точного среднего расстояния до Солнца. Я, однако, в настоящем томе буду считать его равным 91 400 000 миль. Когда эксцентриситет находится на своем верхнем пределе, расстояние от Солнца до Земли, когда последняя находится в афелии своей орбиты, составляет не менее 98 506 350 миль; а когда в перигелии — всего 84 293 650 миль. Таким образом, Земля находится на 14 212 700 миль дальше от Солнца в первом положении, чем во втором. Поскольку прямое тепло Солнца обратно пропорционально квадрату расстояния, отсюда следует, что количество тепла, получаемого Землей в этих двух положениях, будет как 19 к 26. Принимая нынешний эксцентриситет за 0,0168, расстояние Земли зимой, когда она ближе всего к Солнцу, составляет 89 864 480 миль. Предположим теперь, что согласно прецессии равноденствий зима в нашем северном полушарии должна наступить, когда Земля находится в афелии своей орбиты, в то время, когда орбита имеет наибольший эксцентриситет; тогда Земля зимой будет на 8 641 870 миль дальше от Солнца, чем в настоящее время. Прямое тепло Солнца, следовательно, будет на одну пятую меньше в течение этого сезона, чем сейчас; а летом — на одну пятую больше. Эта огромная разница повлияла бы на климат в очень большой степени. Но если бы зима при таких обстоятельствах наступила, когда Земля находится в перигелии своей орбиты, Земля была бы на 14 212 700 миль ближе к Солнцу зимой, чем летом. В этом случае разница между зимой и летом на широте этой страны была бы почти уничтожена. Но так как зима в одном полушарии соответствует лету в другом, отсюда следует, что пока одно полушарие будет испытывать величайшие крайности летней жары и зимнего холода, другое будет наслаждаться вечным летом.

Совершенно верно, что каким бы ни был эксцентриситет орбиты Земли, два полушария должны получать равные количества тепла в год; ибо близость к Солнцу точно компенсируется эффектом более быстрого движения — общее количество тепла, получаемого от Солнца между двумя равноденствиями, одинаково в обеих половинах года, каким бы ни был эксцентриситет орбиты Земли. Например, любое дополнительное тепло, которое южное полушарие может в настоящее время получать от Солнца в течение своих летних месяцев благодаря большей близости к Солнцу, точно компенсируется соответствующей потерей, возникающей из-за краткости сезона; и, с другой стороны, любой недостаток тепла, который мы в северном полушарии можем в настоящее время иметь в течение нашей летней половины года вследствие расстояния Земли от Солнца, также точно компенсируется соответствующей продолжительностью сезона.

Во вступительной главе было показано, что простое изменение расстояния до Солнца само по себе не вызвало бы ледниковый период, и что те физики, которые ограничивали свое внимание чисто астрономическими эффектами, были совершенно правы, утверждая, что никакое увеличение эксцентриситета орбиты Земли не может объяснить этот период. Но был упущен из виду важный факт, что хотя ледниковый период не мог возникнуть непосредственно из-за увеличения эксцентриситета, он мог, тем не менее, сделать это косвенно. Ледниковый период, как я надеюсь показать, был обусловлен не непосредственно увеличением эксцентриситета орбиты Земли, а рядом физических агентов, которые были приведены в действие в результате этого увеличения.

Теперь я перейду к изложению того, что это были за физические агенты, как они были приведены в действие и каким образом они привели к ледниковому периоду.

Когда эксцентриситет находится около своего верхнего предела, совокупный эффект всех тех причин, на которые я ссылаюсь, заключается в том, чтобы в очень большой степени понизить температуру полушария, чьи зимы приходятся на афелий, и повысить почти в такой же степени температуру противоположного полушария, где зима, конечно, приходится на перигелий.

При эксцентриситете на верхнем пределе и зиме, приходящейся на афелий, Земля находилась бы на 8 641 870 миль дальше от Солнца в течение этого сезона, чем в настоящее время. Уменьшение количества тепла, получаемого от Солнца вследствие этого увеличенного расстояния, согласно принципу, который мы изложили в Главе II, понизило бы температуру середины зимы в огромной степени. В умеренных регионах большая часть влаги воздуха в настоящее время выпадает в виде дождя, а та очень малая часть, которая выпадает в виде снега, исчезает в течение нескольких недель самое большее. Но при рассматриваемых обстоятельствах средняя зимняя температура была бы понижена настолько ниже точки замерзания, что то, что сейчас выпадает в виде дождя в течение этого сезона, тогда выпадало бы в виде снега. Это еще не все; зимы тогда были бы не только холоднее, чем сейчас, но они были бы также намного длиннее. В настоящее время зимы почти на восемь дней короче, чем лето; но при эксцентриситете на верхнем пределе и зимнем солнцестоянии в афелии продолжительность зим превышала бы продолжительность лет не менее чем на тридцать шесть дней. Понижение температуры и удлинение зимы способствовали бы одному и тому же эффекту, а именно: увеличению количества снега, накопленного в течение зимы; ибо, при прочих равных условиях, чем больше период накопления снега, тем больше накопление. Я могу заметить, однако, что абсолютное количество тепла, получаемого в течение зимы, не затрагивается уменьшением тепла Солнца [28], ибо дополнительная продолжительность сезона компенсирует это уменьшение. Что касается абсолютного количества получаемого тепла, увеличение расстояния до Солнца и удлинение зимы являются компенсирующими, но не в отношении количества накопленного снега.

Следствием такого положения вещей было бы то, что к началу короткого лета земля была бы покрыта зимним накоплением снега.

Опять же, присутствие такого количества снега понизило бы летнюю температуру и в значительной степени предотвратило бы таяние снега.

Существует три отдельных способа, которыми накопленные массы снега и льда стремятся понизить летнюю температуру, а именно:

Первое. Посредством прямого излучения. Независимо от интенсивности солнечных лучей, температура снега и льда никогда не может подняться выше 32°. Следовательно, присутствие снега и льда стремится путем прямого излучения понизить температуру всех окружающих тел до 32°.

В Гренландии, стране, покрытой снегом и льдом, видели, как смола плавилась на борту корабля, подверженном прямым солнечным лучам, в то время как окружающий воздух был значительно ниже точки замерзания; термометр, подвергнутый прямому излучению солнца, как наблюдалось, показывал выше 100°, в то время как воздух, окружающий прибор, был фактически на 12° ниже точки замерзания [29]. Подобный опыт был записан путешественниками на снежных полях Альп [30].

Эти результаты, какими бы удивительными они ни казались, — это то, чего мы должны ожидать при данных обстоятельствах. Диатермичность воздуха была хорошо установлена исследованиями профессора Тиндаля по лучистому теплу. Совершенно сухой воздух кажется почти неспособным поглощать лучистое тепло. Все излучение проходит через него почти без какого-либо заметного поглощения. Следовательно, смола на борту корабля может расплавиться, или колба термометра может нагреться до высокой температуры под воздействием прямых солнечных лучей, в то время как окружающий воздух остается интенсивно холодным. «Кусок мяса, — говорит профессор Тиндаль, — можно было бы зажарить перед огнем, при этом воздух вокруг куска был бы холодным, как лед» [31]. Воздух охлаждается при контакте с покрытой снегом землей, но не нагревается излучением от солнца.

Когда воздух влажный и насыщен водяным паром, происходит аналогичный охлаждающий эффект, но немного другим способом. Воздух, насыщенный водяным паром, является хорошим поглотителем лучистого тепла, но он может поглощать только те лучи, которые совпадают с ним по периоду. Так случается, что лучи от снега и льда — это те, которые он поглощает лучше всего. Влажный воздух поглотит все излучение от снега и льда, но позволит большей части, если не почти всем солнечным лучам, пройти без поглощения. Но в течение дня, когда светит солнце, излучение от снега и льда в воздух является отрицательным; то есть снег и лед охлаждают воздух путем излучения. Результат таков: воздух охлаждается излучением от снега и льда (или, скорее, мы должны сказать, к снегу и льду) быстрее, чем нагревается солнцем; и, как следствие, в такой стране, как Гренландия, покрытой ледяным покровом, температура воздуха даже летом редко поднимается выше точки замерзания. Снег является хорошим отражателем, но так как простое отражение не меняет характер лучей, они не поглощались бы воздухом, а уходили бы в звездное пространство.

Если бы не лед, лето в Северной Гренландии, благодаря пребыванию солнца над горизонтом, было бы таким же теплым, как в Англии; но вместо этого лето в Гренландии холоднее, чем наши зимы. Покройте Индию ледяным щитом, и ее лето было бы холоднее, чем лето в Англии.

Второе. Еще одна причина охлаждающего эффекта заключается в том, что лучи, падающие на снег и лед, в значительной степени отражаются обратно в пространство [32]. Но те, которые не отражаются, а поглощаются, не повышают температуру, ибо они исчезают в механической работе таяния льда. Скрытая теплота льда составляет около 142° по Фаренгейту; следовательно, при таянии каждого фунта льда исчезает количество тепла, достаточное для нагревания одного фунта воды на 142°, и оно полностью теряется, насколько это касается температуры. Это количество тепла расходуется не на повышение температуры льда, а на механическую работу по разрыву молекул вопреки силам сцепления, связывающим их вместе в твердую форму. Независимо от интенсивности солнечного тепла, поверхность земли будет постоянно оставаться на уровне 32° до тех пор, пока снег и лед остаются нерастаявшими.

Третье. Снег и лед понижают температуру, охлаждая воздух и конденсируя пар в густые туманы. Большая сила солнечных лучей летом, обусловленная его близостью в этот сезон, в первую очередь стремилась бы вызвать увеличение испарения. Но присутствие покрытых снегом гор и ледяного моря охладило бы атмосферу и конденсировало бы пар в густые туманы. Густые туманы и облачное небо эффективно предотвращали бы достижение солнечными лучами земли, и снег, как следствие, оставался бы нерастаявшим в течение всего лета. Фактически, мы имеем это самое состояние вещей, проиллюстрированное на некоторых островах Южного океана в наши дни. Земля Сандвича, которая находится на той же параллели широты, что и север Шотландии, покрыта льдом и снегом все лето; а на острове Южная Георгия, который находится на той же параллели, что и центр Англии, вечный снег спускается до самого морского берега. Ниже приводится описание этого мрачного места капитаном Куком: «Мы сочли очень необычным, — говорит он, — что остров между широтами 54° и 55° должен в самый разгар лета быть почти полностью покрыт замерзшим снегом, местами глубиной во много саженей... Голова залива заканчивалась ледяными скалами значительной высоты; куски которых постоянно отламывались, что производило шум, похожий на пушечный выстрел. Не менее ужасными были и внутренние части страны. Дикие скалы поднимали свои высокие вершины, пока они не терялись в облаках, а долины были покрыты, по-видимому, вечным снегом. Не было видно ни дерева, ни кустарника какого-либо размера. Единственными признаками растительности были жесткая трава, растущая пучками, дикий кровохлебка и похожий на растение мох, замеченный на скалах... Мы склонны думать, что внутренние части из-за своей высоты никогда не получают достаточно тепла, чтобы растопить снег в таких количествах, чтобы образовалась река, и мы не нашли даже ручья пресной воды на всем побережье» [33].

Капитан сэр Джеймс Росс обнаружил вечный снег на уровне моря в Адмиралтейской бухте, Южные Шетландские острова, на широте 64°; и пока он находился недалеко от этого места, термометр в самый разгар лета ночью опускался до 23° по Фаренгейту; и молодой лед вокруг корабля образовывался так быстро, что он начал, по его словам, «испытывать серьезные опасения, что корабли будут заморожены» [34]. На сравнительно низкой широте 59° ю. ш., в долготе 171° в. д. (соответствующая широта наших Оркнейских островов), в самый длинный день шел снег, а поверхность моря была на уровне 32° [35]. И в течение месяца февраля (месяц, соответствующий августу в нашем полушарии) было всего три дня, когда их не атаковали снежные ливни [36].

В Магеллановом проливе, на 53° ю. ш., где прямое тепло солнца должно быть таким же сильным, как в центре Англии, ММ. Чуррка и Галькано видели, как снег падал в середине лета; и хотя день длился восемнадцать часов, термометр редко поднимался выше 42° или 44° и никогда не выше 51° [37].

Это суровое состояние климата главным образом является результатом того, что солнечные лучи перехватываются густыми туманами, которые окутывают эти регионы в течение всего лета; а туманы, в свою очередь, обусловлены тем, что воздух охлаждается присутствием покрытых снегом гор и огромных масс плавающего льда, которые приходят из антарктических морей. Уменьшение солнечного тепла и удлинение зимы, которые имели бы место, когда эксцентриситет близок к своему верхнему пределу, а зима — в афелии, создали бы в этой стране положение дел, возможно, такое же плохое, если не хуже, чем то, которое в настоящее время существует на Южной Георгии и Южных Шетландских островах.

Если мы обратим наше внимание на полярные регионы, мы обнаружим, что охлаждающие эффекты снега и льда еще более заметны. Холодность лета в полярных регионах обусловлена почти исключительно этой причиной. Капитан Скорсби утверждает, что в отношении арктических регионов общая неясность атмосферы, возникающая из-за туманов или облаков, такова, что солнце часто бывает невидимым в течение нескольких дней подряд. В такие времена, когда солнце находится вблизи северного тропика, почти нет сколько-нибудь заметного количества света с полудня до полуночи [38]. «И снег, — говорит он, — настолько обычен в арктических регионах, что можно смело утверждать, что в девяти днях из десяти в течение месяцев апреля, мая и июня он выпадает в той или иной степени» [39].

На северной стороне Гудзонова залива, например, где количество плавающего льда летом огромно и преобладают густые туманы, средняя температура июня не поднимается выше точки замерзания, будучи фактически на 13°·5 ниже нормальной температуры; в то время как в некоторых частях Азии на той же широте, где сравнительно мало льда, средняя температура июня достигает 60°.

Средняя температура гавани Ван-Ренсселер, на широте 78° 37′ с. ш., долготе 70° 53′ з. д., была точно определена по почасовым наблюдениям, проводившимся днем и ночью в течение двух лет доктором Кейном. Она оказалась следующей:

| °     
Winter | −28·59
Spring | −10·59
Summer | +33·38
Autumn | -  4·03

Но хотя количество тепла, получаемого от солнца на этой широте, должно было быть больше летом, чем в Англии [40], тем не менее температура всего на 1°·38 выше точки замерзания.

Температура Порт-Боуэна, широта 73° 14′ с. ш., оказалась следующей:

| °     
Winter | −25·09
Spring | -  5·77
Summer | +34·40
Autumn | +10·58

Здесь лето всего на 2°·4 выше точки замерзания.

Положение вещей в антарктических регионах еще хуже, чем в арктических. Капитан сэр Джеймс Росс, находясь между широтами 66° ю. ш. и 77° 5′ ю. ш. в течение месяцев января и февраля 1841 года, обнаружил, что средняя температура составляет всего 26°·5; и было всего два дня, когда она поднималась даже до точки замерзания. Когда он находился недалеко от ледяного барьера 8 февраля 1841 года, в сезон года, эквивалентный августу в Англии, термометр показывал 12° в полдень; и молодой лед вокруг кораблей образовывался так быстро, что он с трудом избежал того, чтобы быть замороженным на зиму. «Три дня спустя, — говорит он, — густо падающий снег не давал нам видеть что-либо на расстоянии перед собой; волны, разбиваясь о корабли, замерзали, падая на палубы и такелаж, и покрывали нашу одежду толстым слоем льда» [41]. Посетив барьер в следующем году примерно в тот же сезон, он снова рискнул быть замороженным. Он утверждает, что поверхность моря представляла собой один сплошной лист молодого льда, насколько мог видеть глаз с верхушки мачты.

Лейтенант Уилкс из Американской исследовательской экспедиции говорит, что температура, которую они испытали в антарктических регионах, удивила его, ибо она редко, если вообще когда-либо, поднималась выше 30°, даже в полдень. Капитан Нэрс, находясь на широте 64° ю. ш. между 13 и 25 февраля прошлого года (1874), обнаружил, что средняя температура воздуха составляет 31°·5; температура ниже той, что встречается в арктических регионах в августе, на десять градусов ближе к полюсу [42].

Эти необычайно низкие температуры летом, которые мы только что подробно описали, были обусловлены исключительно присутствием снега и льда. На Южной Георгии, Земле Сандвича и в некоторых других местах, которые мы отметили, лето должно было быть примерно таким же теплым, как в Англии; однако воздух настолько охлаждается плавающим льдом, приходящим из антарктических регионов, а солнечные лучи ослабляются густыми туманами, которые преобладают, что фактически не хватает тепла даже в самый разгар лета, чтобы растопить снег, лежащий на морском берегу.

Мы с изумлением читаем, что страна на широте Англии должна в самый разгар лета быть покрыта снегом до самого морского берега — термометр редко поднимается намного выше точки замерзания. Но мы не считаем столь удивительным, что летняя температура полярных регионов должна быть низкой, ибо мы привыкли рассматривать низкую температуру как нормальное состояние вещей там. Однако мы ошибаемся, если полагаем, что влияние льда на климат менее заметно на полюсах, чем в таких местах, как Южная Георгия или Земля Сандвича.

Верно, что низкая летняя температура является нормальным состоянием дел в очень высоких широтах, но это так только вследствие постоянного присутствия снега и льда. Когда мы говорим о нормальной температуре места, мы имеем в виду, конечно, как мы уже видели, нормальную температуру при нынешнем положении вещей. Но если бы лед был удален из этих регионов, наши нынешние таблицы нормальной летней температуры были бы бесполезны. Эти таблицы дают нам нормальную температуру июня, пока лед остается, но они не дают нам ни малейшего представления о том, какой была бы эта температура, если бы лед был удален. Одно лишь удаление льда, при прочих равных условиях, повысило бы летнюю температуру колоссально. Фактическая температура июня на острове Мелвилл, например, составляет 37°, а в Порт-Франклине, Новая Земля, — 36°·5; но если бы лед был удален из арктических регионов, мы обнаружили бы, что летняя температура этих мест была бы примерно такой же высокой, как в Англии. Это станет очевидным из следующих соображений:

Температура места, при прочих равных условиях, пропорциональна количеству тепла, получаемого от солнца. Если Гренландия получает на данную поверхность столько же тепла от солнца, сколько Англия, ее температура должна быть такой же высокой, как в Англии. Теперь, с 10 мая по 3 августа, период в восемьдесят пять дней, количество тепла, получаемого от солнца вследствие его пребывания над горизонтом, фактически больше на северном полюсе, чем на экваторе.

Столбец II следующей таблицы, рассчитанной мистером Мичем [43], представляет количество тепла, получаемого от солнца 15 июня на каждые 10° широты. Чтобы упростить таблицу, я взял 100 в качестве единичного количества, получаемого на экваторе в тот день, вместо единицы, принятой мистером Мичем:

| I. Latitude. | II. Quantity of heat. | III. June temperature.
| ° |  | °
Equator |   0 | 100 | 80·0
| 10 | 111 | 81·1
| 20 | 118 | 81·1
| 30 | 123 | 77·3
| 40 | 125 | 68·0
| 50 | 125 | 58·8
| 60 | 123 | 51·4
| 70 | 127 | 39·2
| 80 | 133 | 30·2
North Pole | 90 | 136 | 27·4

Расчеты, разумеется, производятся исходя из предположения, что количество лучей, поглощаемых при прохождении через атмосферу, одинаково на полюсах и на экваторе, что, как мы знаем, не совсем так. Но, несмотря на дополнительные потери солнечного тепла в высоких широтах, вызванные большим количеством поглощаемых лучей, если бы температура арктического лета была хоть сколько-нибудь пропорциональна количеству тепла, получаемого от Солнца, она должна была бы быть намного выше, чем есть на самом деле. В столбце III представлена фактическая средняя температура июня согласно профессору Дове для соответствующих широт. Сравнение этих двух столбцов покажет очень значительный дефицит температуры в высоких широтах в летний период. На экваторе, например, количество получаемого тепла представлено числом 100, а температура составляет 80° по Фаренгейту, тогда как на полюсе температура составляет всего 27°·4, хотя количество получаемого тепла равно 136. Эта низкая температура летом, исходя из того, что уже было показано, объясняется главным образом наличием снега и льда. Если бы мы каким-либо образом смогли удалить снег и лед из арктических регионов, они бы наслаждались умеренным, если не жарким, летом. В Гренландии, как мы уже видели, снег выпадает даже в самый разгар лета, более или менее, девять дней из десяти; но если убрать снег из северного полушария, то снегопад в Гренландии летом стал бы такой же редкостью, как на равнинах Индии.

При прочих равных условиях количество солнечного тепла, получаемого в Гренландии летом, значительно больше, чем в Англии. Следовательно, если бы не снег и лед, она наслаждалась бы летом таким же теплым климатом, как в Англии. И наоборот, если бы полярный снег и лед распространились до широты Англии, лето в этой стране было бы таким же холодным, как в Гренландии. Наше лето было бы тогда таким же холодным, как нынешняя зима, а снег в самый разгар лета, возможно, был бы таким же обычным явлением, как дождь.

Теория мистера Мерфи. — В статье, прочитанной перед Геологическим обществом мистером Мерфи [44], он признает, что ледниковый климат был обусловлен увеличением эксцентриситета, но утверждает, в противовес мне, что оледеневшим полушарием должно быть то, в котором лето приходится на афелий во время наибольшего эксцентриситета земной орбиты.

Боюсь, что мистер Мерфи основывает свою теорию на ошибочном представлении о том, что лето в афелии должно растапливать меньше снега и льда, чем лето в перигелии. Совершенно верно, что более продолжительное лето в афелии — при прочих равных условиях — холоднее, чем более короткое лето в перигелии, но количество тепла, получаемого от Солнца, в обоих случаях одинаково. Следовательно, количество растаявшего снега и льда также должно быть одинаковым; ибо количество растаявшего вещества пропорционально количеству энергии в форме полученного тепла.

Правда, в настоящее время у нас во время холодного лета тает меньше снега и льда, чем во время теплого. Но это не относится к делу, ибо во время холодного лета мы получаем меньше тепла, чем во время теплого, при одинаковой продолжительности обоих. Холодность лета в данном случае объясняется главным образом тем, что часть тепла, которую мы должны были бы получить от Солнца, поглощается какой-либо препятствующей причиной.

Причина, по которой у нас так мало снега и, следовательно, так мало льда в умеренных широтах, заключается не в том, как, по-видимому, полагает мистер Мерфи, что летнее тепло растапливает его весь, а в том, что его очень мало для таяния. А причина, по которой его так мало для таяния, заключается в том, что из-за теплой зимы у нас обычно идет дождь, а не снег. Но если значительно увеличить эксцентриситет и поместить зиму в перигелий, у нас, вероятно, вообще не было бы снега, и, что касается оледенения, было бы уже неважно, какое у нас лето.

Но неверно утверждать, что лето в перигелии ледникового периода должно было быть жарким. Существуют физические причины, как мы только что видели, которые доказывают, что, несмотря на близость Солнца в этот сезон, температура редко, если вообще когда-либо, поднималась намного выше точки замерзания.

Кроме того, мистер Мерфи упускает из виду тот факт, что близость Солнца летом была почти столь же важна для образования льда, как мы вскоре увидим, как и его большое удаление зимой.

Теперь мы должны перейти к рассмотрению фактора, который приводится в действие вышеупомянутым положением вещей, фактора гораздо более мощного, чем любой из тех, что мы до сих пор рассматривали, а именно: отклонение океанических течений.

Отклонение океанических течений — главная причина вековых изменений климата. — Огромная степень, в которой тепловое состояние земного шара зависит от океанических течений, по-видимому, проливает новый свет на загадку геологического климата. Каким, например, было бы состояние Европы, если бы Гольфстрим остановился и Атлантика таким образом лишилась бы одной пятой абсолютного количества тепла, которое она получает сейчас сверх того, что имеет в силу температуры космического пространства? Если полученные только что результаты хоть сколько-нибудь обоснованы, то из этого следует, что остановка течения понизила бы температуру северной Европы до такой степени, что это вызвало бы климатические условия, столь же суровые, как в Северной Гренландии; а если бы теплые течения северной части Тихого океана также были одновременно остановлены, северное полушарие, несомненно, подверглось бы состоянию всеобщего оледенения.

Предположим также, что теплые течения, будучи отведены от северного полушария, потекли бы в Южный океан: каким тогда было бы состояние южного полушария? Такой перенос тепла повысил бы температуру последнего полушария примерно настолько же, насколько он понизил бы температуру первого. Следовательно, это значительно повысило бы среднюю температуру антарктических регионов выше точки замерзания, и лед, под которым эти регионы в настоящее время погребены, по крайней мере в значительной степени исчез бы. Северное полушарие, лишенное таким образом тепла от экватора, оказалось бы в условиях, подобных тем, что преобладали во время ледникового периода; в то время как другое полушарие, получающее тепло от экватора, оказалось бы в климатических условиях, подобных тем, которые, как мы знаем, преобладали в северном полушарии в течение части верхнего миоцена, когда Северная Гренландия наслаждалась климатом, столь же мягким, как климат Англии в наши дни.

Это не просто плод воображения, не просто гипотеза, придуманная для решения сложного случая; ибо если то, что уже было сказано, не является полностью ошибочным, все это вытекает как необходимое следствие из физических принципов. Если теплые течения экваториальных регионов будут отклонены в одно полушарие, таковым должно быть положение вещей. Как же тогда факторы, которые мы рассматривали, отклоняют океанические течения?

Как вышеупомянутые причины отклоняют океанические течения. — Высокий уровень эксцентриситета, как мы видели, способствует накоплению снега и льда в полушарии, зима которого приходится на афелий. Это накопление, в свою очередь, способствует понижению летней температуры, преграждает путь солнечным лучам и тем самым замедляет таяние снега. Короче говоря, это способствует возникновению в этом полушарии состояния оледенения. Совершенно противоположные эффекты происходят в другом полушарии, зима которого приходится на перигелий. Там краткость зим и высокая температура из-за близости Солнца препятствуют накоплению снега. Общий результат заключается в том, что одно полушарие охлаждается, а другое нагревается. Это положение вещей теперь приводит в действие факторы, которые ведут к отклонению Гольфстрима и других крупных океанических течений.

Из-за большой разницы между температурой экватора и полюсов происходит постоянный поток воздуха от полюсов к экватору. Именно этому обязаны своим существованием пассаты. Поскольку сила этих ветров, как правило, зависит от разницы температур, которая может существовать между экватором и более высокими широтами, отсюда следует, что пассаты в холодном полушарии будут сильнее, чем в теплом. Когда полярные и умеренные регионы одного полушария в значительной степени покрыты снегом и льдом, воздух, как мы только что видели, поддерживается почти на уровне точки замерзания как летом, так и зимой. Пассаты в этом полушарии, по необходимости, будут чрезвычайно мощными; в то время как в другом полушарии, где сравнительно мало снега и льда и воздух теплый, пассаты, как следствие, будут слабыми. Предположим теперь, что северное полушарие является холодным. Северо-восточные пассаты этого полушария будут значительно превосходить по силе юго-восточные пассаты южного полушария. Срединная линия между пассатами, следовательно, будет находиться на значительном расстоянии к югу от экватора. У нас есть хороший пример этого в наши дни. Разница температур между двумя полушариями в настоящее время ничтожна по сравнению с тем, что было бы в рассматриваемом случае; тем не менее мы обнаруживаем, что юго-восточные пассаты Атлантики дуют с большей силой, чем северо-восточные, и результатом этого является то, что юго-восточные пассаты иногда распространяются до 10° или 15° с. ш., тогда как северо-восточные пассаты редко дуют к югу от экватора. Эффект северных пассатов, дующих через экватор на большое расстояние, будет заключаться в том, чтобы направлять теплую воду тропиков в Южный океан. Но это еще не все; не только срединная линия пассатов сместилась бы к югу, но и великие экваториальные течения земного шара также сместились бы к югу.

Рассмотрим теперь, как это повлияло бы на Гольфстрим. Южноамериканский континент имеет форму, несколько напоминающую треугольник, с одним из своих угловых выступов, называемым мысом Сан-Роке, направленным на восток. Экваториальное течение Атлантики наталкивается на этот выступ; но поскольку большая часть течения находится немного севернее этого выступа, оно течет на запад в Мексиканский залив и образует Гольфстрим. Значительная часть воды, однако, ударяется о сушу к югу от мыса и отклоняется вдоль берегов Бразилии в Южный океан, образуя то, что известно как Бразильское течение.

Теперь совершенно очевидно, что смещение экваториального течения Атлантики всего на несколько градусов к югу от его нынешнего положения — вещь, которая определенно произошла бы при условиях, которые мы описывали, — направило бы все течение в Бразильскую ветвь, и вместо того, чтобы течь главным образом в Мексиканский залив, как сейчас, оно все потекло бы в Южный океан, и Гольфстрим, следовательно, остановился бы. Остановка Гольфстрима в сочетании со всеми теми причинами, которые мы только что рассматривали, поставила бы Европу в ледниковые условия; в то же время температура Южного океана, вследствие огромного количества получаемой теплой воды, повысилась бы чрезвычайно (она и так высока по другим причинам).

Отклонение Гольфстрима во время ледникового периода, на которое указывает разница между слоями ракушечника Клайда и Канады. — То, что оледенение северо-западной Европы в значительной степени произошло из-за остановки Гольфстрима, можно, я думаю, сделать вывод из обстоятельства, на которое указал преподобный мистер Кросски несколько лет назад в статье, прочитанной перед Геологическим обществом Глазго [45]. Он показал, что разница между ледниковыми раковинами Канады и теми, что существуют сейчас в заливе Святого Лаврентия, гораздо менее заметна, чем разница между ледниковыми раковинами слоев Клайда и теми, что существуют сейчас в заливе Ферт-оф-Клайд. И из этого он справедливо делает вывод, что изменение климата в Канаде после ледникового периода было гораздо менее полным, чем в Шотландии.

Возвращение Гольфстрима повысило среднюю годовую температуру нашего острова не менее чем на 15° выше нормы, в то время как Канада, лишенная его влияния и подверженная воздействию холодного течения из полярных регионов, оставалась почти на столько же ниже нормы.

Сравним нынешнюю температуру двух стран. При сравнении мы должны, конечно, сравнивать места на одной и той же широте. Нельзя, например, сравнивать Глазго с Монреалем или Квебеком, местами, находящимися на широте юга Франции и севера Италии. Обнаружится, что разница температур между двумя странами настолько огромна, что кажется едва правдоподобной тем, кто не изучал этот вопрос. Все температуры взяты из труда профессора Дове «Распределение тепла по поверхности земного шара» и его таблиц, опубликованных в Отчете Британской ассоциации за 1847 год.

Средняя температура Шотландии в январе составляет около 38° по Фаренгейту, тогда как в некоторых частях Лабрадора, на той же широте, и по всей центральной части Северной Америки, лежащей к северу от Верхней Канады, она фактически составляет 10°, а во многих местах 13° ниже нуля. Январская температура в Камберленд-Хаусе, который расположен на широте центра Англии, более чем на 13° ниже нуля. Здесь разница составляет не менее 51°. Нормальная температура для месяца января на широте Глазго, согласно профессору Дове, составляет 10°. Следовательно, благодаря влиянию Гольфстрима мы в течение этого месяца на 28° теплее, чем были бы в противном случае, в то время как обширные территории в Америке на 23° холоднее, чем должны были бы быть.

Июльская температура Глазго составляет 61°, тогда как на той же широте в Лабрадоре и местах к западу она составляет всего 49°. Глазго в течение этого месяца на 3° выше нормальной температуры, в то время как Америка, из-за влияния холодного полярного течения, на 9° ниже ее. Средняя годовая температура Глазго составляет почти 50°, тогда как в Америке, на той же широте, она составляет всего 30°, а во многих местах — до 23°. Средняя нормальная температура за весь год составляет 35°. Таким образом, наша средняя годовая температура на 15° выше нормы, а температура Америки — от 5° до 12° ниже ее. Американские зимы чрезмерно холодны из-за континентального характера климата и отсутствия какой-либо пользы от Гольфстрима, в то время как лето, которое в противном случае было бы теплым, на широте Глазго в значительной степени охлаждается холодным льдом из Гренландии; и следствием этого является то, что средняя годовая температура примерно на 20° или 27° ниже нашей. Средняя годовая температура залива Святого Лаврентия так же низка, как в Лапландии или Исландии. Неудивительно, что раковины, которые процветали в Канаде во время ледникового периода, не покинули залив и соседние моря.

У нас есть веские основания полагать, что климат Америки во время ледникового периода был даже тогда несколько более суровым, чем климат Западной Европы, ибо эрратические валуны Америки простираются так далеко на юг, как 40-я широта, в то время как на старом континенте они не встречаются намного дальше 50-й широты. Эта разница могла возникнуть из-за того, что западная сторона континента всегда теплее восточной.

Чтобы определить, был ли холод в Америке во время ледникового периода таким же сильным, как в Западной Европе, мы не должны сравнивать окаменелости, найденные в ледниковых слоях около Монреаля, например, с теми, что найдены в слоях Клайда, ибо Монреаль лежит гораздо дальше на юг, чем Клайд. Слои Клайда должны сравниваться со слоями Лабрадора, в то время как слои Монреаля должны сравниваться со слоями юга Франции и севера Италии, если таковые там будут найдены.

В целом можно сделать вывод, что если бы Гольфстрим не вернулся к нашим берегам в конце ледникового периода и если бы его место заняло холодное течение из полярных регионов, подобное тому, которое омывает берега Северной Америки, весьма вероятно, что почти каждый вид, найденный в наших ледниковых слоях, имел бы своих представителей, процветающих в британских морях в наши дни.

Несомненно, верно, что когда мы сравниваем места, в которых расположены канадские слои ракушечника, упомянутые мистером Кросски, с местами на той же широте в Европе, разница климата, возникающая из-за влияния Гольфстрима, не так велика, как между Шотландией и теми местами, которые мы рассматривали; но все же разница достаточно велика, чтобы объяснить, почему изменение климата в Канаде было менее полным, чем в Шотландии.

И то, что справедливо в отношении течений Атлантики, справедливо также, хотя, возможно, и не в той же степени, для течений Тихого океана.

Близость Солнца в перигее как причина накопления льда. — Но есть еще одна причина, которую необходимо отметить: сильное нижнее течение воздуха с севера подразумевает столь же сильное верхнее течение на север. Теперь, если бы эффект нижнего течения заключался в том, чтобы направлять теплую воду экватора на юг, эффект верхнего течения заключался бы в том, чтобы переносить водяной пар, образовавшийся на экваторе, на север; верхнее течение, достигая снега и льда умеренных регионов, осаждало бы свою влагу в виде снега; так что, несмотря на сильный холод ледникового периода, вполне вероятно, что количество снега, выпадающего в северных регионах, было бы огромным. Это было бы особенно характерно для лета, когда Земля находилась бы в перигелии, а тепло на экваторе было бы значительным. Экватор был бы печью, где происходило бы испарение, а снег и лед умеренных регионов действовали бы как конденсатор.

Тепло для производства испарения столь же необходимо для накопления снега и льда, как холод для производства конденсации. Теперь в середине лета, при допущении, что эксцентриситет находится на своем верхнем пределе, Солнце было бы на 8 641 870 миль ближе, чем в настоящее время в этот сезон. Эффект заключался бы в том, что интенсивность солнечных лучей была бы на одну пятую больше, чем сейчас. То есть на каждые пять лучей, получаемых океаном в настоящее время, тогда приходилось бы шесть лучей, следовательно, испарение летом было бы чрезмерным. Но покрытая льдом суша конденсировала бы пар в снег. Несомненно, именно летом происходило бы наибольшее выпадение снега. Фактически, близость Солнца в этот сезон была столь же важна для наступления ледникового периода, как и его удаленность зимой.

Прямой эффект эксцентриситета заключается в создании в одном из полушарий долгой и холодной зимы. Это само по себе не привело бы к столь суровым условиям, какие, как мы знаем, преобладали во время ледникового периода. Но снег и лед, образовавшиеся таким образом, привели бы в действие, как мы видели, множество физических факторов, чьи объединенные усилия были бы вполне достаточны для этого.

Примечательное обстоятельство, касающееся причин, ведущих к вековым изменениям климата. — Существует одно примечательное обстоятельство, связанное с этими физическими причинами, которое заслуживает особого внимания. Они не только все ведут к одному результату, а именно к накоплению снега и льда, но и воздействуют друг на друга. В физике вполне обычное дело, когда эффект воздействует на причину. В электричестве и магнетизме, например, причина и следствие почти в каждом случае взаимно действуют и воздействуют друг на друга. Но обычно, если не повсеместно, реакция следствия имеет тенденцию ослаблять причину. Ослабляющее влияние этой реакции имеет тенденцию налагать предел на эффективность причины. Но, как ни странно, в отношении физических причин, участвующих в возникновении ледникового климата, причина и следствие взаимно воздействовали друг на друга, усиливая друг друга. И это обстоятельство имело огромное отношение к полученным необычайным результатам.

Мы видели, что накопление снега и льда на земле, возникшее в результате долгих и холодных зим, имело тенденцию охлаждать воздух и вызывать туманы, которые преграждали путь солнечным лучам. Лучи, таким образом задержанные, уменьшали тающую силу Солнца и тем самым увеличивали накопление. По мере того как снег и лед продолжали накапливаться, все больше и больше лучей задерживалось; и, с другой стороны, по мере того как лучи продолжали задерживаться, скорость накопления увеличивалась, потому что количество растаявшего снега и льда становилось таким образом ежегодно все меньше и меньше.

Опять же, в течение долгих и унылых зим ледникового периода Земля излучала бы свое тепло в космическое пространство. Если бы потерянное таким образом тепло просто шло на понижение температуры, то понижение температуры имело бы тенденцию уменьшать скорость потери; но необходимым результатом этого было образование снега и льда, а не понижение температуры.

И, опять же, образование снега и льда способствовало скорости, с которой Земля теряла свое тепло; и, с другой стороны, чем быстрее Земля расставалась со своим теплом, тем быстрее образовывались снег и лед.

Далее, по мере того как снег и лед накапливались в одном полушарии, они в то же время продолжали уменьшаться в другом. Это имело тенденцию увеличивать силу пассатов в холодном полушарии и ослаблять их в теплом. Эффект этого на океанические течения заключался бы в том, чтобы направлять теплую воду тропиков больше в теплое полушарие, чем в холодное. Предположим, что северное полушарие является холодным, тогда, по мере того как снег и лед начали бы постепенно накапливаться там, океанические течения этого полушария начали бы уменьшаться в объеме, в то время как течения в южном, или теплом, полушарии pari passu увеличивались бы. Этот отвод тепла от северного полушария имел бы тенденцию, конечно, понижать температуру этого полушария и тем самым способствовать накоплению снега и льда. По мере накопления снега и льда океанические течения уменьшались бы, и, с другой стороны, по мере уменьшения океанических течений снег и лед накапливались бы — оба эффекта взаимно усиливали бы друг друга.

То же самое должно было быть справедливо в отношении воздушных течений. Чем больше полярные и умеренные регионы покрывались бы снегом и льдом, тем сильнее становились бы пассаты и антипассаты полушария; и чем сильнее становились бы эти ветры, тем большее количество влаги переносилось бы из тропических регионов антипассатами в умеренные регионы; и, с другой стороны, чем больше влаги эти ветры приносили бы в умеренные регионы, тем больше было бы количество образовавшегося снега.

Тот же процесс взаимного действия и противодействия происходил бы среди факторов, действующих в теплом полушарии, только результат был бы диаметрально противоположным тому, что производился в холодном полушарии. В этом теплом полушарии действие и противодействие имели бы тенденцию повышать среднюю температуру и уменьшать количество снега и льда, существующего в умеренных и полярных регионах.

Если бы каждый из этих различных физических факторов, которые мы рассматривали, мог производить свои прямые эффекты, не влияя на другие факторы и не подвергаясь их влиянию, его реальная эффективность в создании либо ледникового климата, либо теплого климата не была бы столь велика.

Первичной причиной, которая привела в действие все те различные физические факторы, которые вызвали ледниковый период, было высокое состояние эксцентриситета земной орбиты. Когда эксцентриситет имеет высокое значение, снег и лед начинают накапливаться из-за увеличивающейся продолжительности и холодности зимы в том полушарии, чье зимнее солнцестояние приближается к афелию. Накапливающийся снег затем начинает приводить в действие все те различные факторы, которые мы описывали; и, как мы только что видели, они, будучи однажды в полном действии, взаимно помогают друг другу. По мере того как эксцентриситет увеличивается век за веком, умеренные регионы все больше и больше покрываются снегом и льдом, во-первых, из-за продолжающегося увеличения холодности и продолжительности зим, и, во-вторых, и главным образом, из-за продолжающегося увеличения силы тех физических факторов, которые были приведены в действие. Это ледниковое состояние дел продолжается с возрастающей скоростью и достигает максимума, когда точка солнцестояния достигает афелия. После того как солнцестояние проходит афелий, начинается обратный процесс. Снег и лед постепенно начинают уменьшаться в холодном полушарии и появляться в другом полушарии. Обледеневшее полушарие постепенно становится теплее, а теплое полушарие — холоднее, и это продолжается в течение десяти или двенадцати тысяч лет, пока зимнее солнцестояние не достигнет перигелия. К этому времени условия двух полушарий меняются местами; ранее обледеневшее полушарие теперь стало теплым, а теплое полушарие — оледеневшим. Перенос льда из одного полушария в другое продолжается до тех пор, пока эксцентриситет остается на высоком уровне. Это, возможно, будет лучше понято при осмотре фронтисписа.

Средняя температура всей Земли должна быть выше в афелии, чем в перигелии. — Когда эксцентриситет уменьшается примерно до своего нынешнего значения, его влияние на климат ощущается лишь незначительно. Однако вероятно, что нынешнее распространение льда в южном полушарии может в значительной степени быть результатом эксцентриситета. Разница в климатических условиях двух полушарий как раз такая, какой она должна быть согласно теории: (1) Средняя температура этого полушария ниже, чем северного. (2) Зимы южного полушария холоднее, чем зимы северного. (3) Лето, хотя и приходится на перигелий, также сравнительно холодное; это, как мы видели, то, что должно быть согласно теории. (4) Средняя температура всей Земли выше в июне, когда Земля находится в афелии, чем в декабре, когда она находится в перигелии. Это, осмелюсь утверждать, также то, что должно следовать согласно теории, хотя именно этот факт приводился как доказательство того, что эксцентриситет в настоящее время оказывает лишь незначительное влияние на климатическое состояние нашего земного шара.

То, что средняя температура всей Земли во время ледникового периода была бы выше, когда Земля находилась в афелии, чем когда в перигелии, будет, я думаю, очевидно из следующих соображений: когда Земля находилась в перигелии, Солнце находилось бы над полушарием, почти покрытым снегом и льдом. Большая сила солнечных лучей в этом случае имела бы мало эффекта в повышении температуры; она была бы потрачена на таяние снега и льда. Но когда Земля находилась в афелии, Солнце находилось бы над полушарием, сравнительно свободным или, возможно, полностью свободным от снега и льда. Следовательно, хотя интенсивность солнечных лучей была бы меньше, чем когда Земля находилась в перигелии, все же она должна была бы произвести более высокую температуру, потому что она была бы главным образом использована на нагревание земли, а не поглощена таянием снега и льда.

Профессор Тиндаль о ледниковом периоде. — «Столь естественной, — говорит профессор Тиндаль, — была ассоциация льда и холода, что даже знаменитые люди предполагали, что все, что нужно для производства большого распространения наших ледников, — это уменьшение температуры Солнца. Если бы они прошли через вышеупомянутые размышления и расчеты, они, вероятно, потребовали бы больше тепла, а не меньше, для наступления ледникового периода. Что им действительно было нужно, так это конденсаторы, достаточно мощные, чтобы заморозить пар, генерируемый теплом Солнца». (The Forms of Water, стр. 154. См. также, в том же духе, Heat Considered as a Mode of Motion, гл. VI.)

Я не знаю, кого здесь имеет в виду профессор Тиндаль, но, безусловно, его замечания не имеют отношения к рассматриваемой теории, ибо согласно ей, как мы только что видели, лед ледникового периода был примерно в такой же степени обусловлен близостью Солнца в перигее, как и его большим расстоянием в апогее.

Существует, однако, одна теория, к которой его замечания справедливо применимы, а именно: теория о том, что великие изменения климата в течение геологических эпох были результатом прохождения нашего земного шара через различные температуры космического пространства. То, что говорит профессор Тиндаль, ясно показывает, что ледниковый период не был вызван прохождением нашей Земли через холодную часть космического пространства. Общее снижение температуры по всему земному шару, безусловно, не вызвало бы ледникового периода. Предположим, что Солнце погасло и наш земной шар подвергся воздействию температуры звездного пространства (-239° по Фаренгейту), это, безусловно, заморозило бы океан твердо от поверхности до дна, но не покрыло бы сушу льдом.

Выводы профессора Тиндаля, конечно, столь же убедительны против теории профессора Бальфура Стюарта о том, что ледниковый период мог быть результатом общего уменьшения интенсивности солнечного тепла.

Тем не менее, было бы в прямом противоречии с хорошо установленными фактами геологии предполагать, что ледниковые периоды ледникового периода были теплыми периодами. Мы так же уверены на основании палеонтологических данных, что холод тогда был намного сильнее, чем сейчас, как и на основании физических данных, что накопление льда было больше, чем сейчас. Наши ледниковые слои ракушечника и останки мамонта, северного оленя и овцебыка свидетельствуют о холоде так же верно, как следы на скалах — о льде.

Возражение, основанное на нынешнем состоянии планеты Марс. — Профессор Шарль Мартен [46] и другие выдвигали возражение, что если бы высокое состояние эксцентриситета могло вызвать ледниковый период, то планета Марс должна была бы в настоящее время находиться в ледниковом состоянии. Эксцентриситет ее орбиты составляет 0,09322, и одно из ее южных зимних солнцестояний, согласно доктору Удемансу из Батавии [47], находится в пределах 17° 41′ 8″ от афелия. Следовательно, предполагается, что одно из полушарий должно быть в ледниковом состоянии, а другое — свободным от снега и льда. Но считается, что снег накапливается вокруг каждого полюса во время его зимы и в значительной степени исчезает во время его лета.

В этом возражении была бы сила, если бы утверждалось, что только эксцентриситет может вызвать ледниковое состояние климата, но это не так, и нет веских оснований для заключения, что те физические факторы, которые привели к ледниковому периоду нашего земного шара, существуют на планете Марс. Совершенно очевидно, что либо вода на этой планете должна быть иной по составу, чем на нашей Земле, либо ее атмосферная оболочка должна быть совершенно иной, чем наша. Ибо из того, что было изложено в Главе II, очевидно, что если бы наш земной шар был удален на расстояние Марса от Солнца, понижение температуры, вызванное уменьшением солнечного тепла, не только уничтожило бы все живое, но и превратило бы океан в твердый лед.

Но следует заметить, что эксцентриситет орбиты Марса в настоящее время далек от своего верхнего предела в 0,14224, и может случиться так, что в экономии природы, когда он приблизится к этому пределу, может наступить ледниковое состояние вещей.

Правда, однако, заключается в том, что, по-видимому, мало что известно с уверенностью относительно климатического состояния Марса. Это очевидно из того факта, что некоторые астрономы полагают, что планета обладает плотной атмосферой, которая защищает ее от холода; в то время как другие утверждают, что ее атмосфера настолько чрезвычайно тонка, что ее средняя температура ниже точки замерзания. Некоторые утверждают, что климатическое состояние Марса очень напоминает состояние нашей Земли, в то время как другие утверждают, что ее моря фактически промерзли до дна, а полюса покрыты льдом толщиной в тридцать или сорок миль. По причинам, которые будут объяснены в Приложении, Марс, несмотря на свое большее расстояние от Солнца, может наслаждаться климатом, столь же теплым, как климат нашей Земли.

ГЛАВА V. ПРИЧИНА, ПО КОТОРОЙ ЮЖНОЕ ПОЛУШАРИЕ ХОЛОДНЕЕ СЕВЕРНОГО.

Adhémar’s Explanation.—Adhémar’s Theory founded upon a physical Mistake in regard to Radiation.—Professor J. D. Forbes on Underground Temperature.—Generally accepted Explanation.—Low Temperature of Southern Hemisphere attributed to Preponderance of Sea.—Heat transferred from Southern to Northern Hemisphere by Ocean-current the true Explanation.—A large Portion of the Heat of the Gulf-stream derived from the Southern Hemisphere.

Объяснение Адемара. — Давно известно, что в южном полушарии температура ниже, а накопление льда больше, чем в северном. Эта разница обычно приписывалась большому преобладанию моря в южном полушарии. М. Адемар, с другой стороны, пытается объяснить эту разницу, ссылаясь на разницу в количестве тепла, теряемого двумя полушариями вследствие разницы в семь дней в продолжительности их соответствующих зим. Поскольку северная зима короче лета, он заключает, что в этом полушарии происходит накопление тепла, в то время как, с другой стороны, поскольку южная зима длиннее лета, в южном полушарии происходит потеря тепла. «Южный полюс, — говорит он, — теряет за один год больше тепла, чем получает, потому что общая продолжительность его ночи превышает продолжительность его дня на 168 часов; и обратное происходит для северного полюса. Если, например, мы возьмем за единицу среднее количество тепла, которое Солнце излучает за один час, тепло, накопленное в конце года на северном полюсе, будет выражено числом 168, в то время как тепло, потерянное южным полюсом, будет равно 168 умножить на то, насколько излучение уменьшает его за один час, так что в конце года разница в тепле двух полушарий будет представлена числом 336, умноженным на то, что Земля получает от Солнца или теряет за час путем излучения» [48].

Адемар предполагает, что примерно через 10 000 лет, когда наша северная зима будет приходиться на афелий, а южная — на перигелий, климатические условия двух полушарий изменятся; лед растает на южном полюсе, а северное полушарие окажется окутанным одной сплошной массой льда толщиной в лиги, простирающейся до умеренных регионов.

Эта теория, по-видимому, основана на ошибочной интерпретации принципа, впервые указанного, насколько мне известно, Гумбольдтом в его мемуаре «Об изотермических линиях и распределении тепла по земному шару» [49]. Этот принцип можно сформулировать следующим образом:

Хотя общее количество тепла, получаемого Землей от Солнца за один оборот, обратно пропорционально малой оси орбиты, тем не менее это количество, как доказал Д’Аламбер, поровну распределяется между двумя полушариями, каким бы ни был эксцентриситет. Любое дополнительное тепло, которое южное полушарие может в настоящее время получать от Солнца ежедневно в течение своих летних месяцев из-за большей близости к Солнцу, точно компенсируется соответствующей потерей, возникающей из-за краткости сезона; и, с другой стороны, любой ежедневный дефицит тепла, который мы в северном полушарии можем в настоящее время иметь в течение нашего летнего полугодия вследствие расстояния Земли от Солнца, также точно компенсируется соответствующей продолжительностью сезона.

Но температура поверхности нашего земного шара зависит как от количества тепла, излучаемого в космическое пространство, так и от количества, получаемого от Солнца, и некоторыми высказывалось мнение, что этот компенсирующий принцип справедлив только в отношении последнего. В случае тепла, теряемого путем излучения, предполагается, что происходит обратное. Южное полушарие, утверждается, имеет не только более холодную зиму, чем северное, вследствие большего расстояния Солнца, но оно также имеет и более длинную зиму; и дополнительная потеря тепла от излучения в течение зимы не компенсируется его близостью к Солнцу в течение лета, ибо оно не получает дополнительного тепла от этой близости. И таким же образом утверждается, что поскольку наша зима в северном полушарии, из-за меньшего расстояния Солнца, не только теплее, чем зима южного полушария, но и в то же время короче, то наше полушарие не охлаждается до такой степени, как южное. И таким образом, средняя температура зимнего полугодия, так же как и интенсивность солнечного тепла, зависит от изменения расстояния Солнца.

Хотя я всегда считал эту причину Гумбольдта совершенно неадекватной для производства таких эффектов, какие приписываются ей Адемаром, все же в своих ранних статьях [50] я заявлял, что это vera causa, которая должна производить некоторый ощутимый эффект на климат. Но вскоре после этого, при более тщательном рассмотрении всего предмета, я пришел к подозрению, что рассматриваемое обстоятельство может, согласно теории, производить мало или вообще не производить никакого эффекта на климатическое состояние нашего земного шара.

Поскольку, по-видимому, существует значительное количество недопонимания в отношении этого пункта, который составляет основу теории Адемара, я могу здесь кратко рассмотреть его [51].

Скорость, с которой Земля излучает в космическое пространство тепло, полученное от Солнца, зависит от температуры ее поверхности; а температура ее поверхности (при прочих равных условиях) зависит от скорости, с которой тепло получается. Чем выше скорость, с которой Земля получает тепло от Солнца, тем выше, следовательно, будет скорость, с которой она будет терять это тепло путем излучения. Теперь общее количество тепла, получаемого в течение зимы южным полушарием, точно равно количеству, получаемому в течение зимы северным. Но поскольку южная зима длиннее северной, скорость, с которой тепло получается, и, следовательно, скорость излучения в течение этого сезона должны быть меньше в южном полушарии, чем в северном. Таким образом, южное полушарие теряет тепло в течение более длительного периода, чем северное, и поэтому меньшая скорость излучения (если бы не обстоятельство, которое будет отмечено в настоящее время) полностью компенсировала бы более длительный период, и общее количество тепла, потерянного в течение зимы, было бы одинаковым в обоих полушариях. Южное лето короче северного, но тепло более интенсивное, и поверхность земли поддерживается при более высокой температуре; следовательно, скорость излучения в космическое пространство выше.

Когда скорость, с которой тело получает тепло, увеличивается, температура тела повышается до тех пор, пока скорость излучения не сравняется со скоростью поглощения, после чего восстанавливается равновесие; и когда скорость поглощения уменьшается, температура падает до тех пор, пока скорость излучения не сравняется со скоростью поглощения.

Но, несмотря на все это, из-за низкой теплопроводности земли больше тепла будет проходить в нее в течение более длинного лета в афелии, чем в течение более короткого лета в перигелии; ибо количество тепла, которое проходит в землю, зависит от продолжительности времени, в течение которого Земля получает тепло, а также от полученного количества. Точно так же больше тепла будет выходить из земли в течение более длинной зимы в афелии, чем в течение более короткой зимы в перигелии. Предположим, что продолжительность дней в одном полушарии (скажем, северном) составляет 23 часа, а продолжительность ночей, скажем, один час; в то время как в другом полушарии дни длятся один час, а ночи — 23 часа. Предположим также, что количество тепла, получаемого от Солнца южным полушарием в течение дня в один час, равно количеству, получаемому северным полушарием в течение дня в 23 часа. Очевидно, что хотя поверхность земли в южном полушарии получила бы столько же тепла от Солнца в течение короткого дня в один час, сколько поверхность северного полушария в течение длинного дня в 23 часа, однако, из-за низкой теплопроводности земли, количество поглощенного тепла в южном полушарии было бы далеко не таким большим, как в северном. Температура поверхности в течение дня, правда, была бы намного выше в южном полушарии, чем в северном, и, следовательно, скорость, с которой тепло проходило бы в землю, была бы выше в этом полушарии, чем в северном; но, несмотря на более высокую скорость поглощения, возникающую из-за высокой температуры поверхности, она не компенсировала бы краткость дня. С другой стороны, поверхность земли в южном полушарии была бы холоднее в течение длинной ночи в 23 часа, чем в северном в течение короткой ночи всего в один час; и низкая температура земли имела бы тенденцию уменьшать скорость излучения в космическое пространство. Но уменьшение скорости излучения не компенсировало бы полностью большую продолжительность ночи. Общим и объединенным результатом всех этих причин было бы то, что в северном полушарии происходило бы небольшое накопление тепла, а в южном — небольшая потеря. Но эта потеря тепла в одном полушарии и выигрыш в другом не накапливались бы с равномерной скоростью год за годом, как предполагает Адемар.

Конечно, в настоящее время мы просто рассматриваем Землю как поглотитель и излучатель тепла, не принимая во внимание эффекты распределения моря и суши и другие модифицирующие причины, и предполагаем, что все одинаково в обоих полушариях, за исключением того, что зима одного полушария длиннее зимы другого.

Каково же тогда количество тепла, накопленного одним полушарием и потерянного другим? Является ли оно таким количеством, чтобы ощутимо влиять на климат?

Эксперименты и наблюдения, которые были проведены над температурой под землей, дают нам возможность сделать по крайней мере грубую оценку этого количества. И из них будет видно, что влияние избытка в семь или восемь дней в продолжительности южной зимы над северной вряд ли могло бы произвести эффект, который был бы ощутимым.

Наблюдения были проведены в Эдинбурге профессором Дж. Д. Форбсом над тремя различными веществами, а именно: песчаником, песком и траппом. Путем вычислений, исходя из данных, предоставленных этими наблюдениями, мы находим, что общее количество тепла, накопленного в земле в течение лета сверх средней температуры, было следующим: в породе песчаника — количество, достаточное для повышения температуры породы на 1° C до глубины 85 футов 6 дюймов; в песке — количество, достаточное для повышения температуры на 1° C до глубины 72 футов 6 дюймов; и в траппе — количество, достаточное только для повышения температуры на 1° C до глубины 61 фута 6 дюймов.

Принимая удельную теплоемкость песчаника на единицу объема, как определено Реньо, равной 0,4623, песка — 0,3006, а траппа — 0,5283, и сводя все результаты к одному стандарту, а именно к стандарту воды, мы находим, что количество тепла, накопленного в песчанике, если бы оно было применено к воде, повысило бы ее температуру на 1° C до глубины 39 футов 6 дюймов; количество, накопленное в песке, повысило бы температуру воды на 1° C до глубины 21 фута 8 дюймов, а количество, накопленное в траппе, повысило бы температуру воды на 1° C до глубины 32 футов 6 дюймов. Мы можем взять среднее арифметическое этих трех результатов как довольно точно представляющее количество, накопленное в общей поверхности страны. Это было бы равно глубине воды в 31 фут 3 дюйма, нагретой на 1° C. Количество тепла, потерянного путем излучения в течение зимы ниже среднего, оказалось примерно равным количеству, накопленному в течение лета.

Общее количество тепла на квадратный фут поверхности, получаемое экватором от восхода до заката во время равноденствий, с учетом 22 процентов, поглощаемых при прохождении через атмосферу, составляет 1 780 474 футо-фунта. На широте Эдинбурга на квадратный фут поверхности приходится около 938 460 футо-фунтов, при условии, что атмосфера поглощает не более 22 процентов. При такой интенсивности за два дня и десять часов (скажем, за три дня) от Солнца было бы получено количество тепла, достаточное для повышения температуры воды на 1° C на требуемую глубину в 31 фут 3 дюйма. Следовательно, общее количество тепла, накопленного летом на широте Эдинбурга, равно лишь тому, что мы получаем от Солнца в течение трех дней во время равноденствий. Три дня солнечного света в середине марта или сентября, если использовать их для повышения температуры почвы, восстановили бы все тепло, потерянное за всю зиму; а еще три дня солнечного света дали бы почве столько же тепла, сколько накапливается за все лето. Однако следует заметить, что общая продолжительность солнечного сияния зимой по отношению к лету на широте Эдинбурга составляет лишь около 4 к 7. Это разница в два месяца. Но это еще не все; количество тепла, получаемого зимой, едва составляет одну треть от того, что получается летом; однако, несмотря на эту огромную разницу между летом и зимой, почва зимой теряет лишь около шести дней солнечного тепла по сравнению с максимальным количеством, накопленным ею летом.

Но если сказанное выше верно, то эта потеря тепла, которую Земля испытывает зимой, происходит главным образом не из-за излучения во время более длительного отсутствия Солнца, а из-за уменьшения количества получаемого тепла вследствие его более длительного отсутствия в сочетании с наклоном его лучей в этот сезон. Теперь, в случае двух полушарий, хотя южная зима длиннее северной, количество тепла, получаемое каждым из них, одинаково. Но если предположить, что это верно — а это не так, — что потеря тепла Землей зимой в равной степени обусловлена излучением, возникающим из-за превышения продолжительности зимних ночей над летними, и недостатком тепла, получаемого зимой по сравнению с летом, то в этом случае три дня тепла были бы количеством, потерянным в результате излучения из-за этого превышения продолжительности зимних ночей. Общая продолжительность зимних ночей по отношению к летним, как мы видели, составляет примерно 7 к 4. Это разница почти в 1200 часов. Но превышение южной полярной зимы над северной составляет всего около 184 часов. Теперь, если 1200 часов дают потерю солнечного тепла за три дня, то 184 часа дадут потерю едва ли в 5,5 часов.

Несомненно, эти два случая не являются в точности аналогичными; но очевидно, что любая ошибка, которая может возникнуть при их рассмотрении как таковых, не может существенно изменить вывод, к которому мы пришли. Даже если предположить, что эффект вдвое или даже вчетверо больше, чем мы заключили, это все равно не составило бы потери тепла за два дня, что, безусловно, имело бы незначительное влияние или вовсе не имело бы влияния на климат.

Но даже если предположить, что все предыдущие рассуждения неверны и что южное полушарие вследствие своей более длинной зимы теряет тепло в чрезмерном объеме 168 часов, как предполагал Адемар, это все равно не могло бы существенно повлиять на климат. На климат влияет лишь температура поверхности земли, а не количество тепла или холода, которое может быть накоплено под поверхностью. Климат определяется, насколько это касается почвы, температурой поверхности и полностью независим от температуры, которая может существовать под поверхностью. Подземная температура может влиять на климат только через поверхность. Если бы поверхность, например, можно было постоянно держать покрытой вечным снегом, мы имели бы холодный и бесплодный климат, даже если бы температура почвы под снегом была фактически на уровне точки кипения. Пусть почва на глубине, скажем, 40 или 50 футов будет лишена количества тепла, равного тому, что получается от Солнца за 168 часов. Это могло бы произвести незначительный или вовсе не ощутимый эффект на климат; ибо из-за низкой теплопроводности почвы эта потеря не ощущалась бы на температуре поверхности, так как солнечному теплу потребовалось бы несколько месяцев, чтобы проникнуть на такую глубину и восстановить потерянное тепло. Холод, если позволено будет так выразиться, выходил бы на поверхность так медленно, что его эффект в понижении температуры поверхности был бы едва ощутим. И, опять же, если мы предположим, что тепло за 168 часов теряется только поверхностью земли, эффект, безусловно, был бы ощутим, но лишь в течение нескольких дней. В этом случае мы могли бы иметь неделю промерзшей почвы, но это было бы все. Прежде чем воздух успел бы заметно ощутить низкую температуру поверхности, промерзшая почва оттаяла бы.

Накопление тепла или холода в почве в действительности имеет очень мало общего с климатом. Некоторые физики объясняют, например, почему июль теплее июня, ссылаясь на тот факт, что к июлю почва накопила больше тепла, чем в июне. Это объяснение явно ошибочно. Почва в июле, безусловно, обладает большим запасом тепла, чем в июне; но это не причина, по которой первый месяц жарче второго. Июль жарче июня, потому что воздух (а не почва) накопил больший запас тепла, чем в июне. Воздух в июле теплее, чем в июне, потому что, получая незначительное повышение температуры от прямых солнечных лучей, он нагревается главным образом за счет излучения от Земли и контакта с ее теплой поверхностью. Следовательно, хотя солнечное тепло в июне больше, чем в июле, лишь к середине июля воздух накапливает свой максимальный запас тепла. Поэтому мы говорим, что июль жарче июня, потому что воздух жарче, и, следовательно, температура в тени в первом месяце выше, чем во втором.

Поэтому, полагаю, совершенно очевидно, что теория Адемара не объясняет, почему южное полушарие холоднее северного.

Общепринятое объяснение. — Разница в средней температуре двух полушарий обычно приписывается соотношению моря и суши в южном полушарии и суши и моря в северном полушарии. Это, несомненно, объясняет больший годовой диапазон температур в северном полушарии, но мне кажется, что это не объясняет превышение средней температуры этого полушария над южным.

Общее влияние суши на климат заключается в усилении температурных колебаний, обусловленных временами года. На континентах лето жарче, а зима холоднее, чем в океане. Дни на суше также жарче, а ночи холоднее, чем на море. Это результат, вытекающий из чисто физических свойств суши и воды, независимо от течений, будь то океанических или воздушных. Тем не менее, согласно теории (и это момент, который упускался из виду), средняя годовая температура океана должна быть выше, чем температура суши в экваториальных регионах, а также в умеренных и полярных. Это представляется очевидным по следующим причинам: (1) Почва накапливает тепло только посредством медленного процесса теплопроводности, тогда как вода благодаря подвижности своих частиц и прозрачности для тепловых лучей, особенно солнечных, быстро нагревается на значительную глубину. Количество тепла, накопленного в почве, таким образом, сравнительно мало, в то время как количество, накопленное в океане, велико. (2) Воздух, вероятно, нагревается быстрее при контакте с почвой, чем с океаном; но, с другой стороны, он нагревается гораздо быстрее за счет излучения от океана, чем от суши. Водяной пар в воздухе в значительной степени диатермичен для излучения от почвы, в то время как он поглощает лучи от воды и таким образом нагревается. (3) Воздух излучает обратно значительную часть своего тепла, и океан поглощает это излучение от воздуха более охотно, чем почва. Океан не будет отражать тепло от водяного пара воздуха, а поглощает его, в то время как почва делает обратное. Излучение от воздуха, следовательно, стремится более охотно нагревать океан, чем сушу. (4) Водяной пар в воздухе действует как экран, предотвращающий потерю тепла путем излучения от воды, в то время как он позволяет излучению от почвы более свободно уходить в пространство; атмосфера над океаном, следовательно, возвращает большее количество тепла, чем атмосфера над сушей. В этом случае морю гораздо труднее, чем суше, избавиться от тепла, полученного от Солнца; иными словами, суша стремится терять свое тепло быстрее, чем море. Следствием всех этих обстоятельств является то, что океан должен иметь более высокую среднюю температуру, чем суша. Состояние равновесия никогда не достигается, пока скорость, с которой тело получает тепло, не станет равной скорости, с которой оно его теряет; но поскольку равные поверхности моря и суши получают от Солнца одинаковое количество тепла, отсюда следует, что для того, чтобы море могло избавляться от своего тепла так же быстро, как суша, оно должно иметь более высокую температуру, чем суша. Температура моря должна продолжать расти до тех пор, пока количество тепла, излучаемого в пространство, не станет равным количеству, полученному от Солнца; когда эта точка достигнута, устанавливается равновесие и температура остается постоянной. Но из-за большей трудности, с которой море избавляется от своего тепла, средняя температура равновесия океана должна быть выше, чем у суши; следовательно, средняя температура океана, а также воздуха непосредственно над ним, в тропических регионах должна быть выше, чем средняя температура суши и воздуха над ней.

Однако большая часть южного полушария занята водой, и почему же тогда, можно спросить, это водное полушарие холоднее полушария суши? Не должно ли также следовать, что море в межтропических регионах должно быть теплее суши на тех же параллелях; однако, как мы знаем, на самом деле обнаруживается обратное. Как же тогда все это объяснить, если приведенные выше рассуждения верны? Мы обнаруживаем при изучении карт средней годовой температуры профессора Дове, что океан в межтропических регионах имеет среднюю годовую температуру ниже нормы, а суша — среднюю годовую температуру выше нормы. Как в Тихом, так и в Атлантическом океане средняя температура опускается на 2,3° ниже нормы, в то время как на суше она поднимается на 4,6° выше нормы. Объяснение в данном случае очевидно: температура океана в межтропических регионах, как мы уже видели, поддерживается гораздо более низкой, чем она была бы в противном случае, из-за огромного количества тепла, которое постоянно уносится из этих регионов в умеренные и полярные, и холода, который постоянно переносится из умеренных и полярных регионов в тропические посредством океанических течений. Тот же принцип, который объясняет, почему море в межтропических регионах имеет более низкую среднюю годовую температуру, чем суша, объясняет также, почему южное полушарие имеет более низкую среднюю годовую температуру, чем северное. Температура южного полушария понижается за счет переноса тепла посредством океанических течений.

Тепло, переносимое из Южного в Северное полушарие океаническими течениями — истинное объяснение. — Великие океанические течения земного шара берут свое начало в трех огромных потоках из Южного океана, которые, достигая тропических регионов, отклоняются в западном направлении и текут вдоль южной стороны экватора на тысячи миль. Возможно, более половины этой массы движущейся воды возвращается в Южный океан, так и не пересекая экватор, но количество, которое переходит в северное полушарие, огромно. Этот постоянный поток воды из южного полушария в северное в виде поверхностных течений должен компенсироваться поддонными течениями равной величины из северного полушария в южное. Течения, однако, которые пересекают экватор, имеют гораздо более высокую температуру, чем их компенсирующие поддонные течения; следовательно, происходит постоянный перенос тепла из южного полушария в северное. Любые течения, берущие начало в северном полушарии и текущие в южное, сравнительно незначительны, и количество тепла, переносимого ими, также незначительно. Существует одно или два течения значительного размера, такие как Бразильская ветвь великого экваториального течения Атлантики и часть Южного экваториального дрейфового течения Тихого океана, которые пересекают экватор с севера на юг; но их нельзя рассматривать как северные течения; это просто южные течения, отклоненные обратно после пересечения экватора в северное полушарие. Тепло, которым обладают эти течения, в основном получено в южном полушарии до пересечения экватора в северное; и хотя северное полушарие может не получать много тепла посредством них, оно, с другой стороны, не теряет много, ибо тепло, которое они отдают при своем движении вдоль южного полушария, не принадлежит северному полушарию.

Но, сделав самую полную поправку на количество тепла, переносимого через экватор из северного полушария в южное, мы обнаружим, если сравним среднюю температуру течений с юга на север с температурой великих компенсирующих поддонных течений и одного-двух малых поверхностных течений, что первая намного выше второй. Средняя температура воды, пересекающей экватор с юга на север, вероятно, не ниже 65°, температура поддонных течений, вероятно, не выше 39°. Но к поддонным течениям мы должны добавить поверхностные течения с севера на юг; и если предположить, что это повысит среднюю температуру всей массы воды, текущей на юг, скажем, до 45°, у нас все равно останется разница в 20° между температурой масс, текущих на север и на юг. Каждый кубический фут воды, пересекающий экватор, в этом случае перенесет около 965 000 футо-фунтов тепла из южного полушария в северное. Если бы у нас были средства для определения объема этих великих течений, пересекающих экватор, мы могли бы сделать грубую оценку общего количества тепла, перенесенного из южного полушария в северное; но до сих пор точной оценки по этому вопросу не сделано. Давайте предположим, что, вероятно, ниже истины, что общее количество воды, пересекающей экватор, по крайней мере вдвое превышает объем Гольфстрима при прохождении через Флоридский пролив, которое, как мы уже установили, равно 66 908 160 000 000 кубических футов ежедневно. Принимая количество тепла, переносимое каждым кубическим футом воды Гольфстрима за 1 158 000 футо-фунтов, установлено, как мы видели, что этим течением переносится количество тепла, равное всему теплу, падающему в пределах 32 миль по обе стороны от экватора. Тогда, если каждый кубический фут воды, пересекающий экватор, переносит 965 000 футо-фунтов, а количество воды вдвое превышает объем Гольфстрима, следует, что количество тепла, перенесенного из южного полушария в северное, равно всему теплу, падающему в пределах 52 миль по обе стороны от экватора, или равно всему теплу, падающему на южное полушарие в пределах 104 миль от экватора. Это количество, взятое из южного полушария и добавленное к северному, таким образом, создаст разницу в количестве тепла, которым обладают два полушария, равную всему теплу, которое падает на южное полушарие в пределах немногим более 208 миль от экватора.

Значительная часть тепла Гольфстрима получена из южного полушария. — Можно доказать, что очень большая часть тепла, переносимого Гольфстримом, поступает из южного полушария. Доказательство следующее:

Если бы все тепло поступало из северного полушария, оно могло бы поступать только из той части Атлантики, Карибского моря и Мексиканского залива, которая лежит к северу от экватора. Вся площадь этих морей, простирающаяся до тропика Рака, составляет около 7 700 000 квадратных миль. Но этой площади недостаточно, чтобы обеспечить течение, проходящее через «Узкости», необходимым теплом. Если бы тепло, проходящее через Флоридский пролив, было получено исключительно из этой области, то следующая таблица представляла бы относительное количество на единицу поверхности, которым обладает Атлантика в трех зонах, при условии, что половина тепла Гольфстрима уходит в арктические регионы, а другая половина остается для обогрева умеренных регионов [52]:

From the equator to the Tropic of Cancer | 773
From the Tropic of Cancer to the Arctic Circle | 848
From the Arctic Circle to the North Pole | 610

Эти цифры показывают, что Атлантика от экватора до тропика Рака была бы такой же холодной, как от тропика Рака до Северного полюса, если бы значительная часть тепла, которым обладает Гольфстрим, не была получена из южного полушария.

ГЛАВА VI. ИССЛЕДОВАНИЕ ГРАВИТАЦИОННОЙ ТЕОРИИ ОКЕАНИЧЕСКОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ. — ТЕОРИЯ ЛЕЙТЕНАНТА МОРИ.

Introduction.—Ocean-currents, according to Maury, due to Difference of Specific Gravity.—Difference of Specific Gravity resulting from Difference of Temperature.—Difference of Specific Gravity resulting from Difference of Saltness.—Maury’s two Causes neutralize each other.—How, according to him, Difference in Saltness acts as a Cause.

Введение. — Немногие темы вызывали больше интереса и внимания, чем причина океанической циркуляции; и все же немногие находятся в более несовершенном и неудовлетворительном состоянии, и нет вопроса, относительно которого существовало бы большее разнообразие мнений. Наше неполное знакомство с фактами, касающимися течений океана и фактически действующих способов циркуляции, несомненно, является одной из причин такого положения дел. Но, несомненно, главная причина такого разнообразия мнений заключается в том, что этот вопрос должным образом принадлежит к области физики и механики, в то время как до сих пор ни один известный физик (если не считать доктора Колдинга из Копенгагена), насколько мне известно, не уделял этому предмету особого внимания. Правда, в трудах по метеорологии и физической географии постоянно делаются ссылки на таких выдающихся физиков, как Гершель, Пуйе, Буфф и другие; но когда мы обращаемся к сочинениям этих авторов, мы находим лишь несколько замечаний, выражающих их мнения по данному вопросу, и никакого специального обсуждения или исследования этого дела, или чего-либо, что могло бы дать нам право заключить, что такие исследования когда-либо проводились. В настоящее время вопрос не может быть решен ссылкой на авторитеты.

Различные теории по этому вопросу можно разделить на два раздела; первый из них приписывает движение воды импульсу ветра, а второй — силе тяжести, возникающей из-за разности плотности. Но даже среди тех, кто принимает первую теорию, обычно считается, что ветры не являются единственной причиной, но что, по крайней мере до некоторой степени, разность удельного веса способствует возникновению движения вод. Это очень естественный вывод; и в нынешнем состоянии физической географии по этому вопросу вряд ли можно ожидать, что кто-то будет придерживаться иного взгляда.

Сторонников последней теории можно подразделить на два класса. Первый из них (представителем которого можно считать Мори) приписывает Гольфстрим и другие заметные течения океана разности удельного веса. Другой класс (в настоящее время более популярный из двух, представителем которого можно считать доктора Карпентера) полностью отрицает, что такие течения могут быть вызваны разностью удельного веса [53], и утверждает, что существует общее движение верхней части океана от экватора к полюсам и встречное движение нижней части от полюсов к экватору. Это движение приписывается разности удельного веса между экваториальной и полярной водой, возникающей из-за разности температур.

Широкая популярность гравитационной теории, несомненно, в значительной степени обусловлена тем огромным вниманием, которое уделил ей лейтенант Мори в своем интересном и популярном труде «Физическая география моря». Другой причиной, которая, должно быть, способствовала принятию этой теории, является легкость, с которой воспринимается то, как, согласно ей, предполагается циркуляция вод океана. Нетрудно, например, понять, что если межтропические воды океана расширяются от тепла, а воды вокруг полюсов сжимаются от холода, поверхность океана будет находиться на более высоком уровне на экваторе, чем на полюсах. Равновесие таким образом нарушается, и вода на экваторе будет стремиться течь к полюсам как поверхностное течение, а вода на полюсах — к экватору как поддонное течение. Это на первый взгляд выглядит убедительно, особенно для тех, кто рассматривает вопрос поверхностно.

Мы рассмотрим эту теорию довольно подробно по двум причинам: 1, потому что она лежит в основе большого количества путаницы и заблуждений, которые преобладали в отношении всего вопроса об океанических течениях: 2, потому что, если теория верна, она сильно противоречит физической теории вековых изменений климата, выдвинутой в этом томе. Мы уже видели (Глава IV), что когда эксцентриситет земной орбиты достигает высокого значения, сочетание физических обстоятельств стремится понизить температуру полушария, имеющего зимнее солнцестояние в афелии, и повысить температуру противоположного полушария, чье зимнее солнцестояние, конечно, будет в перигелии. Прямым результатом этого положения дел, как было показано, является усиление силы пассатов в холодном полушарии и ослабление их силы в теплом полушарии: и это, в свою очередь, как мы также видели, стремится направить теплую воду межтропического региона в теплое полушарие и в значительной степени предотвратить ее прохождение в холодное полушарие. Это отклонение океанических течений стремится в огромной степени увеличить разницу температур, существовавшую ранее между двумя полушариями. Иными словами, теплое и умеренное состояние одного полушария и холодное и ледниковое состояние другого в значительной степени обусловлены этим отклонением океанических течений. Но если верна теория, которая приписывает движение океанических течений разности плотности между морем в межтропических и полярных регионах, то из этого следует, что эти течения (при прочих равных условиях) должны быть сильнее в холодном полушарии, чем в теплом, потому что существует большая разница температур и, следовательно, большая разница плотности между полярными морями холодного полушария и экваториальными морями, чем между полярными морями теплого полушария и экваториальными морями. И если это так, то, несмотря на влияние пассатов холодного полушария, дующих в сторону теплого, течения, по всей вероятности, будут сильнее в холодном полушарии, чем в теплом. Иными словами, влияние мощных пассатов холодного полушария, переносящих теплую воду экватора в теплое полушарие, вероятно, будет более чем уравновешено тенденцией теплых и плавучих вод экватора течь к плотным и холодным водам вокруг полюса холодного полушария. Но если океанические течения обусловлены не разностью удельного веса, а влиянием ветров, то очевидно, что воды на экваторе будут направляться не в холодное полушарие, а в теплое.

По этой причине я был более чем заинтересован доказать, что межтропическое тепло переносится в умеренные и полярные регионы океаническими течениями, а не посредством какого-либо общего движения океана, возникающего из-за разности гравитации. Поэтому я буду более подробно останавливаться на этой части предмета, чем сделал бы в противном случае. Независимо от всего этого, однако, важный характер всего вопроса и очень общий интерес, который он вызывает, оправдывают полное рассмотрение предмета.

Я рассмотрю сначала ту форму гравитационной теории, которую отстаивает Мори в своем труде «Физическая география моря», приписывающую движение Гольфстрима и других заметных течений океана разностям удельного веса. Одной из причин, побудивших меня выбрать труд Мори, является то, что он не только содержит гораздо более полное обсуждение причины движения океанических течений, чем где-либо еще, но и то, что он, вероятно, выдержал большее количество изданий, чем любая другая книга научного характера на английском языке за тот же период времени.

Исследование гравитационной теории лейтенанта Мори. — Хотя лейтенант Мори подробно изложил свои взгляды на причину океанических течений в различных изданиях своего труда, все же довольно трудно обнаружить, каковы они на самом деле. Это происходит главным образом из-за в целом запутанного и иногда противоречивого характера его гидродинамических концепций. После неоднократного прочтения нескольких изданий его книги, следующее, надеюсь, окажется довольно точным представлением его теории:

Океанические течения, согласно Мори, обусловлены разностью удельного веса. — Хотя Мори упоминает ряд причин, которые, по его мнению, способствуют возникновению течений, он считает их влияние настолько малым, что, практически, все течения можно отнести к разности удельного веса.

«Если мы исключим, — говорит он, — приливы и частичные течения моря, такие как те, что могут быть созданы ветром, мы можем принять за правило, что все течения океана обязаны своим происхождением разностям удельного веса между морской водой в одном месте и морской водой в другом; ибо везде, где есть такая разница, будь то из-за разности температур или из-за разности солености и т. д., это разница, которая нарушает равновесие, и следствием этого являются течения» (§ 467) [54]. По тому же вопросу см. §§ 896, 37, 512, 520 и 537.

Несмотря на тот факт, что он постоянно ссылается на разность удельного веса как на главную причину течений, трудно понять, каким образом он представляет себе действие этой разности в качестве причины.

Разность удельного веса между водами океана в одном месте и другом может порождать течения только под влиянием земной гравитации. Все течения, возникающие из разности удельного веса, могут быть в конечном итоге сведены к общему принципу, согласно которому молекулы, которые удельно тяжелее, опускаются и вытесняют те, которые удельно легче. Если, например, океан на экваторе расширяется от тепла или по любой другой причине, он будет вытеснен более плотными водами в умеренных и полярных регионах, чтобы подняться так, чтобы его поверхность находилась на более высоком уровне, чем поверхность океана в этих регионах. Поверхность океана станет наклонной плоскостью, спускающейся от экватора к полюсам. Гидростатически океан, рассматриваемый как масса, будет тогда находиться в состоянии равновесия; но отдельные молекулы не будут в равновесии. Молекулы на поверхности в этом случае могут рассматриваться как лежащие на наклонной плоскости, спускающейся от экватора к полюсам, и поскольку эти молекулы свободны в движении, они не останутся в покое, а будут спускаться по склону к полюсам. Когда воды на экваторе расширяются, или воды на полюсах сжимаются, гравитация делает, так сказать, двойное усилие, чтобы восстановить равновесие. Она, во-первых, опускает воды на полюсах и поднимает воды на экваторе, чтобы две массы могли уравновесить друг друга; но это самое усилие гравитации по восстановлению равновесия массы разрушает равновесие молекул, нарушая уровень океана. Затем она, во-вторых, пытается восстановить равновесие молекул, притягивая более легкую поверхностную воду на экваторе вниз по склону к полюсам. Это стремится не только восстановить уровень океана, но и привести к тому, чтобы более легкая вода занимала поверхность, а более плотная — дно океана; и когда это сделано, полное равновесие восстанавливается как для массы океана, так и для его отдельных молекул, и всякое дальнейшее движение прекращается. Но если тепло постоянно подводится к водам экваториальных регионов, а холод — к водам полярных регионов, и поддерживается постоянное нарушение равновесия, то постоянное усилие гравитации по восстановлению равновесия породит постоянное течение. В этом случае тепло и холод (агенты, нарушающие равновесие океана) могут рассматриваться как причины течения, поскольку без них течение не существовало бы; но реальная эффективная причина, то, что толкает воду вперед, — это сила тяжести. Но сила тяжести, как уже было замечено, не может производить движение (совершать работу), если объект, на который она воздействует, не опускается. Спуск подразумевается в самой концепции течения, вызванного разностью удельного веса.

Но Мори говорит так, будто разность удельного веса может породить течение без какого-либо спуска.

«Не обязательно, — говорит он, — связывать с океаническими течениями идею о том, что они должны по необходимости, как на суше, течь с более высокого уровня на более низкий. Настолько это не так, что некоторые течения моря фактически текут в гору, в то время как другие текут по уровню. Гольфстрим относится к первому классу» (§ 403). «Верхняя часть Гольфстрима течет на одном уровне с океаном; поэтому мы знаем, что это не нисходящее течение» (§ 18). А в § 9 он говорит, что между Флоридским проливом и мысом Гаттерас воды Гольфстрима «фактически вынуждены подниматься по наклонной плоскости, чей подводный подъем составляет не менее 10 дюймов на милю». По тому же вопросу см. §§ 25, 59.

Совершенно верно, что «не обязательно связывать с океаническими течениями идею о том, что они должны по необходимости, как на суше, течь с более высокого уровня на более низкий». Но причина этого в том, что океанические течения, в отличие от течений на суше, не обязаны своим движением силе гравитации. Если океанические течения возникают из разности удельного веса между водами в тропических и полярных регионах, как утверждает Мори, то необходимо предположить, что они являются нисходящими течениями. Какова бы ни была причина, которая может вызвать разность удельного веса, движение, которое возникает из этой разности, полностью обусловлено силой тяжести; но гравитация не может произвести никакого движения, если вода не опускается.

Этот факт необходимо особенно учитывать, пока мы рассматриваем теорию Мори о том, что течения являются результатом разности удельного веса.

Океанические течения, таким образом, согласно этому автору, обязаны своим существованием разности удельного веса между водами межтропических и полярных регионов. Эту разность удельного веса он приписывает двум причинам — (1) разности температур, (2) разности солености. Есть одна или две причины второстепенного характера, влияющие на удельный вес моря, о которых он упоминает; но эти две определяют общий результат. Давайте начнем с рассмотрения первой из этих двух причин, а именно:

Разность удельного веса, возникающая из разности температур. — Мори объясняет свои взгляды на этот счет с помощью иллюстрации. «Давайте теперь предположим, — говорит он, — что вся вода в тропиках, на глубине до ста морских саженей, внезапно превращается в масло. Водное равновесие планеты было бы тем самым нарушено, и немедленно началась бы общая система течений и встречных течений — масло, сплошным слоем на поверхности, текущее к полюсам, а вода, в виде поддонного течения, к экватору. Предполагается, что масло, достигая полярного бассейна, снова превращается в воду, а вода становится маслом, пересекая тропики Рака и Козерога, поднимаясь к поверхности в межтропических регионах и возвращаясь, как прежде» (§ 20). «Теперь, — говорит он (§ 22), — не держат ли холодные воды севера и теплые воды Залива, ставшие удельно легче из-за тропического тепла, и которые мы видим фактически сохраняющими такую систему встречных течений, по крайней мере в некоторой степени, отношение предполагаемой воды и масла?»

В § 24 он подсчитывает, что у Узкостей Бимини разница в весе между объемом воды Залива, пересекающей сечение потока за одну секунду, и равным объемом воды при океанической температуре данной широты, при условии, что оба объема одинаково солены, составляет пятнадцать миллионов фунтов. Следовательно, сила в секунду, действующая на продвижение вод Залива к полюсу, в этом случае, заключает он, была бы «уравновешивающей тенденцией, обусловленной пятнадцатью миллионами фунтов воды на широте Бимини». В §§ 511 и 512 он утверждает, что эффект расширения вод в жарком поясе от тепла и сжатия вод в холодном поясе от холода заключается в создании набора поверхностных течений теплой и легкой воды от экватора к полюсам и другого набора поддонных течений более прохладной и тяжелой воды от полюсов к экватору. (См. также по тому же вопросу §§ 513, 514, 896.)

Нет сомнений, что его вывод заключается в том, что воды в межтропических регионах расширяются от тепла, в то время как воды в полярных регионах сжимаются от холода, и что это стремится создать поверхностное течение от экватора к полюсам и поддонное течение от полюсов к экватору.

«Теперь мы рассмотрим его вторую великую причину океанических течений, а именно:

Разность удельного веса, возникающая из разности степени солености. — Мори утверждает, и правильно, что соленость увеличивает плотность воды — что, при прочих равных условиях, самая соленая вода является самой плотной. Он предполагает, «что одной из целей, которую, в великом замысле, вероятно, предполагалось достичь, сделав море соленым, а не пресным, было придание его водам сил и способностей, необходимых для завершения их циркуляции» (§ 495).

Теперь совершенно очевидно, что если разность солености должна взаимодействовать с разностью температур в производстве океанических течений, самые соленые воды, и, следовательно, самые плотные, должны быть в полярных регионах, а воды наименее соленые, и, следовательно, самые легкие, должны быть в экваториальных и межтропических регионах. Если бы самые соленые воды были на экваторе, а самые пресные на полюсах, это стремилось бы нейтрализовать эффект, обусловленный теплом, и вместо создания течения просто стремилось бы предотвратить существование течений, которые в противном случае возникли бы из-за разности температур.

Значительная часть его труда, однако, посвящена доказательству того, что воды экваториальных и межтропических регионов более соленые и тяжелые, чем воды полярных регионов; и все же, несмотря на это, он пытается показать, что эта разница в отношении солености между водами экваториальных и полярных регионов является одной из главных причин, если не главной причиной, океанических течений. Фактически, именно для этой специальной цели затрачивается столько труда на доказательство того, что самая соленая вода находится в экваториальных и межтропических регионах, а самая пресная — в полярных.

«В нынешнем состоянии наших знаний, — говорит он, — об этом удивительном явлении (ибо Гольфстрим — одна из самых чудесных вещей в океане) мы можем сделать немногим больше, чем предположение. Но у нас действуют две причины, которые мы можем смело предположить, входят в число тех, что участвуют в создании Гольфстрима. Одна из них — повышенная соленость его воды после того, как пассаты были снабжены паром из нее, будь то много или мало; а другая — уменьшенное количество соли, которое содержат Балтийское и Северное моря» (§ 37). «Теперь здесь у нас, с одной стороны, Карибское море и Мексиканский залив с их рассольными водами; с другой — великий Полярный бассейн, Балтийское и Северное моря, два последних с водами, которые немногим более чем солоноватые. В одном наборе этих морских бассейнов вода тяжелая, в другом — легкая. Между ними находится океан; но вода обязана искать и поддерживать свой уровень; и здесь, следовательно, мы разоблачаем одного из агентов, участвующих в создании Гольфстрима» (§ 38). По тому же вопросу см. §§ 52, 522, 523, 524, 525, 526, 528, 530, 554, 556.

Две причины лейтенанта Мори нейтрализуют друг друга. Здесь у нас представлены две теории относительно причины океанических течений, одна в прямом противоречии с другой. Согласно одной теории, океанические течения существуют, потому что воды экваториальных регионов вследствие их более высокой температуры менее плотные, чем воды полярных регионов; но согласно другой теории, океанические течения существуют, потому что воды экваториальных регионов вследствие их большей солености более плотные, чем воды полярных регионов. Если одна причина назначается как причина существования океанических течений, то другая может быть в равной степени назначена как причина, почему они не должны существовать. Согласно обеим теориям, именно разность плотности между экваториальными и полярными водами порождает течения; но в то время как одна теория утверждает, что экваториальные воды легче полярных, другая утверждает, что они тяжелее. Либо одна теория верна, либо другая, или ни одна; но логически невозможно, чтобы обе были верны. Заметим, что речь идет не о двух течениях, одно из которых противоположно другому; не температура производит течения в одном направлении, а соленость — в противоположном. У нас есть две теории относительно происхождения течений, одна диаметрально противоположна другой. Тенденция одной назначенной причины заключается в предотвращении действия другой. Если позволить действовать температуре, она сделает межтропические воды легче полярных, и тогда, согласно теории, возникнет течение. Но если мы введем в действие соленость (другую причину), она сделает обратное: она увеличит плотность межтропических вод и уменьшит плотность полярных; и насколько она действует, она уменьшит течения, вызванные температурой, потому что она уменьшит разность удельного веса между межтропическими и полярными регионами, которая была ранее вызвана температурой. И когда эффекты солености станут такими же мощными, как эффекты температуры, разность удельного веса, вызванная температурой, будет полностью стерта, или, иными словами, воды экваториальных и полярных морей будут одинаковой плотности, и, следовательно, никакого течения не будет. И пока обе причины продолжают действовать, никакое течение не может возникнуть, если только энергия одной причины не окажется больше другой; и даже тогда течение будет существовать только в той степени, в какой сила одной превышает силу другой.

Противоположный характер двух теорий будет лучше виден при рассмотрении того, как, предполагается, разность солености создается и действует как причина.

Если существует постоянное течение, возникающее из разности солености между экваториальными и полярными водами, то должна быть причина, которая поддерживает эту разность. Течение — это просто усилие восстановить равновесие, нарушенное разностью; и течение очень скоро сделало бы это, и тогда всякое движение прекратилось бы, если бы не было постоянно действующей причины, поддерживающей нарушение. Что же тогда, согласно Мори, является причиной этого нарушения, или, иными словами, что поддерживает экваториальные воды более солеными, чем полярные?

Агентами, находящимися в действии, он называет тепло, излучение, испарение, осадки и секрецию твердого вещества в виде раковин и т. д. Двумя наиболее важными, однако, являются испарение и осадки.

Пассаты входят в экваториальные регионы как относительно сухие ветры, жаждущие пара; следовательно, они поглощают гораздо больше влаги, чем отдают; и результатом является то, что в межтропических регионах испарение значительно превышает осадки; и поскольку поглощается только пресная вода, а соль остается, процесс, конечно, стремится увеличить соленость межтропических морей. Опять же, в полярных и экстратропических регионах дело обстоит наоборот; осадки превышают испарение. Это, в свою очередь, стремится уменьшить соленость вод этих регионов. (См. по этим пунктам §§ 31, 33, 34, 37, 179, 517, 526 и 552.)

В системе циркуляции, вызванной разностью температур, как мы уже видели, поверхностные течения текут от экватора к полюсам, а поддонные или возвратные течения — от полюсов к экватору; но в системе, вызванной разностью солености, поверхностные течения текут от полюсов к экватору, а возвратные поддонные течения — от экватора к полюсам. Что поверхностные течения, вызванные разностью солености, текут от полюсов к экватору, Мори считает очевидным по двум следующим причинам:

(1) Поскольку испарение превышает осадки в межтропических регионах, с поверхности океана в этих регионах забирается больше воды, чем выпадает на нее в виде дождя. Этот избыток воды выпадает в виде дождя в умеренных и полярных регионах, где, следовательно, осадки превышают испарение. Забор воды из экваториальных регионов и ее отложение в полярных стремятся понизить уровень океана в экваториальных регионах и повысить уровень в полярных; следовательно, для восстановления уровня океана поверхностная вода в полярных регионах течет к экваториальным регионам.

(2) Поскольку вода, забираемая на экваторе, пресная, а соль остается, океан в межтропических регионах становится таким образом более соленым и, следовательно, более плотным. Эта плотная вода, следовательно, опускается и уходит как поддонное течение. Эта вода, испаренная из межтропических регионов, выпадает как пресная и более легкая вода в умеренных и полярных регионах; и поэтому не только повышается уровень океана, но и воды становятся более легкими. Следовательно, для восстановления равновесия воды в умеренных и полярных регионах будут течь как поверхностное течение к экватору. Поддонные течения будут течь от экватора к полюсам, а поверхностные или верхние течения — от полюсов к экватору. Разность температур и разность солености, следовательно, во всех отношениях стремятся произвести противоположные эффекты.

Что вышеизложенное является справедливым представлением того, как Мори предполагает, что разность солености действует как причина в производстве океанических течений, будет видно из следующих цитат:

«В тех регионах, как в пассатной области, где испарение превышает осадки, общий уровень этого предполагаемого моря изменился бы, и немедленно столько воды, сколько уносится испарением, начало бы течь с севера и юга к пассатной или испарительной области, чтобы восстановить уровень» (§ 509). «С другой стороны, ветры забрали этот пар, унесли его в экстратропические регионы и осадили его, мы предположим, там, где осадки превышают испарение. Здесь еще одно изменение уровня моря, путем повышения вместо понижения; и отсюда у нас есть движущая сила для поверхностного течения от каждого полюса к экватору, целью которого является только удовлетворение спроса на испарение в пассатных регионах» (§ 510).

Вышеуказанный результат имел бы место, если предположить, что океан состоит из пресной воды. Затем он переходит к рассмотрению дополнительного результата, который следует вследствие солености океана.

«Пусть теперь в области пассатов начнется испарение, как это предполагалось в случае с пресноводными морями и как это фактически происходит в природе, — и что же тогда происходит? Происходит понижение уровня моря, как и прежде. Но поскольку пар соленой воды является пресным или почти пресным, из океана забирается только пресная вода; то, что остается, становится, следовательно, более соленым. Таким образом, хотя уровень в соленом море понижается, равновесие нарушается из-за солености воды; ибо вода, остающаяся после испарения, из-за содержащихся в ней растворенных твердых веществ становится удельно тяжелее, чем она была до того, как часть ее превратилась в пар» (§ 517).

«Пар забирается из поверхностных вод; поверхностная вода при этом становится более соленой и, при определенных условиях, более тяжелой. Когда она становится тяжелее, она опускается; и, следовательно, благодаря солям моря мы имеем вертикальную циркуляцию, а именно: опускание более тяжелой — из-за того, что она более соленая и холодная — воды с поверхности и подъем воды, которая легче — из-за того, что она менее соленая, — с глубины» (§ 518).

В разделе 519 он продолжает показывать, что этот пар, удаленный из межтропической области, выпадает в виде осадков в полярных областях, где количество осадков превышает испарение. «В областях выпадения осадков, следовательно, уровень нарушается, как объяснялось ранее, путем повышения, а в областях испарения — путем понижения; что, как уже было сказано, порождает систему поверхностных течений, движимых одной лишь силой тяжести от полюсов к экватору» (§ 520).

«Эта пресная вода, попадая в Полярный океан и перемешиваясь ветрами, смешивается с соленой; но поскольку перемешивание моря ветрами, как предполагается, не распространяется на большую глубину, с пресной водой смешивается только верхний слой соленой воды, причем на умеренную глубину. Удельный вес этого верхнего слоя, следовательно, уменьшается ровно настолько, насколько увеличился удельный вес морской воды в областях испарения. И таким образом мы имеем поверхностное течение солоноватой воды от полюсов к экватору и подповерхностное течение более соленой и тяжелой воды от экватора к полюсам» (§ 522).

«Это свойство солености придает водам океана еще одну особенность, благодаря которой море еще лучше приспособлено для регулирования климата, и заключается она в следующем: при испарении пресной воды из соленой в тропиках поверхностная вода становится тяжелее, чем средняя морская вода. Эта тяжелая вода также является теплой водой; она опускается и, будучи хорошим аккумулятором, но плохим проводником тепла, используется для переноса тепла через подповерхностные течения для смягчения климата в отдаленных регионах» (§ 526).

«Например, предположим, что воды в определенной части жаркого пояса имеют температуру 90°, но из-за пресной воды, которая была изъята из них в виде пара, и, следовательно, из-за пропорционального увеличения содержания солей, эти воды тяжелее, чем воды, которые могут быть холоднее, но не такие соленые. В этом случае возникла бы тенденция к тому, чтобы эта теплая, но соленая и тяжелая вода стекала в виде подповерхностного течения к полярным или каким-либо другим областям с более легкой водой» (§ 554).

То, что Мори предполагает, что теплая вода у экватора течет в полярные области в качестве подповерхностного течения, дополнительно подтверждается тем фактом, что он утверждает, будто климат арктических регионов смягчается теплым подповерхностным течением, которое приходит из экваториальных областей и проходит через пролив Дэвиса (см. §§ 534–544).

Возникает вопрос: к какой из этих двух антагонистических причин Мори на самом деле предлагает относить океанические течения? Считает ли он разницу в температуре или разницу в солености реальной причиной? Я не смог найти ничего, из чего можно было бы разумно заключить, что он отдает предпочтение одной причине перед другой. По-видимому, он рассматривает обе как реальные причины и не замечает, что одна разрушает другую. Но трудно представить, как он мог верить, что море в экваториальных областях благодаря своей более высокой температуре легче, чем море в полярных областях, в то время как в то же время оно не легче, а тяжелее из-за своей большей солености — как он мог верить, что теплая вода у экватора течет к полюсам как поверхностное течение, а холодная вода у полюсов к экватору как подповерхностное течение, в то время как в то же время теплая вода у экватора не течет к полюсам как поверхностное течение, а холодная вода у полюсов к экватору как подповерхностное течение, а наоборот. И все же, если только эти абсолютные невозможности не являются возможными, как может океаническое течение быть результатом обеих причин?

Единственное объяснение этого дела заключается в том, что Мори не смог заметить противоречивой природы своих двух теорий. Этот факт особенно заметен, когда он переходит к применению своих двух теорий к случаю Гольфстрима. Он утверждает, как уже было сказано, что воды Гольфстрима более соленые, чем воды моря, через которое они протекают (см. §§ 3, 28, 29, 30, 34 и несколько других мест). И он заявляет, как мы уже видели (см. стр. 104), что существование Гольфстрима обусловлено главным образом разницей в плотности воды Карибского моря и Мексиканского залива по сравнению с плотностью воды великого Полярного бассейна и Северного моря. Нет никаких сомнений в том, что именно плотность вод Гольфстрима в его истоке, Мексиканском заливе, возникающая из-за его превосходной солености, и недостаточная плотность вод в полярных регионах и Северном море и т. д. здесь рассматриваются как один из агентов. Если это является причиной движения Гольфстрима, то как тогда разница температур между водами межтропических и полярных областей может способствовать этому как причина? Эта разница температур будет просто стремиться свести на нет все, что было сделано разницей в солености: ибо она будет стремиться сделать воды Мексиканского залива легче, а воды полярных областей — тяжелее. Но Мори утверждает, как мы видели, что эта разница температур также является причиной, что показывает, что он не осознает противоречия.

Это становится еще более очевидным. Он утверждает, как было сказано, что «воды Гольфстрима более соленые, чем воды моря, через которое они протекают», и что этот избыток солености, делая воду тяжелее, является причиной движения течения. Но он утверждает, что, несмотря на эффект, который большая соленость оказывает на увеличение плотности вод Гольфстрима, тем не менее, благодаря их более высокой температуре, они на самом деле легче, чем вода, через которую они протекают; и в качестве доказательства того, что это так, он приводит тот факт, что поверхность Гольфстрима имеет форму крыши (§§ 39–41), чего не могло бы быть, если бы его воды не были на самом деле легче, чем воды, через которые протекает течение. Так что оказывается, что, вопреки тому, что он уже заявлял, именно меньшая плотность вод Гольфстрима является реальной причиной их движения. Большая соленость вод, которой он приписывает так много, никак не может рассматриваться как причина движения. Ее эффект, насколько он проявляется, скорее останавливает движение течения, чем способствует ему.

Но, опять же, хотя он утверждает, что разница в солености и разница в температуре являются обе причинами океанических течений, он, по-видимому, фактически признает, что температура и соленость нейтрализуют друг друга, предотвращая изменение удельного веса океана, как видно из следующей цитаты:—

«Именно пассаты предотвращают совпадение кривых термического и удельного веса в межтропических морях. Вода, которую они всасывают, — это пресная вода; и соль, которую она содержала, оставаясь позади, как раз достаточна, чтобы уравновесить своим весом эффект термического расширения на удельный вес морской воды между параллелями 34° северной и южной широты. По мере того как мы движемся от 34° к экватору, вода становится теплее и расширяется. Она стала бы легче; но пассаты, забирая пар без соли, делают воду более соленой, а следовательно, и более тяжелой. Вывод таков: пропорция соли в морской воде, ее расширяемость между 62° и 82° и жажда пассатов к пару там, где они дуют, сбалансированы настолько, чтобы создать идеальную компенсацию; и более прекрасной компенсации, как мне кажется, нельзя найти в механизме вселенной, чем та, на которую мы здесь наткнулись. Это тройная настройка: сила солнца расширять, сила ветров испарять и количество солей в море — они настолько пропорциональны и настроены, что когда и ветер, и солнце сыграли своими силами на межтропических водах океана, остаток тепла и соли должен быть как раз таким, чтобы уравновешивать эффекты друг друга; и так сохраняется водное равновесие жаркого пояса» (§ 436, одиннадцатое издание).

«Между 35° или 40° и экватором испарение превышает количество осадков; и хотя, по мере приближения к экватору с обеих сторон от этих параллелей, солнечный луч нагревает и расширяет поверхностную воду моря, ветры, благодаря пару, который они уносят, и соли, которую они оставляют, предотвращают ее от того, чтобы сделать эту воду легче» (§ 437, одиннадцатое издание).

«Философы восхищались отношениями между размером земли, силой тяжести и прочностью волокон в цветоножках растений; но насколько более изысканной является система противовесов и настроек, представленная здесь между морем и его солями, ветрами и теплом солнца!» (§ 438, одиннадцатое издание).

Как это можно примирить со всем, что предшествует относительно того, что океанические течения являются результатом разницы удельного веса, вызванной разницей температур и разницей солености? Здесь содержится четкое признание того факта, что разница в солености, вместо того чтобы создавать течения, скорее стремится предотвратить существование течений, противодействуя эффектам разницы температур. И настолько эффективно она это делает, что на протяжении 40°, или почти 3000 миль, с каждой стороны от экватора абсолютно нет никакой разницы в удельном весе океана, и, следовательно, нет ничего, что касалось бы разницы температур или разницы солености, что могло бы вызвать течение.

Но очевидно, что если между экватором и 40-й параллелью два эффекта полностью нейтрализуют друг друга, то вовсе не вероятно, что между 40-й параллелью и полюсами они не будут в значительной степени делать то же самое. И если так, то как океанические течения могут быть обусловлены либо разницей температур, либо разницей солености, тем более обоими факторами. Если существует какая-либо разница в удельном весе океана между 40-й параллелью и полюсами, она должна быть лишь в той мере, в какой одна причина не смогла нейтрализовать другую. Если, например, воды на 40-й параллели благодаря более высокой температуре менее плотны, чем воды в полярных областях, они могут быть таковыми лишь в той мере, в какой разница в солености не смогла нейтрализовать эффект разницы температур. И если возникают течения, то они могут делать это лишь в той мере, в какой разница в солености не смогла обеспечить полную компенсацию. Мори, изложив свои взгляды на компенсацию, по-видимому, начинает осознавать это; но, как ни странно, он не замечает, или, по крайней мере, не делает никакого намека на тот факт, что все это губительно для его теорий о том, что океанические течения являются комбинированным результатом разницы температур и солености. Ибо, в противовес всему, что он ранее выдвигал относительно трудности нахождения причины, достаточно мощной, чтобы объяснить такие течения, как Гольфстрим, и огромного значения, которое разница в солености имела в их возникновении, он теперь начинает утверждать, что влияние разницы температур настолько велико, что разница в солености и ряд других компенсирующих причин фактически необходимы для того, чтобы предотвратить чрезмерное усиление океанических течений.

«Если бы все межтропическое тепло солнца, — говорит он, — переходило в моря, на которые оно падает, просто повышая температуру их вод, это создало бы в океане термодинамическую силу, способную переносить обжигающе горячую воду из жаркого пояса и распространять ее, пока она еще находится в теплом состоянии, вокруг полюсов... Теперь предположим, что не было бы пассатов, чтобы испарять и противодействовать динамической силе солнца, эта горячая и легкая вода, становясь все горячее и легче, устремлялась бы течениями со скоростью почти как в мельничном желобе к полюсам, покрывая промежуточное море мантией тепла, как одеждой. Холодная и тяжелая вода полярного бассейна, выходящая в виде подповерхностных течений, текла бы к экватору с равной скоростью».

«Таким образом, две антагонистические силы разоблачаются, и, будучи разоблаченными, мы обнаруживаем в них изысканнейшую настройку — компенсацию, — благодаря которой динамические силы, заключенные в солнечном луче и пассате, заставляют друг друга уравновешиваться, благодаря которой регулируется климат межтропических морей и измеряются направление, сила и объем океанических течений» (§§ 437 и 438, одиннадцатое издание).

ГЛАВА VII. ИССЛЕДОВАНИЕ ГРАВИТАЦИОННОЙ ТЕОРИИ ОКЕАНИЧЕСКОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ. — ТЕОРИЯ ЛЕЙТЕНАНТА МОРИ (продолжение).

Methods of determining the Question.—The Force resulting from Difference of Specific Gravity.—Sir John Herschel’s Estimate of the Force.—Maximum Density of Sea-Water.—Rate of Decrease of Temperature of Ocean at Equator.—-The actual Amount of Force resulting from Difference of Specific Gravity.—M. Dubuat’s Experiments.

Как может быть определен этот вопрос. — То, обусловлена ли циркуляция океана разницей удельного веса или нет, может быть определено тремя способами: а именно: (1) путем прямого эксперимента; (2) путем установления абсолютной величины силы, действующей на воду для создания движения в силу разницы удельного веса, и последующего сравнения ее с силой, которая, как было показано экспериментально, необходима для возникновения ощутимого движения; или (3) путем определения максимально возможного количества работы, которую гравитация может совершить над водами в силу разницы удельного веса, а затем установления того, равна ли работа гравитации работе сопротивлений при требуемом движении или нет. Но Мори не принял ни одного из этих методов.

Сила, возникающая из разницы удельного веса. — Я рассмотрю сначала, достаточна ли сила, возникающая из разницы удельного веса, для объяснения движения океанических течений.

Неадекватность этой причины была настолько ясно показана сэром Джоном Гершелем, что можно было бы ожидать, что потребуется лишь процитировать его слова по этому вопросу, которые гласят следующее:—

«Во-первых, если бы не было атмосферы, не было бы Гольфстрима или любого другого значительного океанического течения (в отличие от простого поверхностного дрейфа) вообще. Под действием солнечных лучей поверхность океана нагревается больше всего, и нагретая вода, следовательно, не будет ни прямо стремиться подняться (что она не могла бы сделать, не покинув море), ни опуститься, что она не может сделать, будучи выталкиваемой, ни двигаться латерально, так как боковой импульс не дается, и что она могла бы сделать только из-за общего наклона поверхности, при котором расширенная часть занимает более высокий уровень. Посмотрим, чему бы равнялся этот наклон. Экваториальная поверхностная вода имеет температуру 84°. На глубине 7200 футов температура составляет 39°, уровень которой поднимается к поверхности на 56° широты. Принимая расширяемость морской воды такой же, как у пресной, равномерно прогрессивное повышение температуры от 39° до 84° по Фаренгейту расширило бы колонну в 7200 футов на 10 футов, на какую высоту, следовательно, над сфероидом равновесия (или над уровнем моря на 56° широты) экваториальная поверхность фактически поднимается за счет расширения. Дуга в 56° на поверхности земли измеряет 3360 географических миль; так что мы имеем наклон 1/28 дюйма на географическую милю, или 1/32 дюйма на статутную милю для воды, поднятой таким образом, чтобы стекать вниз. Поскольку ускоряющая сила, соответствующая такому наклону (в 1/10 секунды, 0″·1), составляет менее одной двухмиллионной части гравитации, мы можем отбросить это как причину, способную создать лишь очень незначительный поверхностный дрейф, и не стоящую рассмотрения, даже если бы она была в правильном направлении, чтобы сформировать путем концентрации течение с востока на запад, чего она не могла бы быть, а совсем наоборот» [55].

Удивительно, как кто-либо, даже если он рассматривал этот вывод лишь как грубое приближение к истине, мог придерживаться идеи, что океанические течения могут быть результатом разницы удельного веса. Однако есть одна или две причины, которые можно привести для того, почему вышеизложенное не было принято повсеместно как окончательное. Расчеты Гершеля относятся к разнице гравитации, возникающей из разницы температур; но это лишь одна из причин, к которым апеллирует Мори, и даже не та, на которую он чаще всего ссылается. Он так настойчиво настаивает на эффектах разницы солености, что многие могут подумать, что, хотя Гершель, возможно, и показал, что разница в удельном весе, возникающая из разницы температур, не может объяснить движение океанических течений, тем не менее, это в сочетании с эффектами, возникающими из разницы солености, могло бы быть достаточным объяснением явлений. Такого, конечно, не было бы с теми, кто осознавал противоречивую природу двух причин Мори; но, вероятно, многие читают «Физическую географию моря», не осознавая, что одна причина разрушает другую. Опять же, несколько правдоподобных возражений, которые никогда не получали должного рассмотрения, были решительно выдвинуты Мори и другими против теории о том, что океанические течения могут быть вызваны импульсами ветров; и, вероятно, эти возражения кажутся столь же сильно направленными против этой теории, как аргументы Гершеля против теории Мори.

Существует одно незначительное возражение к результату Гершеля: он берет 39° как температуру максимальной плотности. Это, однако, как мы увидим, не существенно влияет на его выводы.

Наблюдения за температурой максимальной плотности морской воды проводились Эрманом, Депре, Россетти, Нейманом, Марсе, Хаббардом, Хорнером и другими. Никто из них не пришел к точно такому же выводу. Это, вероятно, проистекает из того факта, что температура максимальной плотности зависит от количества соли, находящейся в растворе. Никакие два моря, если они не равны по солености, не имеют одинаковой температуры максимальной плотности. Следующая таблица Депре покажет, как быстро температура как точки замерзания, так и максимальной плотности понижается при добавлении соли:—

Amount of salt. | Temperature of freezing-point. | Temperature of Maximum density.
| °        | °     
0·000123 | −1·21 C. | +  1·19 C.
0·0246     | −2·24      | −  1·69     
0·0371     | −2·77      | −  4·75     
0·0741     | −5·28      | −16·00     

Он обнаружил, что температура максимальной плотности морской воды, плотность которой при 20°C составляла 1,0273, равна −3°·67C. (25°·4F.), а температура точки замерзания −2°·55C. (27°·4F.) [56]. Где-то между 25° и 26° F. можно, следовательно, рассматривать как температуру максимальной плотности морской воды средней солености. У нас нет оснований полагать, что океан, от поверхности до дна, даже на полюсах, имеет температуру 27°·4F., точку замерзания.

Фактический наклон, возникающий из разницы удельного веса, как мы вскоре увидим, не достигает 10 футов. Оценка Гершеля, однако, была сделана на недостаточных данных, как относительно скорости расширения морской воды, так и относительно того, при которой температура океана на экваторе уменьшается от поверхности вниз. Мы счастливо теперь обладаем данными для определения с допустимой точностью величины наклона, обусловленного разницей температур между экваториальными и полярными морями. Скорость расширения морской воды от 0°C до 100°C была экспериментально определена профессором Мунке из Гейдельберга [57]. Ценные отчеты капитана Нэрса с корабля Ее Величества «Челленджер», недавно опубликованные Адмиралтейством, дают скорость, с которой температура Атлантики на экваторе уменьшается от поверхности вниз. Эти наблюдения ясно показывают, что перегревающий эффект солнечных лучей не распространяется на большую глубину. Они также доказывают, что на экваторе температура уменьшается по мере увеличения глубины так быстро, что на глубине 60 саженей от поверхности температура составляет 62°·4, такая же, как на Мадейре на той же глубине; в то время как на глубине 150 саженей она составляет всего 51°, примерно такая же, как в Бискайском заливе (Отчеты, стр. 11). Здесь с самого начала мы имеем широкие и важные факты, враждебные теории потока воды, возникающего из разницы температур между океаном в экваториальных, умеренных и полярных регионах.

Благодаря любезности штаб-капитана Эванса, гидрографа Адмиралтейства, я был удостоен ценнейшего набора серийных температурных зондирований, выполненных капитаном Нэрсом с «Челленджера» близ экватора, между долготой 14° 49′ з. д. и 32° 16′ з. д. Следующая таблица представляет среднее значение всех этих наблюдений:—

Fathoms. | Temperature.
| °
Surface. | 77·9
    10 | 77·2
    20 | 77·1
    30 | 76·9
    40 | 71·7
    50 | 64·0
    60 | 60·4
    70 | 59·4
    80 | 58·0
    90 | 58·0
  100 | 55·6
  150 | 51·0
  200 | 46·6
  300 | 42·2
  400 | 40·3
  500 | 38·9
  600 | 39·2
  700 | 39·0
  800 | 39·1
  900 | 38·2
1000 | 36·9
1100 | 37·6
1200 | 36·7
1300 | 35·8
1400 | 36·4
1500 | 36·1
Bottom. | 34·7

У нас есть в этой таблице данные для определения высоты, на которой поверхность океана на экваторе должна стоять над поверхностью полюсов. Предполагая, что 32°F — это температура океана на полюсах от поверхности до дна, а вышеприведенное — это скорость, с которой температура океана на экваторе уменьшается от поверхности вниз, и затем рассчитывая согласно таблице расширения морской воды Мунке, мы получаем всего 4 фута 6 дюймов как высоту, на которую уровень океана на экваторе должен стоять над уровнем на полюсах, чтобы океан находился в статическом равновесии. Другими словами, экваториальная колонна должна быть всего на 4 фута 6 дюймов выше полярной, чтобы они могли уравновешивать друг друга.

Принимая расстояние от экватора до полюсов за 6200 миль, сила, возникающая из наклона в 4½ фута на 6200 миль, составит всего 1/7 340 000 часть силы тяжести, или около 1/1000 грана на фунт воды. Но, как мы вскоре увидим, не может быть постоянного течения, возникающего из разницы температур, пока две колонны остаются в равновесии, ибо течение — это просто попытка к замедлению равновесия. Чтобы иметь постоянную циркуляцию, должно быть постоянное нарушение равновесия. Или, другими словами, вес полярной колонны должен поддерживаться в избытке по сравнению с весом экваториальной. Предположим, тогда, что вес полярной колонны превышает вес экваториальной на 2 фута воды, разница уровней между двумя колоннами в этом случае составит всего 2 фута 6 дюймов. Это дало бы силу всего 1/13 200 000 часть силы тяжести, или не намного более 1/1900 грана на фунт воды, стремящуюся тянуть воду вниз по склону от экватора к полюсам, сила, которая не намного превышает вес грана на тонну воды. Но следует заметить, что эта сила в гран на тонну затронула бы только воду на поверхности; на очень небольшом расстоянии под поверхностью сила, какой бы малой она ни была, была бы колоссально уменьшена. Если бы вода была идеальной жидкостью и не предлагала сопротивления движению, она бы не только текла вниз по наклону, каким бы малым он ни был, но текла бы с ускоренным движением. Но вода не является идеальной жидкостью, и ее молекулы действительно предлагают значительное сопротивление движению. Вода, текущая вниз по наклону, каким бы крутым он ни был, вскоре приобретает равномерное движение. Должен, следовательно, существовать определенный наклон, ниже которого никакое движение не может иметь места. Эксперименты были проведены М. Дюбуа с целью определения этого предела [58]. Он обнаружил, что когда наклон составлял 1 к 500 000, движение воды было едва заметным; и он пришел к выводу, что когда наклон уменьшается до 1 к 1 000 000, всякое движение прекращается. Но наклон, обеспечиваемый разницей температур между морем в экваториальных и полярных регионах, не достигает даже одной седьмой этого, и, следовательно, он едва ли может произвести даже тот «незначительный поверхностный дрейф», который сэр Джон Гершель готов приписать ему.

Существует ошибка, в которую, по-видимому, впадают некоторые авторы, о которой я могу здесь упомянуть. Предположим, что на экваторе нам нужно спуститься на 10 000 футов, прежде чем будет достигнута вода, равная по плотности воде на полюсах. Мы имеем в этом случае равнину с наклоном в 10 000 футов на 6200 миль, образующую верхнюю поверхность воды максимальной плотности. Теперь этот наклон не оказывает никакого влияния в плане создания течения, как некоторые, кажется, думают; ибо это не случай нарушенного равновесия, а наоборот. Это состояние статического равновесия, возникающее из разницы между температурой воды на экваторе и на полюсах. Единственный наклон, который имеет какую-либо тенденцию к созданию движения, — это тот, который образуется поверхностью океана в экваториальных регионах, будучи выше поверхности на полюсах; но это наклон всего в 4 фута 6 дюймов, и поэтому он совершенно неадекватен для создания таких течений, как Гольфстрим.

ГЛАВА VIII. ИССЛЕДОВАНИЕ ГРАВИТАЦИОННОЙ ТЕОРИИ ОКЕАНИЧЕСКОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ. — ТЕОРИЯ ДОКТОРА КАРПЕНТЕРА.

Gulf-stream according to Dr. Carpenter not due to Difference of Specific Gravity.—Facts to be Explained.—The Explanation of the Facts.—The Explanation hypothetical.—The Cause assigned for the hypothetical Mode of Circulation.—Under currents account for all the Facts better than the Gravitation Hypothesis.—Known Condition of the Ocean inconsistent with that Hypothesis.

Доктор Карпентер не предполагает, вместе с лейтенантом Мори, что разница температур между океаном в экваториальных и полярных регионах может объяснить Гольфстрим и другие великие течения океана. Он утверждает, однако, что эта разница вполне достаточна для того, чтобы вызвать медленный общий обмен водой между полярными и межтропическими областями — вызвать общее движение верхней части океана от экватора к полюсам и встречное движение нижней части в противоположном направлении. Именно это общее движение, согласно этому автору, является великим агентом, посредством которого тепло распределяется по земному шару [59].

При попытке оценить адекватность этой гипотезы как объяснения вовлеченных явлений, очевидно, следует рассмотреть два вопроса: а именно: (1) достаточно ли велика разница температур между морем в межтропических и полярных регионах для создания требуемого движения? и (2) предполагая, что такое движение существует, переносит ли оно то количество тепла, которое предполагает доктор Карпентер? Я начну с рассмотрения первого из этих двух пунктов.

Но прежде чем сделать это, давайте посмотрим, каковы факты, которые эта гравитационная теория призвана объяснить.

Факты, подлежащие объяснению. — Доктор Карпентер считает, что огромная масса теплой воды, доказанная во время недавних дноуглубительных экспедиций как занимающая глубины Северной Атлантики, должна быть отнесена не к Гольфстриму, а к общему движению воды от экватора. «Вывод кажется неизбежным, — говорит он, — что основная масса воды в теплой области должна была прийти туда с юго-запада. Влияние собственно Гольфстрима (подразумевая под этим тело перегретой воды, которое выходит через «Узкости» из Мексиканского залива), если оно вообще достигает этой местности (что весьма сомнительно), могло бы затронуть только самый поверхностный слой; и то же самое можно сказать о поверхностном дрейфе, вызванном преобладанием юго-западных ветров, которому некоторые приписывали явления, обычно объясняемые распространением Гольфстрима в эти регионы. И присутствие массы воды, которая лежит между 100 и 600 саженями глубины и диапазон температуры которой составляет от 48° до 42°, едва ли может быть объяснено какой-либо другой гипотезой, кроме гипотезы о великом общем движении экваториальной воды к полярной области, из которого Гольфстрим представляет собой особый случай, модифицированный местными условиями. Точно так же Арктическое течение, которое лежит под теплым поверхностным слоем в нашей холодной области, представляет собой особый случай, модифицированный местными условиями, которые будут объяснены в настоящее время, великого общего движения полярной воды к экваториальной области, которое понижает температуру самых глубоких частей великих океанических бассейнов почти до точки замерзания».

Хорошо известно, что везде, где проводились температурные наблюдения в Атлантике, дно этого океана оказывалось занятым водой ледяной температуры. И это верно не только для Атлантики, но и для океана в межтропических регионах — факт, который был доказан повторными наблюдениями, и особенно в последнее время наблюдениями коммандера Чиммо в Южно-Китайском море и Индийском океане, где температура, столь низкая как 32° по Фаренгейту, была обнаружена на глубине 2656 саженей. Короче говоря, Северную Атлантику и, вероятно, межтропические моря также можно рассматривать, считает доктор Карпентер, как разделенные горизонтально на два великих слоя или пласта — верхний теплый и нижний холодный слой. Все эти факты я, конечно, свободно признаю; и я не знаю, чтобы их истинность была поставлена под сомнение кем-либо, независимо от того, каковы были его взгляды на способ, которым они должны быть объяснены.

Объяснение фактов. — Далее у нас есть объяснение фактов, которое просто таково: — Холодная вода, занимающая дно Атлантики и межтропических морей, должна быть объяснена предположением, что она пришла из полярных регионов. Это очевидно, потому что холод, которым обладает вода, не мог быть получен из земной коры внизу: он также не мог прийти с поверхности; ибо температура донной воды намного ниже нормальной температуры широты, в которой она находится. Следовательно, «вывод кажется неотразимым, что это понижение должно быть произведено и поддерживаться конвекцией холода от полярной к экваториальной области». Конечно, если мы предполагаем поток воды от полюсов к экватору, мы должны обязательно предположить встречный поток от экватора к полюсам; и в то время как вода, текущая из экваториальных в полярные регионы, будет теплой, та, что течет из полярных в экваториальные регионы, будет холодной. Доктрина взаимного обмена экваториальной и полярной воды является, следовательно, необходимым следствием из признания вышеуказанных фактов. С этим объяснением фактов я едва ли должен сказать, что полностью согласен; и я не знаю, чтобы его правильность когда-либо оспаривалась. Доктор Карпентер, безусловно, не может обвинить меня в игнорировании факта взаимного обмена экваториальной и полярной воды, видя, что моя оценка тепловой мощности Гольфстрима, из которой доказано, что количество тепла, переносимого из экваториальных в умеренные и полярные регионы, колоссально больше, чем когда-либо предполагалось, была сделана значительное время до того, как он начал писать на тему океанической циркуляции [60]. И в моей статье «Об океанических течениях в связи с распределением тепла по земному шару» [61] (суть которой воспроизведена в главах II и III этого тома), я попытался показать, что, если бы не повышение температуры полярных и высоких умеренных регионов и понижение температуры межтропических регионов посредством этого обмена водой, эти части земного шара не были бы обитаемы нынешними существующими порядками существ.

Объяснение идет дальше: — «Именно вдоль поверхности и верхней части океана экваториальные воды текут к полюсам, и именно вдоль дна и нижней части океана полярные воды текут к экватору; или, другими словами, теплая вода держится в верхней части океана, а холодная вода — в нижней». С этим объяснением я в значительной степени согласен. Очевидно, что, по крайней мере, в отношении северного полушария, большая часть воды, которая течет из межтропических в полярные регионы (как, например, Гольфстрим), держится поверхности и верхней части океана; но по причинам, которые я уже изложил, очень большая пропорция этой воды должна возвращаться в форме подповерхностных течений; или, что то же самое, возвращающееся компенсирующее течение, состоит ли оно из идентичной воды, которая первоначально пришла с экватора, или нет, должно течь к экватору как подповерхностное течение. То, что холодная вода, которая находится на дне Атлантики и межтропических морей, должна была прийти как подповерхностные течения, совершенно очевидно, потому что вода, которая должна была бы прийти вдоль поверхности океана из полярных регионов, не была бы холодной, когда она достигла бы межтропических регионов.

Объяснение гипотетическое. — Здесь общее согласие между нами в значительной мере заканчивается, ибо доктор Карпентер не удовлетворен объяснением, обычно принимаемым сторонниками теории ветра, а именно, что холодная вода, обнаруженная в умеренных и межтропических областях, приходит из полярных регионов как компенсирующие подповерхностные течения, но выдвигает гипотетическую форму циркуляции для объяснения явления. Он предполагает, что существует общее направление или поток поверхности и верхней части океана от экватора к полярным регионам, и общее направление или поток дна и нижней части океана от полярных регионов к экватору. Мистер Феррел (Nature, 13 июня 1872 г.) говорит об этом «взаимозаменяющем движении воды между экватором и полюсом, открытом доктором Карпентером». В этом, однако, мистер Феррел ошибается; ибо доктор Карпентер не только не претендует на какое-либо открытие такого рода, но отчетливо признает, что такового еще не было сделано. Хотя в некоторых своих статьях он говорит о «направлении теплой поверхностной воды в южных океанах к Антарктическому полюсу» как о хорошо известном навигаторам, он нигде не утверждает, насколько мне известно, что существование такой общей океанической циркуляции, которую он отстаивает, было когда-либо напрямую определено из наблюдений. Этот способ циркуляции просто выведен или предполагается для того, чтобы объяснить факты, упомянутые выше. «В настоящее время, — говорит доктор Карпентер, — я не претендую для нее на более высокий характер, чем характер хорошей рабочей гипотезы, которая будет использоваться в качестве руководства в дальнейших исследованиях» (§ 16); и чтобы не было никакого недопонимания по этому пункту, он завершает свой мемуар так: — «В настоящее время, как я уже сказал, я не претендую для доктрины общей океанической циркуляции на более высокий характер, чем характер хорошей рабочей гипотезы, согласующейся с нашими нынешними знаниями фактов, и поэтому имеющей право быть временно принятой с целью стимулирования и направления дальнейших исследований».

Я не могу согласиться с ним, однако, по этому последнему пункту. Мне кажется, что нет необходимости принимать какой-либо гипотетический способ циркуляции для объяснения фактов, так как они могут быть вполне хорошо объяснены посредством того способа циркуляции, который действительно существует. Было определено из прямого наблюдения, что поверхностные течения текут из экваториальных в полярные регионы, и их пути были фактически нанесены на карту. Но если установлено, что течения текут из экваториальных в полярные регионы, то в равной степени верно и то, что возвратные течения текут из полярных в экваториальные регионы; ибо если одно действительно существует, другое по необходимости должно существовать. Мы знаем также на физических основаниях, к которым я уже обращался и которые подлежат рассмотрению более полно в последующей главе, что очень большая часть воды, текущей из полярных в экваториальные регионы, должна быть в форме подповерхностных течений. Если есть холодные подповерхностные течения, следовательно, текущие из полярных в умеренные и экваториальные регионы, это все, что нам действительно требуется для объяснения холодной воды, которая, как обнаружено, занимает ложе океана в этих регионах. Не обязательно следует, потому что холодная вода может быть найдена на дне океана вдоль всего экватора, что должен быть прямой поток из полярных регионов к каждой точке экватора. Вода, приносимая постоянно из полярных регионов к различным точкам вдоль экватора посредством подповерхностных течений, будет обязательно накапливаться и с течением времени распространяться по дну межтропических морей. Она должна либо делать это, либо течения при достижении экватора должны изгибаться вверх и течь к поверхности в неразрывной массе. Значительные части некоторых из этих течений могут, без сомнения, делать так и присоединяться к поверхностным течениям; но, вероятно, большая часть воды, приходящей из полярных регионов, распространяется по полу экваториальных морей. В письме в Nature, 11 января 1872 г., я попытался показать, что поверхностные течения океана не являются отдельными и независимыми друг от друга, а образуют одну великую систему циркуляции, и что движущая причина, поддерживающая эту систему циркуляции, — это не только пассаты, как обычно предполагается, но преобладающие ветры всего земного шара, рассматриваемые также как одна великая система. Доказательства этого мнения, однако, будут рассмотрены более полно в продолжении.

Хотя подповерхностные течения являются частями одной общей системы океанической циркуляции, создаваемой импульсом системы преобладающих ветров, их направление и положение тем не менее в значительной степени определяются различными законами. Вода на поверхности, будучи движимой силой ветра, будет следовать по пути наибольшего давления и тяги — эффекты, возникающие из общего контура суши, которые в значительной степени общи для обоих наборов течений, не принимаются во внимание; в то время как, с другой стороны, подповерхностные течения из полярных регионов (которые в значительной степени являются просто «притоками», компенсирующими воду, дренированную из экваториальных регионов Гольфстримом и другими поверхностными течениями) будут следовать, как общее правило, по пути наименьшего сопротивления.

Причина, приписанная гипотетическому способу циркуляции. — Доктор Карпентер приписывает причину своему способу циркуляции; и эту причину он находит в разнице удельного веса между экваториальными и полярными водами, возникающей из разницы температур между этими двумя регионами. «Два отдельных вопроса, — говорит он, — должны быть рассмотрены, которые, возможно, не были достаточно четко разделены ни мистером Кроллом, ни мной; — во-первых, существует ли адекватное доказательство существования общей вертикальной океанической циркуляции; и во-вторых, если предположить, что ее существование временно признано, можно ли найти vera causa для нее в разнице температур между океаническими водами полярных и экваториальных областей» (§ 17). Мне кажется, что факты, приведенные доктором Карпентером, не обязательно требуют предположения какого-либо такого способа циркуляции, как тот, что выдвинут им. Явления могут быть удовлетворительно объяснены иначе; и поэтому не представляется никакой необходимости рассматривать, достаточна ли его гипотеза для производства требуемого эффекта или нет.

Важное соображение, которое было упущено из виду. — Но есть одно важное соображение, которое, по-видимому, было упущено из виду — а именно факт, что море более соленое в межтропических, чем в полярных регионах, и что это обстоятельство, насколько оно проявляется, должно стремиться нейтрализовать эффект разницы температур. Вероятно, действительно, что эффект, производимый разницей температур, таким образом полностью нейтрализуется, и что никакой разницы плотности вообще не существует между морем в межтропических и полярных регионах, и, следовательно, нет никакой разницы уровня или чего-либо, что могло бы произвести такое общее движение, как предполагает доктор Карпентер. Это, я рад обнаружить, мнение профессора Уайвилла Томсона.

«Я сильно ошибаюсь, — говорит этот автор, — если низкий удельный вес полярного моря, результат конденсации и выпадения осадков пара, испаренного из межтропической области, не уравновешивает полностью сжатие поверхностной пленки арктическим холодом... Говоря при полном отсутствии всех надежных данных, мое общее впечатление таково, что если бы мы отбросили все другие агентства и доверились для океанической циркуляции только тем условиям, на которые полагается доктор Карпентер, если бы вообще существовала какая-либо общая циркуляция, что кажется весьма проблематичным, шансы скорее в пользу теплого подповерхностного течения, путешествующего на север в силу своего избытка соли, сбалансированного поверхностным возвратным течением более пресной, хотя и более холодной арктической воды» [62].

Это то, что фактически происходит на западе и северо-западе Шпицбергена. Там теплая вода Гольфстрима течет под холодным полярным течением. И это мнение доктора Скорсби, мистера Клементса Маркхэма и лейтенанта Мори, что эта теплая вода в силу своей большей солености плотнее, чем полярная вода. Мистер Ли Смит обнаружил на северо-западе Шпицбергена температуру на 500 саженях 52°, а однажды даже 64°, в то время как вода на поверхности была всего на градус или два выше точки замерзания [63]. Мистер Эйткен из Дарроха в статье, недавно прочитанной перед Королевским шотландским обществом искусств, показал экспериментально, что полярная вода в регионах, где лед тает, фактически менее плотна, чем теплые и более соленые тропические воды. И не поможет делу ни в малейшей степени утверждение, что разница удельного веса не является причиной, почему теплая вода Гольфстрима проходит под полярным течением — потому что если разница удельного веса не является причиной того, что теплая вода находится под холодной водой в полярных регионах, тогда разница удельного веса может также не быть причиной того, что холодная вода находится под теплой на экваторе; и если так, тогда нет необходимости в гравитационной гипотезе океанической циркуляции.

Мало сомнений в том, что перегретый слой на поверхности межтропических морей, который, согласно доктору Карпентеру, не имеет большой толщины, менее плотен, чем полярная вода: но если мы возьмем колонну, простирающуюся от поверхности до дна океана, эта колонна на экваторе окажется такой же тяжелой, как колонна равной длины в полярной области. И если это так, тогда не может быть никакой разницы уровня между экватором и полюсами, и никакого нарушения статического равновесия или чего-либо еще, что могло бы произвести циркуляцию.

Подповерхностные течения объясняют все факты лучше, чем гипотеза доктора Карпентера. — Предполагая, на данный момент, систему преобладающих ветров истинной причиной океанических течений, из этого обязательно следует (как будет показано далее), что большое количество атлантической воды должно быть направлено в Северный Ледовитый океан; и такое, как мы знаем, фактически имеет место. Северный Ледовитый океан, однако, как отмечает профессор Уайвилл Томсон, является почти закрытым бассейном, не допускающим свободного оттока в Тихий океан воды, направляемой в него.

Но очевидно, что вода, которая таким образом постоянно переносится из межтропических областей в арктические, должна так или иначе найти путь обратно к экватору; иными словами, должен существовать обратный поток, равный по величине прямому. Теперь вопрос, требующий решения, заключается в том, какой путь должен выбрать этот обратный поток? Мне представляется, что он выберет путь наименьшего сопротивления, независимо от того, будет ли этот путь проходить по поверхности или под ней. Но то, что путь наименьшего сопротивления, как правило, будет лежать на значительном расстоянии от поверхности, на мой взгляд, очевидно из следующих соображений. На поверхности общее направление течений противоположно направлению обратного потока. Поверхностное движение воды в Атлантике направлено от экватора к полюсу, но обратный поток должен быть направлен от полюса к экватору. Следовательно, поверхностные течения будут препятствовать движению любого обратного потока, если только этот поток не проходит на значительной глубине под поверхностными течениями. Далее, ветры, как правило, дуют в направлении, противоположном курсу обратного потока, поскольку, согласно предположению, ветры дуют в направлении поверхностных течений. В силу всех этих причин путь наименьшего сопротивления для обратного потока, как правило, будет лежать не на поверхности, а на весьма значительной глубине под ней.

Значительная часть воды из полярных областей, несомненно, покидает эти регионы в виде поверхностных течений; но поверхностное течение такого рода, встречая некоторое сопротивление своему дальнейшему продвижению вдоль поверхности, будет погружаться вниз и продолжать свой путь в качестве глубинного течения. Мы имеем пример этого в случае полярного течения, которое при встрече с Гольфстримом у берегов Ньюфаундленда разделяется — часть его погружается вниз и продолжает свой путь под этим течением в Мексиканский залив и Карибское море. А то, что это глубинное течение является реальным и ощутимым течением в собственном смысле этого слова, а не незаметным перемещением воды, доказывается тем фактом, что крупные айсберги, глубоко погруженные в него, часто переносятся на юг со значительной скоростью вопреки объединенной силе ветра и Гольфстрима.

Доктор Карпентер довольно подробно (§ 134) ссылается на мнение мистера Митчелла относительно происхождения полярного течения, которое совпадает с мнением, выдвинутым Мори, а именно: побудительной причиной является разница в удельном весе. Но хотя доктор Карпентер и цитирует мнение мистера Митчелла, он, тем не менее, по-видимому, не принимает его: ибо в §§ 90–93 и в различных других местах он четко заявляет, что не согласен с точкой зрения лейтенанта Мори о том, что Гольфстрим и полярное течение вызваны разницей в плотности. Фактически, доктор Карпентер, по-видимому, особенно стремится к тому, чтобы было ясно понято, что он не согласен с теорией, поддерживаемой Мори. Но он не просто отрицает, что Гольфстрим и полярное течение могут быть вызваны разницей в плотности; он даже заходит так далеко, что утверждает, будто никакое заметное течение вообще не может быть обусловлено этой причиной, и приводит авторитет сэра Джона Гершеля в поддержку этого мнения: «Учение лейтенанта Мори, — говорит он, — было решительно и убедительно опровергнуто сэром Джоном Гершелем, который вне всяких разумных сомнений показал, во-первых, что Гольфстрим действительно берет свое начало в движущей силе пассатов, и, во-вторых, что величайшее нарушение равновесия, которое можно предположить в результате воздействия сил, на которые ссылается лейтенант Мори, было бы совершенно недостаточным для возникновения и поддержания как Гольфстрима, так и любого другого заметного течения» (§ 92). Поскольку таково убеждение доктора Карпентера, несколько странно, что он выдвигает случай прохождения полярного течения под Гольфстримом в качестве доказательства в пользу своей теории; ибо в действительности он вряд ли мог выбрать случай, более враждебный этой теории. Короче говоря, очевидно, что если полярное течение, движимое силой, отличной от силы тяжести, может пройти от берегов Ньюфаундленда до Мексиканского залива (расстояние в несколько тысяч миль) под течением, движущимся в противоположном направлении и при этом столь мощным, как Гольфстрим, то оно могло бы гораздо легче пройти под сравнительно спокойной водой или водой, движущейся в том же направлении, что и оно само. А если это так, то все наши трудности исчезают, и мы удовлетворительно объясняем присутствие холодной полярной воды на дне межтропических морей, не прибегая к гипотезе, выдвинутой доктором Карпентером.

Но у нас есть пример глубинного течения, еще более необъяснимого с точки зрения гипотезы гравитации, чем даже полярное течение, а именно: теплое глубинное течение в проливе Дэвиса.

Существует сильное течение, текущее на север из Атлантики через пролив Дэвиса в Северный Ледовитый океан под поверхностным течением, проходящим на юг в противоположном направлении. Наблюдали, как крупные айсберги переносились на север этим глубинным течением со скоростью четыре узла в час против ветра и поверхностного течения, с ужасающей силой прокладывая себе путь сквозь толстый поверхностный лед. Течение, столь мощное и быстрое, как это, не может, как признает доктор Карпентер, быть отнесено на счет разницы в удельном весе. Но даже если предположить, что это возможно, все же разница температур между экваториальными и полярными морями не объяснила бы его; ибо рассматриваемое течение течет в неправильном направлении. И ничуть не поможет делу принятие объяснения Мори, а именно: что теплое глубинное течение с юга вследствие своей большей солености плотнее, чем холодное из полярных областей. Ибо если вода Атлантики, несмотря на свою более высокую температуру, вследствие своей большей солености настолько плотнее полярной воды к западу от Гренландии, что создает глубинное течение со скоростью четыре узла в час в направлении полюса, то, безусловно, то же самое в определенной степени будет справедливо и в отношении океана на восточной стороне Гренландии. Таким образом, вместо того чтобы, как полагает доктор Карпентер, существовал подток полярной воды на юг в Атлантику в силу ее большей плотности, должен, напротив, существовать поверхностный поток вследствие ее меньшей плотности.

Истинное объяснение, несомненно, заключается в том, что теплое глубинное течение с юга и холодное верхнее течение с севера являются частями одной грандиозной системы циркуляции, создаваемой ветрами, причем разница в удельном весе не играет никакой роли ни в побуждении течений, ни в определении того, какое из них будет верхним, а какое нижним.

Ветер в заливе Баффина и проливе Дэвиса дует почти всегда в одном направлении, а именно с севера. Тенденция этого заключается в создании поверхностного или верхнего течения с севера вниз в Атлантику и в предотвращении или замедлении любого поверхностного течения с юга. Теплое течение из Атлантики, выбирая путь наименьшего сопротивления, ныряет под полярное течение и продолжает свой путь в качестве глубинного течения.

Мистер Клементс Маркем в своей книге «Порог неизвестного региона» склонен приписывать движение айсбергов приливному действию или встречным глубинным течениям. То, что движение айсбергов нельзя разумно приписать приливам, на мой взгляд, очевидно из описаний, данных как мичманом Гриффином, так и капитаном Дунканом, которые отчетливо видели, как айсберги двигались со скоростью около четырех узлов в час против поверхностного течения, текущего на юг. И капитан Дункан заявляет, что айсберги продолжали свой путь на север в течение нескольких дней, пока в конечном итоге не исчезли. Весьма вероятно, что это северное течение состоит частично из воды Гольфстрима и частично из той части полярной воды, которая, как предполагается, огибает мыс Фарвель с восточного побережья Гренландии. Этот поток, состоящий как из теплой, так и из холодной воды, достигнув примерно 65° с. ш., где он сталкивается с сильными северными ветрами, погружается под полярное течение и продолжает свой путь на север в качестве глубинного течения.

К западу от Шпицбергена, как уже отмечалось, мы имеем аналогичный пример теплого течения с юга, проходящего под полярным течением. Часть Гольфстрима, которая огибает западное побережье Шпицбергена, течет под арктическим течением, спускающимся с севера; и делает она это, несомненно, потому, что находится здесь в области преобладающих северных ветров, которые благоприятствуют полярному течению, но противодействуют Гольфстриму. Далее, у нас есть холодное и быстрое течение, огибающее восток и юг Шпицбергена, течение, о котором мистер Ламонт утверждает, что он уверен, что видел, как оно движется со скоростью семь или восемь миль в час. Это течение при встрече с Гольфстримом около северного входа в Немецкое море погружается под это течение и продолжает свой путь на юг в качестве глубинного течения.

Можно было бы привести несколько других случаев глубинных течений, которые невозможно объяснить теорией гравитации и которые должны быть отнесены к системе океанической циркуляции, создаваемой импульсом ветра; но этого будет достаточно, чтобы показать, что предположение о том, что ветры могут создавать лишь поверхностный дрейф, прямо противоречит фактам. И не следует утверждать, что течение, которое является частью общей системы циркуляции, создаваемой импульсом ветров, не может быть глубинным течением; ибо в упомянутом случае у нас есть доказательство того, что это не только возможно, но и действительно существует. Этот момент, однако, будет лучше понят после того, как мы рассмотрим доказательства в пользу общей системы океанических течений.

Большая часть трудностей, возникающих при понимании того, как глубинные течения могут создаваться ветром или как импульс, сообщенный поверхности океана, может когда-либо передаться на дно, по-видимому, по крайней мере в значительной степени, проистекает из небольшого обмана воображения. То, что наиболее сильно впечатляет нас в отношении океана, — это его огромная глубина. Средняя глубина, скажем, в три мили производит поразительное впечатление; но если бы мы могли представить себе обширную площадь океана так же правильно, как его глубину, то впечатление мелководья, а не глубины, было бы тем, что возникло бы в результате. Если бы при переходе через луг мы обнаружили водоем диаметром сто ярдов и глубиной всего в дюйм, мы не назвали бы это глубоким, а очень мелким прудом. Вероятно, мы назвали бы это просто участком земли, покрытым тонким слоем воды. Тем не менее, такой тонкий слой воды был бы правильным представлением океана в миниатюре; ибо океан по отношению к своей поверхностной площади так же мелок, как пруд в нашей иллюстрации. В отношении такого пруда или тонкой пленки воды нам нетрудно представить, как возмущение на его поверхности передалось бы на дно. Фактически, наша трудность заключается в том, чтобы представить, как любое возмущение, распространяющееся по всей его поверхности, не должно распространяться до дна. Теперь, если бы мы могли сформировать столь же точное чувственное впечатление об обширной площади океана, как о таком пруде, все наши трудности в понимании того, как импульсы ветра, действующие на обширную площадь океана, должны передавать движение до самого дна, исчезли бы. Безусловно верно, что внезапные волнения, вызванные штормами, обычно не распространяются на большие глубины. Также и ветры непродолжительного действия не создадут течения, распространяющегося далеко под поверхностью. Но преобладающие ветры, которые могут создавать такой огромный поверхностный поток, как великие экваториальные течения земного шара и Гольфстрим, следующие определенным направлениям, должны передавать свое движение на большие глубины, если только вода не лишена трения, а это не так. Предположим, что верхний слой океана приводится в движение прямым воздействием ветров с постоянной скоростью, скажем, четыре мили в час, слой непосредственно под ним будет увлекаться с постоянной скоростью, несколько меньшей, чем четыре мили в час. Слой непосредственно под этим вторым слоем, в свою очередь, также будет увлекаться с постоянной скоростью, несколько меньшей, чем слой над ним. То же самое будет происходить в отношении каждого последующего слоя, причем постоянная скорость каждого слоя будет несколько меньше, чем у слоя непосредственно над ним, и больше, чем у слоя под ним. Вопрос, который предстоит решить, заключается в том, на какой глубине прекратится всякое движение? Я полагаю, что в настоящее время у нас недостаточно данных для надлежащего определения этого момента. Глубина будет зависеть, при прочих равных условиях, от величины молекулярного сопротивления, оказываемого водой движению — иными словами, от величины силы сдвига одного слоя относительно другого. Тот факт, однако, что движение, сообщенное поверхности, будет распространяться на большие глубины, может быть легко показан прямым экспериментом. Если постоянное движение сообщается поверхности воды, скажем, в сосуде, движение в конечном итоге будет передано на дно, независимо от того, насколько широким или глубоким может быть сосуд. Тот же эффект будет иметь место независимо от того, имеет ли сосуд глубину 5 футов или 500 футов.

Известное состояние океана несовместимо с гипотезой доктора Карпентера. — Доктор Карпентер говорит, что он с большим удовлетворением ожидает результатов исследований, проводимых Экспедицией кругосветного плавания, в надежде, что выявленные факты могут подтвердить его теорию общей океанической циркуляции; и он уточняет некоторые из этих фактов, которые, если они окажутся верными, подтвердят его теорию. Мне, однако, кажется, что факты, на которые он ссылается, объясняются теорией глубинных течений точно так же, как и теорией общей океанической циркуляции. Он начинает с того, что говорит: «Если выдвинутые мною взгляды верны, можно ожидать, что вблизи границы великого антарктического ледяного барьера температура ниже 30° будет встречаться (как это было у Парри, Мартенса и Вейпрехта вблизи Шпицбергена) на небольшой глубине под поверхностью, и что вместо повышения на еще больших глубинах термометр будет опускаться почти до точки замерзания соленой воды» (§ 39).

Доктор Карпентер вряд ли может претендовать на это как на доказательство в пользу своей теории; ибо вблизи границ ледяного барьера от воды, как само собой разумеющееся, нельзя ожидать гораздо более высокой температуры, чем у самого льда. И если наблюдения проводятся в летние месяцы, температура воды на поверхности, несомненно, окажется выше, чем на дне; но если они будут проводиться зимой, температура поверхности, несомненно, окажется такой же низкой, как и температура дна. Это результаты, которые не зависят от какой-либо конкретной теории океанической циркуляции.

«Температура дна северной части Тихого океана, — продолжает он, — послужит решающим испытанием истинности этого учения. Ибо, поскольку единственным сообщением этой обширной океанической области с арктическим бассейном является пролив, настолько мелкий, что он допускает лишь приток теплой поверхностной воды, ее глубокий холодный слой должен быть полностью получен из антарктической области; и если температура ее дна не выше, чем в южной части Тихого океана, ледниковый слой должен находиться на большей глубине к северу от экватора, чем к югу от него» (§ 39).

Это, возможно, может показать, что вода пришла из антарктических регионов, но никак не может доказать, что она пришла тем способом, который он предполагает.

«В северной части Атлантического океана, опять же, можно ожидать, что сравнительная ограниченность сообщения с арктической областью предотвратит снижение температуры ее дна до такой же низкой, как в южной части Атлантики» (§ 39). Если предположить, что температура дна южной части Атлантики окажется ниже температуры дна северной части Атлантики, этот факт будет точно так же согласуваться с теорией глубинных течений, как и с его теорией общего движения океана.

Я также совершенно не в состоянии понять, как он может воображать, что, поскольку температура дна южной части Атлантики оказывается ниже, а полярная вода лежит ближе к поверхности в этом океане, чем в северной части Атлантики, то это доказывает истинность его теории. Это положение дел точно так же согласуется, и даже более того, как будет показано в главе XIII, с моей теорией, как и с его. Когда мы рассматриваем огромное количество теплой поверхностной воды, которая, как было показано (глава V), постоянно переносится из южной части Атлантики в северную, мы легко понимаем, почему полярная вода подходит ближе к поверхности в первом океане, чем во втором. Каждый фунт воды, конечно, переходящий из южного полушария в северное, должен компенсироваться равным количеством, переходящим из северного полушария в южное. Но тем не менее теплая вода, отводимая из южной части Атлантики, замещается не непосредственно водой с севера, а тем холодным антарктическим течением, существование которого, к сожалению, слишком хорошо известно мореплавателям по огромным массам айсбергов, которые оно приносит с собой. Фактически, все эти явления объясняются принципом глубинных течений так же легко, как и теорией доктора Карпентера. Но мы должны будем вернуться к этому пункту в главе XIII, когда перейдем к обсуждению класса фактов, которые представляются совершенно непримиримыми с теорией гравитации.

Действительно, я боюсь, что даже если ожидания доктора Карпентера в конечном итоге оправдаются результатами Экспедиции кругосветного плавания, сторонники теории ветра все равно останутся непереубежденными. Фактически, директор этой экспедиции уже предложил, основываясь на теории ветра, объяснение почти всех явлений, на которые опирается доктор Карпентер; и то же самое сделал доктор Петерман, который, как хорошо известно, столь же противен теории доктора Карпентера. Доктор Карпентер обращает внимание на необходимость исследования широкого и глубокого канала, отделяющего Исландию от Гренландии. Однако наблюдения, которые уже были проведены, показывают, что почти весь канал занят, по крайней мере на поверхности, водой, текущей на юг из полярной области — направление, противоположное тому, каким оно должно быть согласно теории гравитации. Фактически, поверхность одной половины всей площади океана, простирающейся от Гренландии до Нордкапа, движется в направлении, противоположном тому, которое она должна была бы принять согласно рассматриваемой теории. Западная половина этой области занята водой, которая на поверхности течет на юг; в то время как восточная половина, которая до сих пор рассматривалась почти всеми, кроме самого доктора Карпентера и мистера Финдлея, как продолжение Гольфстрима, движется к полюсу. Движение западной половины должно быть приписано ветрам, а не гравитации; ибо она движется в неправильном направлении, чтобы ее можно было объяснить последней причиной; но если бы она двигалась в противоположном направлении, несомненно, ее движение было бы отнесено на счет гравитации. К этой причине приписывается движение восточной половины, которое происходит в правильном направлении; но почему бы не приписать это движение также импульсу ветров, тем более что направление преобладающих ветров, дующих над этой областью, совпадает с направлением воды? Если ветер может вызывать движение воды в западной половине, почему он не может делать то же самое в восточной половине?

Если существует такая разница в плотности между экваториальными и полярными водами, что она вызывает общее движение верхней части океана к полюсу, как получается, что половина воды в вышеуказанной области движется вопреки гравитации? Как получается, что в широком открытом море гравитация должна действовать так сильно в одной его половине и с таким малым эффектом в другой? Вероятно, нет сомнений в том, что ледяная вода западной половины простирается от поверхности до самого дна. И также вероятно, что донная вода движется на юг в том же направлении, что и поверхностная вода. Донная вода в таком случае двигалась бы в гармонии с теорией гравитации; но стал бы доктор Карпентер по этой причине приписывать ее движение гравитации? Стал бы он приписывать движение нижней половины гравитации, а верхней половины — ветру? Он не мог бы, в соответствии со своей теорией, приписать движение верхней половины гравитации: ибо, даже если бы ледяная вода простиралась до поверхности, это не могло бы объяснить, почему гравитация должна двигать ее на юг, а не к полюсу, как, согласно теории, она должна была бы двигаться. Он мог бы утверждать, если бы захотел, что поверхностная вода движется на юг, потому что ее увлекает вперед донная вода; но если придерживаться этого взгляда, он не имеет права утверждать, как он это делает, что ветры могут создавать лишь поверхностный дрейф. Если вязкость и молекулярное сопротивление воды таковы, что, когда нижние слои океана устремляются вперед под действием гравитации или любой другой причины, вышележащие слои, простирающиеся до поверхности, вынужденно увлекаются за ними, то по той же причине, когда верхние слои устремляются вперед под действием ветра или любой другой причины, подстилающие слои также должны увлекаться за ними.

Если состояние океана между Гренландией и северо-западным берегом Европы непримиримо с теорией гравитации, мы находим положение еще более худшим для этой теории, когда направляем наше внимание на состояние океана в южном полушарии; ибо, согласно исследованиям капитана Дюперре и других о течениях Южного океана, очень большая часть площади этого океана занята водой, движущейся на поверхности скорее в северном, чем в полярном направлении. Ссылаясь на глубокий желоб между Шетландскими и Фарерскими островами, названный им «каналом Лайтнинг», доктор Карпентер говорит: «Если мой взгляд верен, то текущий якорь, подвешенный в верхнем слое, должен иметь заметное движение в северо-восточном направлении; в то время как другой, подвешенный в нижнем слое, должен двигаться на юго-запад» (§ 40).

Любой, кто верит в северо-восточное продолжение Гольфстрима и в шпицбергенское полярное глубинное течение, о котором я уже упоминал, не удивился бы, узнав, что поверхностные слои имеют заметное северо-восточное движение, а донные слои — заметное юго-западное движение. К северо-востоку и востоку от Исландии существует общее движение холодной полярной воды в юго-восточном направлении к левому краю Гольфстрима. Эта вода, как заключает профессор Мон, «опускается под Гольфстрим и частично находит выход в нижней половине Фареро-Шетландского канала».

Рассмотрение возражения. — В журнале Nature, том IX, стр. 423, доктор Карпентер выдвинул следующее возражение против вышеизложенной теории глубинных течений: «Согласно учению мистера Кролла, вся та огромная масса воды в северной части Атлантического океана, составляющая в среднем, скажем, 1500 морских саженей в толщину и 3600 миль в ширину, температура которой (от 40° и ниже), как установлено зондированиями судна Challenger, ясно показывает, что она в основном происходит из полярного источника, есть не что иное, как отток Гольфстрима. Теперь, даже если мы предположим, что весь этот поток, проходя мимо Сэнди-Хук, продолжал бы идти в закрытый арктический бассейн, он лишь вытеснил бы эквивалентный объем воды. И поскольку, сравнивая площади поперечного сечения обоих, я нахожу, что площадь Гольфстрима составляет около 1/900-й части площади глубинного потока северной части Атлантики; и поскольку признано, что большая часть Гольфстрима возвращается в циркуляцию средней части Атлантики, и лишь его ветвь продолжает движение на северо-восток, крайняя невероятность (могу ли я не сказать невозможность?) того, что столь огромная масса воды может быть приведена в движение тем, что по сравнению с ней является лишь ручейком (северо-восточное движение которого как отдельного течения не было прослежено восточнее 30° з. д.), кажется еще более очевидной».

В этом возражении предполагаются три вещи: (1) что масса холодной воды глубиной 1500 саженей и шириной 3600 миль находится в состоянии движения к экватору; (2) что она не может быть оттоком Гольфстрима, поскольку ее площадь поперечного сечения в 900 раз больше площади Гольфстрима; (3) что эта огромная масса воды, согласно моим взглядам, приводится в движение Гольфстримом.

Поскольку это возражение имеет важное значение для рассматриваемого вопроса, я рассмотрю эти три предположения отдельно и по порядку: (1) То, что эта огромная масса холодной воды пришла первоначально из полярных областей, я, конечно, признаю, но то, что вся она находится в состоянии движения, я, безусловно, не признаю. Нет никаких оснований для такого предположения. По словам самого доктора Карпентера, нагревательная сила солнца не распространяется на большую глубину под поверхностью; следовательно, нет ничего, что могло бы нагреть эту массу, кроме тепла, проходящего через земную кору. Но количество тепла, получаемого из этого источника, настолько ничтожно, что глубинное течение из арктических областей, гораздо меньшее по объему, чем Гольфстрим, было бы вполне достаточным для поддержания массы при ледяной температуре. Принимая площадь северной части Атлантики между экватором и тропиком Рака, включая также Карибское море и Мексиканский залив, за 7 700 000 квадратных миль, а скорость, с которой внутреннее тепло проходит через поверхность земли, за ту, что приписана сэром Уильямом Томсоном, мы находим, что общее количество тепла, получаемого из земной коры вышеуказанной областью, равно примерно 88 × 10^15 фут-фунтов в день. Но эта величина равна лишь 1/894-й части тепла, переносимого Гольфстримом, при условии, что каждый фунт воды несет 19 300 фут-фунтов тепла. Следовательно, глубинного течения из полярных областей объемом не более 1/35-й части Гольфстрима было бы достаточно, чтобы поддерживать всю массу воды этой области в пределах 1° от того, какой она была бы, если бы не было тепла, получаемого из земной коры; то есть, если бы вода, переносимая глубинным течением, имела температуру 32°, внутреннее тепло не поддерживало бы массу океана в вышеуказанной области более чем на 33°. Вся площадь северной части Атлантики от экватора до полярного круга составляет около 16 000 000 квадратных миль. Глубинного течения из арктических областей объемом менее 1/17-й части Гольфстрима было бы, следовательно, достаточно, чтобы заполнить весь бассейн северной части Атлантики ледяной водой. Короче говоря, какую бы теорию мы ни приняли относительно океанической циркуляции, из нее одинаково следует как необходимое следствие, что вся масса океана ниже слоя, нагреваемого солнечными лучами, должна состоять из холодной воды. Ибо если холодная вода постоянно поступает из полярных областей либо в виде глубинных течений, либо в виде общего подтока, как предполагает доктор Карпентер, вся нижняя часть океана должна в конечном итоге заполниться холодной водой; ибо нет источника, из которого этот приток воды мог бы получить тепло, кроме земной коры. Но количество, получаемое таким образом, настолько ничтожно, что не производит никакого заметного эффекта. Например, полярного глубинного течения размером в половину Гольфстрима было бы достаточно, чтобы поддерживать всю воду земного шара (ниже слоя, нагреваемого солнечными лучами) при ледяной температуре. Внутреннего тепла было бы недостаточно при таких обстоятельствах, чтобы поддерживать массу на 1° по Фаренгейту выше температуры, которую она имела, когда покинула полярные области.

Следовательно, из этого следует, что присутствие огромной массы ледяной воды на больших глубинах океана полностью объясняется глубинными течениями, и нет необходимости предполагать, что вся она находится в состоянии движения к экватору. Фактически, само это положение вещей, для объяснения которого была разработана гипотеза общей океанической циркуляции, является необходимым следствием полярных глубинных течений. Если бы они не были полностью остановлены, физически невозможно, чтобы океан мог находиться в каком-либо ином состоянии.

Но предположим, что эта огромная масса холодной воды, занимающая большие глубины океана, находилась бы, как предполагает доктор Карпентер, в состоянии постоянного движения к экватору, и что ее площадь поперечного сечения была бы в 900 раз больше площади Гольфстрима, из этого не следовало бы, что количество воды, проходящей через эту большую площадь поперечного сечения, должно быть больше, чем протекающей через площадь поперечного сечения Гольфстрима; ибо количество воды, протекающей через эту большую площадь поперечного сечения, полностью зависит от скорости движения.

Я совершенно не в состоянии понять, как можно было предположить, что этот подток, согласно моему взгляду, приводится в движение Гольфстримом, видя, что я показал, что обратное глубинное течение в такой же степени обязано импульсу ветра, как и сам Гольфстрим.

Доктор Карпентер придает большое значение важному факту, установленному экспедицией Challenger, что большие глубины моря в экваториальных регионах заняты ледяной водой, в то время как часть, нагреваемая солнечными лучами, представляет собой лишь тонкий слой на поверхности. Мне кажется, что было бы трудно найти факт, более враждебный его теории, чем этот. Если бы не этот верхний слой нагретой воды, не было бы никакой разницы между экваториальными и полярными столбами воды, и, следовательно, не было бы ничего, что могло бы вызвать движение. Но чем тоньше этот слой, тем меньше разница и тем меньше причин для возникновения движения.

ГЛАВА IX. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕОРИИ ГРАВИТАЦИИ ОКЕАНИЧЕСКОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ. — МЕХАНИКА ТЕОРИИ ДОКТОРА КАРПЕНТЕРА.

Experimental Illustration of the Theory.—The Force exerted by Gravity.—Work performed by Gravity.—Circulation not by Convection.—Circulation depends on Difference in Density of the Equatorial and Polar Columns.—Absolute Amount of Work which can be performed by Gravity.—How Underflow is produced.—How Vertical Descent at the Poles and Ascent at the Equator is produced.—The Gibraltar Current.—Mistake in Mechanics concerning it.—The Baltic Current.

Эксперимент для иллюстрации теории. — В поддержку теории общего движения воды между экваториальными и полярными регионами доктор Карпентер приводит авторитет Гумбольдта и профессора Буффа. Я не смог найти ничего в трудах ни того, ни другого, из чего можно было бы сделать вывод, что они уделяли этому вопросу особое внимание. Гумбольдт лишь вскользь упоминает теорию, причем самым небрежным образом; а то, что профессор Буфф не исследовал этот предмет тщательно, очевидно из самой иллюстрации, процитированной доктором Карпентером из «Физики Земли». «Вода океана на больших глубинах, — говорит профессор Буфф, — имеет температуру, даже под экватором, почти приближающуюся к точке замерзания. Эта низкая температура не может зависеть от какого-либо влияния морского дна... Факт, однако, объясняется постоянным течением холодной воды, текущей из полярных регионов к экватору. Следующий хорошо известный эксперимент ясно иллюстрирует способ этого движения. Стеклянный сосуд нужно наполнить водой, в которую подмешан порошок, а затем нагреть снизу. Скоро можно будет увидеть по движению частиц порошка, что в воде возникают течения в противоположных направлениях. Теплая вода поднимается со дна через середину сосуда и растекается по поверхности, в то время как более холодная и, следовательно, более тяжелая жидкость опускается по бокам стекла».

Эта иллюстрация, очевидно, призвана показать не только форму и направление великой системы океанической циркуляции, но и способ, которым циркуляция индуцируется теплом. Несомненно, верно, что если мы приложим тепло (скажем, от спиртовой лампы) к дну сосуда, наполненного водой, вода на дне сосуда нагреется и поднимется к поверхности; и если нагрев будет продолжаться, возникнет восходящее течение теплой воды; и это, конечно, даст начало компенсирующему глубинному течению более холодной воды со всех сторон. Точно так же верно, что если бы тепло прикладывалось к дну океана в экваториальных регионах, возникло бы восходящее течение горячей воды, дающее начало глубинному течению холодной воды из полярных регионов. Но все это диаметрально противоположно тому, что на самом деле происходит в природе. Тепло прикладывается не к дну океана, чтобы сделать воду там легче, чем воду на поверхности, и тем самым создать восходящее течение; но тепло прикладывается к поверхности океана, и эффект этого заключается скорее в предотвращении восходящего течения, чем в его создании, ибо оно стремится поддерживать воду на поверхности более легкой, чем воду на дне. Чтобы показать, как тепло солнца создает течения в океане, профессор Буфф должен был приложить тепло не к дну своего сосуда, а к верхней поверхности воды. Но это еще не все, форма сосуда имеет некоторое отношение к делу. Чем шире мы делаем сосуд по отношению к его глубине, тем труднее создавать течения с помощью тепла. Но чтобы представить то, что происходит в природе, мы должны иметь в нашем сосуде такое же соотношение между глубиной и поверхностной площадью воды, какое существует между глубиной и поверхностной площадью моря. Среднюю глубину моря можно грубо принять за три мили. Расстояние между полюсами мы возьмем в круглых цифрах за 12 000 миль. Солнце, следовательно, можно рассматривать как светящее на круглое море диаметром 12 000 миль и глубиной три мили. Глубина моря к его диаметру, следовательно, относится как 1 к 4000. Предположим теперь, что в нашем эксперименте мы сделаем глубину нашего сосуда один дюйм, нам потребуется сделать его диаметр 4000 дюймов, или 333 фута, скажем, в круглых цифрах, 100 ярдов в диаметре. Давайте тогда возьмем пруд с водой диаметром 100 ярдов и глубиной один дюйм. Предположим, что вода имеет температуру 32°. Приложим тепло к верхней поверхности пруда, чтобы поднять температуру поверхности воды до 80° в центре пруда, причем температура уменьшается к краю, где она составляет 32°. Установлено, что на глубине двух миль температура воды на экваторе почти такая же низкая, как на полюсах. Мы должны, следовательно, предположить, что температура воды в центре нашего пруда уменьшается от поверхности вниз, так что на глубине полдюйма вода имеет температуру 32°. Мы имеем в этом случае тонкий слой теплой воды толщиной полдюйма в центре, постепенно сходящий на нет к краю пруда. Самая легкая вода, заметьте, находится на поверхности, так что восходящее или нисходящее течение невозможно. Единственный способ, которым приложенное тепло может иметь какую-либо тенденцию к созданию движения, заключается в следующем: нагревание воды расширяет ее, следовательно, поверхность пруда должна стоять на немного более высоком уровне в центре, чем у края, где расширения не происходит; и поэтому, чтобы восстановить уровень пруда, вода в центре будет стремиться течь к краям. Но какова величина этой тенденции? Ее величина будет зависеть от величины уклона, но уклон в рассматриваемом случае составляет всего 1 к 7 340 000.

Эксперимент доктора Карпентера. — Чтобы обойти возражение против эксперимента профессора Буффа, доктор Карпентер разработал другой способ. Но я полагаю, что его эксперимент был предназначен скорее для иллюстрации того, как происходит циркуляция океана согласно его теории, чем для доказательства того, что она действительно происходит. Во всяком случае, все, на что можно претендовать в этом эксперименте, — это доказательство того, что вода будет циркулировать вследствие разницы в удельном весе, возникающей из-за разницы температур. Но это не требует доказательств, ибо ни один физик этого не отрицает. Пункт, который требует доказательства, заключается в следующем: достаточна ли разница в удельном весе, существующая в океане, для создания предполагаемой циркуляции? Теперь его способ экспериментирования не докажет этого, если только он не приведет свой эксперимент в соответствие с уже изложенными условиями.

Но я решительно возражаю против того, чтобы вода нагревалась так, как это было сделано им в его эксперименте перед Королевским географическим обществом; ибо я чувствую некоторую уверенность в том, что в этом эксперименте циркуляция возникла не из-за разницы в удельном весе, как предполагалось, а скорее из-за способа приложения тепла. В этом эксперименте одна половина толстой металлической пластины была приведена в контакт с верхней поверхностью воды на одном конце желоба; другая половина, выступающая над концом желоба, нагревалась с помощью спиртовой лампы. Совершенно очевидно, что хотя температура большой массы воды под пластиной могла не подниматься выше 80° или около того, молекулы, находящиеся в контакте с металлом, имели бы очень высокую температуру. Эти молекулы вследствие своего расширения не могли бы опуститься в более холодную и плотную воду под ними и, таким образом, избежать тепла, которое постоянно передавалось им от нагретой пластины. Но избежать они должны, иначе их температура продолжала бы расти, пока они в конечном итоге не превратились бы в пар. Они не могут подняться, и не могут опуститься: поэтому они должны быть вытеснены теплом от пластины в горизонтальном направлении. Следующий слой молекул снизу занял бы их место и был бы вытеснен аналогичным образом, и этот процесс продолжался бы до тех пор, пока тепло прикладывалось к пластине. Таким образом, циркуляция была бы установлена прямой силой расширения пара, а не в какой-либо степени из-за разницы в удельном весе, как предполагает доктор Карпентер.

Но если предположить, что нагретый стержень заменен куском льда, циркуляция, несомненно, имела бы место; но это не доказывает ничего, кроме того, что разница в плотности создаст циркуляцию, что никто не ставит под сомнение.

Случай, упомянутый доктором Карпентером, с отопительной установкой в Лондонском университете, также неудовлетворителен. Вода выходит из котла при 120° и возвращается в него при 80°. Разница в удельном весе между водой, выходящей из котла, и водой, возвращающейся в него, предположительно создает циркуляцию. Мне кажется, что эта разница в удельном весе не имеет никакого отношения к делу. Причину циркуляции следует искать в самом котле, а не в трубах. Тепло прикладывается к дну котла, а не к верху. Какова температура молекул, находящихся в контакте с дном котла непосредственно над огнем, — это вопрос, который должен быть рассмотрен, прежде чем мы сможем прийти к справедливому определению причин, вызывающих циркуляцию в трубах отопительной установки, такой как та, на которую ссылается доктор Карпентер. Но, в дополнение к этому, поскольку тепло прикладывается к дну котла, а не к верху, вступает в игру конвекция — причина, которая, как мы обнаружим, не вступает в игру в теории океанической циркуляции, рассматриваемой нами в настоящее время.

Сила, оказываемая гравитацией. — Доктор Карпентер говорит о своем учении об общей океанической циркуляции, поддерживаемой только разницей температур, «как о том, важность которого физические географы не могли признать, пока они оставались под доминирующей идеей, что температура глубокого моря везде составляет 39°». И он утверждает, что «пока не будет ясно понято, что морская вода становится все более плотной по мере снижения ее температуры, огромная движущая сила полярного холода не может быть понята». Но в гл. VII, а также в Phil. Mag. за октябрь 1870 и 1871 годов я доказал, что если мы возьмем 39° в качестве температуры максимальной плотности, сила, оказываемая гравитацией, стремящаяся создать циркуляцию, столь же велика, как и тогда, когда мы берем 32°. Причина этого заключается в том, что когда мы берем 32° в качестве температуры максимальной плотности, хотя у нас, правда, есть большее возвышение океана над местом максимальной плотности, последнее происходит на полюсах; в то время как, с другой стороны, когда мы берем 39°, разница уровней меньше — место находится не на полюсах, а примерно на 56° широты. Теперь, более короткий уклон от экватора до 56° широты столь же крут, как и больший от экватора до полюсов, и, следовательно, гравитация оказывает столько же силы в создании движения в одном случае, как и в другом. Сэр Джон Гершель, принимая 39° за температуру максимальной плотности, оценил уклон в 1/32 дюйма на милю, тогда как мы, принимая 32° за фактическую температуру максимальной плотности полярных морей и рассчитывая по современным данным, находим, что уклон составляет не половину этой величины, и что сила гравитации, стремящаяся создать циркуляцию, гораздо меньше, чем Гершель заключил. Причина, по которой физические географы не приняли теорию о том, что океаническая циркуляция является результатом разницы температур, не могла быть той, которую приписал доктор Карпентер, а именно: что они недооценили силу гравитации, приняв 39° вместо 32° за температуру максимальной плотности.

Работа, выполняемая гравитацией. — Но чтобы ясно понять этот момент, будет лучше рассмотреть дело согласно третьему методу и рассмотреть не просто силу гравитации, побуждающую воды, а количество работы, которую гравитация способна выполнить.

Давайте тогда предположим правильность моей оценки, что высота поверхности океана на экваторе над таковой на полюсах составляет 4 фута 6 дюймов, ибо при представлении способа, которым разница в удельном весе создает циркуляцию, не имеет значения, что мы можем принять за величину уклона. Поэтому, чтобы избежать дробей фута, я возьму уклон в 4 фута вместо 4½ футов, которые есть на самом деле. Фунт воды, стекая по этому уклону от экватора к любому из полюсов, совершит 4 фут-фунта работы; или, более правильно говоря, гравитация совершит ее. Теперь очевидно, что когда этот фунт воды достиг полюса, он находится в нижней точке уклона и, следовательно, не может опуститься дальше. Гравитация, следовательно, не может совершить над ним больше никакой работы; ибо она может сделать это только тогда, когда объект, на который воздействуют, продолжает опускаться — то есть движется под воздействием приложенной силы. Но вода не будет двигаться под влиянием гравитации, если только она не движется вниз; ибо только в этом направлении гравитация действует на воду. «Но, — говорит доктор Карпентер, — эффект поверхностного холода на воду полярного бассейна будет заключаться в снижении температуры всей ее массы ниже точки замерзания пресной воды, поверхностный слой опускается по мере охлаждения в силу своего уменьшенного объема и увеличенной плотности и замещается водой, еще не охлажденной до такой же степени». Благодаря охлаждению всей массы полярной воды холодом и нагреванию воды на экваторе солнечными лучами полярный столб воды, как мы видели, становится плотнее экваториального, и чтобы они могли уравновешивать друг друга, полярный столб обязательно короче экваториального на 4 фута; и именно так образуется уклон в 4 фута. Совершенно верно, что вода, которая покидает экватор теплой и легкой, становится к тому времени, когда достигает полюса, холодной и плотной. Но если она не плотнее подстилающей полярной воды, она не опустится сквозь нее. Нам не говорят, однако, почему она должна быть холоднее всей массы под ней, которая, по словам доктора Карпентера, охлаждается полярным холодом. Но то, что он действительно предполагает, что она опускается на дно вследствие своего сжатия холодом, следовало бы из следующей цитаты:—

«Пока не будет ясно осознано, что морская вода становится все более плотной по мере понижения ее температуры и что, следовательно, она продолжает опускаться, пока не замерзнет, невозможно понять огромную движущую силу полярного холода. Но когда это четко признано, становится ясно, что воздействие холода на поверхность по своей движущей силе в точности эквивалентно воздействию тепла на дно, благодаря которому поддерживается циркуляция воды в любом нагревательном приборе, использующем этот принцип» (§ 25).

Таким образом, воздействие холода на поверхность считается эквивалентным по движущей силе воздействию тепла на дно. Однако тепло, подведенное к дну сосуда, вызывает циркуляцию посредством конвекции. Оно заставляет молекулы у дна расширяться, и они вследствие плавучести поднимаются сквозь воду в сосуде. Следовательно, если действие холода на поверхность в полярных регионах эквивалентно действию тепла, холод должен сжимать молекулы на поверхности и заставлять их опускаться сквозь массу полярной воды под ними. Но если предположить, что именно это имеется в виду в только что процитированном отрывке, насколько холоднее поверхностная вода, чем вода под ней? Допустим, разница составляет один градус. Какую же работу совершит сила тяжести над этим фунтом воды, который на один градус холоднее массы под ним, предположительно имеющей температуру 32°? Сила, с которой фунт воды будет опускаться, будет пропорциональна не его весу, а разности весов между ним и равным объемом воды, сквозь которую он опускается. Разница между весом фунта воды при 31° и равного объема воды при 32° составляет 1/29 000 фунта. Теперь этот фунт воды при опускании на глубину 10 000 футов, что примерно соответствует глубине, на которой полярная температура обнаруживается на экваторе, совершил бы работу лишь в одну треть футо-фунта. И если предположить, что он на три градуса холоднее воды под ним, то при опускании он совершил бы работу лишь в один футо-фунт. Это дало бы нам всего 4 + 1 = 5 футо-фунтов в качестве общего количества работы, которая могла бы быть совершена силой тяжести над фунтом воды с того момента, как он покинул экватор, до возвращения в точку, из которой он начал движение. Количество работы, совершаемой при спуске по склону от экватора к полюсу и при опускании на глубину около 10 000 футов сквозь полярную воду, которая считается теплее поверхностной, охватывает общее количество работы, которое сила тяжести может совершить в принципе; таким образом, количество силы, полученное благодаря такому предположению сверх той, что извлекается из наклона, ничтожно.

По-видимому, однако, это вовсе не то, что имелось в виду. Доктор Карпентер, очевидно, подразумевает следующее: когда некоторое количество воды, скажем слой толщиной в один фут, стекает от экватора к полюсу, полярная колонна становится тяжелее экваториальной на вес этого дополнительного слоя. Слой воды, равный по количеству, поэтому вытесняется со дна колонны и устремляется в направлении экватора в виде глубинного течения, при этом полярная колонна одновременно опускается на один фут, пока равновесие между полярной и экваториальной колоннами не восстановится. Еще один фут воды теперь стекает на полярную колонну, и еще один фут воды вытесняется снизу, что, конечно, заставляет колонну опуститься еще на один фут. Поскольку тот же процесс постоянно повторяется, результатом является постоянное нисходящее движение полярной колонны. Или, возможно, чтобы выразить это более точно, благодаря постоянному потоку воды из экваториальных регионов вниз по склону вес полярной колонны постоянно поддерживается в избытке по сравнению с экваториальной; поэтому полярная колонна в стремлении восстановить равновесие находится в постоянном состоянии опускания. Отсюда он называет это «вертикальной» циркуляцией. Ниже приводится теория доктора Карпентера его собственными словами:—

«Действие холода на поверхностные воды каждой полярной области будет проявляться следующим образом:—

(a) В уменьшении высоты полярной колонны по сравнению с экваториальной, так что происходит понижение ее уровня, которое может быть компенсировано только поверхностным потоком от последней к первой.

(b) В создании избытка давления колонны вниз, когда этот приток восстанавливает ее уровень, в силу увеличения удельного веса, полученного ею при уменьшении объема; вследствие чего часть ее тяжелой придонной воды вытесняется в стороны, вызывая дальнейшее понижение уровня, что влечет за собой дополнительный приток более теплой и легкой воды, текущей к ее поверхности.

(c) В придании нисходящего движения каждому новому поверхностному слою по мере того, как его температура понижается; так что можно сказать, что вся колонна находится в состоянии постоянного опускания, подобно тому, как это происходит в воде высокого сосуда, когда в его дне делается отверстие, и вода, вытекающая через него, замещается эквивалентным количеством воды, вливаемой сверху в сосуд» (§ 23).

Но если это его теория, а это очевидно так, то 4 футо-фунта (количество работы, совершаемой при спуске воды по склону) охватывают всю работу, которую сила тяжести может совершить над фунтом воды при совершении им полного круга от экватора к полюсу и от полюса обратно к экватору.

Это, я полагаю, станет очевидным из следующих соображений. Когда фунт воды стекает от экватора к полюсу, он опускается на 4 фута и оказывается у подножия склона. У силы тяжести, следовательно, нет больше возможности тянуть его вниз на более низкий уровень. Он не будет опускаться сквозь полярную воду, ибо он не плотнее воды под ним, на которой он покоится. Но можно возразить, что, хотя он и не будет опускаться сквозь полярную воду, он тем не менее сделал полярную колонну тяжелее экваториальной, и этот избыток давления выталкивает фунт воды из-под низа и позволяет колонне опуститься. Предположим, можно утверждать, что некоторое количество воды стекает от экватора, повышая уровень полярной воды, скажем, на один фут. Полярная колонна теперь станет тяжелее экваториальной на вес одного фута воды. Давление этого одного фута, таким образом, вытеснит количество воды в стороны со дна и заставит всю колонну опуститься, пока уровень равновесия не будет восстановлен. Иными словами, полярная колонна опустится на один фут. Теперь при опускании этой колонны совершается работа силой тяжести. Определенное количество работы совершается силой тяжести, заставляющей воду стекать по склону от экватора к полюсу, и, в дополнение к этому, определенное количество совершается силой тяжести при вертикальном опускании колонны.

Я охотно признаю это разумным доводом и признаю, что столько-то приходится на склон, а столько-то — на вертикальное опускание воды. Но здесь мы подходим к самому важному моменту, а именно: существует ли полный склон в 4 фута и дополнительное вертикальное движение? Доктор Карпентер, по-видимому, приходит к выводу, что существует, и что эта вертикальная сила является чем-то дополнительным к силе, которую я вывожу из наклона. И здесь, осмелюсь думать, кроется коренная ошибка, в которую он впал относительно всего этого вопроса. Следует заметить, что когда вода циркулирует из-за разности удельного веса, это вертикальное движение является такой же реальной частью процесса, как и поток вниз по склону; но я настаиваю на том, что нет никакой дополнительной силы, извлекаемой из этого вертикального движения сверх той, что извлекается из полного наклона — или, иными словами, что этот primum mobile, который, по его словам, я упустил из виду, в действительности не существует.

Возможно, следующая диаграмма поможет сделать этот момент еще более ясным:—

Fig. 1.

Пусть P (рис. 1) будет поверхностью океана на полюсе, а E — поверхностью на экваторе; P O — колонна воды на полюсе, а E Q — колонна на экваторе. Две колонны равны по весу и уравновешивают друг друга; но так как полярная вода холоднее и, следовательно, плотнее экваториальной, полярная колонна короче экваториальной, причем разница в длине двух колонн составляет 4 фута. Поверхность океана на экваторе E на 4 фута выше поверхности океана на полюсе P; следовательно, существует склон в 4 фута от E к P. Молекулы воды в E стремятся стечь по этому склону к P. Количество работы, совершаемой силой тяжести при спуске фунта воды по этому склону от E к P, составляет, следовательно, 4 футо-фунта.

Но, конечно, не может быть постоянной циркуляции, пока сохраняется полный склон. Чтобы была циркуляция, полярная колонна должна быть тяжелее экваториальной. Но любое увеличение веса полярной колонны происходит за счет склона. По мере увеличения веса полярной колонны склон становится меньше. Это, однако, не меняет количества работы, совершаемой силой тяжести.

Предположим теперь, что вода стекала до тех пор, пока к полярной колонне не добавился один фут воды, а разница уровней, конечно, уменьшилась на один фут. Поверхность океана в этом случае будет теперь представлена пунктирной линией P′ E, а склон уменьшится с 4 футов до 3 футов. Предположим тогда, что фунт воды покидает E и стекает к P′; 3 футо-фунта будет количеством совершенной работы. Поскольку полярная колонна теперь слишком тяжела на величину массы воды P′ P толщиной в один фут, ее дополнительное давление заставляет массу воды, равную P′ P, вытекать в стороны со дна колонны. Колонна поэтому опускается на один фут, пока P′ не достигнет P. Теперь над фунтом воды при этом вертикальном опускании от P′ до P силой тяжести совершается работа в один футо-фунт; это, добавленное к 3 футо-фунтам, полученным от склона, дает в сумме 4 футо-фунта при прохождении от E к P′ и затем от P′ к P. Это то же самое количество работы, которое было бы совершено, если бы он опустился прямо от E к P. Подобным образом можно доказать, что 4 футо-фунта — это количество работы, совершаемой при опускании каждого фунта воды массы P′ P. Первый фунт, покинувший E, стек прямо по склону к P и совершил 4 футо-фунта работы. Последний фунт стек по склону E P′ и совершил только 3 футо-фунта; но при опускании от P′ до P он совершил оставшийся один футо-фунт. Фунт, покинувший экватор в момент, точно промежуточный между двумя, стек по 3½ футам склона и опустился вертикально на полфута. Какой бы путь ни выбрал фунт воды, к тому времени, как он достигнет P, будет совершено 4 футо-фунта работы. Но после достижения P никакая дальнейшая работа совершена быть не может.

Но некоторые спросят относительно вертикального движения: совершается ли работа только при опускании воды от P′ до P? Вода не может опуститься от P′ до P, будут настаивать они, если вся колонна P O под ней также не опустится. Но колонна P O опускается посредством силы тяжести. Почему же тогда, спросят они, опускание колонны не является движущей силой, столь же реальной, как опускание массы воды P′ P?

То, что ни сила, ни энергия не могут быть получены из простого опускания полярной колонны P O, доказуемо следующим образом: причина, по которой колонна P O опускается, заключается в том, что вследствие массы воды P′ P, покоящейся на ней, ее вес превышает вес экваториальной колонны E Q. Но сила, с которой колонна опускается, равна не весу колонны, а весу массы P′ P; следовательно, столько же работы было бы совершено силой тяжести при опускании одной только массы P′ P (одного фута воды), сколько и при опускании всей колонны P′ O высотой 10 000 футов. Предположим, что на каждую чашу весов положен груз в одну тонну: две чаши уравновешивают друг друга. Положим фунтовый груз на одну из чаш вместе с тонным грузом, и чаша опустится. Но она опускается не под давлением тонны и фунта, а только под давлением фунтового груза. При опускании чаши, скажем, на один фут, сила тяжести может совершить только один футо-фунт работы. Подобным образом, при опускании полярной колонны единственной доступной работой является работа массы P′ P, положенной на вершину колонны. Но следует заметить, что при опускании колонны от P′ до P, на расстояние в один фут, каждый фунт воды массы P′ P не совершает одного футо-фунта работы; ибо в тот момент, когда молекула воды достигает P, она перестает совершать дальнейшую работу. Молекулы на поверхности P′ опускаются на один фут, прежде чем достичь P; молекулы на полпути между P′ и P опускаются только на полфута, прежде чем достичь P, а молекулы на дне массы уже находятся в P и, следовательно, не могут совершить никакой работы. Среднее расстояние, на которое вся масса совершает работу, составляет, следовательно, полфута. Один футо-фунт на фунт воды представляет в данном случае количество работы, полученное от вертикального движения.

Что это так, становится еще более очевидным из следующих соображений. Прежде чем полярная колонна начинает опускаться, она тяжелее экваториальной на вес одного фута воды; но когда колонна опустилась на полфута, полярная колонна тяжелее экваториальной на вес всего лишь полуфута воды; и по мере того, как колонна продолжает опускаться, сила, с которой она опускается, продолжает уменьшаться, и когда она опускается до P, сила становится равной нулю. Следовательно, среднее давление или вес, с которым опускался один фут воды P′ P, был равен давлению слоя воды в полфута; иными словами, каждый фунт воды, если рассматривать массу в целом, опускался с давлением или весом в полфунта. Но полфунта, опускающиеся на один фут, совершают полфуто-фунта; так что, рассматриваем ли мы полное давление, действующее на среднем расстоянии, или среднее давление, действующее на полном расстоянии, мы получаем один и тот же результат, а именно: полфуто-фунта в качестве работы вертикального опускания.

Теперь окажется, как мы вскоре увидим, что если мы рассчитаем среднее количество работы, совершаемой при спуске по склону от экватора к полюсу, то это будет 3½ футо-фунта на фунт воды. Вода на дне массы P P′ двигалась, конечно, по полному склону E P в 4 фута. Вода на вершине массы, которая опустилась от E до P′, прошла склон только в 3 фута. Средний спуск всей массы составляет, следовательно, 3½ фута. И это дает 3½ футо-фунта в качестве среднего количества работы на фунт воды при спуске по склону; это, добавленное к полуфуто-фунту, полученному от вертикального опускания, дает 4 футо-фунта в качестве общего количества работы на фунт массы.

В приведенных выше рассуждениях я предположил, что один фут воды накопился на полярной колонне до того, как произошло какое-либо вертикальное опускание. Излишне говорить, что к тому же выводу, а именно, что общее количество совершенной работы составляет 4 футо-фунта на фунт воды, мы пришли бы, если бы предположили, что на полярной колонне накопилось 2 фута, 3 фута или даже 4 фута воды до того, как началось вертикальное движение.

Я также, в соответствии со способом представления операции доктором Карпентером, рассматривал два эффекта, а именно: стекание воды по склону и вертикальное опускание полярной колонны как происходящие попеременно. В природе, однако, оба эффекта происходят одновременно; но излишне добавлять, что количество совершенной работы было бы тем же самым, происходили ли эффекты попеременно или одновременно.

Я также представил уровень океана на экваторе как остающийся постоянным, в то время как изменения уровня происходили на полюсе. Но при представлении операции так, как она фактически происходила бы в природе, нам следовало бы считать, что экваториальная колонна понижается по мере того, как полярная поднимается. Мы должны были бы, например, считать, что один фут воды P′ P, помещенный на полярную колонну, — это столько же, сколько снято с экваториальной колонны. Но рассматривая проблему таким образом, мы приходим к точно таким же результатам, как и прежде.

Пусть P (рис. 2), как и на рис. 1, будет поверхностью океана на полюсе, а E — поверхностью на экваторе, при этом имеется склон в 4 фута от E к P. Предположим теперь, что некоторое количество воды, E E′, скажем, толщиной в один фут, стекает с экваториальных регионов вниз на полярные. Это, таким образом, понизит уровень экваториальной колонны на один фут и повысит уровень полярной колонны на ту же величину. Я могу, однако, заметить, что один фут воды при прохождении от E к P уменьшил бы свою температуру с 80° до 32°, и это вызвало бы небольшое сжатие. Но так как вес массы не изменился бы, для упрощения наших рассуждений мы можем оставить это сжатие без внимания. Любой может легко убедиться, что предположение о том, что E E′ равно P′ P, никоим образом не влияет на рассматриваемый вопрос — единственным эффектом сжатия было бы увеличение на бесконечно малую величину работы, совершаемой при спуске по склону, и уменьшение на столь же бесконечно малую величину работы, совершаемой при вертикальном опускании. Если, например, 3 футо-фунта представляют количество работы, совершаемой при спуске по склону, и один футо-фунт — количество, совершаемое при вертикальном опускании, при условии, что E′ E не сжимается при прохождении к полюсу, то 3,0024 футо-фунта будут представлять работу склона, а 0,9976 футо-фунта — работу вертикального опускания, когда сделана поправка на сжатие. Но общее количество совершенной работы в обоих случаях одинаково. Следовательно, для упрощения наших рассуждений нам позволительно предположить, что P′ P равно E E′.

Fig. 2.

Поскольку склон E P равен 4 футам, склон E′ P′ составляет, следовательно, 2 фута; средний склон для всей массы составляет, таким образом, 3 фута. Среднее количество работы, совершаемой при опускании массы, будет, конечно, 3 футо-фунта на фунт воды. Количество работы, совершаемой при вертикальном опускании P′ P, должно, следовательно, составлять один футо-фунт на фунт. Что это именно такое количество, станет очевидным из следующего: перенос одного фута воды из экваториальной колонны в полярную нарушает равновесие, делая экваториальную колонну слишком легкой на один фут воды, а полярную колонну — слишком тяжелой на ту же величину. Полярная колонна поэтому будет стремиться опуститься, а экваториальная — подняться, пока равновесие не будет восстановлено. Разница веса двух колонн, равная 2 футам воды, заставит полярную колонну начать опускаться с давлением в 2 фута воды; а экваториальная колонна начнет подниматься с равным количеством давления. Когда полярная колонна опустится на полфута, экваториальная колонна поднимется на полфута. Давление опускающейся полярной колонны теперь уменьшится до одного фута воды. И когда полярная колонна опустится еще на один фут, P′ достигнет P, а E′ достигнет E; две колонны тогда будут в равновесии. Отсюда следует, что среднее давление, с которым полярная колонна опускалась на один фут, было равно давлению одного фута воды. Следовательно, среднее количество работы, совершаемой при опускании массы, было равно одному футо-фунту на фунт воды; это, добавленное к 3 футо-фунтам, полученным от склона, дает в сумме 4 футо-фунта.

Как бы мы ни рассматривали этот вопрос, мы приходим к выводу, что если 4 фута представляют величину склона между экваториальной и полярной колоннами, когда они находятся в равновесии, то 4 футо-фунта — это общее количество работы, которую сила тяжести может совершить над фунтом воды, преодолевая сопротивление движению при его прохождении от экватора к полюсу вниз по склону, а затем при его вертикальном опускании на дно океана.

Но ответят, что опускается не только один фут воды P′ P, но опускается также вся колонна P O длиной 10 000 футов. Что же тогда, спросят, становится с силой, которую сила тяжести оказывает при опускании этой колонны? Мы вскоре увидим, что эта сила полностью расходуется на работу против силы тяжести в других частях цепи; так что ни один футо-фунт этой силы не идет на преодоление сцепления, трения и других сопротивлений; вся она тратится на противодействие усилиям, которые сила тяжести оказывает, чтобы остановить течение в другой части цепи.

Теперь я рассмотрю следующую часть движения, а именно: нижнее или обратное течение со дна полярной колонны к дну экваториальной колонны. Что производит это течение? Излишне говорить, что оно не может быть вызвано непосредственно силой тяжести. Гравитация не может непосредственно тянуть какое-либо тело горизонтально вдоль поверхности Земли. Вода, образующая это течение, выталкивается в стороны весом полярной колонны и течет, или, вернее, проталкивается к экватору, чтобы заполнить пустоту, вызванную подъемом экваториальной колонны. Существует постоянный поток воды от экватора к полюсам вдоль поверхности, и этот отток воды от экватора восполняется нижним или обратным течением от полюсов. Но единственная сила, которая может гнать воду со дна полярной колонны к дну экваториальной колонны, — это давление полярной колонны. Но откуда полярная колонна берет свое давление? Она может давить лишь в той мере, в какой ее вес превышает вес экваториальной колонны. То, что оказывает давление, — это, следовательно, масса воды, которая стекала по склону от экватора на полярную колонну. В данном случае именно вертикальное движение вызывает это нижнее течение. Энергия, которая производит это течение, должна, следовательно, быть получена из 4 футо-фунтов, возникающих в результате наклона; ибо энергия вертикального движения, как уже было доказано, берется из этого источника; или, иными словами, какую бы силу ни оказывало это вертикальное движение, она вычитается из 4 футо-фунтов, полученных от полного наклона.

Рассмотрим теперь четвертое и последнее движение, а именно: подъем нижнего течения к поверхности океана на экваторе. Когда это холодное нижнее течение достигает экваториальных регионов, оно поднимается к поверхности в ту точку, откуда оно первоначально начало свой путь. Что же тогда поднимает воду со дна экваториальной колонны к ее вершине? Это не может быть сделано непосредственно ни теплом, ни силой тяжести. Когда тепло, например, подводится к дну сосуда, нагретая вода у дна расширяется и, становясь легче воды выше, поднимается сквозь нее к поверхности; но если тепло подводится к поверхности воды, а не к дну, тепло не вызовет восходящего течения. Оно будет скорее стремиться предотвратить такое течение, чем вызвать его — причина в том, что каждый последующий слой воды будет из-за подведенного тепла становиться горячее и, следовательно, легче слоя под ним, и холоднее и, следовательно, тяжелее слоя над ним. Поэтому он не может подняться, потому что он слишком тяжел; и не может опуститься, потому что он слишком легок. Но море в экваториальных регионах нагревается сверху, а не снизу; следовательно, вода у дна не поднимается к поверхности на экваторе в силу какого-либо тепла, которое она получает. Слой воды никогда не может поднять температуру слоя под ним до более высокой температуры, чем он сам; и поскольку он не может этого сделать, он не может сделать слой под ним легче себя. То, что поднимает воду на экваторе, согласно теории доктора Карпентера, должно быть нисходящим давлением полярной колонны. Когда вода стекает по склону от экватора к полюсу, полярная колонна, как мы видели, становится слишком тяжелой, а экваториальная — слишком легкой; первая тогда опускается, а вторая поднимается. Именно опускание полярной колонны поднимает экваториальную. Когда полярная колонна опускается, столько же воды вдавливается под экваториальную колонну, сколько вытесняется из-под полярной колонны. Если один фут воды вытесняется из-под полярной колонны, фут воды вдавливается под экваториальную колонну. Таким образом, когда полярная колонна опускается на фут, экваториальная колонна поднимается на ту же величину. Экваториальная вода продолжает стекать по склону, полярная колонна опускается: фут воды снова вытесняется из-под полярной колонны, и фут вдавливается под экваториальную. По мере того как фут за футом удаляется таким образом со дна полярной колонны, пока она опускается, фут за футом проталкивается под экваториальную колонну, пока она поднимается; таким образом, вода на поверхности океана в полярных регионах опускается на дно, а вода на дне в экваториальных регионах поднимается к поверхности — эффект солнечного тепла и полярного холода продолжает, конечно, поддерживать поверхность океана в экваториальных регионах на более высоком уровне, чем на полюсах, и тем самым поддерживать постоянное состояние нарушенного равновесия. Или, чтобы выразить это словами самого доктора Карпентера: «Холодная и плотная полярная вода, втекая у дна экваториальной колонны, не займет непосредственно место той, которая была удалена с поверхности; но это место будет заполнено подъемом всей вышележащей колонны, которая, будучи теплее, также легче холодного слоя под ней. Каждое новое поступление с полюсов займет свое место ниже того, которое предшествует ему, поскольку его температура будет в меньшей степени затронута контактом с более теплой водой над ним. Таким образом, восходящее движение будет передано всей экваториальной колонне, и в свое время каждая ее часть попадет под влияние поверхностного тепла солнца» [73].

Но агент, который поднимает воду нижнего течения к поверхности, — это давление полярной колонны. Экваториальная колонна не может подняться непосредственно с помощью силы тяжести. Сила тяжести, вместо того чтобы поднимать колонну, направляет все свои усилия на то, чтобы предотвратить ее подъем. Сила тяжести здесь — это сила, действующая против течения. Именно опускание полярной колонны, как было сказано, поднимает экваториальную колонну. Следовательно, все количество работы, совершаемой силой тяжести при опускании полярной колонны, тратится на поднятие экваториальной колонны. Сила тяжести совершает ровно столько же работы, предотвращая движение в экваториальной колонне, сколько она совершает, производя движение в полярной колонне; так что, что касается вертикальных частей циркуляции доктора Карпентера, можно сказать, что сила тяжести не производит движения и не предотвращает его. И это замечание, заметьте, относится не только к P O и E Q, но также к частям P′ P и E E′ двух колонн. Когда масса воды E E′, скажем, глубиной в один фут, удаляется с экваториальной колонны и помещается на полярную колонну, последняя колонна становится тяжелее первой на вес двух футов воды. Сила тяжести тогда оказывает большее усилие, притягивая полярную колонну вниз, чем она делает, предотвращая подъем экваториальной колонны; и следствием этого является то, что полярная колонна начинает опускаться, а экваториальная — подниматься. Но по мере того как полярная колонна продолжает опускаться, а экваториальная — подниматься, способность силы тяжести производить движение в полярной колонне уменьшается, а способность силы тяжести предотвращать движение в экваториальной колонне увеличивается; и когда P′ опускается до P, а E′ поднимается до E, способность силы тяжести предотвращать движение в экваториальной колонне становится в точности равной способности силы тяжести производить движение в полярной колонне, и, следовательно, движение прекращается. Отсюда следует, что все количество работы, совершаемой при опускании P′ P, тратится на поднятие E′ E против силы тяжести.

Отсюда также следует, что неровности морского дна никак не могут способствовать циркуляции; ибо хотя холодное нижнее течение в своем продвижении и натолкнется на глубокую впадину, заполненную водой, менее плотной, чем оно само, оно, несомненно, опустится на дно углубления; однако прежде чем оно сможет выбраться оттуда, придется совершить столько же работы против силы тяжести, сколько было совершено силой тяжести при его опускании. Но хотя неровности дна океана не способствовали бы течению, они, тем не менее, значительно замедляли бы его из-за препятствий, которые они создавали бы для движения воды.

Мы предполагали, что вес P′ P равен весу E E′; но масса P′ P должна быть больше E E′, потому что P′ P должна не только поднять E E′, но и привести в движение нижнее течение — протолкнуть воду вдоль морского дна от полюса к экватору. Так что мы должны иметь массу воды, в дополнение к P′ P, помещенную на полярную колонну, чтобы позволить ей произвести нижнее течение в дополнение к подъему экваториальной колонны.

Отсюда также следует, что количество работы, которое может быть совершено силой тяжести, зависит исключительно от разности температур между экваториальными и полярными водами и полностью не зависит от того, как температура может убывать от экватора к полюсам. Предположим, в согласии с идеей доктора Карпентера [74], что экваториальное тепло и полярный холод ограничены определенными областями, и что в промежуточном пространстве не наблюдается большой разницы температур. Такое устройство не увеличило бы количество работы, которую могла бы совершить сила тяжести; оно просто сделало бы склон более крутым на двух крайностях и более пологим в промежуточном пространстве. Это, несомненно, способствовало бы поверхностному потоку воды вблизи экватора и полюсов, но в соответствующей степени замедлило бы поток воды в промежуточных регионах. Короче говоря, это лишь разрушило бы однородность склона, ни в малейшей степени не способствуя общему движению воды.

Поэтому доказуемо, что энергия, извлекаемая из полного наклона, каким бы этот наклон ни был, охватывает все, что можно получить от силы тяжести.

Нельзя выдвинуть в качестве возражения против того, что было изложено, то, что я определил лишь количество силы, действующей на воду на поверхности океана, а не на воду на всех глубинах — что я оценил количество работы, которую сила тяжести может совершить над данным количеством воды на поверхности, но не общее количество работы, которую сила тяжести может совершить над всем океаном. Это возражение не выдерживает критики, потому что именно на поверхности океана существует наибольшая разница температур, а следовательно, и плотности, между экваториальными и полярными водами, и поэтому именно там сила тяжести оказывает свое наибольшее воздействие. И если сила тяжести не способна перемещать воду на поверхности, она тем более не способна делать это под поверхностью. Что касается рассматриваемого вопроса, любые расчеты относительно количества силы, оказываемой силой тяжести на различных глубинах, излишни.

Утверждается также, что ветры не могут вызвать вертикальное течение, за исключением некоторых весьма специфических условий. Мы уже видели, что, согласно теории доктора Карпентера, вертикальное движение вызывается водой, стекающей с экваториальной колонны вниз по склону на полярную колонну, тем самым разрушая равновесие между ними путем уменьшения веса экваториальной колонны и увеличения веса полярной колонны. Чтобы равновесие было восстановлено, полярная колонна опускается, а экваториальная поднимается. Но не должен ли тот же эффект происходить, если предположить, что вода переносится из одной колонны в другую под влиянием ветров, а не под влиянием силы тяжести? Вертикальное опускание и подъем этих колонн зависят исключительно от разницы в их весах, а не от природы агента, который создает эту разницу. Что касается разницы веса, 2 фута воды, прогнанные вниз по склону от экваториальной колонны к полярной ветрами, произведут точно такой же эффект, как если бы они были прогнаны силой тяжести. Если вертикальное движение следует как необходимое следствие переноса воды от экватора к полюсам силой тяжести, оно следует в равной степени как необходимое следствие того же переноса ветрами; так что нельзя быть свободным в том, чтобы отстаивать вертикальную циркуляцию в одном случае и отрицать ее в другом.

Гравитационная теория Гибралтарского течения. — Если разница удельного веса не может объяснить течения океана в целом, то она, безусловно, еще более решительно не может объяснить Гибралтарское течение. Существование подводного хребта между мысами Трафальгар и Спартель, как было показано в Phil. Mag. за октябрь 1871 г., стр. 269, влияет на течения, возникающие в результате разницы удельного веса, таким образом, который, по-видимому, не приходил в голову доктору Карпентеру. Давление воды и других жидкостей не похоже на давление твердого тела — не похоже на давление груза на чаше весов, просто давление вниз. Жидкости давят вниз, как и твердые тела, но они также давят в стороны. Давление воды является гидростатическим. Если мы наполним бассейн водой или любой другой жидкостью, жидкость останется в идеальном равновесии при условии, что стенки бассейна достаточно прочны, чтобы противостоять давлению. Средиземное море и Атлантику, вплоть до уровня упомянутого подводного хребта, можно рассматривать как огромные бассейны, стенки которых достаточно прочны, чтобы противостоять любому давлению. Отсюда следует, что, насколько бы плотнее ни была вода Средиземного моря, чем вода Атлантики, только вода выше уровня хребта может оказывать какое-либо влияние в плане нарушения равновесия, чтобы уровень Средиземного моря был ниже уровня Атлантики. Вода Атлантики ниже уровня этого хребта могла бы быть легкой, как воздух, а вода Средиземного моря — тяжелой, как расплавленный свинец, но это не могло бы вызвать нарушения равновесия; и если нет разницы в плотности между водами Атлантики и Средиземного моря от поверхности до уровня вершины хребта, то не может быть ничего, что вызвало бы циркуляцию, которую предполагает доктор Карпентер. Предположим, оба бассейна пусты, и плотная вода наливается в Средиземное море, а менее плотная вода — в Атлантику, пока они оба не заполнятся до уровня хребта; очевидно, что более тяжелая вода в одном бассейне не может оказать никакого влияния на повышение уровня более легкой воды в другом бассейне, так как все давление несут на себе стенки бассейнов. Но если мы продолжим вливать воду, пока поверхность не поднимется, скажем, на один фут выше уровня хребта, то нет ничего, что могло бы противостоять боковому давлению этого одного фута воды в Средиземном море, кроме противодействующего давления одного фута в Атлантике. Но так как вода Средиземного моря плотнее воды Атлантики, этот один фут воды, следовательно, окажет большее давление, чем один фут воды Атлантики. Мы должны поэтому продолжать вливать больше воды в Атлантику, пока ее боковое давление не сравняется с давлением Средиземного моря. Два моря тогда будут в равновесии, но поверхность Атлантики, конечно, будет на более высоком уровне, чем поверхность Средиземного моря. Разница уровней будет пропорциональна разнице в плотности вод двух морей. Но здесь мы подходим к важному моменту. При определении разницы уровней между двумя морями, или, что то же самое, разницы уровней между колонной Атлантики и колонной Средиземного моря, мы должны принимать во внимание только ту воду, которая лежит выше уровня хребта. Если над хребтом есть один фут воды, то существует разница уровней, пропорциональная разнице давлений между одним футом воды двух морей. Если над уровнем хребта есть 2 фута, 3 фута или любое количество футов воды, разница уровней пропорциональна 2 футам, 3 футам или любому количеству футов воды, которое может быть над хребтом. Если, например, 13 должно представлять плотность воды Средиземного моря, а 12 — плотность воды Атлантики, то если бы в Средиземном море был один фут воды над уровнем хребта, в Атлантике потребовался бы один фут один дюйм воды над хребтом, чтобы они могли быть в равновесии. Разница уровней составила бы, следовательно, один дюйм. Если бы было 2 фута воды, разница уровней составила бы 2 дюйма; если 3 фута, разница составила бы 3 дюйма и так далее. И это следовало бы независимо от того, какой могла бы быть фактическая глубина двух бассейнов; вода ниже уровня хребта не оказывает никакого влияния на уровень поверхности.

Принимая собственные данные доктора Карпентера о плотности вод Средиземного моря и Атлантики, какова же тогда разница в плотности? Подводный хребет подходит на расстояние 167 морских саженей к поверхности; скажем, в круглых числах, на расстояние 1000 футов. Каковы плотности двух бассейнов на глубине до 1000 футов? Согласно доктору Карпентеру, разница невелика, если она вообще есть. Его собственные слова по этому поводу таковы: «Сравнение этих результатов не оставляет сомнений в том, что в воде Средиземного моря существует избыток солености по сравнению с Атлантикой; но что этот избыток незначителен в поверхностной воде, в то время как несколько больше в более глубокой воде» (§ 7). «Далее, при исследовании проб воды, взятых с поверхности, со 100 саженей, с 250 саженей и с 400 саженей соответственно, было обнаружено, что, хотя первые две имели характерную температуру и плотность воды Атлантики, последние две имели характеристики и плотность воды Средиземного моря» (§ 13). Здесь, по крайней мере до глубины 100 саженей или 600 футов, существует небольшая разница в плотности между водами двух бассейнов. Следовательно, на глубине до 600 футов нет ничего, что могло бы вызвать какое-либо заметное нарушение равновесия. Если и есть какое-либо заметное нарушение равновесия, то оно должно быть следствием разницы плотности, которая может существовать между глубинами 600 футов и поверхностью хребта. Мы не имеем дела с какой-либо разницей, которая может существовать между водой Средиземного моря и Атлантики ниже хребта; вода в бассейне Средиземного моря ниже 1000 футов может быть тяжелой, как ртуть, но это не может оказать никакого влияния на нарушение равновесия. Вода на глубине до 600 футов имеет одинаковую плотность в обоих морях, поэтому длина двух колонн, действующих друг на друга, сокращается до 400 футов — то есть до того слоя воды, который лежит на глубине от 600 до поверхности хребта в 1000 футах ниже поверхности. Но, чтобы отдать должное теории, мы возьмем средиземноморский слой с плотностью глубокой воды Средиземного моря, которую он определил примерно как 1,029, а плотность атлантического слоя — как 1,026. Разница плотности между двумя колоннами составляет, следовательно, 0,003. Следовательно, если высота средиземноморской колонны составляет 400 футов, она будет уравновешена атлантической колонной в 401,2 фута; разница уровней между Средиземным морем и Атлантикой, следовательно, не может быть более 1,2 фута. Количество работы, которое может быть совершено силой тяжести в случае Гибралтарского течения, немногим более одного футо-фунта на фунт воды, количество энергии, очевидно, недостаточное для создания течения.

Правда, в своей последней экспедиции доктор Карпентер обнаружил, что придонная вода на хребте несколько плотнее атлантической воды на той же глубине, первая — 1,0292, а вторая — 1,0265; но она также оказалась плотнее средиземноморской воды на той же глубине. Он обнаружил, например, что «плотная средиземноморская вода лежит примерно на 100 саженей ближе к поверхности над 300-саженным дном, чем там, где дно опускается более чем на 500 саженей» (§ 51). Но любой избыток плотности, который мог бы существовать на хребте, не имел бы никакой тенденции заставить средиземноморскую колонну преобладать над атлантической колонной, точно так же, как груз, помещенный над точкой опоры весов, не имел бы тенденции заставить одну чашу перевесить другую.

Если упомянутое возражение обосновано, оно показывает механическую невозможность теории. Оно доказывает, что независимо от того, существует ли нижнее течение или нет, или переносится ли плотная вода, лежащая в глубокой впадине Средиземного моря, через подводный хребет в Атлантику или нет, объяснение, предложенное доктором Карпентером, является таким, которое не может быть принято. На нем лежит обязанность объяснить либо (1) как почти бесконечно малая разница плотности, существующая между колоннами Атлантики и Средиземного моря до уровня хребта, может вызвать верхнее и нижнее течения, переносящие глубокую и плотную воду Средиземного моря через хребет, либо (2) как все это может быть сделано посредством разницы плотности, существующей ниже уровня хребта. [75] Что на самом деле является истинной причиной Гибралтарского течения, будет рассмотрено в гл. XIII.

Балтийское течение. — Вход в Балтийское море в некоторых местах имеет глубину не более 50 или 60 футов. Из этого, следовательно, следует, исходя из того, что уже было доказано в отношении Гибралтарского течения, что влияние силы тяжести должно быть еще меньшим в создании течения в Балтийском проливе, чем в Гибралтарском проливе.

ГЛАВА X. ИССЛЕДОВАНИЕ ГРАВИТАЦИОННОЙ ТЕОРИИ ОКЕАНИЧЕСКОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ. — ТЕОРИЯ ДОКТОРА КАРПЕНТЕРА. — РАССМОТРЕНИЕ ВОЗРАЖЕНИЙ.

Modus Operandi of the Matter.—Polar Cold considered by Dr. Carpenter the Primum Mobile.—Supposed Influence of Heat derived from the Earth’s Crust.—Circulation without Difference of Level.—A Confusion of Ideas in Reference to the supposed Agency of Polar Cold.—M. Dubuat’s Experiments.—A Begging of the Question at Issue.—Pressure as a Cause of Circulation.

В предыдущей главе, содержание которой появилось в Phil. Mag. за октябрь 1871 года, я представил способ, которым разница удельного веса производит циркуляцию. Но доктор Карпентер, по-видимому, считает, что есть некоторые важные моменты, которые я упустил из виду. Их я теперь перейду к рассмотрению в деталях.

«Весь способ рассмотрения предмета мистером Кроллом», — говорит он, — «настолько отличается от того, который, как мне кажется, он требует, и он настолько полностью неверно понял мой собственный взгляд на вопрос, что я считаю необходимым представить его в более полных деталях, чтобы физики и математики, имея обе стороны полностью перед собой, могли судить между нами» (§ 26). [76]

Затем он ссылается на момент, настолько очевидный, что едва ли требует рассмотрения, а именно: эффект, который возникает, когда поверхность всей площади озера или пруда охлаждается. Вся поверхностная пленка, охлаждаясь одновременно, опускается сквозь подлежащую воду, и новая пленка из более теплого слоя непосредственно под поверхностью поднимается на ее место. Охлаждаясь в свою очередь, она опускается, и так далее. Затем он рассматривает, что происходит, когда охлаждается только часть поверхности пруда, и показывает, что в этом случае поверхностная пленка, которая опускается, замещается не снизу, а притоком из соседней области.

«То, что это должно быть так», — говорит доктор Карпентер, — «кажется мне настолько самоочевидным, что я удивлен, что любой человек, знакомый с принципами физической науки, должен колебаться в признании этого, тем более что он должен прямо отрицать это. Но поскольку другие могут испытывать те же трудности, что и мистер Кролл, возможно, стоит мне представить этот случай в форме еще более элементарной простоты» (§ 29).

Затем, чтобы показать способ, которым происходит общая океаническая циркуляция, он предполагает два цилиндрических сосуда, W и C, равного размера, наполненных морской водой. Цилиндр W представляет экваториальную колонну, и температура воды в нем поддерживается на уровне 60°; в то время как вода в другом цилиндре C, представляющем полярную колонну, поддерживается при температуре 30° посредством постоянного воздействия холода сверху. Свободное сообщение поддерживается между двумя цилиндрами сверху и снизу; и вода в холодном цилиндре, будучи в силу своей низкой температуры плотнее воды в теплом цилиндре, две колонны, следовательно, не находятся в статическом равновесии. Холодная, а значит, более тяжелая колонна стремится вызвать отток воды со своего дна к дну теплой колонны, который замещается притоком с вершины теплой колонны к вершине холодной колонны. Фактически, мы имеем простое повторение того, что он приводил снова и снова в своих различных мемуарах по этому вопросу. Но зачем так неоднократно вдаваться в modus operandi этого дела? Кто испытывает какие-либо трудности в понимании того, как производится циркуляция?

Полярный холод как primum mobile по мнению доктора Карпентера. — Очевидно, что доктор Карпентер полагает, будто обнаружил в полярном холоде движущую силу, значение которой для создания общей океанической циркуляции упускалось из виду физиками; именно с целью развития своих идей по этому вопросу он столь полно и часто излагал свою теорию. «Если я и сделал что-то, — говорит он, — для укрепления этого учения, так это показал, что именно полярный холод, а не экваториальное тепло, является primum mobile этой циркуляции».

Влияние солнца на нагрев вод в межтропических морях, согласно взглядам доктора Карпентера, не имеет большого значения. Действующую причину движения он усматривает в холоде, а не в тепле. Фактически он доходит до утверждения, что как сила, вызывающая общий обмен между экваториальными и полярными водами, эффект полярного холода настолько превосходит эффект межтропического тепла, что влиянием последнего можно практически пренебречь.

«Предположим, — говорит он, — два бассейна океанской воды, соединенных проливом и помещенных в столь разные климатические условия, что поверхность одного подвергается нагревающему воздействию тропического солнца, в то время как поверхность другого подвергается экстремальному холоду безсолнечной полярной зимы. Эффект поверхностного тепла на воду тропического бассейна будет по большей части ограничен (как я покажу далее) его самым верхним слоем и здесь может практически не приниматься во внимание».

Идея доктора Карпентера относительно эффективности холода в создании движения представляется мне не только противоречащей общепринятым взглядам на этот предмет, но и полностью несовместимой с обычными принципами механики. На самом деле, существует так много моментов, в которых теория доктора Карпентера о «общей вертикальной океанической циркуляции» отличается от общепринятых взглядов на предмет циркуляции посредством разности удельного веса, что я счел целесообразным довольно подробно рассмотреть механику этой теории, тем более что он неоднократно утверждал, будто выдающиеся физики согласны с тем, что он выдвинул по этому вопросу.

Согласно общепринятой теории, циркуляция обусловлена разностью плотности между морем в экваториальных и полярных регионах. Реальной действующей причиной является гравитация; но гравитация не может действовать, когда нет разности удельного веса. Если бы море имело одинаковую плотность от полюсов до экватора, гравитация не могла бы оказывать никакого влияния на создание циркуляции; и то влияние, которым она обладает, пропорционально разности плотности. Но разность плотности между экваториальными и полярными водами, в свою очередь, обусловлена не абсолютно ни полярным холодом, ни тропическим теплом, а обоими — или, другими словами, разностью температур между полярными и экваториальными морями. Эта разность, по самой природе вещей, должна быть в такой же мере результатом экваториального тепла, как и полярного холода. Если бы море в экваториальных регионах не нагревалось солнцем так же быстро, как море в полярных регионах охлаждается, разность температур между ними, а следовательно, и разность плотности, уменьшалась бы и со временем исчезла бы вовсе. Как уже было показано, необходимым следствием является то, что вода, текущая из экваториальных регионов в полярные, должна компенсироваться равным количеством, текущим из полярных в экваториальные. Теперь, если бы вода, текущая из полярных в экваториальные регионы, не нагревалась так же быстро, как вода, текущая из экваториальных в полярные регионы, охлаждается, экваториальные моря постепенно становились бы все холоднее и холоднее, пока между ними и полярными океанами не исчезла бы ощутимая разность температур. Фактически, равенство этих двух скоростей необходимо для самого существования такой общей циркуляции, какую отстаивает доктор Карпентер. Если он признает, что отстаиваемый им общий обмен экваториальной и полярной водой вызван разностью плотности между водой на экваторе и на полюсах, возникающей из-за разности температур, то он должен также признать, что эта разность плотности в такой же мере обусловлена нагреванием экваториальной воды солнцем, как и охлаждением полярной воды посредством излучения и другими средствами — или, другими словами, что она в такой же мере обусловлена экваториальным теплом, как и полярным холодом. И если это так, то не может быть правдой, что полярный холод, а не экваториальное тепло, является «primum mobile» этой циркуляции; и тем более не может быть правдой, что нагревание экваториальной воды солнцем имеет столь малое значение, что им можно «практически пренебречь».

Предполагаемое влияние тепла, исходящего из земной коры. — Существует, согласно доктору Карпентеру, еще один агент, участвующий в создании общей океанической циркуляции, а именно тепло, получаемое дном океана от земной коры. У нас нет оснований полагать, что количество внутреннего тепла, проходящего через земную кору, больше в одной части земного шара, чем в другой; также у нас нет оснований заключать, что дно межтропических морей получает больше тепла от земной коры, чем дно морей в полярных регионах. Но если полярные моря получают столько же тепла из этого источника, сколько моря в тропиках, то разность плотности между ними никак не может быть обусловлена теплом, полученным от земной коры; а раз это так, механически невозможно, чтобы внутреннее тепло могло быть причиной возникновения общей океанической циркуляции.

Циркуляция без разности уровней. — Существует еще одна часть теории, которая кажется мне несовместимой с механикой. Утверждается, что эта общая циркуляция происходит без какой-либо разности уровней между экватором и полюсами. Ссылаясь на случай двух цилиндров W и C, которые представляют соответственно экваториальную и полярную колонны, доктор Карпентер говорит:

«Сила, которая таким образом поднимет всю колонну воды в W, — это та, что вызывает опускание всей колонны в C, а именно избыток гравитации, постоянно действующий в C, — при этом уровни двух колонн, а следовательно, и их высоты, поддерживаются в постоянном равенстве благодаря свободному прохождению поверхностной воды из W в C».

«Однако все рассуждение мистера Кролла по этому вопросу, — продолжает он, — исходит из предположения, что уровни полярной и экваториальной колонн не поддерживаются в равенстве и т. д.» (§ 30). И далее: «Теперь, далеко не утверждая (как это сделал капитан Мори), что ничтожная разность уровней, возникающая из-за неравенства температур, адекватна для создания океанских течений, я просто утверждаю, что по мере того, как уровень нарушается изменением температуры, он будет восстанавливаться гравитацией» (§ 23).

Fig. 3.

Чтобы яснее понять, почему рассматриваемая циркуляция не может происходить без разности уровней, пусть W E (рис. 3) представляет экваториальную колонну, а C P — полярную колонну. Экваториальная колонна теплее полярной, потому что она получает больше тепла от солнца, чем последняя; а полярная холоднее экваториальной, потому что получает меньше. Разность плотности двух колонн является результатом их разности температур; а разность температур, в свою очередь, является результатом разности в количестве тепла, получаемого каждой из них от солнца. Или, выражаясь иначе, разность плотности (а следовательно, и рассматриваемая циркуляция) обусловлена избытком тепла, получаемого экваториальной колонной от солнца по сравнению с тем, что получает полярная; так что не принимать во внимание перегрев межтропических вод солнцем — значит не принимать во внимание то самое, что является абсолютно необходимым для существования циркуляции. Предполагая, что вода в обеих колоннах одинакова и различается только температурой, и что экваториальная колонна обладает большим теплом, чем полярная, и поэтому менее плотна, чем последняя, следует, что для того, чтобы две колонны находились в статическом равновесии, поверхность экваториальной колонны должна находиться на более высоком уровне, чем поверхность полярной. Это создает уклон W C от экватора к полюсу. Степень уклона, конечно, будет зависеть от степени разности их температур. Но, как было показано ранее, невозможно, чтобы статическое равновесие когда-либо было полностью достигнуто, потому что уклон, вызванный возвышением экваториальной колонны над полярной, создает то, что мы можем позволить себе назвать молекулярным нарушением равновесия. Поверхность океана, или молекулы воды, лежащие на уклоне, не находятся в положении равновесия, а стремятся в силу гравитации скатиться вниз по уклону в направлении полярной колонны C. Будет замечено, что чем больше мы достигаем статического равновесия всего океана, тем больше уклон, а следовательно, тем больше нарушение молекулярного равновесия; и наоборот, чем больше восстанавливается молекулярное равновесие за счет уменьшения уклона, тем больше нарушение статического равновесия. Поэтому абсолютно невозможно, чтобы оба условия равновесия выполнялись одновременно, пока существует разность температур между двумя колоннами. И этот вывод остается верным, даже если мы предположим, что вода является идеальной жидкостью, абсолютно лишенной вязкости. Отсюда следует, что общая океаническая циркуляция без разности уровней является механической невозможностью.

В случае реальной циркуляции, обусловленной разностью гравитации, всегда существует постоянное нарушение как статического, так и молекулярного равновесия. Колонна C всегда выше, а колонна W всегда ниже, чем они должны были бы быть, если бы они находились в равновесии; но они никогда не могут быть на одном уровне.

Конечно, вполне мыслимо, что два условия равновесия могут выполняться попеременно. Мы можем представить, что колонна C остается неподвижной, пока вода, текущая из колонны W, не восстановит уровень. И после того, как уровень восстановлен, мы можем представить, что полярная колонна C опускается, а экваториальная колонна W поднимается, пока они не уравновесят друг друга идеально. Такой способ циркуляции, состоящий из попеременного поверхностного потока и вертикального опускания и подъема колонн, хотя и мыслим, в действительности невозможен в природе; ибо нет средств, с помощью которых полярная колонна C могла бы удерживаться от опускания до тех пор, пока уровень не будет восстановлен. Но доктор Карпентер не предполагает, что общая океаническая циркуляция происходит таким прерывистым образом; согласно ему, циркуляция постоянна. Он утверждает, что происходит «постоянный перенос воды со дна C на дно W и с вершины W на вершину C, с постоянным нисходящим движением в C и постоянным восходящим движением в W» (§ 29). Но такое положение вещей несовместимо с идеей о том, что «уровни двух колонн, а следовательно, и их высоты, поддерживаются в постоянном равенстве» (§ 29).

Хотя доктор Карпентер не признает существования постоянной разности уровней между экватором и полюсом, он тем не менее говорит о понижении уровня в полярном бассейне, возникающем в результате сжатия при охлаждении воды, втекающей в него. Это снижение уровня вызывает приток воды из окружающей области; «и поскольку то, что отводится, — цитируя его собственные слова, — пополняется с еще большего расстояния, продолжающееся охлаждение поверхностного слоя в полярном бассейне вызовет «напор» вод по направлению к нему, который будет распространяться назад через весь промежуточный океан, находящийся в сообщении с ним, пока не достигнет тропической области». Уклон, созданный между полярным бассейном и окружающей областью, если он достаточно велик, позволит воде в окружающей области течь к полюсу; но если этот уклон не простирается до экватора, он не позволит тропическим водам также течь к полюсу. Неизбежно следует одно из двух: либо уклон простирается от экватора до полюса, либо вода может течь от экватора к полюсу без уклона. Если доктор Карпентер утверждает первое, он противоречит сам себе; а если он принимает второе, он противоречит очевидному принципу механики.

Путаница идей относительно предполагаемого воздействия полярного холода. — Мне кажется, что доктор Карпентер был несколько введен в заблуждение легкой путаницей идей относительно предполагаемого воздействия полярного холода. Это убедительно показано в следующем отрывке из его мемуаров в «Трудах Королевского географического общества», том XV.

«Мистер Кролл, споря против доктрины общей океанической циркуляции, поддерживаемой разностью температур, и справедливо утверждая, что такая циркуляция не может быть вызвана применением тепла на поверхности, полностью проигнорировал воздействие холода».

Здесь предполагается, что в создании общей океанической циркуляции действуют два агента. Один агент — это тепло, действующее в экваториальных регионах; а другой агент — это холод, действующий в полярных регионах. Предполагается, что воздействие холода гораздо мощнее, чем воздействие тепла. Фактически, воздействие экваториального тепла настолько ничтожно по сравнению с воздействием полярного холода, что им можно «практически пренебречь» — оставить без внимания вовсе, — при этом полярный холод является primum mobile циркуляции. Предполагается также, что я рассмотрел эффективность одного из агентов, а именно тепла, и нашел его совершенно неадекватным для создания рассматриваемой циркуляции; и также признается, что мои выводы совершенно верны. Но затем предполагается, что я оставил без внимания другого агента, а именно полярный холод, единственного агента, обладающего реальной силой. Если бы я принял во внимание полярный холод, предполагается, что я сразу нашел бы причину, совершенно адекватную для производства требуемого эффекта.

Это справедливое изложение взглядов доктора Карпентера по данному вопросу; по крайней мере, я не могу придать его словам иного значения. И я не сомневаюсь, что это также те взгляды, которые были приняты теми, кто согласился с его теорией.

Из того, что уже было сказано, должно быть достаточно очевидно, что представление о наличии двух отдельных агентов, действующих при создании циркуляции, а именно тепла и холода, один из которых, как предполагается, обладает гораздо большей силой, чем другой, не только противоречит взглядам, разделяемым физиками, но и полностью несовместимо с обычными принципами механики. Но более того, если мы проанализируем предмет немного глубже, чтобы устранить некоторую путаницу идей, которая его окружает, мы обнаружим, что эти взгляды несовместимы даже с собственным объяснением доктора Карпентера причины общей океанической циркуляции.

Холод — это не нечто положительное, сообщаемое полярным водам, придающее им движение, и чего лишены тропические воды. Если, окунув одну руку в таз, наполненный тропической водой при 80°, а другую — в таз, наполненный полярной водой при 32°, мы обратимся к нашим ощущениям, мы назовем воду в одном случае горячей, а в другом — холодной; но что касается самой воды, тепло и холод просто означают разницу в количестве содержащегося тепла. И полярная, и тропическая вода обладают определенным количеством энергии в форме тепла, только полярная вода не обладает им в таком количестве, как тропическая.

Как же, согласно доктору Карпентеру, полярный холод придает движение воде? Теплая вода, втекающая в полярную колонну, становится охлажденной холодом, но она не охлаждается ниже температуры воды под ней; ибо, согласно доктору Карпентеру, океан в полярных регионах так же холоден и плотен внизу, как и на поверхности. Охлажденная поверхностная вода не опускается сквозь воду под ней, подобно поверхностной воде пруда, охлаждающейся морозной ночью. «Нисходящее движение в колонне C не будет состоять, — говорит он, — в последовательном опускании поверхностных пленок сверху вниз, но это будет нисходящее движение всей массы, как если бы вода в высоком сосуде вытекала через отверстие в дне» (§ 29). Происходит нисходящее движение всей колонны, вызывающее отток воды у дна по направлению к экваториальной колонне W, который компенсируется притоком с вершины экваториальной колонны к вершине полярной колонны C. Но что заставляет колонну C опускаться? Причиной опускания является ее избыточный вес по сравнению с весом колонны W. Колонна C опускается, а колонна W поднимается по той же причине, по которой на весах тяжелая чаша опускается, а легкая поднимается. Колонна C опускается не просто потому, что она холодная, а потому, что она холоднее колонны W. Колонна C опускается не просто потому, что вследствие холода она плотная и поэтому тяжелая, а потому, что вследствие холода она плотнее и поэтому тяжелее колонны W. Она могла бы быть такой же холодной, как замерзшая ртуть, и такой же тяжелой, как свинец; но она не опускалась бы по этой причине, если бы не была тяжелее колонны W. Опускание колонны C и подъем колонны W, а следовательно, и общая океаническая циркуляция, происходят, таким образом, согласно объяснению доктора Карпентера, из-за разности весов двух колонн; а разность весов двух колонн происходит из-за их разности плотности; а разность плотности двух колонн, в свою очередь, происходит из-за их разности температур. Но уже было доказано, что разность температур между полярной и экваториальной колоннами зависит целиком от разности в количестве тепла, получаемого каждой из них от солнца. Экваториальная колонна W обладает большим теплом, чем полярная колонна C, исключительно потому, что она получает больше тепла от солнца, чем колонна C. Следовательно, утверждение доктора Карпентера о том, что циркуляция вызвана полярным холодом, а не экваториальным теплом, находится в таком же противоречии с его собственной теорией, как и с принципами механики. Опять же, его признание того, что общая океаническая циркуляция «не может быть вызвана применением тепла к поверхности», фактически является отказом от всего предмета спора; ибо согласно его гравитационной теории, и любой форме этой теории, циркуляция происходит из-за разности температур между экваториальными и полярными морями; но эта разность, как мы видели, целиком обязана разности в количестве тепла, получаемого от солнца в этих двух местах. Полученное тепло, однако, является «поверхностным теплом»; ибо именно на поверхности океан получает все свое тепло от солнца; и, следовательно, если поверхностное тепло не может произвести требуемый эффект, ничто другое не может.

Эксперименты М. Дюбюа. — Ссылаясь на эксперименты М. Дюбюа, приведенные мной, чтобы показать, что вода не будет течь вниз по уклону 1 к 1 820 000, он говорит: «Теперь эксперименты М. Дюбюа относились не к медленному восстановлению уровня, вызванному движением воды самой по себе, а к ощутимому движению воды, текущей по твердым поверхностям и замедляемой трением о них» (§ 22). Значение слов доктора Карпентера, я полагаю, заключается в том, что если наклон состоит из какого-либо твердого вещества, вода не будет течь вниз по нему; но если он сделан из самой воды, вода будет течь вниз по нему. Но в экспериментах М. Дюбюа только молекулы, находящиеся в фактическом контакте с твердым наклоном, могли быть замедлены трением о него. Молекулы, не находящиеся в контакте с твердым наклоном, очевидно, покоились на наклоне из воды и были совершенно свободны скатиться вниз по этому наклону, если бы захотели; но они этого не сделали; и, следовательно, эксперимент М. Дюбюа доказал, что вода не будет течь сама по себе по наклону 1 к 1 000 000.

Предрешение спорного вопроса. — «Следует помнить, — говорит доктор Карпентер, — что, как бы мал ни был первоначальный объем движения, импульс, стремящийся к его продолжению, должен генерироваться с момента его начала; так что если инициирующая сила находится в постоянном действии, будет происходить прогрессивное ускорение ее скорости, пока увеличение сопротивления не уравновесит тенденцию к дальнейшему ускорению. Теперь, если признать, что распространение нарушения равновесия от одной колонны к другой просто замедляется, а не предотвращается вязкостью жидкости, я не вижу, как можно сопротивляться выводу, что постоянно поддерживаемая разность гравитации между полярной и экваториальной колоннами действительно действует как vis viva в поддержании циркуляции между ними» (§ 35).

Если верно, как утверждает доктор Карпентер, что в случае общей океанической циркуляции, отстаиваемой им, «вязкость» просто замедляет движение, но не предотвращает его, я, безусловно, согласен с ним, «что постоянно поддерживаемая разность гравитации между полярной и экваториальной колоннами действительно действует как vis viva в поддержании циркуляции между ними». Но утверждать, что она лишь замедляет, но не предотвращает движение, — это просто предрешение спорного вопроса. Установленным принципом является то, что если сила, сопротивляющаяся движению, больше силы, стремящейся его произвести, то никакое движение не может произойти и никакая работа не может быть выполнена. Эксперименты М. Дюбюа доказывают, что сила молекулярного сопротивления воды движению больше силы, полученной от уклона 1 к 1 000 000; и поэтому просто предрешением спорного вопроса является утверждение, что она меньше. Эксперименты ММ. Барлоу, Рейни и других, на которые он ссылается, едва ли заслуживают рассмотрения в связи с настоящим вопросом, потому что мы не знаем ничего относительно фактического количества силы, производящей движение воды в этих экспериментах, кроме того, что она должна была быть значительно больше той, что получена от уклона 1 к 1 000 000.

Предполагаемый аргумент от приливов. — Доктор Карпентер выдвигает аргумент мистера Феррела относительно приливов. Сила луны, возмущающая воду земли, утверждает он, согласно Гершелю, составляет лишь 1/11 400 000-ю часть гравитации, а солнца — не более 1/25 736 400-й части гравитации; однако притягательная сила луны, даже когда ей противодействует солнце, вызовет подъем океана. Но так как возмущение гравитации, вызванное разностью температур, гораздо больше вышеуказанного, оно должно вызывать циркуляцию.

Здесь предполагается, что сила, оказываемая гравитацией на океан, возникающая из разности температур, стремящаяся произвести общую океаническую циркуляцию, гораздо больше силы, оказываемой на океан луной при производстве приливов. Но если мы исследуем предмет, мы обнаружим, что дело обстоит наоборот. Притяжение луны, стремящееся поднять воды океана, действует непосредственно на каждую молекулу от поверхности до дна; но сила гравитации, стремящаяся произвести рассматриваемую циркуляцию, действует непосредственно только на часть океана. Гравитация не может оказывать никакой прямой силы, побуждающей подток от полярных к экваториальным регионам, ни в поднятии воды к поверхности, когда она достигает экваториальных регионов. Гравитация не может оказывать никакого прямого влияния на перемещение воды горизонтально вдоль поверхности земли, ни в поднятии ее к поверхности. Тяга гравитации всегда направлена вниз, никогда не горизонтально и не вверх. Гравитация будет стремиться тянуть поверхностную воду от экватора к полюсам, потому что здесь мы имеем опускание. Гравитация будет стремиться опустить полярную колонну, потому что здесь мы также имеем опускание. Но это единственные части цепи, где гравитация имеет какую-либо тенденцию производить движение. Движение в других частях цепи, а именно вдоль дна океана от полюсов к экватору и при поднятии экваториальной колонны, производится давлением полярной колонны; и, следовательно, только косвенно можно сказать, что гравитация производит движение в этих частях. Это правда, что на определенных частях океана сила гравитации, стремящаяся произвести движение, больше силы притяжения луны, стремящейся произвести приливы; но эта часть океана незначительна по размеру. Общая сила гравитации, действующая на весь океан, стремящаяся произвести циркуляцию, в действительности значительно меньше общей силы луны, стремящейся произвести приливы.

Несомненно, это несколько трудная задача — точно определить общее количество силы, оказываемой гравитацией на океан; но для нашей нынешней цели это не является необходимым. Все, что нам нужно в настоящее время, — это очень грубая оценка. И она может быть достигнута с помощью очень простых соображений. Предположим, мы примем среднюю глубину моря, скажем, за три мили. Средняя глубина может оказаться несколько меньше этого, или она может оказаться несколько больше; небольшая ошибка, однако, относительно массы океана не повлияет существенно на наши выводы. Принимая глубину за 3 мили, сила или прямая тяга гравитации на все воды океана, стремящаяся к производству общей циркуляции, не составит более 1/24 000 000 000-й части гравитации, или только около 1/2 100-й части притяжения луны при производстве приливов. Пусть будет замечено, что я имею в виду силу или тягу гравитации, а не гидростатическое давление.

Луна, поднимая воды океана, создаст уклон в 2 фута в квадранте; и поскольку поднятая вода опускается и уровень восстанавливается, мистер Феррел заключает, что аналогичный уклон в 2 фута, вызванный разностью температур, будет, следовательно, достаточен для производства движения и восстановления уровня. Но упускается из виду, что восстановление уровня в случае приливов является столь же истинной работой луны, как и нарушение этого уровня. Ибо вода, поднятая притяжением луны в одно время, снова, шесть часов спустя, тянется вниз луной, когда земля повернулась на квадрант.

Несомненно, земная гравитация сама по себе со временем восстановила бы уровень; но это не следует как логическое следствие из предпосылок мистера Феррела. Если мы предположим, что уклон создается в океане луной, а притяжение луны отстраняется, чтобы позволить воде опуститься до своего первоначального уровня, поднятая сторона будет самой тяжелой, а опущенная сторона — самой легкой; следовательно, поднятая сторона будет стремиться опуститься, а опущенная сторона будет стремиться подняться, чтобы океан мог восстановить свое статическое равновесие. Но когда разность уровней создается разностью температур, поднятая сторона всегда является самой легкой, а опущенная сторона всегда является самой тяжелой; следовательно, само усилие, которое океан предпринимает для поддержания своего равновесия, стремится предотвратить восстановление уровня. Луна производит приливы главным образом посредством простого уступания всего океана, рассматриваемого как масса; тогда как в случае общей океанической циркуляции уровень восстанавливается потоком воды на поверхности или вблизи нее. Следовательно, количество трения и молекулярного сопротивления, которое необходимо преодолеть при восстановлении уровня в последнем случае, гораздо больше, чем в первом. Луна, как показывают исследования сэра Уильяма Томсона, произведет прилив на шаре, состоящем из вещества, где никакие течения или общее течение материалов не могли бы произойти.

Давление как причина циркуляции. — Мы теперь кратко обратимся к влиянию давления (косвенным эффектам гравитации) в производстве рассматриваемой циркуляции. То, что заставляет полярную колонну C опускаться, а экваториальную колонну W подниматься, как неоднократно отмечалось, — это разность в весе двух колонн. Действующей причиной в производстве движения является, собственно говоря, гравитация; холод на полюсах и тепло на экваторе, или, что то же самое, избыток тепла, получаемого экватором по сравнению с тем, что получают полюса, — это то, что поддерживает разность температур между двумя колоннами, а следовательно, это также то, что поддерживает разность веса между ними. Другими словами, разность температур — это причина, которая поддерживает состояние нарушенного равновесия. Но действующей причиной рассматриваемой циркуляции является гравитация. Гравитация, однако, не могла бы действовать без этого состояния нарушенного равновесия; и разность температур, следовательно, может быть названа, в отношении циркуляции, необходимым условием, в то время как гравитация может быть названа причиной. Гравитация опускает колонну C непосредственно, но она поднимает колонну W косвенно посредством давления. То же самое верно в отношении движения донных вод от C к W, которое также обусловлено давлением. Давление избытка веса колонны C над весом колонны W побуждает донную воду к экватору и поднимает экваториальную колонну. Но на этом пункте мне не нужно останавливаться, так как я в предыдущей главе привел полное обсуждение того, как это происходит.

Мы переходим теперь к самой важной части исследования, а именно: как поверхностная вода побуждается от экватора к полюсам? Является ли давление сзади побуждающей силой здесь, как в случае донной воды океана? Мне кажется, что при попытке объяснить поверхностный поток от экватора к полюсам теория доктора Карпентера терпит явную неудачу. Сила, к которой он апеллирует, представляется совершенно неадекватной для производства требуемого эффекта.

Эксперименты М. Дюбюа, как уже отмечалось, доказывают, что любой уклон, который может возникнуть из разности температур между экватором и полюсами, совершенно недостаточен, чтобы позволить гравитации перемещать воды; но это не обязательно доказывает, что давление, возникающее от поднятой воды на экваторе, не может быть достаточным для производства движения. Этот пункт будет лучше понят из следующего рисунка, где, как и прежде, P C представляет полярную колонну, а E W — экваториальную колонну.

Fig. 4.

Будет замечено, что вода в той клиновидной части W C W′, образующей наклон, не может находиться в состоянии статического равновесия. Молекула воды в O, например, будет испытывать большее давление в направлении C, чем в направлении W′, и величина этого избытка давления к C будет зависеть от высоты W над линией C W′. Очевидно, что давление, стремящееся переместить молекулу в O к C, будет гораздо больше прямой тяги гравитации, стремящейся тянуть молекулу в O′, лежащую на поверхности наклона к C. Эксперименты М. Дюбюа доказывают, что прямая сила гравитации не переместит молекулу в O′ — то есть не заставит ее скатиться вниз по наклону W C; но они не доказывают, что она не может уступить давлению сверху, или что давление колонны W W′ не переместит молекулу в O. Давление вызвано гравитацией и не может, конечно, позволить гравитации выполнить больше работы, чем то, что получено из энергии гравитации; оно позволит гравитации, однако, преодолеть сопротивление, чего она не могла бы сделать прямым действием. Но является ли давление, возникающее из-за большей высоты воды на экваторе вследствие ее более высокой температуры, действительно достаточным для производства перемещения воды — это вопрос, на который я совершенно не могу ответить.

Если мы предположим, что 4 фута 6 дюймов — это высота экваториальной поверхности над полярной, необходимая для того, чтобы две колонны уравновесили друг друга, фактическая разность уровней между двумя колоннами, безусловно, будет не более половины этой величины, потому что, если существует циркуляция, вес полярной колонны всегда должен быть в избытке по сравнению с весом экваториальной. Но этот избыток может быть получен только за счет поверхностного уклона, как уже было показано подробно. Поверхностный уклон, вероятно, будет не более 2 футов или 2 футов 6 дюймов. Предположим, что океан имеет одинаковую плотность от полюсов до экватора, и что тем или иным способом поверхность океана на экваторе поднята, скажем, на 2 фута выше, чем на полюсах, тогда не может быть сомнений, что в таком случае вода вскоре восстановила бы свой уровень; ибо океан на экваторе, будучи тяжелее, чем на полюсах, на вес слоя толщиной 2 фута, опускался бы в первом месте и поднимался во втором, пока равновесие не было бы восстановлено, производя, конечно, очень незначительное перемещение донных вод к полюсам. Будет замечено, однако, что восстановление уровня в этом случае происходит простым уступанием, как бы, всей массы океана без перемещения молекул воды друг относительно друга в какой-либо значительной степени. В случае уклона, созданного разностью температур, однако, поднятая часть океана не тяжелее, а легче опущенной части, и, следовательно, не имеет тенденции опускаться. Любое движение, которое океан как масса совершает для восстановления равновесия, стремится, как мы видели, скорее увеличить разность уровней, чем уменьшить ее. Восстановление уровня может быть произведено только силами, которые действуют в клиновидной массе W C W′, составляющей сам уклон. Но будет замечено при взгляде на рисунок, что для восстановления уровня большая часть воды W W′ на экваторе должна будет течь к C, полюсу.

Согласно теории общей вертикальной океанической циркуляции, давление сзади не является одной из сил, используемых в производстве потока от экватора к полюсам. Это очевидно; ибо не может быть давления сзади, действующего на воду, если нет уклона, существующего между экватором и полюсами. Доктор Карпентер не только отрицает фактическое существование уклона, но и отрицает необходимость его существования. Но отрицать существование уклона — значит отрицать существование давления, а отрицать необходимость уклона — значит отрицать необходимость давления. То, что в теории доктора Карпентера поверхностная вода предполагается влекомой от экватора к полюсам, а не выталкиваемой вперед силой сзади, далее очевидно из того факта, что он утверждает, что используемая сила — это не vis a tergo, а vis a fronte.

ГЛАВА XI. НЕАДЕКВАТНОСТЬ ГРАВИТАЦИОННОЙ ТЕОРИИ, ДОКАЗАННАЯ ДРУГИМ МЕТОДОМ.

Quantity of Heat which can be conveyed by the General Oceanic Circulation trifling.—Tendency in the Advocates of the Gravitation Theory to under-estimate the Volume of the Gulf-stream.—Volume of the Stream as determined by the Challenger.—Immense Volume of Warm Water discovered by Captain Nares.—Condition of North Atlantic inconsistent with the Gravitation Theory.—Dr. Carpenter’s Estimate of the Thermal Work of the Gulf-stream.

Я теперь перейду другим методом к доказательству неадекватности такой общей океанической циркуляции, какую отстаивает доктор Карпентер. Сопоставляя количество тепла, переносимого Гольфстримом из межтропических в умеренные и полярные регионы, с таким количеством, которое может быть перенесено в том же направлении посредством общей океанической циркуляции, станет очевидным, что последняя меркнет перед первой.

В моих ранних статьях о количестве тепла, переносимого Гольфстримом, я оценил объем этого потока как равный объему течения шириной 50 миль и глубиной 1 000 футов, текущего (от поверхности до дна) со скоростью 4 мили в час. Конечно, я не имел в виду, как кажется, предполагает доктор Карпентер, что поток в каком-либо конкретном месте имеет ширину 50 миль и глубину 1 000 футов, или что он действительно течет с равномерной скоростью 4 мили в час на поверхности и у дна. Все, что я имел в виду, — это то, что Гольфстрим равен течению указанного размера и скорости. Но в моих недавних статьях об океанских течениях, содержание которых представлено в настоящем томе, чтобы избежать любых возражений на основании того, что я переоценил объем, я принял его за половину этой оценки, а именно равным течению шириной 50 миль и глубиной 1 000 футов, текущему со скоростью 2 мили в час. Я оценил среднюю температуру потока, когда он проходит через Флоридский пролив, в 65°, и предположил, что вода в своем течении в конечном итоге охлаждается в среднем до 40°. В этом случае каждый фунт воды переносит 19 300 футо-фунтов тепла из Мексиканского залива, чтобы быть использованным для согревания умеренных и полярных регионов. Предполагая, что эти данные верны, следует, что количество тепла, переносимого из Мексиканского залива этим потоком в день, составляет 77 479 650 000 000 000 000 футо-фунтов. Это огромное количество тепла равно одной четверти всего того, что получает от солнца весь Атлантический океан от Тропика Рака до Северного полярного круга.

Это количество тепла, переносимого из межтропических в умеренные и полярные регионы Гольфстримом. Каково же теперь количество, переносимое посредством общей океанической циркуляции?

Согласно этой теории, должно быть столько же теплой воды, текущей из межтропических регионов к Антарктическому, сколько к Северному полярному кругу. Мы можем, следовательно, в наших расчетах считать, что тепло, которое получается в тропических регионах к югу от экватора, идет на согревание южного полушария, а то, что получается на северной стороне экватора, — на согревание северного полушария. Теплые течения, обнаруженные в Северной Атлантике в умеренных регионах, мы можем заключить, пришли из регионов, лежащих к северу от экватора, — или, другими словами, из той части Атлантики, которая лежит между экватором и Тропиком Рака. По крайней мере, согласно гравитационной теории, у нас нет оснований полагать, что количество теплой воды, текущей из тропических в умеренные и полярные регионы в Атлантике, больше, чем может обеспечить область между экватором и Тропиком Рака, — потому что утверждается, что очень большая доля холодной воды, обнаруженной в Северной Атлантике, приходит не из арктических, а из антарктических регионов. Но если Северная Атлантика охлаждается холодным потоком из южного полушария, южное полушарие, в свою очередь, должно нагреваться теплым течением из Северной Атлантики — если только мы не предположим, что компенсирующее течение, текущее из Атлантики в южное полушарие, такое же холодное, как антарктическое течение, что весьма маловероятно. Но доктор Карпентер признает, что количество теплой воды, текущей из Атлантики в экваториальных регионах на юг, даже больше, чем текущей на север. «Неограниченное сообщение, — говорит он, — которое существует между антарктической областью и великими бассейнами Южного океана, повлекло бы за собой, если допустить доктрину общей океанической циркуляции, гораздо более значительный обмен водами между антарктической и экваториальной областями, чем это возможно в северном полушарии».

Мы уже видели, что если бы не огромная масса теплой воды, которая находит свой путь в полярные регионы, температура этих регионов была бы значительно ниже, чем она есть на самом деле. Было показано также, что сравнительно высокая температура северо-западной Европы обусловлена той же причиной. Но если сомнительно, достигает ли Гольфстрим наших берегов, и если верно, что, даже предполагая, что он достигает, он «мог бы повлиять только на самый поверхностный слой», и что большая масса теплой воды, обнаруженная доктором Карпентером в его экспедициях по дноуглублению, пришла непосредственно из экваториальных регионов, а не из Гольфстрима, тогда основная часть нагревающего эффекта должна быть приписана не Гольфстриму, а общему потоку воды из экваториальных регионов. Конечно, было бы не слишком много предположить, что количество тепла, переносимого из экваториальных регионов этим общим потоком воды в Северную Атлантику, по крайней мере равно тому, что переносится Гольфстримом. Если мы предположим, что это количество тепла, переносимого двумя агентами в Атлантику из межтропических регионов, оно, конечно, будет равно удвоенному количеству, переносимому одним только Гольфстримом.

Мы теперь рассмотрим, достаточна ли область Атлантики к северу от экватора, чтобы обеспечить количество тепла, требуемое теорией доктора Карпентера.

Вся область Атлантики, простирающаяся от экватора до Тропика Рака, включая Карибское море и Мексиканский залив, составляет около 7 700 000 квадратных миль.

Количество тепла, переносимого Гольфстримом через Флоридский пролив, как мы уже пытались показать, равно всему теплу, получаемому от солнца 1 560 935 квадратными милями на экваторе. Ежегодное количество тепла, получаемое от солнца жарким поясом на единицу поверхности, принимая среднее значение всего пояса, относится к тому, что получает экватор, как 39 к 40, следовательно, количество тепла, переносимого Гольфстримом, равно всему теплу, получаемому 1 600 960 квадратными милями Атлантики в жарком поясе.

Но если, согласно взглядам доктора Карпентера, количество тепла, переносимого из тропических регионов, вдвое больше того, что переносится Гольфстримом, количество тепла в этом случае, переносимого в Атлантику в умеренных регионах, будет равно всему теплу, получаемому от солнца 3 201 920 квадратными милями Атлантики между экватором и Тропиком Рака. Это 32/77-х всего тепла, получаемого от солнца этой областью.

Принимая ежегодное количество, получаемое на единицу поверхности на экваторе за 1 000, количества, получаемые тремя зонами, будут соответственно следующими:—

Equator | 1000
Torrid zone | 975
Temperate zone | 757
Frigid zone | 454

Теперь, если мы удалим из Атлантики в тропических регионах 32/77-х тепла, получаемого от солнца, мы удалим 405 частей из каждых 975, получаемых от солнца, и, следовательно, остается только 570 частей на единицу поверхности.

Было показано, что количество тепла, переносимого Гольфстримом из экваториальных регионов в умеренные регионы, равно 100/412-м всего тепла, получаемого Атлантикой в умеренных регионах. Но согласно рассматриваемой теории, удаляемое количество вдвое больше этого, или равно 100/206-м всего тепла, получаемого от солнца. Но количество, получаемое от солнца, равно 757 частям на единицу поверхности; добавим тогда к этому 100/206-х от 757, или 367, и мы получим 1 124 части тепла на единицу поверхности как количество, которым обладает Атлантика в умеренных регионах. Атлантика должна была бы в этом случае быть гораздо теплее в умеренных, чем в тропических регионах; ибо в умеренных регионах она обладала бы 1 124 частями тепла на единицу поверхности, тогда как в тропических регионах она обладала бы только 570 частями тепла на единицу поверхности. Конечно, тепло, переносимое из тропических регионов, не остается все в умеренных регионах; очень значительная его часть должна переходить в арктические регионы. Давайте тогда предположим, что одна половина идет на согревание Северного Ледовитого океана, а другая половина остается в умеренных регионах. В этом случае осталось бы 183,5 части, и, следовательно, 757 + 183,5 = 940,5 частей было бы количеством, которым обладает Атлантика в умеренных регионах, количество, которое все еще превышает не менее чем на 370,5 частей тепло, которым обладает Атлантика в тропических регионах.

Поскольку предполагается, что одна половина количества тепла, переносимого из тропических регионов, идет в Северный Ледовитый океан, количество, переходящее в этот океан, было бы, следовательно, равно тому, что проходит через Флоридский пролив, количество, которое, как мы обнаружили, равно всему теплу, получаемому от солнца 3 436 900 квадратными милями Северного Ледовитого океана. Вся область, покрытая морем за Северным полярным кругом, составляет менее 5 000 000 квадратных миль; но принимая Северный Ледовитый океан в круглых числах за 5 000 000 квадратных миль, количество тепла, переносимого в него течениями к тому, что получается от солнца, было бы, следовательно, как 3 436 900 к 5 000 000.

Мы видели, что количество тепла, получаемое на единицу поверхности в арктических регионах, составляет 454 единицы. Следовательно, количество тепла, получаемое от течений, составило бы 312 единиц. Это дает 766 единиц тепла на единицу поверхности в качестве общего количества, которым обладает Северный Ледовитый океан. Таким образом, Северный Ледовитый океан также содержал бы больше тепла, чем Атлантический океан в тропических регионах; ибо Атлантический океан в этих широтах, в рассматриваемом случае, обладал бы лишь 570 единицами, в то время как Северный Ледовитый океан обладал бы 766 единицами. Верно, что в арктических регионах поглощается больше лучей, чем в тропических; но все же, сделав надлежащую поправку на это, Северный Ледовитый океан, если бы рассматриваемая нами теория была верна, должен был бы быть таким же теплым, если не теплее, чем Атлантический океан в тропических регионах. Относительные количества тепла, которыми обладают три зоны, были бы, таким образом, следующими:

Atlantic, in torrid zone | 570
      〃       in temperate zone | 940
      〃       in frigid zone | 766

Здесь, однако, предполагается, что никакая часть тепла, которым обладает Гольфстрим, не поступает из южного полушария, что, как мы знаем, не соответствует действительности. Но если предположить, что до половины тепла, которым обладает это течение, поступает из южного полушария, а другая половина получается из морей, лежащих между экватором и тропиком Рака, относительные пропорции тепла, которыми обладают три зоны на данную площадь, были бы следующими:

Atlantic, in torrid zone | 671
      〃       in temperate zone | 940
      〃       in frigid zone | 766

Это неопровержимо доказывает, что если существует такая общая океаническая циркуляция, как утверждается, то количество тепла, переносимое с ее помощью в Северную Атлантику и Северный Ледовитый океан, должно быть ничтожным по сравнению с тем, что переносится Гольфстримом; ибо если бы оно почти равнялось количеству, переносимому Гольфстримом, то не только Северная Атлантика в умеренных широтах, но даже сам Северный Ледовитый океан были бы намного теплее, чем межтропические моря. Фактически, что касается распределения тепла по земному шару, то не имеет значения, существует ли на самом деле такая вещь, как эта общая океаническая циркуляция. Огромное количество тепла, переносимое одним лишь Гольфстримом, ставит вне всяких сомнений то, что океанические течения являются главными агентами, используемыми для распределения по земному шару избытка тепла, получаемого морем в межтропических регионах.

Поэтому, что касается теории общей океанической циркуляции, крайне важно, чтобы сторонники этой теории доказали, что я переоценил тепловую мощность Гольфстрима. Однако это можно сделать, только обнаружив какую-либо ошибку либо в моих расчетах, либо в данных, на которых они основаны; тем не менее, ни доктор Карпентер, ни кто-либо другой, насколько мне известно, не оспаривали точность моих цифр. Спорным вопросом является правильность данных; но единственная часть данных, которую можно поставить под сомнение, — это моя оценка объема и температуры течения. Доктор Карпентер, однако, не утверждает, что я переоценил температуру течения; напротив, он утверждает, что я на самом деле ее недооценил. «Если мы примем, — отмечает он, — предел слоя выше 60° за предел самого течения Гольфстрим, мы обнаружим, что его средняя температура несколько выше, чем было указано мистером Кроллом, который, по-видимому, принял 65° за среднюю температуру воды, протекающей через весь пролив. Средняя температура поверхности Флоридского пролива за весь год составляет 80°; и мы можем справедливо установить среднюю температуру всего выходящего потока, вплоть до уровня 60°, на отметке 70°, вместо 65°, как оценил мистер Кролл» (§ 141). Отсюда следует, что каждый фунт воды Гольфстрима фактически переносит на 5 единиц тепла больше, чем я оценил — количество переносимого тепла составляет 30 единиц вместо 25 единиц, как я предполагал. Следовательно, если Гольфстрим равен течению шириной всего 41½ мили и глубиной 1000 футов, движущемуся со скоростью 2 мили в час, он все равно будет переносить расчетное количество тепла. Но эта оценка объема течения, заметим, едва превышает одну треть от объема, данного Гершелем, Мори и Колдингом [88], и составляет немногим более половины того, что приписал ему мистер Лотон, в то время как она лишь незначительно превышает объем, указанный мистером Финдлеем [89], автором, которого мало кто сочтет склонным переоценивать объем или тепловую мощность течения.

Важные результаты, полученные во время экспедиции «Челленджера», ясно доказали, что я не переоценил ни температуру, ни объем Гольфстрима. Между Бермудскими островами и Сэнди-Хук течение имеет ширину 60 миль и глубину 600 футов, с максимальной скоростью от 3½ до 4 миль в час. Если средняя скорость всего сечения составляет 2¼ мили в час, что, вероятно, так и есть, то объем течения должен равняться тому, что приведено в моей оценке. Но у нас нет доказательств того, что вся вода, протекающая через Флоридский пролив, проходит через сечение, исследованное офицерами «Челленджера». Как бы то ни было, наблюдения, проведенные между Сент-Томасом и Сэнди-Хук, выявили существование огромного потока теплой воды глубиной 2300 футов, полностью отличного от воды, включенной в вышеуказанное сечение собственно Гольфстрима. Поскольку самая мощная часть этой огромной массы воды соединяется с теплой водой Гольфстрима, капитан Нэрс считает, что «она явно связана с ним и, вероятно, является его ответвлением». У Сэнди-Хук, по его словам, она простирается на 1200 футов глубже, чем сам Гольфстрим, но у Чарльстона, на 600 миль ближе к источнику, та же температура обнаруживается на той же глубине. Но является ли это ответвлением Гольфстрима или нет, одно можно сказать наверняка: она может поступать только из Мексиканского залива или из Карибского моря. Эта масса воды, протекши на север около 1000 миль, поворачивает вправо и пересекает Атлантику в направлении Азорских островов, где, по-видимому, истончается.

Если, следовательно, мы примем во внимание совокупное тепло, переносимое обоими течениями, моя оценка тепла, переданного из межтропических регионов в Северную Атлантику, окажется скорее заниженной, чем завышенной.

Оценка доктором Карпентером тепловой работы Гольфстрима. — В приложении к обстоятельному мемуару об океанической циркуляции, недавно зачитанному перед Географическим обществом, доктор Карпентер пытается показать, что я переоценил тепловую работу Гольфстрима. В этом мемуаре [90] он также любезно предоставил нам свою собственную оценку площади сечения, скорости потока и температуры течения. Однако, даже приняв его данные, я не могу прийти к его выводам.

Рассмотрим сначала его оценку площади сечения течения. Он признает, что «в нынешнем состоянии наших знаний невозможно прийти к какой-либо точной оценке площади сечения течения; поскольку по большей части только по температурам его различных слоев мы можем судить, находятся ли они в движении или нет, и каково направление их движения». Теперь совершенно очевидно, что наша оценка площади сечения течения будет зависеть от того, что мы примем за его донную температуру. Если, например, мы примем 70° за донную температуру, мы получим небольшую площадь сечения. Приняв температуру за 60°, площадь сечения будет больше, а если принять 50° за температуру, площадь сечения будет еще больше, и так далее. Теперь, малая площадь сечения, полученная доктором Карпентером, проистекает из того факта, что он принял высокую температуру 60° за температуру дна течения. Он приходит к выводу, что вся вода ниже 60° имеет приток, и что только та часть, которая находится от 60° и выше, составляет Гольфстрим. Я не смог найти никаких удовлетворительных доказательств для принятия столь высокой температуры для дна течения. Следует заметить, что вода, подстилающая Гольфстрим, — это не обычная вода Атлантики, а холодное течение из арктических регионов. Фактически, это та же самая вода, которая достигает экватора почти в каждой точке с температурой, ненамного превышающей точку замерзания. Поэтому крайне маловероятно, что нижняя поверхность Гольфстрима имеет температуру, достигающую 60°.

Метод доктора Карпентера измерения средней скорости Гольфстрима столь же неприемлем. Он принимает среднюю годовую скорость на поверхности в «Узкостях» за две мили в час, а скорость у дна — за ноль, и делает из этого вывод, что средняя скорость всего потока составляет одну милю в час — арифметическое среднее между этими двумя крайностями. Теперь следует заметить, что этот вывод верен только при допущении, что ширина течения у дна такая же, как на поверхности, что, конечно, не так. Все признают, что стороны Гольфстрима не перпендикулярны, а имеют некоторый наклон, подобно берегам реки. Течение широко на поверхности и сужается к дну. Поэтому очевидно, что верхняя половина сечения имеет гораздо большую площадь, чем нижняя; количество воды, протекающей через верхнюю половину со скоростью выше одной мили в час, должно быть намного больше, чем количество, протекающее через нижнюю половину со скоростью менее одной мили в час.

Его метод оценки средней температуры течения еще более неприемлем. Он говорит: «Средняя температура поверхности Флоридского пролива за весь год составляет 80°, и мы можем установить среднюю температуру всего выходящего потока до уровня 60° на отметке 70°, вместо 65°, как оценил мистер Кролл». Если 80° — это температура поверхности, а 60° — температура дна, при условии, конечно, что температура и скорость равномерно уменьшаются от поверхности вниз, как может средняя температура составлять 70°? Количество воды, протекающей через верхнюю половину сечения с температурой выше 70°, намного больше, чем количество, протекающее через нижнюю половину сечения с температурой ниже 70°. Предположим, что нижняя половина сечения такая же большая, как верхняя, что не так, все равно количество воды, протекающей через нее, равнялось бы лишь одной трети того, что протекает через верхнюю половину, потому что средняя скорость воды в нижней половине составляла бы всего полмили в час, тогда как средняя скорость воды в верхней половине составляла бы полторы мили в час. Но площадь нижней половины намного меньше площади верхней, следовательно, количество воды, температура которой ниже 70°, должно быть даже намного меньше одной трети того количества, температура которого выше 70°.

Если бы доктор Карпентер применил надлежащий метод оценки средней температуры, он обнаружил бы, что 75°, даже согласно его собственным данным, намного ближе к истине, чем 70°. Я указал несколько лет назад [91] на ошибочность оценки средней температуры течения таким способом.

Столь высокая средняя температура, как 75°, для Гольфстрима, даже во Флоридском проливе, явно абсурдна, но если 60° является донной температурой течения, средняя температура никак не может быть намного ниже этой величины. Конечно, именно путем недооценки площади сечения течения его средняя температура оказывается переоцененной. Мы не можем снизить среднюю температуру, не увеличив площадь сечения. Если принять мою оценку в 65° за среднюю температуру, которая, я почти не сомневаюсь, еще окажется недалекой от истины, то оценку доктора Карпентера площади сечения придется отбросить. Ибо если 65° — это средняя температура течения, его донная температура должна быть намного ниже 60°, а если донная температура намного ниже 60°, то площадь сечения должна быть больше, чем он оценивает.

Как бы то ни было; даже если мы предположим, что 60° в конечном итоге окажутся фактической донной температурой Гольфстрима, тем не менее, если общее количество тепла, переносимое течением из межтропических регионов, будет оценено надлежащим образом, мы все равно обнаружим, что это количество настолько огромно, что в этих регионах не остается достаточного количества тепла, чтобы обеспечить океаническую циркуляцию доктора Карпентера количеством, столь же значительным для распределения в Северной Атлантике.

Отсюда следует (и что касается теории вековых изменений климата, это все, за что стоит бороться), что океанические течения, а не общая океаническая циркуляция, возникающая вследствие гравитации, являются главными агентами, используемыми для распределения тепла по земному шару.

ГЛАВА XII. РАССМОТРЕНИЕ ВОЗРАЖЕНИЙ МИСТЕРА А. Г. ФИНДЛЕЯ.

Mr. Findlay’s Estimate of the Volume of the Gulf-stream.—Mean Temperature of a Cross Section less than Mean Temperature of Stream.—Reason of such Diversity of Opinion regarding Ocean-currents.—More rigid Method of Investigation necessary.

По завершении чтения доклада доктора Карпентера перед Королевским географическим обществом 9 января 1871 года мистер Финдлей сделал следующие замечания:

«Когда десять или одиннадцать лет назад по указанию правительства Соединенных Штатов была исследована самая узкая часть Гольфстрима, были получены цифры, которые исключают всякую мысль о том, что он когда-либо достигает наших берегов как теплонесущее течение. В самой узкой части проходит, безусловно, не более 250–300 кубических миль воды в сутки. Через шесть месяцев эта вода достигает берегов Ньюфаундленда, а через девять или двенадцать месяцев — побережья Англии, к какому времени, как принято считать, она покрывает площадь в 1 500 000 квадратных миль. Доля воды, проходящей через Флоридский пролив, не составит слоя воды толщиной более 6 дюймов в сутки на таком пространстве. Каждый знает, как быстро остывает чашка чая; и все же принято воображать, что пленка глубиной всего в несколько дюймов по прошествии столь долгого времени оказывает влияние на наш климат. Нет нужды в расчетах; вещь самоочевидна» [92].

Около пяти лет назад мистер Финдлей возразил против выводов, к которым я пришел относительно огромной тепловой мощности Гольфстрима, на том основании, что я переоценил объем течения. Он заявил, что его объем составляет лишь около половины того, что я оценил. Чтобы устранить это возражение, я впоследствии сократил объем до половины моей прежней оценки [93]. Но даже приняв объем по этой низкой оценке, было тем не менее обнаружено, что количество тепла, переносимое в Атлантику через Флоридский пролив с помощью течения, равнялось примерно одной четверти всего тепла, получаемого Атлантикой от солнца от широты Флоридского пролива до Северного полярного круга.

Мистер Финдлей в своем докладе, зачитанном перед Британской ассоциацией, утверждал, что объем течения составляет где-то от 294 до 333 кубических миль в день; но в своих замечаниях в конце выступления доктора Карпентера он заявил, что он составляет не более 250–300 кубических миль в день. Я не могу согласовать ни одну из этих цифр с данными, из которых он, по-видимому, их вывел. В своем докладе Британской ассоциации он отмечает, что «Гольфстрим в своем начале имеет ширину не более 39½ миль и глубину 1200 футов». По всем доступным данным он вычисляет среднюю годовую скорость движения в 65,4 мили в сутки; но поскольку скорость уменьшается с глубиной, средняя скорость всей массы не превышает 49,4 мили в сутки. Когда он говорит о средней скорости Гольфстрима как о таковой, он должен иметь в виду среднюю скорость в каком-то конкретном месте. Это очевидно; ибо средняя скорость полностью зависит от площади сечения течения. Место, где средняя скорость составляет 49,4 мили в сутки, должно быть местом, где он имеет ширину 39½ миль и глубину 1200 футов; ибо он здесь пытается показать нам, насколько мал объем течения на самом деле. Теперь, если только средняя скорость не относится к месту, где он дает нам ширину и глубину течения, его цифры не имеют отношения к рассматриваемому вопросу. Но течение шириной 39½ миль и глубиной 1200 футов имеет площадь сечения 8,97 квадратных миль, и это, при средней скорости 49,4 мили в сутки, даст 443 кубические мили воды. Количество, согласно моей оценке, составляет 459 кубических миль в сутки; следовательно, оно превышает оценку мистера Финдлея всего на 16 кубических миль.

Мистер Финдлей, насколько мне известно, не считает, что я переоценил среднюю температуру течения. Он утверждает [94], что между Сэнд-Ки и Гаваной Гольфстрим имеет глубину около 1200 футов и что он не достигает вершины подводного хребта, который, по его словам, имеет температуру 60°. Очевидно, таким образом, что дно течения имеет температуру не менее 60°, что находится в пределах 5° от того, что я считаю средней температурой массы. Но поверхность течения по крайней мере на 17° выше этой средней. Теперь, когда мы учитываем, что именно в верхних частях течения, в месте, где температура настолько выше 65°, движение является наибольшим, очевидно, что средняя температура всей движущейся массы должна, согласно мистеру Финдлею, быть значительно выше 65°. Отсюда следует, согласно его собственным данным, что Гольфстрим переносит в Атлантику количество тепла, равное одной четверти всего тепла, которое Атлантика, от широты Флоридского пролива до арктических регионов, получает от солнца.

Но следует помнить, что даже если средняя температура поперечного сечения должна быть ниже 65°, из этого не следует, что средняя температура воды, протекающей через это поперечное сечение, должна быть ниже этой температуры, ибо совершенно очевидно, что средняя температура массы воды, протекающей через поперечное сечение за данное время, должна быть намного выше, чем температура самого поперечного сечения. Причина очень проста. Именно в верхней половине сечения существует высокая температура; но поскольку скорость течения намного больше в его верхней, чем в нижней половине, большая часть воды, проходящей через это поперечное сечение, является водой высокой температуры.

Но даже если предположить, что мы уменьшим вдвое собственную оценку мистера Финдлея и примем, что объем течения равен всего 222 кубическим милям воды в сутки вместо 443, все равно количество переносимого тепла было бы равно одной восьмой части тепла, получаемого Атлантикой от солнца. Но разве изъятие количества тепла, равного одной восьмой того, что получено от солнца, не сильно повлияло бы на климат Атлантики? Предположим, мы примем среднюю температуру Атлантики, скажем, за 56°; это сделает ее температуру на 295° выше температуры космического пространства. Погасите солнце и остановите Гольфстрим, и температура должна упасть на 295°. Насколько же тогда должна упасть температура, если предположить, что солнце остается, а Гольфстрим останавливается? Разве изъятие течения не вызвало бы падение температуры примерно на 30°? Конечно, если бы Гольфстрим был изъят, а все остальное осталось бы прежним, температура Атлантики на самом деле не оставалась бы на 30° ниже, чем сейчас; ибо тепло поступало бы со всех сторон и частично восполняло бы потерю течения. Но тем не менее 30° представляют собой величину температуры, поддерживаемую с помощью тепла от течения. И это, заметим, при принятии объема течения по более низкой оценке, чем даже мистер Финдлей был бы готов признать. Мистер Финдлей говорит, что к тому времени, как Гольфстрим достигает берегов Англии, он, как предполагается, покрывает пространство в 1 500 000 квадратных миль. «Доля воды, которая проходит через Флоридский пролив, не составит, — по его словам, — слоя воды толщиной более 6 дюймов в сутки на таком пространстве». Но слой воды толщиной 6 дюймов, остывающий на 25°, отдаст 579 000 футо-фунтов тепла на квадратный фут. Если, следовательно, Гольфстрим, как он утверждает, поставляет 6 дюймов в день на эту площадь, то каждый квадратный фут площади отдает в день 579 000 футо-фунтов тепла. Количество тепла, получаемого от солнца на квадратный фут на широте 55°, что ненамного выше средней широты Великобритании, составляет 1 047 730 футо-фунтов в день, принимая, конечно, среднее значение за весь год; следовательно, этот слой воды отдает количество тепла, равное более чем одной половине всего того, что получено от солнца. Но если предположить, что течение должно оставить половину своего тепла на американских берегах и принести к берегам Британии только 12½° тепла, все равно мы имели бы 289 500 футо-фунтов на квадратный фут, что, несмотря на это, более чем равно одной четверти того, что получено от солнца. Если количество тепла столь огромное не может повлиять на климат, что может?

Я лишь упомяну об одном другом ошибочном представлении, которое преобладает в отношении Гольфстрима; но это ошибка, которую я отнюдь не приписываю ни мистеру Финдлею, ни доктору Карпентеру. Ошибка, о которой я говорю, заключается в предположении, что когда Гольфстрим расширяется на сотни миль, как он это делает, прежде чем достичь наших берегов, его глубина должна по этой причине быть намного меньше, чем когда он выходит из Мексиканского залива. Хотя течение может иметь сотни миль в ширину, нет необходимости, чтобы оно было глубиной всего 6 дюймов, или 6 футов, или 60 футов, или даже 600 футов. Оно может с таким же успехом быть глубиной 6000 футов, как и 6 дюймов.

Причина, почему преобладает такое разнообразие мнений в отношении океанических течений. — В заключение я осмелюсь заметить, что более девяти десятых всей ошибки и неопределенности, которые преобладают как в отношении причины океанических течений, так и их влияния на климат, обусловлены не, как принято считать, внутренними трудностями предмета, а скорее дефектными методами, которые до сих пор применялись в его исследовании — то есть тем, что предмет не рассматривается в соответствии со строгими методами, принятыми в других разделах физики. Что я особенно имею в виду, так это пренебрежение современным методом определения величины эффектов в абсолютной мере.

Но пусть меня не поймут неправильно в этом пункте. Я отнюдь не предполагаю, что абсолютное количество — это вещь, всегда требуемая ради нее самой. В большинстве случаев оно требуется просто как средство для достижения цели; и очень часто этой целью является знание относительного количества. Возьмем, например, Гольфстрим. Предположим, задан вопрос: в какой степени тепло, переносимое этим течением, влияет на климат Северной Атлантики? Для правильного ответа на этот вопрос главное, что требуется, — это знать, какую пропорцию составляет количество тепла, переносимое течением в Атлантику, по отношению к тому, что получено от солнца этой областью. Нам нужны относительные пропорции этих двух количеств. Но как нам их получить? Мы можем сделать это, только определив сначала абсолютное количество каждого. Мы должны сначала измерить каждое, прежде чем сможем узнать, насколько одно больше другого, или, другими словами, прежде чем сможем узнать их относительные пропорции. У нас есть средства для определения абсолютного количества тепла, получаемого от солнца данной областью на любой широте с приемлемой точностью; но того же нельзя сделать с равной точностью в отношении количества тепла, переносимого Гольфстримом, потому что объем и средняя температура течения не известны с уверенностью. Тем не менее у нас достаточно данных, чтобы позволить нам установить такое максимальное и минимальное значение для этих количеств, которое побудит нас признать, что истина должна лежать где-то между ними. Чтобы воздать должное тем, кто утверждает, что Гольфстрим оказывает лишь незначительное влияние на климат, и положить конец всем дальнейшим возражениям относительно неопределенности моих данных, я возьму минимум, против которого никто из них, безусловно, не сможет разумно возразить, а именно: объем течения составляет не более 230 кубических миль в сутки, а тепло, переносимое на фунт воды, — не более 12½ единиц. Вычисляя по этим данным, мы находим, что количество тепла, переносимого в Северную Атлантику, равно одной шестнадцатой всего тепла, получаемого от солнца этой областью. Есть, я полагаю, немногие, кто не признает, что фактическая пропорция намного выше этой, вероятно, достигает 1 к 3 или 1 к 4. Но кто, не приняв метод, которому я следовал, мог бы когда-либо прийти к выводу, что пропорция составляет даже 1 к 16? Он мог бы предположить, что она составляет 1 к 100 или 1 к 1000, но он никогда бы не предположил, что она составляет 1 к 16. Отсюда причина, почему огромное влияние Гольфстрима как нагревающего агента было так сильно недооценено.

Те же замечания применимы к гравитационной теории причины течений. Рассматриваемая просто как теория, она выглядит очень разумной. Нет никого, знакомого с физикой, кто не признал бы, что тенденция разности температур между экватором и полюсами заключается в создании поверхностного течения от экватора к полюсам и подповерхностного течения от полюсов к экватору. Но прежде чем мы сможем доказать, что эта тенденция действительно создает такие течения, должен быть решен другой вопрос, а именно: достаточно ли велика эта сила, чтобы произвести требуемое движение? Теперь, когда мы применяем метод, о котором я говорю, и определяем абсолютную величину силы, возникающей в результате разности удельных весов, мы обнаруживаем, что это не тот мощный агент, который предполагают сторонники гравитационной теории, а сила настолько бесконечно малая, что ее не стоит принимать во внимание при рассмотрении причин, которыми вызываются течения.

ГЛАВА XIII. ВЕТРОВАЯ ТЕОРИЯ ОКЕАНИЧЕСКОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ.

Ocean-currents not due alone to the Trade-winds.—An Objection by Maury.—Trade-winds do not explain the Great Antarctic Current.—Ocean-currents due to the System of Winds.—The System of Currents agrees with the System of the Winds.—Chart showing the Agreement between the System of Currents and System of Winds.—Cause of the Gibraltar Current.—North Atlantic an immense Whirlpool.—Theory of Under Currents.—Difficulty regarding Under Currents obviated.—Work performed by the Wind in impelling the Water forward.—The Challenger’s crucial Test of the Wind and Gravitation Theories.—North Atlantic above the Level of Equator.—Thermal Condition of the Southern Ocean irreconcilable with the Gravitation Theory.

Океанические течения обусловлены не только пассатами. — Общепринятое мнение среди сторонников ветровой теории океанической циркуляции заключается в том, что Гольфстрим и другие течения океана обусловлены импульсом пассатов. Тенденция пассатов заключается в том, чтобы гнать межтропические воды вдоль линии экватора с востока на запад; и если бы эти регионы не были заняты в некоторых местах сушей, это экваториальное течение текло бы прямо вокруг земного шара. Его продвижение на запад, однако, пресекается двумя великими континентами, старым и новым. При приближении к суше течение разветвляется, одна часть направляется на север, а другая — на юг. Северная ветвь экваториального течения Атлантики проходит в Карибское море и, совершив кругооборот Мексиканского залива, течет на север и продолжает свой путь в Северный Ледовитый океан. Южная ветвь, с другой стороны, отклоняется вдоль побережья Южной Америки, образуя то, что известно как Бразильское течение. В Тихом океане происходит аналогичное отклонение у азиатского побережья, образуя течение, несколько напоминающее Гольфстрим, часть которого (Камчатское течение) подобным же образом проходит в арктические регионы. В отношении всех этих различных течений предполагаемой побудительной причиной является сила пассатов.

Однако Мори и другие сторонники гравитационной теории выдвигают возражение, что течение, подобное Гольфстриму, простирающееся до арктических регионов, никак не могло бы быть приведено в движение и поддерживаться силой, действующей в экваториальных регионах. Но это несколько слабое возражение. Оно, по-видимому, основано на неверном представлении о величине действующей силы. Оно не принимает во внимание, что эта сила действует почти на всю площадь океана в межтропических регионах. Если в бассейне с водой, скажем, трех футов в диаметре, приложить силу, достаточную для создания поверхностного потока шириной в один фут через центр бассейна, вода, направленная против стороны, будет отклонена к краям сосуда. И этот результат никоим образом не зависит от размера бассейна. Тот же эффект, который происходит в маленьком бассейне, произойдет и в большом, при условии, что пропорция между шириной полосы воды, приведенной в движение, и размером сосуда будет одинаковой в обоих случаях. Поэтому не имеет значения, предполагается ли диаметр бассейна равным трем футам, или трем тысячам миль, или десяти тысячам миль.

Существует, однако, более серьезное возражение против этой теории. Пассаты могут объяснить Гольфстрим, Бразильское, Японское, Мозамбикское и многие другие течения; но есть течения, такие как некоторые полярные течения, которые нельзя объяснить таким образом. Возьмем, например, великое антарктическое течение, текущее на север в Тихий океан. Это течение не изгибается влево под влиянием вращения Земли и не продолжает свой путь в северо-западном направлении, а фактически изгибается вправо и течет на восток против побережья Южной Америки, в прямом противоречии как с влиянием вращения, так и с пассатами. Теория пассатов, следовательно, недостаточна для объяснения всех фактов. Но существует еще одно объяснение, которое удовлетворительно решает наши трудности. Течения океана обязаны своим происхождением не только пассатам, но и преобладающим ветрам земного шара (включая, конечно, пассаты).

Океанические течения обусловлены системой ветров. — Если мы не будем принимать во внимание несколько небольших внутренних водоемов, можно сказать, что земной шар имеет только одно море, точно так же, как он обладает только одной атмосферой. Мы, однако, привыкли говорить о частях или географических подразделениях одного великого океана, таких как Атлантический и Тихий, как если бы они были столькими отдельными океанами. И мы также стали рассматривать течения океана как отдельные и независимые друг от друга. Это представление, несомненно, в значительной степени препятствовало принятию теории о том, что течения вызываются ветрами, а не разностью удельных весов; ибо оно ведет к выводу, что течения в море должны течь в направлении преобладающих ветров, дующих над этим конкретным морем. Правильный взгляд на этот вопрос, как я надеюсь показать, — это тот, который рассматривает различные течения лишь как члены одной грандиозной системы циркуляции, созданной не только пассатами, не только преобладающими ветрами как таковыми, но совокупным действием всех преобладающих ветров земного шара, рассматриваемых как одна система циркуляции.

Если ветры являются побудительной причиной течений, направление течений будет зависеть от двух обстоятельств, а именно: (1) направления преобладающих ветров земного шара, включая, конечно, под этим термином преобладающие ветры как таковые и пассаты; и (2) конфигурации суши и моря. Отсюда следует, что, поскольку течение в любом данном море является лишь членом общей системы циркуляции, его направление определяется не только преобладающими ветрами, дующими над рассматриваемым морем, но и общей системой преобладающих ветров. Поэтому может иногда случиться, что общая система ветров может создать течение, прямо противоположное преобладающему ветру, дующему над течением. Прилагаемая карта (Таблица I) показывает, насколько точно система океанических течений согласуется с системой преобладающих ветров. Тонкие линии указывают пути преобладающих ветров, а тонкие стрелки — направление, в котором ветер дует вдоль этих путей. Большие стрелки показывают направление основных океанических течений.

PLATE I

W. & A. K. Johnston, Edinbr. and London.

CHART SHOWING the GENERAL AGREEMENT BETWEEN the SYSTEM of OCEAN CURRENTS and WINDS.

Направления и пути преобладающих ветров были взяты из небольшого физического атласа господ Джонстонов, который, как я обнаружил, точно согласуется с направлением преобладающих ветров, выведенным из четырех ежеквартальных карт ветров, недавно опубликованных Гидрографическим департаментом Адмиралтейства. Направление океанических течений было взято из карты течений, опубликованной Адмиралтейством.

В каждом случае, без исключения, направление основных течений земного шара точно согласуется с направлением преобладающих ветров. Не могло бы быть более убедительного доказательства того, что эти ветры являются причиной океанических течений, чем это общее согласие двух систем, как указано на карте. Возьмем, например, Северную Атлантику. Гольфстрим следует точно по пути преобладающих ветров. Гольфстрим разветвляется посреди Атлантики; так же поступает и ветер. Левая ветвь течения проходит на северо-восток в арктические регионы, а правая ветвь — на юго-восток мимо Азорских островов; так же поступает и ветер. Юго-восточная ветвь течения, пройдя Канарские острова, снова входит в экваториальное течение и течет в Мексиканский залив; то же самое, как можно заметить, верно и для ветра. Подобное замечательное согласие существует в отношении всех других ведущих течений океана. Это особенно видно в случае великого антарктического течения между 140° з. д. и 160° з. д. Это течение, текущее на север из антарктических регионов, вместо того чтобы изгибаться влево под влиянием вращения, поворачивает вправо, когда входит в регионы западных ветров, и течет на восток к берегам Южной Америки. Фактически, все течения в этом регионе сильных западных ветров текут в восточном или северо-восточном направлении.

Принимая во внимание эффекты, возникающие в результате конфигурации моря и суши, система океанических течений согласуется точно с системой ветров. Все основные течения земного шара фактически движутся в том самом направлении, в котором они должны двигаться, если предположить, что ветры являются единственной побудительной причиной. Короче говоря, настолько совершенно согласие между двумя системами, что, зная систему ветров и конфигурацию моря и суши, можно было бы определить à priori направление всех течений океана, или, более правильно, систему океанической циркуляции. Или, зная систему океанических течений вместе с конфигурацией моря и суши, можно было бы также определить à priori направление преобладающих ветров. Или, в-третьих, зная систему ветров и систему течений, можно было бы грубо определить конфигурацию моря и суши. Например, этим способом можно показать, что антарктические регионы, вероятно, заняты континентом, а не рядом отдельных островов или морем.

Хотя мы придерживаемся мнения, что течения океана образуют одну систему циркуляции, не следует полагать, что мы имеем в виду, будто различные течения соединены конец в конец, и что через них все последовательно течет одна и та же вода, как в нагревательном аппарате. Все, что утверждается, заключается просто в следующем: течения настолько взаимно связаны, что любое значительное изменение в одном из них изменило бы условия всех остальных. Например, значительное увеличение или уменьшение восточного потока антарктической воды в Южном океане уменьшило бы или увеличило, в зависимости от обстоятельств, силу Западно-Австралийского течения; и это изменение изменило бы экваториальное течение Индийского океана, модификацию, которая подобным же образом повлияла бы на течение Игольного мыса и Южно-Атлантическое течение — последнее, в свою очередь, ведет к модификации экваториального течения Атлантики и, следовательно, Бразильского течения и Гольфстрима. Более того, поскольку течение, приводимое в движение ветрами, как справедливо отмечает мистер Лотон в своем превосходном докладе об океанических течениях, имеет тенденцию оставлять пустоту позади, отсюда следует, что уменьшение или увеличение Гольфстрима повлияло бы на экваториальное течение, течение Игольного мыса и все другие течения вплоть до антарктических течений. Опять же, значительная модификация великого антарктического дрейфового течения подобным же образом повлияла бы на все течения Тихого океана. С другой стороны, любое значительное изменение в течениях Тихого океана в конечном итоге повлияло бы на течения Атлантического и Индийского океанов через его влияние на течение у мыса Горн, Южно-Австралийское течение и течение, проходящее через Азиатский архипелаг; и vice versâ, любые изменения в течениях Атлантического или Индийского океанов изменили бы течения Тихого океана.

Причина Гибралтарского течения. — Теперь я могу рассмотреть причину Гибралтарского течения. Нет сомнений, что это течение обязано своим происхождением (как указывает мистер Лотон) Гольфстриму. «Я полагаю, — отмечает этот автор, — что Гибралтарское течение является отчетливо потоком, образованным восточным дрейфом Северной Атлантики, который, хотя и образует южное течение у побережья Португалии, все же сильно прижимается к востоку и ищет первый выход, который может найти. Настолько велико, действительно, кажется это давление, что через пролив проталкивается больше воды, чем Средиземное море может принять, и часть ее выбрасывается в обратных течениях, некоторые как боковые течения на поверхности, некоторые, по-видимому, как подповерхностное течение на значительной глубине» [95]. Воронкообразная природа пролива, через который проталкивается вода, помогает объяснить существование подповерхностного течения. Вода, прижимаемая к узкому горлышку канала, имеет тенденцию создавать небольшое нагромождение; и поскольку давление, подталкивающее воду вперед, является наибольшим на поверхности и быстро уменьшается вниз, тенденция к восстановлению уровня вызовет подповерхностный поток в сторону Атлантики, потому что ниже поверхности вода найдет путь наименьшего сопротивления. Очевидно, действительно, что этот подповерхностный поток не будет происходить в сторону Средиземного моря, исходя из того факта, что это море уже заполнено до переполнения течением, получаемым из внешнего океана.

Если мы изучим карту течений, опубликованную Гидрографическим департаментом Адмиралтейства, мы обнаружим, что Гибралтарское течение представлено просто как продолжение юго-восточного потока воды Гольфстрима. Теперь, если стрелки, показанные на этой карте, правильно указывают направление потока, мы должны убедиться, что вода Гольфстрима никак не может избежать прохождения через Гибралтарский пролив. Конечно, избыток испарения над осадками в пределах Средиземноморской области был бы сам по себе достаточен для создания значительного течения через пролив; но это само по себе не заполнило бы это внутреннее море до переполнения [96].

Атлантику можно, фактически, рассматривать как огромный водоворот с Саргассовым морем в качестве его вихря; и хотя это правда, как будет видно из осмотра карты, что ветер дует вокруг Атлантики по самому пути, по которому движется вода, подталкивая воду вперед на каждом дюйме ее пути, тем не менее должно быть одинаково верно, что вода имеет тенденцию вытекать по прямой линии по касательной к круговому курсу, по которому она движется. Но вода настолько стеснена со всех сторон, что не может покинуть этот круговой путь, за исключением только двух точек; и в этих двух точках она действительно вытекает наружу. На восточной и западной сторонах суша предотвращает любой такой отток. Аналогично, на юге выход воды пресекается давлением противостоящих течений, текущих с той стороны; в то время как на севере он предотвращается давлением, оказываемым полярными течениями из пролива Дэвиса и Северного Ледовитого океана. Но в Гибралтарском проливе и в северо-восточной части Атлантики между Исландией и северо-восточными берегами Европы сопротивления не оказывается: и в этих двух точках отток действительно происходит. В обоих случаях, однако, особенно в последнем, отток значительно усиливается импульсом преобладающих ветров.

Никто, кто взглянет на прилагаемую карту (Таблица I), показывающую, как северо-восточная ветвь Гольфстрима изгибается и, конечно, неизбежно давит на побережье, не может не понять, как атлантическая вода должна быть втиснута в Гибралтарский пролив, даже если бы потеря, понесенная Средиземным морем от испарения, не превышала выигрыш от дождя и рек.

Теория подповерхностных течений. — Соображение о том, что океанические течения являются просто частями системы циркуляции, созданной системой преобладающих ветров, а не импульсом пассатов в одиночку, помогает устранить трудность, которую некоторые испытывают при объяснении существования подповерхностных течений, не относя их к разности удельных весов. Возьмем случай Гольфстрима, который проходит под полярным течением к западу от Шпицбергена, причем это последнее течение в свою очередь проходит под Гольфстримом немного дальше острова Медвежий. Полярные течения берут свое начало в регионе преобладающих северных ветров, который, несомненно, простирается до полюса. Течение, текущее мимо западных берегов Шпицбергена, на всем своем пути вплоть до точки, где оно исчезает под теплыми водами Гольфстрима, лежит в регионе этих же северных ветров. Теперь почему это течение должно перестать быть поверхностным, как только оно выходит из региона северных ветров в регион юго-западных ветров? Объяснение, по-видимому, таково: когда течение входит в регион преобладающих юго-западных ветров, его продвижение на юг вдоль поверхности океана замедляется как ветром, так и поверхностной водой, движущейся в противовес его курсу; но будучи постоянно подталкиваемым вперед импульсом северных ветров, действующих на всем его пути назад почти до полюса, возможно, или по крайней мере так далеко на север, где море не полностью покрыто льдом, полярное течение не может остановиться, когда оно входит в регион противостоящих ветров и течений; оно должно двигаться вперед. Но вода, таким образом подталкиваемая сзади, естественно, выберет путь наименьшего сопротивления. Теперь в данном случае этот путь неизбежно будет лежать на значительном расстоянии ниже поверхности. Если бы полярному течению пришлось просто бороться с Гольфстримом, текущим в противоположном направлении, оно, вероятно, сохранило бы поверхность и продолжило бы свой путь вдоль стороны этого течения; но ему противостоят ветры, от которых оно не может спастись, кроме как нырнув под поверхность; и глубина, на которую оно опустится, будет зависеть от глубины поверхностного течения, текущего в противоположном направлении. Нет необходимости предполагать нагромождение воды, чтобы создать давлением силу, достаточную для приведения в движение подповерхностного течения. Давления воды сзади само по себе достаточно. То же объяснение, конечно, применимо к случаю Гольфстрима, проходящего под полярным течением. И если мы поразмыслим, что эти подповерхностные течения являются лишь частями общей системы циркуляции и что в большинстве случаев они являются течениями, компенсирующими воду, отведенную в каком-то другом квартале, нам не стоит удивляться расстоянию, на которое они могут в некоторых случаях течь, как, например, от берегов Ньюфаундленда до Мексиканского залива. Подповерхностные течения Гольфстрима необходимы для компенсации воды, гонимой на юг северными ветрами; и опять же, полярные подповерхностные течения необходимы для компенсации воды, гонимой на север южными и юго-западными ветрами.

Но может возникнуть вопрос, как противостоящим течениям удается пересечь друг друга? Очевидно, что Гольфстрим должен погрузиться через всю толщу полярного течения, прежде чем он сможет стать подповерхностным течением, и точно так же холодная вода полярного потока должна пройти через мягкую воду Гольфстрима, чтобы оказаться под ним и продолжить свой путь в сторону юга. Прилагаемая диаграмма (Таблица II, Рис. 1) сделает это достаточно понятным.

Fig. 3

PLATE II

Map shewing meeting of the Gulf-stream and Polar Current (from Dr. Petermann’s Geographische Mittheilungen.)
The curved lines are Isotherms; temperatures are in Fahrenheit.

N. Winds     >>>———>           Fig. 1          <———<<<     S. Winds

Diagram to shew how two opposing currents intersect each other

Surface Plan to shew how two opposing currents meet each other

W. & A. K. Johnston, Edinbr. and London.

Fig. 2

Теперь эти два великих океанических течения вынуждены пересекать друг друга по той простой причине, что они не могут свернуть в сторону, одно влево, а другое вправо. Когда два широких потока, подобных рассматриваемым, прижимаются друг к другу, они преуспевают во взаимном пересечении путей друг друга, распадаясь на полосы или пояса — холодная вода вторгается и пронзается, так сказать, длинными языками теплой воды, в то время как в то же самое время последняя аналогичным образом пересекается соответствующими выступами холодной воды. Два течения становятся в некотором роде сцепленными, и одно проходит сквозь другое очень похоже на то, как мы пропускаем пальцы одной руки между пальцами другой. Диаграмма (Таблица II, Рис. 2), представляющая поверхность океана в месте встречи двух противостоящих течений, покажет это лучше, чем описание. На поверхности полосы неизбежно принимают языкообразный вид, представленный на диаграмме, но когда им удается взаимно пройти вниз через всю толщу противостоящих течений, они затем соединяются и образуют два определенных подповерхностных течения, текущих в противоположных направлениях. Полярные полосы, после проникновения в Гольфстрим, соединяются внизу, образуя текущее на юг подповерхностное течение, и таким же образом полосы Гольфстрима, соединяясь под полярным течением, продолжают свой северный курс как широкое подповерхностное течение теплой воды. Что это правильное представление того, что на самом деле происходит в природе, становится очевидным из осмотра карт течений. Так, на карте Северной Атлантики, которая сопровождает мемуар доктора Петерманна о Гольфстриме, мы наблюдаем, что к югу от Шпицбергена полярное течение и Гольфстрим взаимно проникают друг в друга — длинные языки вторгаются и погружаются под Гольфстрим, в то время как полярное течение аналогичным образом пересекается четко выраженными выступами теплой воды, текущей с юга. (См. Таблицу II, Рис. 3.)

Насколько мне известно, точных наблюдений относительно объема работы, совершаемой ветром при перемещении воды вперед, не проводилось; однако, если принять во внимание значительный сдерживающий эффект объектов на земной поверхности, становится совершенно очевидно, что объем работы, совершаемой на поверхности океана, должен быть гораздо больше, чем принято считать. Например, г-н Бьюкен, секретарь Шотландского метеорологического общества, показал, что забор, сделанный из деревянных планок шириной в три дюйма с промежутками в три дюйма между ними, служит защитой даже во время сильных ветров для объектов, находящихся с подветренной стороны, а проволочная сетка с ячейками около дюйма шириной обеспечивает защиту цветочных горшков во время шторма. Тот же автор получил сообщение от г-на Эдди о том, что такая сетка, установленная в Роквилле, была разорвана в клочья штормовым ветром, причем проволочная сетка поддалась почти так же, как паруса во время урагана в море.

Решающая проверка теорий ветра и гравитации океанической циркуляции, проведенная экспедицией «Челленджера». — В предыдущих главах было показано, что все факты, приведенные в поддержку теории гравитации, столь же хорошо объясняются теорией ветра. Теперь мы можем рассмотреть класс фактов, которые, по-видимому, не согласуются ни с одной из теорий. Недавние исследования экспедиции «Челленджера» теплового состояния океана выявили положение вещей, которое представляется мне совершенно несовместимым с теорией гравитации.

Абсолютно необходимым условием для теории гравитации является то, чтобы поверхность океана была самой высокой в экваториальных регионах и понижалась к обоим полюсам. Если бы вода была абсолютно лишена трения, то уклона, каким бы малым он ни был, было бы достаточно для создания поверхностного течения от экватора к полюсам, но для возникновения такого эффекта должен существовать некоторый уклон, иначе гравитация не могла бы оказывать никакого воздействия, направляя поверхностные воды к полюсам.

Исследования экспедиции «Челленджера» выявили поразительный и важный факт: для достижения равновесия общая поверхность Северной Атлантики должна находиться на более высоком уровне, чем на экваторе. Другими словами, поверхность Атлантики находится на самом низком уровне у экватора и поднимается с пологим уклоном почти до широты Англии. Если это так, то механически невозможно, чтобы в Северной Атлантике происходило какое-либо общее движение, подобное тому, в которое верит д-р Карпентер. Гравитация не может заставить поверхностные воды Атлантики течь к арктическим регионам точно так же, как она не может заставить воды Мексиканского залива течь вверх по Миссисипи в Миссури. Невозможность одинаково велика в обоих случаях.

Чтобы доказать сказанное, давайте возьмем разрез средней части Атлантики, с севера на юг, через экватор; и, чтобы дать теории гравитации все преимущества, выберем именно тот разрез, который д-р Карпентер принял как наиболее благоприятный для своей теории, а именно: разрез, обозначенный № VIII в его мемуарах, недавно зачитанных перед Королевским географическим обществом.

Тот факт, что холодная полярная вода подходит так близко к поверхности на экваторе, рассматривается д-ром Карпентером как доказательство в пользу теории гравитации. При первом взгляде на разрез д-ра Карпентера меня поразила мысль, что если он был начерчен точно, то океану для достижения равновесия потребовалось бы находиться на более высоком уровне в Северной Атлантике, чем на экваторе. Поэтому, чтобы определить, так ли это, я попросил гидрографа Адмиралтейства любезно предоставить мне данные температурных зондирований, указанные в разрезе, в чем мне было весьма любезно отказано. Ниже приведены данные температурных зондирований на трех станциях A, B и C. Температура C представляет собой среднее значение шести зондирований, проведенных вблизи экватора:—

Depth in Fathoms. | Lat. 37° 54′ N. Long. 41° 44′ W. | Lat. 23° 10′ N. Long. 38° 42′ W. | Mean of six temperature soundings near equator.
| Temperature. | Temperature. | Depth in Fathoms. | Temperature.
| ° | ° |  | °
Surface. | 70·0 | 72·0 | Surface. | 77·9
  100 | 63·5 | 67·0 |     10 | 77·2
  200 | 60·6 | 57·6 |     20 | 77·1
  300 | 60·0 | 52·5 |     30 | 76·9
  400 | 54·8 | 47·7 |     40 | 71·7
  500 | 46·7 | 43·7 |     50 | 64·0
  600 | 41·6 | 41·7 |     60 | 60·4
  700 | 40·6 | 40·6 |     70 | 59·4
  800 | 38·1 | 39·4 |     80 | 58·0
  900 | 37·8 | 39·2 |     90 | 58·0
1000 | 37·9 | 38·3 |   100 | 55·6
1100 | 37·1 | 38·0 |   150 | 51·0
1200 | 37·1 | 37·6 |   200 | 46·6
1300 | 37·2 | 36·7 |   300 | 42·2
1400 | 37·1 | 36·9 |   400 | 40·3
1500 | .. | 36·7 |   500 | 38·9
2700 | 35·2 | .. |   600 | 39·2
2720 | .. | 35·4 |   700 | 39·0
|  |  |   800 | 39·1
|  |  |   900 | 38·2
|  |  | 1000 | 36·9
|  |  | 1100 | 37·6
|  |  | 1200 | 36·7
|  |  | 1300 | 35·8
|  |  | 1400 | 36·4
|  |  | 1500 | 36·1
|  |  | Bottom. | 34·7

Вычислив степень, в которой три колонки A, B и C расширяются под воздействием тепла согласно таблице Мунке расширения морской воды на каждый градус по Фаренгейту, я обнаружил, что колонке B, чтобы находиться в равновесии с C (экваториальной колонкой), потребовалось бы, чтобы ее поверхность находилась на целых 2 фута 6 дюймов выше уровня колонки C, а колонке A — на целых 3 фута 6 дюймов выше этой колонки. Короче говоря, очевидно, что от экватора до 38° с.ш. должен наблюдаться постепенный подъем на 3,5 фута. Любой может проверить точность этих результатов, выполнив необходимые вычисления самостоятельно.

PLATE III

W. & A. K. Johnston, Edinbr. and London.

SECTION OF THE ATLANTIC nearly North and South, between LAT. 38° N. & LAT. 38° S.

Могу заметить, что если бы колонка C простиралась на ту же глубину, что и колонки A и B, разница уровней была бы значительно больше, поскольку колонке C необходимо уравновешивать только ту часть колонок A и B, которая находится выше уровня ее основания. Предположим, что глубина океана, равная глубине колонки C, простирается до северного полюса, а полярная вода имеет равномерную температуру 32° от поверхности до дна; тогда, чтобы достичь равновесия, поверхность океана на экваторе должна была бы находиться на 4 фута 6 дюймов выше, чем на полюсе. Но поверхность океана в точке B была бы на 7 футов, а в точке A — на 8 футов выше, чем на полюсах. Гравитация никогда не могла заставить океан принять такую форму. Невозможно, чтобы эта огромная масса теплой воды, простирающаяся на такую глубину в Северной Атлантике, была принесена из экваториальных регионов посредством гравитации. И даже если мы предположим, что это накопление теплой воды можно объяснить какими-то другими средствами, ее присутствие все равно исключает возможность любого такого поверхностного течения, которое отстаивает д-р Карпентер. Ибо до тех пор, пока Северная Атлантика находится на 3,5 фута выше уровня экватора, гравитация никогда не сможет переместить экваториальные воды к полюсам.

Существует еще одна особенность этого разреза, несовместимая с теорией гравитации. Будет замечено, что накопление теплой воды происходит только в Северной Атлантике, а в южной ее мало или вовсе нет. Но согласно теории гравитации должно было быть наоборот. Ибо из-за неограниченного сообщения между экваториальными и антарктическими регионами общее движение воды к южному полюсу, согласно этой теории, должно быть больше, чем к северному, и, следовательно, количество теплой экваториальной воды в Южной Атлантике также должно быть больше. Сам д-р Карпентер, по-видимому, осознает эту трудность, стоящую перед теорией, и парирует ее, заявляя, что «верхний слой Северной Атлантики охлаждается своим ограниченным полярным подтоком далеко не так сильно, как слой Южной Атлантики охлаждается огромным движением антарктической воды, которое постоянно происходит к экватору». Но это «огромное движение антарктической воды» неизбежно подразумевает огромное встречное движение теплой поверхностной воды. Таким образом, если в Южной Атлантике больше полярной воды, вызывающей охлаждающий эффект, то должно быть и больше теплой воды, подлежащей охлаждению.

Согласно ветровой теории океанической циркуляции, объяснение всех явлений просто и очевидно. Уже было показано, что из-за того, что юго-восточные пассаты сильнее северо-восточных и постоянно дуют в северное полушарие, теплая поверхностная вода Южной Атлантики переносится через экватор. Затем она переносится экваториальным течением в Мексиканский залив и впоследствии, конечно, образует часть Гольфстрима.

Северная Атлантика, с другой стороны, не только не теряет свое поверхностное тепло, как экваториальная и Южная Атлантика, но и получает от Гольфстрима в виде теплой воды количество тепла, как мы видели, равное одной четверти всего тепла, которое она получает от солнца. Причина, по которой теплые поверхностные слои в Северной Атлантике намного толще, чем в экваториальных регионах, совершенно очевидна. Поверхностная вода на экваторе сметается в Мексиканский залив пассатами и экваториальным течением так же быстро, как нагревается солнцем, поэтому у нее нет времени скапливаться на большой глубине. Но вся эта теплая вода переносится Гольфстримом в Северную Атлантику, где она накапливается. То, что эта большая глубина теплой воды в Северной Атлантике, представленная на разрезе, происходит от Гольфстрима, а не от прямого потока с экватора, обусловленного гравитацией, дополнительно подтверждается тем фактом, что температурное зондирование A на широте 38° с.ш. проводится через ту огромную массу теплой воды толщиной более 300 морских саженей, простирающуюся от Бермудских островов до Азорских, обнаруженную экспедицией «Челленджера» и справедливо рассматриваемую капитаном Нэрсом как ответвление Гольфстрима. Это в отчете капитана Нэрса «температурное зондирование» № 8 между Бермудскими островами и Азорскими; зондирование B — это «температурная кривая» № 6 между Тенерифе и Сент-Томасом.

Существует дополнительная причина, помимо уже указанной, по которой температура поверхности Южной Атлантики должна быть намного ниже, чем Северной. Совершенно верно, что любое количество воды, перенесенное из южного полушария в северное, должно быть компенсировано равным количеством из северного в южное полушарие; тем не менее, теплая вода, которая уносится из Южной Атлантики ветрами, компенсируется не непосредственно водой с севера, а тем холодным антарктическим течением, существование которого так хорошо известно морякам по огромным массам льда, которые оно приносит из Южного океана.

Тепловое состояние Южного океана. — Тепловое состояние Южного океана, установленное экспедицией «Челленджера», представляется мне также несовместимым с теорией гравитации. Между параллелями 65° 42′ ю.ш. и 50° 1′ ю.ш. океан, за исключением тонкого слоя на поверхности, нагретого солнечными лучами, оказался на глубине около 200 морских саженей на несколько градусов холоднее, чем вода под ним. Холодный верхний слой, очевидно, является антарктическим течением, а теплая подстилающая вода — экваториальным подповерхностным течением. Но, согласно теории гравитации, более холодная вода должна находиться внизу.

Сам факт того, что масса воды глубиной 200 морских саженей, простирающаяся на пятнадцать градусов широты, остается над водой, имеющей на три или четыре градуса более высокую температуру, показывает, как мало влияния разница температур оказывает на возникновение движения. Если бы она обладала той силой, которую ей приписывают некоторые, можно было бы предположить, что этот холодный слой должен опуститься вниз и вытеснить теплую воду под ним. Если разница плотности достаточна для перемещения воды по горизонтали, то она, безусловно, должна быть более чем достаточной, чтобы заставить ее опуститься по вертикали.

ГЛАВА XIV. ВЕТРОВАЯ ТЕОРИЯ ОКЕАНИЧЕСКОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ В СВЯЗИ С ИЗМЕНЕНИЕМ КЛИМАТА.

Direction of Currents depends on Direction of the Winds.—Causes which affect the Direction of Currents will affect Climate.—How Change of Eccentricity affects the Mode of Distribution of the Winds.—Mutual Reaction of Cause and Effect.—Displacement of the Great Equatorial Current.—Displacement of the Median Line between the Trades, and its Effect on Currents.—Ocean-currents in Relation to the Distribution of Plants and Animals.—Alternate Cold and Warm Periods in North and South.—Mr. Darwin’s Views quoted.—How Glaciers at the Equator may be accounted for.—Migration across the Equator.

Океанические течения в связи с изменением климата. — В моих попытках доказать, что океаническая циркуляция вызывается ветрами, а не разницей удельного веса, и что океанические течения являются главными распределителями тепла по земному шару, моей главной целью было показать значение этих моментов для великого вопроса о вековых изменениях климата в течение геологических эпох, в частности, в отношении той загадки, что является причиной ледниковой эпохи.

Завершая это обсуждение относительно океанической циркуляции, я, следовательно, позволю себе кратко резюмировать те моменты, связанные с этим предметом, которые, по-видимому, проливают наибольший свет на вопрос об изменениях климата.

Полное соответствие между системами океанических течений и ветров не только показывает, что ветры являются движущей причиной течений, но также указывает на то, в какой степени направления течений определяются ветрами, или, точнее, в какой степени их направления определяются направлением ветров.

Мы видели в главе II, в какой огромной степени климатические условия земного шара зависят от распределения тепла, осуществляемого посредством океанических течений. Там было указано, что если бы тепло, переносимое океанической циркуляцией из межтропических в умеренные и полярные регионы, было возвращено первым, то экваториальные регионы имели бы температуру примерно на 55° выше, а высокие полярные регионы — климат на 83° холоднее, чем в настоящее время. Следовательно, из этого вытекает, что любая причина, которая сильно повлияет на течения или значительно изменит их пути и способ распределения, неизбежно серьезно повлияет на климатическое состояние земного шара. Но поскольку существование этих течений зависит от ветров, а их направление и форма распределения зависят от направления и формы распределения ветров, любая причина, которая сильно повлияет на ветры, также сильно повлияет на течения и, следовательно, повлияет на климатическое состояние земного шара. Опять же, поскольку существование ветров зависит главным образом от разницы температур между экваториальными и полярными регионами, любая причина, которая сильно повлияет на эту разницу температур, также сильно повлияет на ветры; а они столь же верно отразятся на течениях и климатических условиях земного шара. Простое увеличение или уменьшение разницы температур между экваториальными и полярными регионами, хотя оно, безусловно, вызвало бы увеличение или уменьшение, в зависимости от обстоятельств, силы ветров и, следовательно, силы течений, тем не менее не сильно повлияло бы на способ распределения ветров, а следовательно, и на способ распределения течений. Но хотя простое изменение разницы температур между экватором и полюсами не привело бы к иному распределению воздушных, а следовательно, и океанических течений, тем не менее разница в разнице температур между экватором и двумя полюсами сделала бы это; то есть любая причина, которая увеличила бы разницу температур между экватором и полюсом в одном полушарии и уменьшила бы эту разницу в другом, вызвала бы изменение в распределении воздушных течений, которое, в свою очередь, привело бы к соответствующему изменению в распределении океанических течений.

Было показано, что увеличение эксцентриситета орбиты Земли имеет тенденцию понижать температуру одного полушария и повышать температуру другого. Это правда, что увеличение эксцентриситета не дает больше тепла одному полушарию, чем другому; тем не менее, оно создает положение вещей, которое имеет тенденцию понижать температуру одного полушария и повышать температуру другого. Давайте представим, что эксцентриситет находится на своем верхнем пределе, 0,07775, а зимнее солнцестояние — в афелии. Температура в середине зимы, из-за увеличенного расстояния от солнца, была бы значительно понижена; и следствием этого стало бы то, что вся влага, которая сейчас выпадает в виде дождя зимой в умеренных регионах, выпадала бы в виде снега. И это еще не все; зимы были бы не просто холоднее, чем сейчас, но они были бы также намного длиннее. В настоящее время летнее полугодие превышает зимнее почти на восемь дней; но в рассматриваемый период зимы были бы длиннее лета более чем на тридцать шесть дней. Тепла солнца в течение короткого лета, по причинам, которые уже были объяснены, было бы недостаточно, чтобы растопить зимний снег; так что постепенно, год за годом, снег продолжал бы накапливаться на земле.

В южном полушарии наблюдалось бы противоположное положение вещей. Из-за близости солнца во время зимы этого полушария влага воздуха выпадала бы в виде дождя в регионах, где в настоящее время она выпадает в виде снега. Это и краткость зимы имели бы тенденцию к уменьшению количества снега. Разница температур между экваториальными и умеренными и полярными регионами была бы, следовательно, больше в северном, чем в южном полушарии; и, как следствие, воздушные течения первого полушария были бы сильнее, чем второго. Это было бы особенно верно в отношении пассатов. Северо-восточные пассаты, будучи сильнее юго-восточных, дули бы через экватор, и срединная линия между ними находилась бы, следовательно, на некотором расстоянии к югу от экватора. Таким образом, экваториальные воды были бы направлены больше в южное, чем в северное полушарие; и теплая вода, переносимая таким образом в южное полушарие, имела бы тенденцию к увеличению разницы температур между двумя полушариями. Это изменение, в свою очередь, имело бы тенденцию к усилению северо-восточных и ослаблению юго-восточных пассатов и, таким образом, вызвало бы еще больший поток экваториальных вод в южное полушарие — результат, который еще больше увеличил бы разницу температур между северным и южным полушарием, и так далее — одна причина, реагируя на другую, увеличивала бы свои эффекты, как было подробно показано в главе IV.

Именно это взаимное влияние этих физических агентов привело, как было указано в главе IV, к тому необычайному состоянию климата, которое преобладало во время ледниковой эпохи.

Существует еще одно обстоятельство, которое следует рассмотреть, которое, возможно, больше, чем что-либо другое, имело бы тенденцию понижать температуру одного полушария и повышать температуру другого; и это смещение великого экваториального течения. Во время ледникового периода в северном полушарии срединная линия между пассатами была бы смещена очень значительно к югу от экватора; и то же самое было бы неизбежно в случае с великими экваториальными течениями, с той лишь разницей, что экваториальные течения, при прочих равных условиях, отклонялись бы дальше на юг, чем срединная линия. Ибо вода, направляемая сильными северо-восточными пассатами, двигалась бы с большей скоростью, чем воды, направляемые более слабыми юго-восточными пассатами, и, конечно, пересекла бы срединную линию пассатов до того, как ее продвижение на юг могло бы быть остановлено противодействующим влиянием юго-восточных пассатов. Давайте кратко взглянем на результаты, которые последовали бы из такого положения вещей. Во-первых, как было показано в предыдущих случаях, если бы экваториальное течение Атлантики (питающее Гольфстрим) было смещено значительно к югу от своего нынешнего положения, оно не разветвлялось бы, как сейчас, у мыса Сан-Роке, из-за того, что все воды ударялись бы под углом о бразильское побережье и, таким образом, отклонялись бы в Южный океан. Эффект, произведенный на климат Северной Атлантики и Северо-Западной Европы отводом воды, образующей Гольфстрим, можно представить из того, что уже было сказано относительно количества тепла, переносимого этим течением. Тепло, таким образом изъятое из Северной Атлантики, пошло бы на повышение температуры Южного океана и антарктических регионов. Аналогичный результат произошел бы в Тихом океане. Если бы экваториальное течение этого океана было удалено значительно к югу от своего нынешнего положения, оно не ударялось бы и не отклонялось бы на азиатское побережье, а на континент Австралии; и большая часть его вод тогда устремилась бы на юг в Южный океан, в то время как та часть, которая проходит вокруг севера Австралии (из-за большой силы северо-восточных пассатов), скорее текла бы в Индийский океан, чем поворачивала, как сейчас, вдоль восточного побережья Азии мимо Японских островов. Остановка Японского течения в сочетании со смещением экваториального течения к югу от экватора значительно понизила бы температуру всей северной части Тихого океана и прилегающих континентов и повысила бы до соответствующей степени температуру южной части Тихого океана и Южного океана. Опять же, воды экваториального течения Индийского океана (из-за противодействующих северо-восточных пассатов) не нашли бы, как в настоящее время, пути вокруг мыса Доброй Надежды в Северную Атлантику, а были бы отклонены на юг в Антарктическое море.

Мы имеем в нынешнем положении вещей яркий пример того, в какой степени срединная линия между двумя пассатами может быть смещена, а положение великих экваториальных течений океана может быть затронуто небольшой разницей в относительной силе двух воздушных течений. Юго-восточные пассаты в настоящее время немного сильнее северо-восточных; и следствием этого является то, что они дуют через экватор в северное полушарие на расстояние иногда 10 или 15°, так что среднее положение срединной линии лежит по крайней мере на 6 или 7 градусов севернее экватора.

И несомненно, именно благодаря превосходству силы юго-восточных пассатов так много теплой воды пересекает экватор из Южной в Северную Атлантику, и основная часть экваториального течения течет в Карибское море, а не вдоль бразильского побережья. Если бы два пассата были равной силы, перенос тепла в Северную Атлантику из южного полушария посредством Южно-Атлантического и экваториальных течений был бы намного меньше, чем в настоящее время. То же самое было бы верно и в отношении Тихого океана.

Океанические течения в связи с распределением растений и животных. — В пятом и последнем изданиях «Происхождения видов» г-н Дарвин оказал мне честь, выразив свою веру в то, что вышеизложенный взгляд относительно чередующихся холодных и теплых периодов на севере и юге во время ледниковой эпохи объясняет множество фактов в связи с распределением растений и животных, которые всегда считались чрезвычайно загадочными.

Существуют определенные виды растений, которые встречаются одинаково в умеренных регионах южного и северного полушарий. На экваторе эти же умеренные формы встречаются на возвышенных горах, но не на низменностях. Как же тогда этим умеренным формам удалось пересечь экватор из северных умеренных регионов в южные и наоборот? Решение проблемы г-ном Дарвином (его собственными словами) заключается в следующем:—

«По мере того как холод становился все более интенсивным, мы знаем, что арктические формы вторгались в умеренные регионы; и из только что приведенных фактов вряд ли может быть сомнение, что некоторые из наиболее энергичных, доминирующих и широко распространенных умеренных форм вторгались на экваториальные низменности. Обитатели этих жарких низменностей в то же время мигрировали бы в тропические и субтропические регионы юга; ибо южное полушарие в этот период было теплее. По мере спада ледникового периода, когда оба полушария постепенно восстанавливали свои прежние температуры, северные умеренные формы, живущие на низменностях под экватором, были бы изгнаны в свои прежние дома или были бы уничтожены, будучи замененными экваториальными формами, возвращающимися с юга. Некоторые, однако, из северных умеренных форм почти наверняка поднялись бы на любую прилегающую возвышенность, где, если бы она была достаточно высокой, они долго бы выживали, подобно арктическим формам на горах Европы».

«В обычном ходе событий южное полушарие в свою очередь подверглось бы суровому ледниковому периоду, при этом северное полушарие стало бы теплее; и тогда южные умеренные формы вторглись бы на экваториальные низменности. Северные формы, которые ранее были оставлены на горах, теперь спустились бы и смешались с южными формами. Последние, когда вернулось тепло, вернулись бы в свои прежние дома, оставив некоторые немногие виды на горах и унося с собой на юг некоторые из северных умеренных форм, которые спустились со своих горных твердынь. Таким образом, у нас было бы несколько видов, идентично одинаковых в северной и южной умеренных зонах и на горах промежуточных тропических регионов» (стр. 339, шестое издание).

Дополнительный свет на этот предмет проливают результаты, уже изложенные относительно огромной степени, в которой температура экватора зависит от океанических течений. Если бы не было переноса тепла из экваториальных в умеренные и полярные регионы, температура экватора, как было замечено, была бы, вероятно, примерно на 55° выше, чем в настоящее время. В таком случае ни одно растение, существующее на поверхности земного шара, не могло бы жить на экваторе, если только на каком-нибудь возвышенном горном регионе. С другой стороны, если бы количество теплой воды, переносимой с экватора, было значительно увеличено, температура межтропических широт могла бы быть настолько понижена, чтобы легко допустить произрастание умеренных видов растений на экваторе. Понижения температуры на экваторе на какие-то 20° или 30° было бы достаточно; и только умеренного увеличения объема течений, исходящих от экватора, взятого в связи с эффектами, вытекающими из следующих соображений, могло бы хватить для получения этого результата. Во время ледниковой эпохи, когда одно полушарие находилось подо льдом, а другое наслаждалось теплым и умеренным климатом, срединная линия между пассатами могла быть смещена почти к тропической линии теплого полушария. При таком положении вещей самой теплой частью, вероятно, был бы район где-то около тропика теплого полушария, а не, как сейчас, экватор; ибо поскольку вся или почти вся поверхностная вода экватора была бы тогда направлена в теплое полушарие, тропические регионы этого полушария получали бы почти вдвое больше своего нынешнего количества теплой воды.

Опять же, поскольку экваториальное течение в это время было бы смещено к тропику теплого полушария, поверхностная вода не текла бы, как в настоящее время, в экваториальных регионах параллельно экватору, а под углом через него из холодного в теплое полушарие. Это само по себе имело бы тенденцию значительно понизить температуру экватора.

Следовательно, из этого вытекает как необходимое следствие, что во время ледниковой эпохи, когда одно полушарие находилось под снегом и льдом, а другое наслаждалось теплым и умеренным климатом, температура экватора была бы ниже, чем в настоящее время. Но когда оледеневшее полушарие (которое мы можем предположить северным) начало становиться теплее, а климат южного или теплого полушария — холоднее, срединная линия пассатов и экваториальные течения океана также начали бы перемещаться обратно от южного тропика к экватору. Это вызвало бы повышение температуры экватора и продолжало бы повышаться до тех пор, пока экваториальные течения не достигли бы своего нормального положения. Когда снег начал бы накапливаться в южном полушарии и исчезать в северном, срединная линия пассатов и экваториальные течения океана начали бы тогда перемещаться к северному тропику, как они ранее перемещались к южному. Температура экватора тогда снова начала бы падать и продолжала бы это делать до тех пор, пока оледенение южного полушария не достигло бы своего максимума. Это колебание теплового экватора туда и обратно через географический экватор продолжалось бы до тех пор, пока продолжалось чередующееся оледенение двух полушарий.

Это понижение температуры экватора во время самой суровой части ледниковой эпохи поможет объяснить прежнее существование ледников в межтропических регионах на небольшой высоте над уровнем моря, доказательства чего, по-видимому, недавно были найдены профессором Агассисом, г-ном Белтом и другими.

Ледниковую эпоху можно считать одновременной в обоих полушариях. Но эпоха состояла из последовательности холодных и теплых периодов, причем холодные периоды одного полушария совпадали с теплыми периодами другого, и наоборот.

Миграция через экватор. — Г-н Белт и другие испытывали некоторые трудности в понимании того, как, согласно теории, растения и животные умеренных регионов могли мигрировать из одного полушария в другое, учитывая, что при своем переходе им пришлось бы пересечь тепловой экватор. Колебание теплового экватора туда и обратно через географический устраняет всякую трудность в отношении того, как происходит миграция. Когда, например, холодный период в северном полушарии и соответствующий теплый в южном были на своем максимуме, тепловой экватор к этому времени, вероятно, уже прошел бы за тропик Козерога. Географический экватор тогда наслаждался бы субтропическим, если не умеренным состоянием климата, и растения и животные северного полушария смогли бы тогда достичь экватора. Когда холод начал ослабевать на северном и усиливаться на южном полушарии, тепловой экватор начал бы свое отступление к географическому. Растения и животные с севера, чтобы избежать усиливающегося тепла по мере приближения к ним теплового экватора, начали бы подниматься на горные высоты; и когда этот экватор прошел бы к своему северному пределу, а географический экватор снова наслаждался бы субтропическим состоянием климата, растения и животные начали бы спускаться и продолжать свое путешествие на юг по мере того, как холод ослабевал в южном полушарии.

ГЛАВА XV. ТЕПЛЫЕ МЕЖЛЕДНИКОВЫЕ ПЕРИОДЫ.

Alternate Cold and Warm Periods.—Warm Inter-glacial Periods a Test of Theories.—Reason why their Occurrence has not been hitherto recognised.—Instances of Warm Inter-glacial Periods.—Dranse, Dürnten, Hoxne, Chapelhall, Craiglockhart, Leith Walk, Redhall Quarry, Beith, Crofthead, Kilmaurs, Sweden, Ohio, Cromer, Mundesley, &c., &c.—Cave and River Deposits.—Occurrence of Arctic and Warm Animals in some Beds accounted for.—Mr. Boyd Dawkins’s Objections.—Occurrence of Southern Shells in Glacial Deposits.—Evidence of Warm Inter-glacial Periods from Mineral Borings.—Striated Pavements.—Reason why Inter-glacial Land-surfaces are so rare.

Чередующиеся холодные и теплые периоды. — Если теория, развитая в предыдущих главах в отношении причины вековых изменений климата, верна, то из этого следует, что та долгая эпоха, известная как ледниковая эпоха, не состояла, как до сих пор обычно предполагалось, из одного долгого непрерывного периода холода и льда. Она также не состояла, как некоторые заключили, из двух долгих периодов льда с промежуточным мягким периодом, но она должна была состоять из долгой последовательности холодных и теплых периодов; теплые периоды одного полушария соответствовали по времени холодным периодам другого, и наоборот. Из теории также следует, что по мере того, как холодные периоды становились все более суровыми, теплые промежуточные периоды становились бы все более теплыми и умеренными. По мере того как лед начинал накапливаться во время холодных периодов в субарктических и умеренных регионах в местах, где его ранее не существовало, так же точно во время соответствующих теплых периодов он начинал бы исчезать в арктических регионах, где он прочно удерживал власть на протяжении теперь завершающегося цикла. По мере того как холодные периоды в южном полушарии становились все более суровыми, лед продолжал бы продвигаться на север в умеренных регионах; но в то же самое время промежуточные теплые периоды в северном полушарии становились бы все теплее и теплее и более умеренными, а лед арктических регионов продолжал бы исчезать все дальше и дальше на север, пока к тому времени, когда лед достиг бы максимума во время холодных антарктических периодов, Гренландия и арктические регионы, вероятно, были бы свободны от льда и наслаждались бы мягким и умеренным климатом. Или мы можем сказать, что по мере того, как одно полушарие становилось холодным, другое становилось теплым, и когда холод достигал максимума в одном полушарии, тепло достигало бы максимума в другом. Время, когда лед достигал своего наибольшего распространения в одном полушарии, было бы временем, когда он исчезал из другого.

Межледниковые периоды как проверка теорий. — Здесь мы имеем великую решающую проверку истинности вышеизложенной теории причины ледниковой эпохи. То, что ледниковая эпоха должна была состоять из последовательности холодных и теплых периодов, совершенно несовместимо со всеми предыдущими теориями, которые были выдвинуты для ее объяснения. Каковы же тогда геологические доказательства по этому вопросу? Если можно доказать на основе геологических данных, что ледниковая эпоха состояла из такой последовательности холодных и теплых периодов, то я почти не сомневаюсь, что теория вскоре будет общепринятой. Но с самого начала нас встречает возражение: почему называть эпоху, которая состояла в равной степени из теплых периодов, как и из холодных, ледниковой эпохой, или «Ледниковым периодом», как лаконично выражается г-н Джеймс Гейки? Почему бы не назвать ее так же хорошо теплой эпохой, как и холодной, видя, что, согласно теории, это была в такой же степени теплая, как и холодная эпоха? Ответ на это возражение будет полностью обсужден в главе о причине несовершенства геологических записей. Но тем временем я могу заметить, что будет показано, что эпоха, известная как ледниковая, справедливо была названа ледниковой эпохой или «Ледниковым периодом», потому что геологические свидетельства холодных периодов остаются в удивительно совершенном состоянии, в то время как свидетельства теплых периодов в значительной степени исчезли. Причина этой разницы в двух случаях будет обсуждена в главе, на которую я ссылался. Кроме того, положение вещей во время холодных периодов было настолько необычайным, настолько исключительным, настолько полностью отличающимся от тех, что преобладают сейчас, что даже если предположить, что геологические записи теплых периодов сохранились так же хорошо, как записи холодных, тем не менее мы назвали бы рассматриваемую эпоху ледниковой эпохой. Однако есть еще одна причина наших ограниченных знаний о теплых межледниковых периодах. До самого последнего времени геологи почти не уделяли внимания этой части предмета в плане ведения записей о случаях межледниковых отложений, которые время от времени наблюдались. Мало кто из геологов когда-либо мечтал о таких вещах, как теплые периоды во время ледникового века, так что когда в валунной глине находили прослойки песка и гравия, пласты торфа, корни, ветви, стволы, листья и плоды деревьев, им не придавали физического значения, и, следовательно, их описание или запись никогда не велись. На самом деле все такие примеры рассматривались как чисто случайные и исключительные и считались не заслуживающими особого внимания. Случай, который попал в поле моего собственного наблюдения, проиллюстрирует мою мысль. Один умный геолог несколько лет назад прочитал доклад перед одним из наших местных геологических обществ, в котором дал отчет о ископаемом пласте глины, найденном прослоенным между двумя отчетливыми пластами тилла. В этом прослоенном пласте были найдены корешки и стебли деревьев, орехи и другие остатки, показывающие, что это, очевидно, была старая межледниковая поверхность суши. В трудах общества было дано описание двух пластов тилла, но не было сделано никакого упоминания о прослоенном пласте, содержащем органические остатки, хотя это был единственный момент, имеющий реальное значение.

С тех пор как теория о том, что ледниковая эпоха возникла в результате высокого состояния эксцентриситета орбиты Земли, начала получать некоторое признание, геологи стали уделять много внимания случаям прослоенных пластов в тилле, содержащих органические остатки, и результатом является то, что у нас уже есть большой объем доказательств геологического характера в пользу теплых межледниковых периодов, и я почти не сомневаюсь, что в течение нескольких лет прежнее возникновение теплых межледниковых периодов будет общепризнано.

Теперь я перейду к изложению очень краткого очерка доказательств, относящихся к этому предмету. Но случаи, к которым мне придется обратиться, слишком многочисленны, чтобы позволить мне вдаваться в детали.

Межледниковые пласты Швейцарии. — Первым геологом, насколько мне известно, который обратил внимание на доказательства перерыва в холоде ледниковой эпохи, был М. Морло. Прошло уже двадцать лет с тех пор, как он объявил о существовании теплого периода во время ледниковой эпохи на основе геологических доказательств, связанных с ледниковыми отложениями Альп.

Реки Швейцарии, как он обнаружил, показывают на своих берегах три хорошо выраженные террасы из регулярно стратифицированного и хорошо окатанного галечника, идентичного современным отложениям рек. Они стоят на высоте 50, 100 и 150 футов над нынешним уровнем рек. Эти террасы были очевидно сформированы нынешней системой рек, когда они текли на более высоком уровне, и простираются вверх по Альпам на высоту от 3000 до 4000 футов над уровнем моря. Существует терраса, граничащая с Рейном в Камишолласе, выше Дизентиса, на высоте 4400 футов над уровнем моря, доказывающая, что во время периода своего формирования Альпы были свободны от льда до высоты 4400 футов над уровнем моря. Хорошо известно, что ледниковый период должен был следовать за формированием этих отложений, ибо они во многих местах покрыты эрратическими валунами. В Женеве, например, эрратические отложения толщиной почти 50 футов видны лежащими на отложениях средней террасы, которая поднимается на 100 футов над уровнем озера. Но также очевидно, что ледниковый период должен был предшествовать формированию пластов отложений, ибо они найдены лежащими во многих местах на нестратифицированной валунной глине или тилле. М. Морло наблюдал в окрестностях Кларенса от 7 до 9 футов отложений, лежащих на пласте настоящего тилла толщиной 40 футов; последний состоял из плотной синей глины, содержащей изношенные и поцарапанные альпийские валуны и без каких-либо следов стратификации. В ущелье Дранс, около Торона, М. Морло нашел все три формации в прямой наложенной серии. Внизу была масса плотного тилла или валунной глины толщиной 12 футов, содержащая валуны альпийского известняка. Поверх этой массы шли регулярно стратифицированные пласты толщиной 150 футов, состоящие из окатанной гальки в горизонтальных пластах. Выше этого снова лежала вторая формация нестратифицированной валунной глины с эрратическими валунами и штрихованной галькой, которая составляла левую боковую морену великого ледника Роны, когда он продвигался во второй раз к Женевскому озеру. Положение вещей, несколько похожее, наблюдалось М. Ишером в окрестностях Берна.

Эти факты, справедливо считает М. Морло, доказывают существование двух ледниковых периодов, разделенных промежуточным, во время которого лед, покрывавший не только Швейцарию, но и большую часть Европы, исчез даже в главных долинах Альп на высоту более 4400 футов над нынешним уровнем моря. За этим теплым периодом, продолжавшимся долгие века, последовал второй ледниковый период, во время которого страна снова была покрыта льдом, как и прежде. М. Морло даже предполагает возможность того, что эти чередования холодных и теплых периодов зависят от космической причины. «Как бы дико это ни казалось, — говорит он, — когда это было впервые высказано, идея общих и периодических эр охлаждения для нашей планеты, связанных, возможно, с каким-то космическим агентом, может в конечном итоге оказаться верной».

Вскоре после этого в ледниковых отложениях Швейцарии были найдены доказательства гораздо более примечательного характера, а именно знаменитые пласты лигнита в Дюрнтене. В окрестностях Уцнаха и Дюрнтена, на Цюрихском озере, и около Мёршвиля, на Боденском озере, есть пласты угля или лигнита толщиной почти 12 футов, лежащие непосредственно на валунной глине. Поверх этих пластов лежит другая масса отложений и глины толщиной 30 футов с окатанными валунами, а на вершине этих верхних отложений лежат длинные угловатые эрратические валуны, которые, очевидно, были перенесены на спинах ледников. Профессор Фогт приписывает их перенос плавающему льду; но он очевидно делает это, чтобы избежать гипотезы о теплом периоде во время ледниковой эпохи.

Здесь мы имеем доказательство не просто исчезновения льда во время ледниковой эпохи, но его отсутствия в течение периода, достаточного для роста 10 или 12 футов угля. Профессор Геер думает, что этот угольный пласт, когда он был в состоянии торфа, должен был иметь толщину 60 футов; и предполагая, что один фут торфа образовался бы за столетие, он заключает, что для роста угольных растений потребовалось 6000 лет. Согласно Либиху, потребовалось бы 9600 лет. Это, как мы уже видели, примерно средняя продолжительность теплого периода.

В этих пластах были найдены кости слона (E. Merkii), оленя, пещерного медведя и других животных. Были также встречены многочисленные насекомые, которые дополнительно доказывают теплое, мягкое состояние климата, которое должно было преобладать во время формирования лигнита.

В Хоксне, около Дисса, в Саффолке, черная торфянистая масса толщиной в несколько футов, содержащая фрагменты древесины дуба, тиса и ели, была найдена лежащей поверх валунной глины. Профессор Фогт полагает, что этот торфяной пласт того же возраста, что и пласты лигнита в Швейцарии.

В ледниковых отложениях Северной Америки, особенно около озера Шамплейн и долины реки Святого Лаврентия, есть аналогичные доказательства двух ледниковых периодов с промежуточным неледниковым или теплым периодом.

Ледниковые и межледниковые периоды южного полушария (Южная Африка). — Г-н Г. У. Стоу в статье о «Геологии Южной Африки» описывает недавнее оледенение, простирающееся на большую часть Наталя, Британской Кафрарии, гор Кага и Кром, которое он приписывает действию наземного льда. Он суммирует явления следующим образом: «Округление холмов во внутренних частях древних бассейнов; многочисленные куполообразные (roches moutonnée) скалы; огромные эрратические валуны в положениях, куда вода не могла их принести; частота нестратифицированных глин — глин с включенными угловатыми валунами; отложения и высокие насыпи валунов; большие участки страны, густо покрытые нестратифицированными глинами и наложенными фрагментами скал; глина Олифантс-Хук и огромные груды конгломерата Энон». В дополнение к этим результатам ледникового действия он записывает открытие им самим отчетливых ледниковых царапин или борозд на поверхности скал в Рейт-Порте в Тарке, а впоследствии открытие г-ном Г. Гилфилланом большого валуна в Пниэле с отчетливо отмеченными на нем штрихами, а также то, что тот же наблюдатель обнаружил, что почти каждый валун в гравии в «Moonlight Rush» имел безошибочные штрихи на одной или нескольких сторонах.

В Южной Африке есть доказательства не только ледникового состояния во время плиоценового периода, но и более теплого климата, чем сейчас преобладает в этом регионе. «Доказательства, — говорит г-н Стоу, — плиоценовых раковин поверхностного известняка высот Зварткопс и других мест заставляют нас верить, что климат Южной Африки должен был иметь гораздо более тропический характер, чем в настоящее время.

«Возьмем, к примеру, характерную Venericardia этого известняка. Она мигрировала вдоль побережья на 29° или 30° и сейчас встречается в нескольких градусах от экватора, около Занзибара, постепенно вытесняемая, как я полагаю, все дальше и дальше на север постепенным понижением температуры более южных частей этого побережья с тех пор, как был отложен известняк».

«Во время формирования ракушечных отмелей в эстуарии Зварткопс, более молодых, чем плиоценовый известняк, огромное количество определенных видов раковин, которые до сих пор были найдены живущими только в широтах, более близких к экватору, указывает на несколько похожее, хотя и более модифицированное изменение температуры».

Межледниковые пласты Шотландии. — Более дюжины лет назад профессор Гейки пришел, на основе своих собственных наблюдений за ледниковыми отложениями Шотландии, к аналогичному выводу, что и М. Морло, относительно интеркаляции теплых периодов во время ледниковой эпохи; и факты, на которых основывались выводы профессора Гейки, кратко заключаются в следующем. В утесе валунной глины на берегах Слитриг-Уотер, около города Хоик, он наблюдал пласт камней или галечника. Поверх нижнего слоя камней лежало несколько дюймов хорошо стратифицированного песка, ила и глины, причем некоторые слои были черными и торфянистыми, с включенными растительными волокнами в рассыпающемся состоянии. Было около 30 или 40 футов валунной глины над этими стратифицированными пластами и 15 или 20 футов под ними. Камни в полосе галечника были идентичны камням валунной глины, но они не показывали штриховки и были более окатанными и обточенными водой, и напоминали во всех отношениях камни, лежащие сейчас в русле Слитрига. Разрез утеса выглядел следующим образом:—

| 1. Vegetable soil.
| 2. Boulder clay, thirty to forty feet.

Stratified beds
{
3. Yellowish gravelly sand.
4. Peaty silt and clay.
5. Fine ferruginous sand.
6. Coarse shingle, two to three feet.

| 7. Coarse, stiff boulder clay, fifteen to twenty feet.

В той же долине было обнаружено еще несколько случаев интеркаляции стратифицированных материалов в истинном тилле.

В обрыве плотной коричневой валунной глины высотой около 20 футов на берегах Кармайкл-Уотер в Ланаркшире профессор Гейки наблюдал стратифицированный слой глины толщиной около 3 или 4 дюймов. Примерно в миле выше по течению он обнаружил серию слоев гравия, песка и глины в истинном тилле. «Тонкий прослой торфянистого вещества, — говорит он, — наблюдался на протяжении нескольких дюймов вдоль подошвы слоя глины, а затем исчезал, в то время как в полосе тонкослоистой глины с тонкими песчаными прослойками были найдены отдельные фрагменты истлевшей древесины».

В Чапелхолле, недалеко от Эрдри, велась интенсивная добыча песка под слоем тилла мощностью около 114 футов. Этот слой мелкозернистого стратифицированного песка имеет толщину около 20 футов. В нем были найдены линзовидные прослои тонкой светлоокрашенной глины, содержащие слои торфа, а также гниющие веточки и сучья. Профессор Гейки обнаружил, что растительные волокна, хотя и сильно разложившиеся, все еще различимы, а само вещество при помещении в огонь горело тусклым мерцающим пламенем. Под этими стратифицированными слоями, образуя подошву выработки, залегает отложение истинного тилла мощностью около 24 футов. В другом прилегающем карьере тилл, образующий подошву, имеет толщину 30 футов, но иногда он отсутствует вовсе, так что песчаные слои залегают непосредственно на песчанике и сланце угольных пластов. На некотором расстоянии от этого песчаного карьера в одной из выработок был встречен старый погребенный речной канал. Было установлено, что этот канал содержит покрытие из валунной глины, на котором покоились ламинированные пески и глины, что, как отметил профессор Гейки, указывает на то, что этот старый канал был заполнен валунной глиной, а затем вновь размыт, чтобы позволить отложиться стратифицированным осадкам. Поверх всего лежал мощный плащ валунной глины, который погреб под собой все это.

Несколько похожий случай был обнаружен профессором Николом в выемке на Эдинбургской и Лейтской железной дороге. Во многих местах тилл был размыт, образовав углубления, как если бы часть его была удалена действием проточной воды. Одно из таких углублений, шириной около 5 или 6 футов и глубиной 3 или 4 фута, очень напоминало русло небольшого ручья. Оно также было заполнено гравием и песком, во всех отношениях похожим на тот, что встречается в таком ручье в наши дни. Было видно, что оно имеет те же характеристики по обе стороны выемки, но профессор Никол не смог определить, насколько далеко оно могло простираться за ее пределы; однако он не сомневался, что оно было образовано потоком воды. Поверх этого старого водотока находилось мощное отложение истинного тилла.

Ссылаясь на вышеприведенные случаи, профессор Гейки делает следующие уместные замечания: «Здесь очевидно, что вымывание этого канала относится к эпохе валунной глины. Это должно было произойти во время паузы в отложении глины, когда поток воды мог найти путь вдоль неровностей поверхности глины. Эта пауза должна была быть достаточной продолжительности, чтобы позволить ручью вырыть для себя вместительный канал и оставить в нем количество песка и гальки. Мы едва ли можем сомневаться в том, что во время этого процесса местность должна была представлять собой сушу и не могла находиться под водой. И, наконец, мы видим по верхней валунной глине, что старые условия вернулись, водоток был забит, и еще одна масса хаотичной валунной глины обрушилась на поверхность страны. Это указывает на то, что валунная глина является результатом не одной великой катастрофы, а медленных и безмолвных, но могучих сил, действующих иногда с долгими паузами на протяжении огромного цикла времени».

На холме Крейглокхарт, примерно в миле к югу от Эдинбурга, между двумя отчетливыми массами истинной валунной глины, или тилла, был найден обширный слой мелкого песка толщиной от одного до трех футов. Песок широко использовался для строительных нужд во время возведения городского работного дома несколько лет назад. В этом песчаном слое я нашел множество корней деревьев в том положении, в котором они росли. Во время раскопок я посещал это место почти ежедневно и имел все возможности убедиться, что этот песчаный слой до времени формирования верхней валунной глины должен был быть поверхностью суши, на которой росли корни. Ни в одном случае я не обнаружил, чтобы они проникали в верхнюю валунную глину, а в нескольких местах я находил камни верхней глины, лежащие непосредственно на обломанных концах корней. Эти корни были исследованы профессором Бальфуром, но они были настолько разложившимися, что он не смог определить их характер.

При рытье фундамента для здания на Лейт-Уок в Эдинбурге несколько лет назад были пройдены два отчетливых слоя песка, верхний из которых, толщиной около 10 футов, покоился на том, что казалось денудированной поверхностью нижнего слоя. В этом нижнем слое, который, очевидно, был поверхностью суши, было найдено множество корней деревьев. Я имел удовольствие изучить их вместе с моим другом г-ном Ч. У. Пичем, который первым обратил на них мое внимание. Ни в одном случае корни не были найдены в верхнем слое. То, что эти корни не принадлежали деревьям, которые выросли на нынешней поверхности и проникли на такую глубину, было дополнительно подтверждено тем фактом, что в одном или двух случаях мы находили корни обломанными в том месте, где они соединялись со стволом, и там верхний песчаный слой над ними имел толщину более 10 футов. Если мы предположим, что корни принадлежали деревьям, выросшим на нынешней поверхности, то мы должны также предположить, чего никто не захочет признать, что стволы деревьев росли вниз в землю на глубину более десяти футов. Я показывал эти корни нескольким ботаникам, но никто из них не смог определить, к каким деревьям они принадлежали. Поверхность земли в данном месте находится на 45 футов выше уровня моря. Г-н Пич и я находили подобные корни в нижнем песчаном слое в нескольких других местах в том же районе. То, что они принадлежат к межледниковому периоду, представляется вероятным по следующим причинам: (1) Этот верхний песчаный слой перекрыт плотной глиной, которая во всех отношениях кажется такой же, как портобелльская глина, которая, как мы знаем, принадлежит к ледниковой серии. В компании с г-ном Бенни я обнаружил, что глина в некоторых местах деформирована подобно портобелльским глинам. (2) В песчаном карьере примерно в ста или двухстах ярдах к западу от того места, где были найдены корни, песчаный слой оказался деформированным самым необычайным образом на глубину около 15 футов. Фактически, на пространстве более 30 футов напластование было полностью поставлено на ребро, без малейшего нарушения или повреждения тонких слоев, что показывает, что они были перевернуты какими-то огромными силами, воздействовавшими на большую массу песка.

Одним из лучших примеров истинного тилла, который можно встретить в окрестностях Эдинбурга, является карьер Редхолл, примерно в трех милях к юго-западу от города. При недавнем открытии нового карьера рядом со старым был найден слой торфа, интеркалированный в мощную массу тилла, перекрывающего породу. Глина, перекрывающая и подстилающая торфяной слой, была тщательно исследована г-ном Джоном Хендерсоном и признана истинным тиллом.

В карьере в Овертауне, недалеко от Бейта, Эйршир, несколько лет назад г-ном Робертом Крейгом из Геологического общества Глазго был замечен осадочный слой глины, интеркалированный между двумя валунными глинами. Этот слой заполнял эллиптический бассейн длиной около 130 ярдов и шириной около 30 ярдов. Его толщина составляла в среднем от одного до двух футов. Этот осадочный слой покоился на тилле в северо-восточной части бассейна и сам был перекрыт в юго-западной части верхним слоем тилла. Было обнаружено, что глиняный слой полон корней и стеблей обыкновенной лещины. То, что эти корни росли в том положении, в котором они были найдены, было очевидно из того факта, что во многих местах они проходили в «катера» или трещины известняка и здесь были найдены в сплющенной форме, приспособившись в процессе роста к размеру и форме трещин. Орехи лещины были найдены в изобилии.

В Хиллхеде, на некотором расстоянии от Овертауна, есть похожий интеркалированный слой, полный остатков лещины, а г-ном Дэвидом Робертсоном был обнаружен вид пресноводных Ostracoda.

В железнодорожной выемке на небольшом расстоянии от Бейта г-н Крейг указал моему коллеге г-ну Джеку и мне на тонкий слой торфянистого вещества, простирающийся на значительное расстояние между верхней и нижней массой тилла; и в одном месте мы нашли кусок дуба длиной около четырех футов и толщиной около семи или восьми дюймов. Этот дубовый валун был хорошо отполирован и исштрихован.

Недалеко от этого места находится знаменитый межледниковый слой Крофтхед, настолько хорошо известный по описанию, данному г-ном Джеймсом Гейки и другими, что мне нет необходимости описывать его здесь. Я имел удовольствие посетить этот разрез дважды, пока он был хорошо обнажен, один раз в компании с г-ном Джеймсом Гейки, и у меня нет ни тени сомнения в его истинно межледниковом характере.

В иле, очевидно, донном осадке межледникового озера, были найдены верхняя часть черепа великого вымершего быка (Bos primigenius), рога ирландского лося или оленя и кости лошади. В подробном списке меньших органических остатков, найденных в интеркалированном торфяном слое г-ном Дж. А. Махони, значатся следующие: три вида Desmidaceæ, тридцать один вид Diatomaceæ, одиннадцать видов мхов, девять видов цветковых растений и несколько видов аннелид, ракообразных и насекомых. Этот список ясно показывает, что межледниковый период, представленный этими остатками, был не только мягким и теплым, но и значительным по продолжительности. Г-н Дэвид Робертсон нашел в глине под торфом несколько видов Ostracoda.

Хорошо известный слой торфянистого вещества в Килморсе, в котором были найдены остатки мамонта и северного оленя, теперь, благодаря исследованиям Геологической службы, доказан как имеющий межледниковый возраст.

В Ирландии, как показали профессора Халл и Харкнесс, межледниковые слои, называемые ими «навозным гравием», содержат многочисленные фрагменты раковин, указывающие на более благоприятный климат, чем тот, который преобладал во время формирования валунных глин, лежащих выше и ниже них.

В Швеции межледниковые слои пресноводного происхождения, содержащие растения, были встречены г-ном Наторстом, а также г-ном Хольмстремом.

В Северной Америке г-н Уиттлси описывает межледниковые слои голубой глины, содержащие куски дерева, интеркалированные со слоями плотного грунта (тилла). Профессор Ньюберри обнаружил в Джермантауне, штат Огайо, огромный слой торфа толщиной от 12 до 20 футов, подстилающий в некоторых местах 30 футов, а в других до 80 футов тилла, и перекрывающий ледниковые отложения. Самые верхние слои торфа содержат неразложившиеся сфагновые мхи, травы и осоки, но в других частях слоя были найдены обильные фрагменты хвойной древесины, идентифицированной как красный кедр (Juniperus virginiana). Также были встречены ясень, гикори, платан, вместе с виноградными лозами и листьями бука, а с ними остатки мастодонта и великого вымершего бобра.

Межледниковые слои Англии. Шотландия была настолько сильно денудирована ледяным щитом, которым она была покрыта во время периода максимального оледенения, что в этой части острова мало что можно узнать о ранней истории ледниковой эпохи. Но в Англии, и особенно в ее юго-восточной части, дело обстоит несколько иначе. У нас есть в Норвичском краге и чиллесфордских слоях довольно хорошо развитая формация, которая сейчас обычно рассматривается как лежащая в основании ледниковой серии. То, что эта формация имеет ледниковый характер, очевидно из того факта, что она содержит раковины северного типа, такие как Leda lanceolata, Cardium Groènlandicum, Lucina borealis, Cyprina Islandica, Panopæa Norvegica и Mya truncata. Но ледниковый характер формации еще более ярко проявляется, как отмечает сэр Чарльз Лайель, в преобладании таких видов, как Rhynchonella psittacea, Tellina calcarea, Astarte borealis, Scalaria Groènlandica и Fusus carinatus.

«Лесные слои». Сразу после этого в порядке времени идет знаменитый «Лесной слой» Кромера. Этот погребенный лес был прослежен на протяжении более сорока миль вдоль побережья от Кромера до окрестностей Кессенгленда и состоит из пней деревьев, стоящих вертикально, прикрепленных к своим корням, проникающим в исходную почву, в которой они росли. Здесь и в перекрывающих флювио-морских слоях мы имеем первое свидетельство по крайней мере умеренного, если не теплого, межледникового периода. Это очевидно из характера флоры и фауны, принадлежащей к этим слоям. Среди деревьев у нас есть, например, сосна и ель, тис, дуб, береза, ольха и обыкновенный терн. Также были найдены белые и желтые кувшинки, рдест и другие. Среди млекопитающих были встречены Elephas meridionalis, также найденный в нижнеплиоценовых слоях Валь-д'Арно близ Флоренции; Elephas antiquus, Hippopotamus major, Rhinoceros Etruscus, два последних — виды Валь-д'Арно, косуля, лошадь, олень, ирландский лось, Cervus Polignacus, найденный также в Мон-Перье, Франция, C. verticornis и C. carnutorum, последний также найден в плиоценовых пластах Сен-Пре, Франция. Во флювио-морской серии были найдены Cyclas omnica и Paludina marginata, вид моллюсков, все еще встречающийся на юге Франции, но больше не обитающий на Британских островах.

Над лесным слоем и флювио-морской серией идет хорошо известная нестратифицированная норвичская валунная глина, содержащая огромные блоки диаметром 6 или 8 футов, многие из которых должны были прибыть из Скандинавии, а над нестратифицированным тиллом находится серия деформированных слоев песка и гравия. Эту серию можно считать представляющей период интенсивного оледенения. Выше этого снова идет средний дрифт г-на Сирлса Вуда-младшего, дающий раковины, которые указывают, как сейчас общепризнано, на сравнительно мягкие климатические условия. На этом среднем дрифте лежит верхняя валунная глина, которая хорошо развита в Южном Норфолке и Саффолке и имеет несомненное ледниковое происхождение. Новее всех этих являются пресноводные слои Мандсли, которые лежат в углублении, денудированном из вышеупомянутой серии. В этой формации было найдено черное торфянистое отложение, содержащее семена растений, насекомых, раковины, а также чешую и кости рыб, все из которых указывают на мягкие и умеренные климатические условия. Среди раковин есть, как и в лесном слое, Paludina marginata. А то, что за этим в Англии последовало арктическое состояние, полагают г-н Фишер и другие, основываясь на свидетельстве «следа» (Trail), описанного первым наблюдателем.

Пещерные и речные отложения. Свидетельство существования теплых периодов во время ледниковой эпохи получено из класса фактов, которые долгое время считались геологами очень озадачивающими, а именно: наличие моллюсков и млекопитающих южного типа, ассоциированных в Англии и на континенте с теми, что имеют ярко выраженный арктический характер. Например, Cyrena fluminalis — это раковина, которая в настоящее время не живет ни в одной европейской реке, но обитает в Ниле и частях Азии, особенно в Кашмире. Unio littoralis, вымерший в Британии, все еще обилен в Луаре; Paludina marginata не существует в этой стране. Эти раковины южного типа были найдены в посттретичных отложениях в Грейс-Таррок, в Эссексе; в долине Уза, недалеко от Бедфорда; и в Хоксне, в Саффолке, в ассоциации с бегемотом, тесно связанным с тем, что сейчас обитает в Ниле, и Elephas antiquus, животным, примечательным своим южным ареалом. Среди других форм южного типа, которые были встречены в пещерных и речных отложениях, — пятнистая гиена из Африки, животное, по словам г-на Докинза, идентичное, за исключением размера, пещерной гиене, африканский слон (E. Africanus) и Elephas meridionalis, великий бобр (Trogontherium), пещерная гиена (Hyæna spelæa), пещерный лев (Felis leo, var. spelæa), рысь (Felis lynx), саблезубый тигр (Machairodus latidens), носорог (Rhinoceros megarhinus и R. leptorhinus). Но самое необычное заключается в том, что вместе с ними, в тех же слоях, были найдены остатки таких животных арктического типа, как росомаха (Gulo luscus), горностай (Mustela erminea), северный олень (Cervus tarandus), овцебык (Ovibos moschatus), зубр (Bison priscus), шерстистый носорог (Rhinoceros tichorhinus), мамонт (Elephas primigenius) и другие подобного характера. Согласно г-ну Бойду Докинзу, эти южные животные распространялись на север до Йоркшира в Англии, а северные животные — на юг до широты Альп и Пиренеев.

Объяснение трудности. В качестве объяснения этих озадачивающих явлений я предположил в Philosophical Magazine за ноябрь 1868 года, что эти южные животные жили на нашем острове в теплые периоды ледниковой эпохи, в то время как северные животные жили в холодные периоды. Эту точку зрения, я рад обнаружить, недавно поддержал сэр Джон Лаббок; далее, г-н Джеймс Гейки в своем «Великом ледниковом периоде», а также в Geological Magazine, так полно вошел в предмет и привел такой массив доказательств в его поддержку, что, по всей вероятности, он вскоре будет общепринят. Единственное возражение, которое было выдвинуто, насколько мне известно, заслуживающее серьезного рассмотрения, — это возражение г-на Бойда Докинза, который утверждает, что если бы эти миграции были вековыми, а не сезонными, как предполагают сэр Чарльз Лайель и он сам, то арктические и южные животные были бы сейчас найдены в отдельных отложениях. Совершенно верно, что если бы был только один холодный и один теплый период, каждый геологически огромной продолжительности, то остатки, конечно, можно было бы ожидать найти в отдельных слоях; но когда мы учитываем, что ледниковая эпоха состояла из длинной последовательности чередующихся холодных и теплых периодов, каждый из которых длился не более десяти или двенадцати тысяч лет, мы едва ли можем ожидать, что в речных отложениях, принадлежащих к этому длинному циклу, мы сможем различить отложения холодных периодов от отложений теплых.

Слои ракушечника. Свидетельство теплых межледниковых периодов можно справедливо вывести из присутствия раковин южного типа, которые были найдены в ледниковых слоях, некоторые иллюстрации чего следуют ниже.

В южных частях Норвегии, от нынешнего уровня моря до 500 футов, найдены ледниковые слои ракушечника, подобные шотландским. В этих слоях были найдены Trochus magus, Tapes decussata и Pholas candida — раковины, которые распределены между Средиземным морем и берегами Англии, но больше не живут у берегов Норвегии.

В Капелльбаккене, недалеко от Удеваллы, в Швеции, есть обширный слой ракушечника толщиной от 20 до 30 футов. Эта формация была описана г-ном Гвином Джеффрисом. Она состоит из нескольких отчетливых слоев, по-видимому, представляющих многие эпохи и условия. Ее раковины имеют ярко выраженный арктический характер, и несколько видов не были найдены живущими к югу от полярного круга. Но примечательным обстоятельством является то, что она содержит Cypræa lurida, средиземноморскую раковину, которая, как полагал г-н Джеффрис после некоторых колебаний, принадлежит к этому слою. Опять же, в Лиллехерстехагене, на небольшом расстоянии от Капелльбаккена, обнажено другое обширное отложение. «Здесь верхний слой, — говорит г-н Джеффрис, — дает странный результат. Смешанные с повсеместным Trophon clathratus (который является высокосеверным видом и найден живущим только в пределах полярного круга) есть много раковин южного типа, таких как Ostrea edulis, Tapes pullastra, Corbula gibba и Aporrhais pes-pelicani».

В Кемпси, недалеко от Вустера, слой ракушечника описан сэром Р. Мурчисоном в его «Силурийской системе» (стр. 533), в котором были найдены Bulla ampulla и вид Oliva, раковины южного типа.

Случай, несколько похожий на вышеупомянутый, записан преподобным г-ном Кросски как встреченный в Шотландии в проливе Кайлс-оф-Бьют. «Среди слоев Клайда я нашел, — говорит он, — слой, содержащий раковины, в котором те, что имеют более южный тип, по-видимому, существуют в большем изобилии и совершенстве, чем даже в наших нынешних морях. Это открытый вопрос, — продолжает он, — не был ли наш климат немного теплее, чем сейчас, между ледниковой эпохой и сегодняшним днем».

В ледниковом слое недалеко от Гринока г-н А. Белл нашел молодь живущих средиземноморских форм, а именно Conus Mediterraneus и Cardita trapezia.

Хотя отложения, содержащие раковины умеренного или южного типа в ледниковых слоях, не часто фиксировались, из этого отнюдь не следует, что такие отложения на самом деле редки. То, что ледниковые слои должны содержать отложения, указывающие на умеренные или теплые климатические условия, — вещь настолько противоречащая всем предвзятым мнениям относительно последовательности событий во время ледниковой эпохи, что большинство геологов, если бы они встретили раковину южного типа в одном из этих слоев, мгновенно пришли бы к выводу, что ее появление там было чисто случайным, и не обратили бы на это особого внимания.

Свидетельства, полученные из «бурений». С целью выяснить, будет ли пролит дополнительный свет на последовательность событий во время формирования валунной глины путем изучения журналов скважин, пробуренных на большую глубину поверхностных отложений, я собрал летом 1867 года около двухсот пятидесяти таких записей, сделанных во всех частях горнодобывающих районов Шотландии. Изучение этих скважин показывает совершенно убедительно, что мнение о том, что валунная глина, или нижний тилл, является одной большой неразделенной формацией, полностью ошибочно.

Эти двести пятьдесят скважин представляют общую мощность 21 348 футов, что дает 86 футов как среднюю мощность пройденных отложений. Двадцать из них имеют одну валунную глину со слоями стратифицированного песка или гравия под глиной; двадцать пять имеют две валунные глины со стратифицированными слоями песка и гравия между ними; десять имеют три валунные глины; одна имеет четыре валунные глины; две имеют пять валунных глин; и ни одна не имеет менее шести отдельных масс валунной глины со стратифицированными слоями песка и гравия между ними; шестнадцать имеют две или три отдельные валунные глины, полностью различающиеся по цвету и твердости, без каких-либо стратифицированных слоев между ними. У нас, следовательно, из двухсот пятидесяти скважин семьдесят пять представляют состояние вещей, полностью отличное от того, которое демонстрируется геологу в обычных разрезах.

Полные детали характера отложений, пройденных этими скважинами, и их значение для истории ледниковой эпохи были даны г-ном Джеймсом Бенни в интересной статье, прочитанной перед Геологическим обществом Глазго, к которой я бы отослал всех тех, кто интересуется предметом поверхностной геологии.

Свидетельства, предоставленные этими скважинами о существовании теплых межледниковых периодов, однако, будут рассмотрены в последующей главе.

Другим важным и неожиданным результатом, полученным из этих скважин, к которому мы будем иметь случай обратиться, было свидетельство, которое они предоставили о Континентальном периоде.

Исштрихованные мостовые. Иногда наблюдалось, что в горизонтальных разрезах валунной глины камни и валуны все исштрихованы в одном единообразном направлении, и это было осуществлено поверх первоначальных отметин на валунах. Из этого было сделано заключение, что в формировании валунной глины должна была произойти пауза большой продолжительности, во время которой лед исчез, а глина затвердела в твердую массу. После чего старое состояние вещей вернулось, ледники снова появились, прошли по поверхности затвердевшей глины с ее включенными валунами и стерли ее таким же образом, как они ранее делали это с твердыми породами под глиной.

Пример исштрихованных мостовых в валунной глине был замечен г-ном Робертом Чемберсом в обрыве между Портобелло и Фишерроу. В нескольких местах наблюдалась узкая полоса блоков, пересекающая линию пляжа, несколько похожая на набережную или мол, но не более чем на фут выше общего уровня. Все блоки имели плоские стороны сверху, и все плоские стороны были исштрихованы в том же направлении, что и скалистая поверхность по всей стране. Подобный пример был также замечен между Лейтом и Портобелло. «Существует, короче говоря, — говорит г-н Чемберс, — поверхность валунной глины, глубоко в толще пласта, которая, по виду, находилась в точно таких же обстоятельствах, как и поверхность коренной породы ниже ранее. Ей в свою очередь пришлось выдержать вес и абразивную силу ледникового агента, в какой бы форме он ни применялся; и дополнительные отложения валунной глины, оставленные над этой поверхностью, можно предположить, были сформированы агентом в том случае».

Несколько случаев подобного характера были замечены г-ном Джеймсом Смитом из Джорданхилла на пляже в Роу и на берегу Гарлоха. Между Данбаром и Кокбернспатом профессор Гейки нашел вдоль пляжа, на пространстве 30 или 40 квадратных ярдов, множество крупных блоков известняка с уплощенными верхними сторонами, включенных в плотную красную глину, и все они были исштрихованы в одном направлении. На берегах Солуэя он нашел другой пример.

Случаи зафиксированных исштрихованных мостовых, однако, не очень многочисленны. Но это отнюдь не показывает, что они редки в валунной глине. Эти мостовые, конечно, можно найти только внутри массы, и даже там их можно увидеть только вдоль горизонтального разреза. Но разрезы такого рода редко встречаются, ибо речные русла, карьеры, железнодорожные выемки и другие раскопки подобного характера, которые обычно обнажают валунную глину, демонстрируют только вертикальные разрезы. Поэтому только вдоль морского берега, как отмечает профессор Гейки, где поверхность глины была стерта действием волн, геологу до сих пор представлялись возможности для их наблюдения.

Мало сомнений в том, что в теплые периоды ледниковой эпохи наш остров был бы покрыт пышной флорой. В конце холодного периода, когда лед исчезал, вся поверхность страны была бы покрыта на значительную глубину хаотичной массой камней и валунной глины. Поверхность, таким образом, полностью лишенная всякого семени и зародыша, вероятно, оставалась бы годами без растительности. Но с течением времени жизнь начала бы появляться, и в течение тысяч лет вечного лета, которые последовали бы за этим, почва, какой бы непригодной она, несомненно, ни была, была бы вынуждена поддерживать пышную растительность. Но хотя это было так, нам не стоит удивляться, что сейчас едва ли сохранился хоть один след этого; ибо когда ледяной щит снова наползал на остров, все живое и неживое перетиралось бы в порошок. Мы уверены, что до ледниковой эпохи наш остров должен был быть покрыт жизнью и растительностью. Но ни одного следа их сейчас не найти; нет, даже самой почвы, на которой росла растительность. Сама твердая порода, на которой лежала почва, была стерта в грязь ледяным щитом и, в значительной степени, как отмечает профессор Гейки, сметена в прилегающие моря. Сейчас даже труднее найти след древней почвы под валунной глиной, чем найти остатки почвы теплых периодов в этой глине. Что касается Шотландии, случаи старых поверхностей суши под валунной глиной фиксируются так же редко, как и случаи старых поверхностей суши в ней. Что касается геологии, существует столько же доказательств того, что наш остров был покрыт растительностью во время ледниковой эпохи, сколько и того, что он был так покрыт до этой эпохи.

ГЛАВА XVI. ТЕПЛЫЕ МЕЖЛЕДНИКОВЫЕ ПЕРИОДЫ В АРКТИЧЕСКИХ РЕГИОНАХ.

Cold Periods best marked in Temperate, and Warm Periods in Arctic, Regions.—State of Arctic Regions during Glacial Period.—Effects of Removal of Ice from Arctic Regions.—Ocean-Currents; Influence on Arctic Climate.—Reason why Remains of Inter-glacial Period are rare in Arctic Regions.—Remains of Ancient Forests in Banks’s Land, Prince Patrick’s Island, &c.—Opinions of Sir R. Murchison, Captain Osborn, and Professor Haughton.—Tree dug up by Sir E. Belcher in lat. 75° N.

В умеренных регионах холодные периоды ледниковой эпохи были бы гораздо более выраженными, чем теплые межледниковые периоды. Состояние вещей, которое преобладало в холодные периоды, отличалось бы гораздо сильнее от того, что преобладает сейчас, чем состояние вещей в теплые периоды. Но что касается полярных регионов, то дело обстояло бы наоборот; там теплые межледниковые периоды были бы гораздо более выраженными, чем холодные периоды. Состояние вещей, преобладающее в этих регионах в теплые периоды, находилось бы в сильнейшем контрасте с тем, что имеет место сейчас, но это не было бы верно в отношении холодных периодов; ибо в последние времена там все было бы примерно так же, как и сейчас, только гораздо суровее. Причину этого можно увидеть из того, что уже было сказано в Главе IV; но поскольку это момент значительной важности для правильного понимания физического состояния вещей, преобладающих в полярных регионах во время ледниковой эпохи, я рассмотрю эту часть предмета более полно.

Во время холодных периодов наш остров и почти все места в северных умеренных регионах вплоть до той же широты были бы покрыты снегом и льдом, и вся животная и растительная жизнь в пределах оледенелой области была бы в значительной степени уничтожена. Присутствие льда само по себе, по причинам, уже объясненным, понизило бы среднюю годовую температуру почти до точки замерзания. Лето, несмотря на близость солнца, не было бы теплым, напротив, его температура поднималась бы немногим выше точки замерзания. Избыток испарения, несомненно, имел бы место из-за увеличения интенсивности солнечных лучей, но этот результат только способствовал бы увеличению снегопада.

Во время теплых периодов наша страна и рассматриваемые регионы испытывали бы условия, не сильно отличающиеся от нынешних, но климат, вероятно, был бы несколько теплее и ровнее. Близость солнца зимой предотвращала бы выпадение снега. Лето, из-за большего расстояния солнца, вероятно, было бы несколько холоднее, чем сейчас. Но потеря тепла летом в значительной степени компенсировалась бы двумя причинами, к которым мы должны здесь обратиться. (1) Гораздо большее количество тепла, переносимое океаническими течениями, чем сейчас. (2) Наше лето сейчас охлаждается в значительной степени холодными воздушными течениями из покрытых льдом регионов севера. Но в рассматриваемый период в арктических регионах было бы мало или совсем не было бы льда, следовательно, ветры были бы сравнительно теплыми, с какого бы направления они ни дули.

Давайте далее направим наше внимание на состояние вещей в арктических регионах во время ледниковой эпохи. В настоящее время Гренландия и другие части арктических регионов, занятые сушей, почти полностью покрыты льдом и, как следствие, почти лишены растительной жизни. Во время холодных периодов ледниковой эпохи количество выпадающего снега, несомненно, было бы больше, а лед толще, но что касается органической жизни, дела, вероятно, не были бы намного хуже, чем сейчас. Фактически, что касается Гренландии и антарктического континента, они настолько лишены растительной жизни, насколько это возможно. Хотя увеличение толщины арктического льда не сильно изменило бы нынешнее положение дел в этих регионах, какая трансформация последовала бы за исчезновением льда! Это не только подняло бы летнюю температуру градусов на двадцать или около того, но и обеспечило бы необходимые условия для существования обильной животной и растительной жизни. Суровость климата Гренландии обусловлена в очень значительной степени, как мы уже видели, присутствием льда. Избавьтесь от постоянного льда, и температура страны, cæteris paribus, мгновенно поднялась бы. То, что Гренландия когда-либо наслаждалась умеренным климатом, способным поддерживать обильную растительность, часто было предметом удивления, но это удивление уменьшается, когда мы размышляем, что в теплые периоды именно в арктических регионах происходил бы наибольший нагревательный эффект, что было бы обусловлено главным образом переносом почти всех теплых межтропических вод в одно полушарие.

В Главе II было показано, что нагревательные эффекты, в настоящее время являющиеся результатом переноса тепла океаническими течениями, увеличиваются по мере приближения к полюсам. Как следствие этого, следует, что в теплые периоды, когда количество переносимой теплой воды было бы почти удвоено, увеличение тепла, являющееся результатом этой причины, само по себе увеличивалось бы по мере приближения к теплому полюсу. Этот эффект в сочетании с краткостью зимы в перигелии и близостью солнца в течение этого сезона предотвратил бы накопление снега. Летом солнце, правда, находилось бы на гораздо большем расстоянии от земли, чем сейчас, но следует иметь в виду, что в течение трех месяцев количество тепла, получаемого от солнца на северном полюсе, было бы больше, чем получаемого на экваторе. Следовательно, после того как зимний снег растаял, это огромное количество тепла пошло бы на повышение температуры, и арктическое лето не могло бы быть иным, кроме как жарким. Оно не жаркое сейчас, но это, заметьте, из-за присутствия льда. Когда мы принимаем во внимание все эти факты, нам не стоит удивляться, что Гренландия когда-то наслаждалась климатическими условиями, полностью отличными от тех, что сейчас преобладают в этом регионе.

Поэтому именно в арктических и антарктических регионах мы должны найти наиболее заметные и решительные свидетельства теплых межледниковых периодов. И, несомненно, такие свидетельства были бы в изобилии, если бы эти регионы не подвергались такой интенсивной денудации со времен ледниковой эпохи и если бы столь большая часть суши не была все еще погребена под ледяным покровом и, следовательно, вне досягаемости геолога. Только на островах и таких отдаленных местах, которые не окутаны снегом и льдом, мы можем надеяться встретить хоть какой-то след теплых периодов ледниковой эпохи: и мы можем теперь перейти к рассмотрению того, какие реликты этих теплых периодов были фактически обнаружены в арктических регионах.

Свидетельства теплых периодов в арктических регионах. Тот факт, что пни и т. д. полноразмерных деревьев были найдены в местах, где в настоящее время ничего нельзя встретить, кроме полей снега и льда, и где средняя годовая температура едва поднимается выше нуля по Фаренгейту, является хорошим доказательством того, что климат арктических регионов был когда-то намного теплее, чем сейчас. Остатки древнего леса были обнаружены капитаном Мак-Клуром на Земле Банкса, на широте 74° 48′. Он нашел огромное скопление деревьев, от уровня моря до высоты более 300 футов. «Я вошел в овраг, — говорит капитан Мак-Клур, — в нескольких милях вглубь страны и обнаружил, что его северная сторона, на глубину 40 футов от поверхности, состоит из одной массы дерева, подобной той, что я видел раньше». В овраге он заметил дерево, выступающее примерно на 8 футов и имеющее 3 фута в окружности. И он далее заявляет, что: «Из идеального состояния коры и положения деревьев так далеко от моря, не может быть почти никаких сомнений в том, что они росли изначально в этой стране». Шишка одного из этих еловых деревьев была привезена домой и оказалась, по-видимому, принадлежащей к роду Abies, напоминая A. (Pinus) alba.

На острове Принца Патрика, на широте 76° 12′ с. ш., долготе 122° з. д., недалеко от вершины залива Уокер, и на значительном расстоянии в глубине страны в одном из оврагов, лейтенантом Мечамом было обнаружено дерево, выступающее примерно на 10 футов из берега. Оно оказалось 4 фута в окружности. В его окрестностях были замечены несколько других, все они похожи на те, что он нашел на мысе Мэннинг; каждое из них измерялось 4 фута в обхвате и 30 футов в длину. Плотник заявил, что деревья напоминали лиственницу. Лейтенант Мечам, исходя из их внешнего вида и положения, пришел к выводу, что они должны были расти в этой стране.

Деревья в подобных условиях были также найдены лейтенантом Пимом на острове Принца Патрика и капитаном Парри на острове Мелвилл, все значительно выше нынешнего уровня моря и на расстоянии от берега. На побережье Новой Сибири лейтенант Анжу нашел обрыв глины, содержащий стволы деревьев, все еще пригодные для использования в качестве топлива.

«Это замечательное явление, — говорит капитан Осборн, — открывает огромное поле для догадок, и воображение приходит в замешательство, пытаясь осознать тот период истории мира, когда отсутствие льда и более мягкий климат позволяли лесным деревьям расти в регионе, где сейчас наземная ива и карликовая береза должны бороться за существование».

Сэр Родерик Мурчисон пришел к выводу, что все эти деревья были принесены на их нынешнее положение, когда острова арктического архипелага были погружены под воду. Но именно трудность объяснения роста деревьев в таком регионе привела его к принятию этой гипотезы. Его аргумент таков: «Если мы представим, — говорит он, — что древесина, найденная в этих широтах, выросла на месте, мы были бы вынуждены принять аномальную гипотезу, что, несмотря на физические отношения суши и воды, подобные тем, что преобладают сейчас, деревья большого размера росли на такой terra firma в нескольких градусах от северного полюса! — предположение, которое я считаю полностью несовместимым с данными, находящимися в нашем распоряжении, и противоречащим законам изотермических линий». Это рассуждение сэра Родерика может быть вполне верным в предположении, что изменения климата обусловлены изменениями в распределении моря и суши, как это отстаивал сэр Чарльз Лайель. Но эти трудности исчезают, если мы примем взгляды, отстаиваемые в предыдущих главах. Как отметил капитан Осборн, однако, гипотеза сэра Родерика оставляет реальную трудность нетронутой. «Совершенно другой климат, — говорит он, — должен был тогда существовать в этих регионах, чтобы позволить плавнику, настолько совершенному, чтобы сохранять свою кору, достигать таких огромных расстояний; и, возможно, можно утверждать, что если то море было достаточно свободно от льда, чтобы позволить такой древесине дрейфовать невредимой до Земли Принца Патрика, то само отсутствие замерзшего моря позволило бы елям расти в почве, естественно плодородной».

Как уже было сказано, все, кто видел эти деревья в арктических регионах, согласны в том, что они росли in situ. И профессор Хотон в своем превосходном отчете об арктическом архипелаге, приложенном к «Повествованию об арктических открытиях» Мак-Клинтока, после тщательного изучения всех доказательств по этому вопросу, отчетливо придерживается того же мнения; в то время как недавние исследования профессора Хеера ставят вне сомнения, что теория дрейфа должна быть отброшена.

Несомненно, арктический архипелаг был погружен до такой степени, которая могла бы допустить, чтобы эти деревья были принесены на их нынешние позиции. Это, как мы увидим, следует из теории; но погружение без более теплых климатических условий не позволило бы деревьям достичь этих регионов с неповрежденной корой.

Но в действительности мы не оставлены теоретизировать на эту тему, ибо у нас есть хорошо подтвержденный случай одного из этих деревьев, полученного капитаном Белчером, стоящим вертикально в том положении, в котором оно росло. Оно было найдено непосредственно к северу от узкого пролива, открывающегося в пролив Веллингтон, на широте 75° 32′ с. ш., долготе 92° з. д., и примерно в полутора милях вглубь страны. Дерево было выкопано из мерзлой земли, и вместе с ним часть почвы, которая непосредственно контактировала с корнями. Все было упаковано в холст и привезено в Англию. Рядом с этим местом было найдено несколько холмиков торфяных мхов глубиной около девяти дюймов, содержащих кости лемминга в огромных количествах. Рассматриваемое дерево было исследовано сэром Уильямом Хукером, который дал следующий отчет о нем, который решительно подтверждает факт его роста in situ.

«Кусок дерева, доставленный сэром Эдвардом Белчером с берегов пролива Веллингтон, принадлежит к виду сосны, вероятно, Pinus (Abies) alba, наиболее северному хвойному дереву. Анатомическое строение древесины этого образца заметно отличается от строения любого другого известного мне хвойного дерева. Каждое годичное кольцо (или годовой прирост) состоит из двух зон ткани: внешняя, обращенная к периферии, более широкая, светлого цвета и состоит из обычных трубок или волокон древесины, отмеченных дисками, общими для всех хвойных. Эти диски обычно расположены напротив друг друга, если в направлении длины волокна встречается более одного ряда; кроме того, что весьма необычно, они имеют радиальные линии, идущие от центрального углубления к периферии. Во-вторых, внутренняя зона каждого годичного кольца древесины более узкая, темного цвета и образована более тонкими древесными волокнами с более толстыми стенками по отношению к их диаметру. На этих трубках мало дисков или их нет вовсе, но они покрыты спиральными штрихами, создающими впечатление, что каждая трубка состоит из скрученной ленты. Вышеуказанные признаки преобладают во всех частях древесины, но слегка видоизменяются в разных кольцах. Так, внешняя зона в одних кольцах шире, чем в других, несущие диски волокна внешней зоны иногда слабо отмечены спиральными штрихами, а спирально отмеченные волокна внутренней зоны иногда несут диски. Эти особенности позволяют предположить ежегодное повторение некой особой причины, которая таким образом видоизменяет первые и последние сформированные волокна каждого годового отложения, так что первые сформированные могут отличаться по количеству, а также по виду от последних; и особые условия арктического климата, по-видимому, дают адекватное объяснение. Внутреннюю, или первую сформированную зону, следует рассматривать как несовершенно развитую, поскольку она откладывается в то время года, когда функции растения осуществляются очень прерывисто, и когда несколько коротких часов солнечного света ежедневно сменяются многими часами экстремального холода. По мере продвижения сезона тепло и свет солнца становятся непрерывными в течение большей части суток, и поэтому вновь сформированные древесные волокна развиваются более совершенно: они намного длиннее, не имеют признаков штриховки, но усеяны дисками более высокоорганизованной структуры, чем это обычно для естественного порядка, к которому принадлежит это дерево».

Другим обстоятельством, указывающим на то, что дерево выросло там, где было найдено, является тот факт, что при выкапывании корней были получены части листьев. Можно также упомянуть, что недалеко от этого места было найдено старое русло реки, глубоко врезанное в скалу, которое в какой-то отдаленный период, когда климат должен был быть менее суровым, чем сейчас, было занято рекой значительных размеров.

Теперь очевидно, что если дерево могло расти в проливе Веллингтон, то нет причин, по которым оно не могло бы расти на Земле Банкса или на острове Принца Патрика. И если климатические условия страны позволяли расти одному дереву, они с таким же успехом позволили бы расти сотне, тысяче или целому лесу. Если это так, то возражение сэра Родерика против теории роста in situ теряет всякую силу.

Еще одно обстоятельство, подтверждающее мысль о том, что эти деревья выросли во время ледниковой эпохи, заключается в том, что, хотя они являются недавними с геологической точки зрения и принадлежат к серии ледниковых отложений, исторически они очень стары. Древесина, хотя и не окаменела, настолько затвердела и изменилась от времени, что почти не горит.

ГЛАВА XVII. ПРЕЖНИЕ ЛЕДНИКОВЫЕ ЭПОХИ. ПРИЧИНА НЕСОВЕРШЕНСТВА ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ЛЕТОПИСЕЙ В ОТНОШЕНИИ НИХ.

Two Reasons why so little is known of Glacial Epochs.—Evidence of Glaciation to be found on Land-surfaces.—Where are all our ancient Land-surfaces?—The stratified Rocks consist of a Series of old Sea-bottoms.—Transformation of a Land-surface into a Sea-bottom obliterates all Traces of Glaciation.—Why so little remains of the Boulder Clays of former Glacial Epochs.—Records of the Glacial Epoch are fast disappearing.—Icebergs do not striate the Sea-bottom.—Mr. Campbell’s Observations on the Coast of Labrador.—Amount of Material transported by Icebergs much exaggerated.—Mr. Packard on the Glacial Phenomena of Labrador.—Boulder Clay the Product of Land-ice.—Palæontological Evidence.—Paucity of Life characteristic of a Glacial Period.—Warm Periods better represented by Organic Remains than cold.—Why the Climate of the Tertiary Period was supposed to be warmer than the present.—Mr. James Geikie on the Defects of Palæontological Evidence.—Conclusion.

Две причины, почему так мало известно о прежних ледниковых эпохах. — Если ледниковая эпоха возникла в результате причин, обсуждавшихся в предыдущих главах, то такие эпохи должны были случаться часто. Поэтому мы можем теперь перейти к рассмотрению того, какие существуют доказательства прежнего возникновения экстремальных климатических условий в предыдущие геологические эпохи. Однако, начиная наше исследование, мы вскоре обнаруживаем, что факты, зафиксированные в качестве доказательств в пользу действия льда в прежние геологические эпохи, весьма скудны. Можно привести две очевидные причины этого, а именно: (1) несовершенство самих геологических летописей и (2) малое внимание, уделявшееся до сих пор исследованиям такого рода. Представление, некогда столь распространенное, о том, что климат нашей Земли в ранние геологические эпохи был намного теплее, чем сейчас, и что с тех пор он постепенно становился холоднее, полностью противоречило идее о прежних ледниковых периодах. И это убеждение в априорной невероятности холодных периодов в палеозойскую и мезозойскую эры препятствовало уделению должного внимания фактам, которые, казалось бы, имели отношение к предмету. Но наши ограниченные знания о прежних ледниковых эпохах, несомненно, следует приписывать главным образом фактическому несовершенству геологических летописей. Это несовершенство настолько велико, что простое отсутствие прямых геологических доказательств нельзя разумно рассматривать как достаточное подтверждение того, что выводы, полученные из астрономических и физических соображений относительно прежних ледниковых периодов, являются маловероятными. И это еще не все. Геологические летописи древних ледниковых условий не только несовершенны, но, как я постараюсь показать, это несовершенство является естественным следствием самих принципов геологии. В летописях существуют не просто пробелы или пропуски, но в самой природе геологических свидетельств заложена причина, по которой такие разрывы в летописи можно было бы разумно ожидать.

Свидетельства оледенения следует искать главным образом на земной поверхности. — Именно на земной поверхности остаются основные следы действия льда во время ледниковой эпохи, ибо именно там камни главным образом исштрихованы, скалы сточены, а валунная глина сформирована. Но где все наши древние земные поверхности? Их не найти. Общая мощность стратифицированных пород Великобритании, по словам профессора Рэмзи, составляет почти четырнадцать миль. Но от верха до низа этой огромной толщи отложений едва ли можно обнаружить хотя бы одну земную поверхность. Существуют истинные участки старых земных поверхностей местного характера, такие, например, как «грязевые пласты» Портленда; но, за исключением угольных пластов, каждая общая формация от верха до низа накапливалась под водой, и ни одна из них, кроме подстилающих глин, никогда не существовала как земная поверхность. И именно здесь, в такой формации, геолог должен собирать всю свою информацию о существовании прежних ледниковых эпох. Все стратифицированные породы земного шара, за исключением угольных пластов и подстилающих глин (в которых вряд ли можно ожидать обнаружить следы ледникового воздействия), состоят почти целиком из серии старых морских днов, с редкими вкраплениями пресноводных отложений. Имея это в виду, на какие свидетельства существования прежних ледниковых периодов мы можем теперь надеяться в этих старых морских днах?

Каждый геолог, конечно, признает, что стратифицированные породы — это не старые земные поверхности, а серия старых морских днов, образованных из накопленного материала, полученного в результате разрушения первобытных земных поверхностей. И верно, что все земные поверхности когда-то существовали как морское дно; но стратифицированные породы состоят из серии старых морских днов, которые никогда не были земными поверхностями. Многие из них, несомненно, неоднократно оказывались выше уровня моря и, возможно, когда-то обладали земными поверхностями; но они, за исключением подстилающих глин различных угольных пластов, «грязевых пластов» Портленда и еще одного-двух участков, были полностью денудированы. Важное значение, которое это соображение имеет для характера доказательств существования прежних ледниковых эпох, которые мы теперь можем ожидать найти, безусловно, было очень сильно упущено из виду.

Если мы полностью изучим этот вопрос, то придем к выводу, что превращение земной поверхности в морское дно, вероятно, полностью уничтожит все следы оледенения, которые эта земная поверхность могла когда-то иметь. Мы не можем, например, ожидать встретить отполированные и исштрихованные камни, относящиеся к прежнему наземному оледенению; ибо такие камни не переносятся реками целиком и без изменений для отложения в море. Они разрушаются субаэральными агентами до состояния гравия, песка и глины и в таком виде переносятся к морю. Даже если мы предположим, что камни и валуны, полученные из массы тилла, могли быть перенесены реками в море, мы не могли бы не признать, что такие камни лишились бы всех своих ледниковых отметин и стали бы обточенными водой и округлыми в пути.

Мы также не можем ожидать найти валунную глину среди стратифицированных пород, ибо валунная глина не переносится в море в таком виде, а под влиянием денудационных агентов распадается на мягкий ил, глину, песок и гравий по мере того, как она постепенно счищается с суши и смывается в море. Участки валунной глины могли время от времени попадать в море под действием льда и в конечном итоге оказываться погребенными; но такие случаи являются совершенно исключительными, и их отсутствие в какой-либо формации нельзя справедливо приводить как доказательство того, что эта формация не относится к ледниковому периоду.

Единственным свидетельством существования наземного льда в прежние периоды, которое мы можем разумно ожидать встретить в стратифицированных породах, являются эрратические валуны, которые могли быть перенесены айсбергами и сброшены в море. Но если бы ледники таких эпох не достигали моря, мы не могли бы обладать даже этим свидетельством. Следы воздействия наземного льда в стратифицированных породах прежних эпох, по самой природе вещей, должны быть крайне редкими. Единственный вид свидетельств, который, как правило, мы можем ожидать обнаружить, — это наличие крупных эрратических валунов, залегающих в пластах, которые по своему составу, очевидно, сформировались в стоячей воде. Но этого вполне достаточно; ибо это доказывает существование льда в то время, когда пласты отлагались, столь же убедительно, как если бы мы видели лед, плавающий с валунами на нем. Этот вид доказательств, если он встречается в низких широтах, должен быть принят как решающий для существования прежних ледниковых эпох; и, несомненно, был бы так принят, если бы не идея о том, что если бы эти валуны были перенесены льдом, то в дополнение к ним должны были бы быть найдены исштрихованные камни, валунная глина и другие признаки действия наземного льда.

Конечно, не все эрратические валуны обязательно переносятся массами льда, отколовшимися от фронтальной части ледников. «Ледяная подошва», образующаяся при замерзании моря вдоль побережий высоких широт Гренландии, переносит к морю огромное количество валунов и обломков. И, опять же, камни и валуны часто вмерзают в речной лед, а когда лед вскрывается весной, они выносятся в море и могут быть перенесены на некоторое расстояние, прежде чем будут сброшены. Но оба эти случая могут происходить только в регионах, где зимы суровы; и совершенно невероятно, чтобы такие ледяные плоты смогли совершить долгое путешествие. Если бы, следовательно, мы могли убедиться, что эрратические валуны, изредка встречающиеся в некоторых старых геологических формациях в низких широтах, действительно были перенесены с суши ледяной подошвой или плотом из речного льда, мы были бы вынуждены заключить, что в таких широтах в то время, когда эти валуны были рассеяны, должны были существовать очень суровые климатические условия.

Причина, по которой мы сейчас имеем, сравнительно говоря, так мало прямых доказательств существования прежних ледниковых периодов, станет более понятной, если мы задумаемся о том, как трудно было бы через миллион или около того лет найти хоть какой-то след того, что мы сейчас называем ледниковой эпохой. Исштрихованные камни к тому времени были бы все или почти все разрушены, а тилл смыт и отложен на дне моря в виде стратифицированных песков и глин. И когда они консолидировались бы в породу и поднялись бы на сушу, единственным доказательством того, что когда-либо была ледниковая эпоха, которое мы, вероятно, тогда имели бы, было бы наличие крупных валунов более древних пород, найденных залегающими в поднятой формации. Мы могли бы сделать вывод о том, что лед действовал, только из того факта, что никаким другим известным агентом мы не можем представить себе перенос и сброс таких валунов в стоячем море.

Вероятно, немногие геологи верят, что в периоды среднего эоцена и верхнего миоцена наша страна пережила оледенение столь же суровое, как в постплиоценовый период; однако, если мы внимательно изучим этот вопрос, мы обнаружим, что на самом деле нет никаких оснований заключать, что этого не было. Ибо, по всей вероятности, во всех пластах, которые в конечном итоге сформируются из разрушения ныне существующих земных поверхностей, свидетельства ледникового воздействия будут столь же скудны, как в эоценовых или миоценовых пластах.

Если бы стратифицированные породы, образующие земную кору, состояли из серии старых земных поверхностей, а не (как это есть на самом деле) из серии старых морских днов, то, вероятно, можно было бы обнаружить следы многих ледниковых периодов.

Почти все свидетельства, которые у нас есть относительно ледниковой эпохи, были получены из того, что мы находим на ныне существующих земных поверхностях земного шара. Но, вероятно, ни следа этого не останется в стратифицированных пластах будущих эпох, сформированных из разрушения нынешних земных поверхностей. Даже сами арктические пласты с ракушечником, которые дали геологу столь ясные доказательства замерзшего моря во время ледниковой эпохи, не будут найдены в тех стратифицированных породах; ибо они должны подвергнуться разрушению вместе со всем остальным, что сейчас существует выше уровня моря. Вероятно, не существует ни одной реликвии ледниковой эпохи, которую когда-либо видел глаз человека, которая была бы сохранена в стратифицированных породах будущих эпох. Ничто, что не погребено в глубоких впадинах океана, не избежит полного разрушения и не появится в составе тех формаций. Только те объекты, которые лежат на нашем нынешнем морском дне, останутся как памятники ледниковой эпохи посттретичного периода. И, более того, только те части морского дна, которые могут оказаться поднятыми на сушу, будут доступны геологу будущих эпох. Вопрос, который нужно определить сейчас, таков: вероятно ли, что геолог будущего найдет в породах, сформированных из ныне существующего морского дна, больше свидетельств ледниковой эпохи в посттретичные времена, чем мы сейчас находим для, скажем, миоценового, эоценового или пермского периода? Если не будет доказано, что это так, у нас нет никаких оснований заключать, что холодные периоды миоценового, эоценового и пермского периодов не были столь же суровыми, как ледниковая эпоха. Это очевидно, ибо единственные реликвии, которые сейчас остаются от ледниковых эпох тех периодов, — это просто то, что случайно оказалось защищенным на тогдашнем морском дне. Каждый след, который лежал на суше, по всей вероятности, был бы уничтожен субаэральными агентами и перенесен в море в осадочной форме. Но прежде чем мы сможем определить, есть ли больше свидетельств ледниковой эпохи на нашем ныне существующем морском дне, чем свидетельств прежних ледниковых эпох в стратифицированных породах (которые в действительности являются морскими днами, относящимися к древним эпохам), мы должны сначала установить, какова природа тех следов оледенения, которые можно найти на морском дне.

Айсберги не исштриховывают морское дно. — Мы знаем, что скалистая поверхность страны была сточена и исштрихована во время ледниковой эпохи; и сейчас общепринято считать, что это было сделано наземным льдом. Но у нас нет прямых доказательств того, что дно океана, за пределами того, где оно могло быть покрыто наземным льдом, было исштриховано. За пределами границ наземного льда оно могло быть исштриховано только с помощью айсбергов. Но исштриховывают ли айсберги скалистое дно океана? Приспособлены ли они для такой работы? Часто предполагается, что да. Но я оказался совершенно не в состоянии найти какие-либо разумные основания для такого убеждения. Чистый лед может обладать лишь незначительной эрозионной силой или не обладать ею вовсе и никогда не смог бы поцарапать скалу. Чтобы сделать это, он должен иметь шлифующие материалы в виде песка, ила или камней. Но подошвы айсбергов лишены всех таких материалов. Айсберги несут шлифующие материалы на своих спинах, а не на подошвах. Несомненно, когда айсберг спускается в глубину, большие массы песка, ила и камней будут прилипать к его подошве. Но как только айсберг погружается, начинается процесс таяния по его бокам и нижней поверхности, контактирующей с водой; и следствием этого является то, что материалы, прилипшие к нижней поверхности, вскоре отпадают и оседают на дно моря. Айсберг, лишенный этих материалов, теперь может причинить очень мало вреда скалистому морскому дну, над которым он плавает. Правда, айсберг, движущийся со скоростью несколько миль в час, если бы он вошел в контакт с морским дном, просто силой удара раздробил бы рыхлые и разрозненные породы и отбросил бы некоторые из рыхлых материалов на расстояние; но он сделал бы очень мало в плане стачивания скалы, о которую ударился. Но даже если предположить, что подошва айсберга была должным образом подбита необходимыми шлифующими материалами, все равно он был бы очень неэффективным шлифующим агентом; ибо плавающий айсберг не находился бы в контакте с морским дном. А если бы он находился в контакте с морским дном, он вскоре сел бы на мель и, конечно, стал бы неподвижным, и в таких условиях не смог бы произвести никакого эффекта.

Совершенно верно, что, хотя подошва айсберга может быть лишена шлифующих материалов, они могут быть найдены лежащими на поверхности подводной скалы, по которой движется лед. Но следует помнить, что то же самое течение, которое будет перемещать айсберги по поверхности скалы, будет перемещать по ней также песок, ил и другие материалы; так что следы, оставленные льдом, по всей вероятности, будут стерты течением. В глубоких впадинах океана вода, как было установлено, имеет малое движение или не имеет его вовсе. Но айсберги всегда следуют по пути течений; и совершенно очевидно, что на сравнительно небольшой глубине в тысячу футов или около того, достигаемой айсбергами, движение воды будет значительным; и постоянное перемещение мелких частиц ила и песка, по всей вероятности, сотрет следы, которые могут время от времени оставляться проходящим айсбергом.

Много говорилось о превосходстве айсбергов как шлифующих и исштриховывающих агентов вследствие большой скорости их движения по сравнению с наземным льдом. Но следует помнить, что именно пока айсберг плавает и прежде чем он коснется скалы, он обладает высокой скоростью. Когда айсберг садится на мель, его движение внезапно прекращается или значительно уменьшается. Но если айсберг, продвигающийся по наклонному морскому дну, приподнимается так, чтобы оказывать большое давление, он по этой причине будет остановлен тем внезапнее, движение будет медленным, а пройденное расстояние коротким, прежде чем айсберг сядет на мель. Если он оказывает лишь небольшое давление на морское дно, он может сохранить значительную долю движения и продвинуться на значительное расстояние, прежде чем остановится; но, оказывая небольшое давление, он может выполнить лишь небольшую работу. Наземный лед движется медленно, но зато он оказывает огромное давление. Ледник толщиной 1000 футов оказывает давление на свое скалистое ложе, равное примерно 25 тоннам на квадратный фут; но айсберг толщиной в милю, вытолкнутый на наклонное морское дно на высоту 20 футов (а это, возможно, больше, чем могло бы осуществить любое океаническое течение), оказал бы давление только около половины тонны на квадратный фут, или около 1/50 части давления ледника толщиной 1000 футов. Много говорилось об эрозионной и дробящей силе айсбергов огромной толщины, как будто их толщина давала им какое-то дополнительное давление. Айсберг толщиной 100 футов будет оказывать точно такое же давление, как и айсберг толщиной в милю. Давление айсберга не подобно давлению ледника, оно пропорционально не его толщине, а высоте, на которую он поднят над водой. Айсберг толщиной 100 футов, поднятый на 10 футов, будет оказывать точно такое же давление, как айсберг толщиной в милю, поднятый на равную высоту.

Чтобы быть эффективным шлифующим агентом, необходимы как устойчивость движения, так и давление. Качающееся или раскачивающееся движение плохо приспособлено для стачивания и исштриховывания скалы. Требуется устойчивое трущее движение под давлением. Но айсберг не только лишен давления, но и лишен устойчивости движения. Когда айсберг, движущийся со значительной скоростью, попадает на возвышенную часть морского дна, он не движется устойчиво вперед по скале, если только давление айсберга на скалу не является ничтожным. Поскольку сопротивление находится полностью у подошвы айсберга, его импульс в сочетании с давлением течения, приложенным полностью выше точки сопротивления, стремится заставить айсберг наклониться вперед, а в некоторых случаях и перевернуться (когда он имеет кубическую форму). Импульс движущегося айсберга вместо того, чтобы быть приложенным для проталкивания его по скале, с которой он входит в контакт, вероятно, полностью расходуется на работу против гравитации при подъеме айсберга на его передний край. После того как импульс израсходован, если только айсберг не перевернется полностью, он упадет назад под действием силы тяжести в свое исходное положение. Но импульс, который он приобретает от гравитации при падении назад, несет его за пределы положения покоя в противоположном направлении. Таким образом, он будет продолжать раскачиваться назад и вперед, пока трение воды не приведет его в состояние покоя. Импульс айсберга вместо того, чтобы быть приложенным к работе по стачиванию и исштриховыванию морского дна, будет главным образом расходоваться в виде тепла на взбалтывание воды. Но если айсберг все же продвигается, он будет делать это с раскачивающимся неустойчивым движением, которое, как отмечают г-н Куту и профессор Дана, будет скорее стремиться стереть штриховку, чем создать ее.

Плавающий айсберг движется с большой устойчивостью; но айсберг, который сел на мель, не может продвигаться с устойчивым движением. Если скала, по которой движется айсберг, оказывает небольшое сопротивление, он может это сделать; но в таком случае айсберг мог бы произвести лишь незначительный эффект на скалу.

Д-р Сазерленд, у которого были хорошие возможности наблюдать эффекты айсбергов, делает несколько весьма здравых замечаний по этому предмету. «Будет хорошо, — говорит он, — помнить, что когда айсберг касается земли, если эта земля твердая и сопротивляющаяся, он должен остановиться, и при продолжающейся движущей силе легкий наклон в воде или уступающее движение всей массы могут легко компенсировать столь внезапную остановку. Если, однако, земля мягкая, так что не останавливает движение айсберга сразу, результатом будет морена; но образовавшаяся таким образом морена будет стремиться привести его к остановке».

Существует еще одна причина, на которую ссылается профессор Дана, которая в значительной степени должна препятствовать айсбергу иметь возможность исштриховать морское дно, даже если бы он был иначе хорошо приспособлен для этого. Она заключается в следующем: дно океана на пути айсбергов должно быть довольно сильно покрыто камнями и мусором, сброшенными с тающих айсбергов. И эта масса мусора будет стремиться защитить скалу.

Если нельзя априори, исходя из механических соображений, показать, что айсберги хорошо приспособлены для исштриховывания морского дна, можно было бы естественно ожидать, учитывая уверенный тон, с которым утверждается, что они так приспособлены, что этот факт был по крайней мере установлен фактическим наблюдением. Но, как ни странно, у нас, по-видимому, мало или совсем нет доказательств того, что айсберги действительно исштриховывают дно океана. Это можно доказать прямыми свидетельствами самих сторонников теории айсбергов.

Мы возьмем свидетельство г-на Кэмпбелла, автора двух хорошо известных работ в защиту теории айсбергов, а именно «Frost and Fire» и «A Short American Tramp». Г-н Кэмпбелл отправился осенью 1864 года к побережью Лабрадора, проливу Бель-Иль и заливу Святого Лаврентия с единственной целью — стать свидетелем эффектов айсбергов и проверить теорию, которую он сформировал, о том, что ледниковые отметины ледниковой эпохи были вызваны плавающим льдом, а не наземным льдом, как сейчас общепринято считать.

Ниже приведен результат его наблюдений на побережье Лабрадора.

Хэнли-Харбор, пролив Бель-Иль: — «Вода имеет температуру 37° F в июле... Как только один ледяной остров садится на мель и раскалывается, его место занимает другой; а зимой весь пролив забит массой, которая раскачивается вверх и вниз, скрежеща по дну на всех глубинах... Осмотрел пляжи и скалы у ватерлинии, особенно в проливах. Обнаружил, что скалы сточены до гладкости, но не исштрихованы, в проливах» (Short American Tramp, стр. 68, 107).

Кейп-Чарльз и Баттл-Харбор: — «Но хотя эти гавани замерзают каждую зиму, скалы у ватерлинии не исштрихованы» (стр. 68).

В Сент-Фрэнсис-Харбор: — «Ватерлиния сильно потерта, гладкая, но не исштрихована» (стр. 72).

Кейп-Блафф: — «Наблюдал за скалами в телескоп и не смог обнаружить штрихов нигде; но ватерлиния везде потерта до гладкости» (стр. 75).

Острова Сил: — «Никаких штрихов не видно на прибрежной полосе в этих проливах или на открытых морских побережьях вблизи нынешней ватерлинии» (стр. 76).

Он упоминает, что нашел здесь штриховку только в трех следующих местах вдоль всего побережья Лабрадора, которое он посетил; и в отношении двух из них кажется весьма сомнительным, что отметины были сделаны современными айсбергами.

Мюррейс-Харбор: — «Эта гавань была забита льдом 20 июля. Ватерлиния потерта, а в некоторых местах исштрихована» (стр. 69).

Пэк-Айленд: — «Ватерлиния в узком проливе была отполирована и исштрихована в направлении пролива, примерно на С.-С.-З. Это кажется свежей работой, проделанной тяжелым льдом, дрейфующим из залива Сэндвич; но, с другой стороны, подмостки своими ножками в море, опирающиеся на эти самые скалы, не смываются льдом» (стр. 96). Если эти отметины были современными, почему «тяжелый лед» не убрал маленькие еловые шесты, поддерживающие рыболовные подмостки?

Ред-Бэй: — «Высадился полуодетым и нашел несколько штрихов, совершенно свежих на уровне воды, но выветренных на небольшом расстоянии в глубине суши» (стр. 107). Штриховка «в глубине суши» не могла быть сделана современными айсбергами; и не следует, что если отметины на уровне воды не были выветрены, то они были произведены современным льдом.

Это те доказательства, которые он нашел в пользу того, что айсберги исштриховывают скалы, на побережье, о котором он говорит, что в год, когда он его посетил, «зимний дрейф представлял собой один огромный сплошной плот из льдин и айсбергов шириной более 150 миль и, возможно, 3000 футов толщиной местами, гонимый целым течением целиком по одному определенному курсу, год за годом, с тех пор как эта земля была найдена» (стр. 85).

Но г-н Кэмпбелл сам свободно признает, что плавающий лед, который садится на мель вдоль берегов, не производит штрихов. «Достаточно очевидно, — говорит он, — что ледниковые штрихи не производятся тонким заливным льдом» (стр. 76). А в «Frost and Fire», том ii., стр. 237, он заявляет, что «из тщательного осмотра ватерлинии во многих местах следует, что заливной лед стачивает скалы, но не производит штриховки».

«Невозможно, — продолжает он, — добраться до скал, по которым сейчас движутся тяжелые айсберги; но масса шириной 150 миль, возможно, 3000 футов толщиной в некоторых частях, движущаяся со скоростью миля в час или более, представляется двигателем, вполне достаточным, чтобы объяснить штрихи на возвышающихся скалах». А в «American Tramp», стр. 76, он говорит: «штрихи должны делаться в глубокой воде крупными массами, которые, кажется, продолжают свой ровный путь в устойчивом течении, текущем вдоль побережья».

Г-н Кэмпбелл, из тщательного осмотра морского дна вдоль побережья, обнаруживает, что маленькие айсберги не производят штрихов, но крупные, которые движутся по скалам, до которых невозможно добраться, «должны» их производить. Они «представляются» вполне достаточными для этого. Если меньшие айсберги не могут исштриховать морское дно, почему должны это делать более крупные? Нет причин, по которым меньшие айсберги не должны двигаться так же быстро и оказывать такое же давление на морское дно, как более крупные. И даже если предположить, что они этого не делали, можно было бы ожидать, что легкие айсберги осуществляли бы в меньшем масштабе то, что тяжелые делали бы в большем.

Я не сомневаюсь, что когда г-н Кэмпбелл посетил Лабрадор, он ожидал найти морское побережье под ватерлинией исштрихованным с помощью айсбергов, и, вероятно, был немало удивлен, обнаружив, что это на самом деле не так. И я не сомневаюсь, что если бы морское дно на путях крупных айсбергов было поднято на обозрение, он обнаружил бы к своему удивлению, что оно также свободно от штриховки.

Что касается наблюдений, у нас нет оснований, исходя из того, что видел г-н Кэмпбелл, заключать, что айсберги исштриховывают морское дно.

Свидетельство д-ра Сазерленда, у которого были возможности видеть эффекты айсбергов в арктических регионах, приводит нас к тому же заключению. «За исключением, — говорит он, — свидетельств, предоставляемых растениями и животными на дне, у нас нет никаких средств, чтобы установить эффект, производимый айсбергами на скалы. В Малегате и Вайгате я видел целые скопления этих плавучих островов, имеющих осадку от 100 до 250 саженей, движущихся туда и обратно с каждым приливом и отливом. Я очень внимательно искал борозды и царапины, оставленные айсбергами и ледниками на скалах, но всегда терпел неудачу в их обнаружении».

Теперь мы увидим, производит ли речной лед на самом деле штриховку или нет. Если плавающий лед в любой форме может исштриховывать скалы, можно было бы ожидать, что это должно делаться речным льдом, видя, что такой лед обязан следовать по одному узкому определенному пути.

Река Сент-Джон, Нью-Брансуик: — «Эта река, — говорит г-н Кэмпбелл, — загромождена льдом в течение пяти месяцев в году. Когда лед уходит, на берегу происходит дикая работа. Прибыл в Сент-Джон, поехал к подвесному мосту... В этом месте, если где-либо в мире, речной лед должен производить штриховку. Весь водосбор широкого бассейна и один из самых сильных приливов в мире здесь постоянно работают в одной скальной борозде; и зимой эта водная сила вооружена тяжелым льдом. Вокруг ватерлинии нет никаких штрихов».

Река Святого Лаврентия: — «Зимой сила ледяных полей, движимых водной силой, огромна. Река замерзает и спрессовывает лед до тех пор, пока течение воды не загромождается. Скальный проход в Квебеке похож на пролив Нарроуз в Сент-Джонсе, Ньюфаундленд. Весь проход, около мили шириной, был вымощен большими разбитыми плитами и круглыми валунами изношенного льда размером с небольшие лачуги, нагроможденными и разбросанными по уровню воды ниже и замерзшими намертво... Этот вид льда не производит штриховки на уровне воды в Квебеке. В Монреале, когда река «уходит», лед уходит вместе с ней с яростью... Пирсы в Монреале еще не исштрихованы речным льдом... Скалы на уровне высокой воды не имеют следов ледниковых штрихов... Скала в Оттаве потерта речным льдом каждую весну, и всегда в одном направлении, но она не исштрихована... Поверхности все потерты до гладкости, а края разбитых пластов округлены там, где они подвержены воздействию льда; но штрихов нет».

Когда сэр Чарльз Лайель посетил реку Святого Лаврентия в 1842 году, в Квебеке он отправился вместе с полковником Кодрингтоном «и тщательно искал ниже города в русле реки Святого Лаврентия, во время отлива, у берега, признаки ледникового действия в той самой точке, где каждый год оказывается главное давление и трение спрессованного льда», но ничего не нашел.

«У моста над водопадом Монморанси, через который каждый год проходит большое количество льда, гнейс отполирован и содержится в полной чистоте от лишайников, но не более, чем скалы, аналогично расположенные у водопадов в Шотландии. Ни в одном из этих мест не наблюдалось никаких длинных прямых борозд».

Единственное, что в виде современных ледниковых отметин он, по-видимому, встретил в Северной Америке, — это несколько прямых борозд шириной в полдюйма в мягком песчанике, у основания утеса на мысе Бломидон в заливе Фанди, в месте, где в течение предыдущей зимы «спрессованный» лед толщиной 15 футов был протащен, когда прилив поднялся над выступами песчаника.

Сам факт того, что столь выдающийся геолог, как сэр Чарльз Лайель, дважды посетив Северную Америку и специально искав современные ледниковые отметины, смог найти только две или три царапины на мягкой породе песчаника, которые он мог разумно приписать плавающему льду, должен был вызвать подозрение у сторонников теории айсбергов, что они действительно сформировали слишком экстравагантные представления относительно силы плавающего льда как исштриховывающего агента.

Нет никаких оснований полагать, что борозды и отметины, замеченные г-ном Вейби и другими на скандинавском побережье и в других частях северной Европы, были сделаны айсбергами.

Профессор Гейки ясно показал, исходя из характера и направления отметин, что они являются продуктом наземного льда. Если плавающий лед реки Святого Лаврентия и айсберги Лабрадора не способны исштриховывать и прорезать скалы, маловероятно, что те, что в северной Европе, будут способны на это.

Сторонникам теории айсбергов не удастся предполагать, как они делали до сих пор, что, как само собой разумеющееся, морское дно исштриховывается и прорезается с помощью айсбергов. Они должны это доказать. Они должны либо показать, что на самом деле айсберги являются эффективными агентами в исштриховывании морского дна, либо доказать из механических принципов, что они должны быть таковыми. Вопрос должен быть решен либо наблюдением, либо разумом; простого мнения будет недостаточно.

Количество материала, переносимого айсбергами, сильно преувеличено. — Перенос валунов и мусора, а не стачивание и исштриховывание скал, очевидно, является надлежащей функцией айсберга. Но даже в этом отношении, боюсь, ему приписывается слишком много.

Читая подробности путешествий в арктических регионах, нельзя не почувствовать удивления, как редко упоминается о камнях и мусоре, видимых на айсбергах. Арктические путешественники, как и другие люди, когда они ссылаются на геологические эффекты айсбергов, говорят об огромных количествах камней, переносимых ими; но при чтении подробностей их путешествий создается впечатление, что айсберги с камнями и обломками скал на них являются исключением. Большая часть повествований о путешествиях в арктических регионах состоит из интересных и подробных отчетов о приключениях путешественника среди льдов. Общий вид айсбергов, их форма, их размер, их высота, их цвет — все это замечено; но редко упоминается о том, что были замечены камни. То, что большинство айсбергов не имеют камней или мусора на себе, подтверждается положительными свидетельствами геологов, у которых были возможности видеть айсберги.

Г-н Кэмпбелл говорит: — «Примечательно, что до этого времени мы видели лишь несколько сомнительных камней на айсбергах, мимо которых мы проходили... Хотя во время этого путешествия не приближались ни к одному айсбергу с камнями на них или в них, многие на борту «Ариэль» были близко к айсбергам, тяжело нагруженным... Человек, у которого есть некоторый опыт работы со льдом, никогда не видел камня на айсберге в этих широтах. Капитан Андерсон с «Европы», который является геологом, никогда не видел камня на айсберге при пересечении Атлантики. В этой поездке камней отчетливо не было видно».

Сэр Чарльз Лайель заявляет, что, проходя мимо айсбергов в Атлантике, он «очень хотел выяснить, есть ли какой-либо ил, камни или обломки скал на какой-либо из этих плавающих масс; но после осмотра около сорока из них, не заметив никаких признаков замерзшего вещества, я покинул палубу, когда начинало смеркаться». После того как он спустился вниз, сказали, что видели один с чем-то вроде камней на нем. Капитан и офицеры корабля заверили его, что они никогда не видели камня на айсберге.

Следующий отрывок из «Мемуаров о ледниковых явлениях Лабрадора и Мэна» г-на Паккарда покажет, как мало достигается большими массами плавающего льда на побережье Лабрадора как в плане стачивания и исштриховывания скал, так и в плане переноса камней, глины и других материалов.

«На этом побережье, которое летом 1864 года было окаймлено поясом ледяных полей и айсбергов шириной, вероятно, двести миль, и которое простиралось от залива Святого Лаврентия у Бель-Амур до арктических морей, эта огромная масса плавающего льда, казалось, непосредственно производила лишь небольшие изменения в своих физических особенностях. Если бы мы приписали прорезание и полировку скал действию плавающих ледяных полей и айсбергов, как это происходит, что нынешние берега далеко выше (500) и по крайней мере на 250 футов ниже ватерлинии часто зазубрены и угловаты, хотя постоянно останавливают курс масс льда, движимых со скоростью от четырех до шести миль в час совместным действием приливов, течений и ветров? Никаких валунов, гравия или ила не было замечено ни на одном из айсбергов или масс прибрежного льда. Они сбросили все бремя такого рода ближе к точкам своего отрыва в высоких арктических регионах»...

«Эта огромная область плавающего льда, охватывающая так много тысяч квадратных миль, была больше по площади и оставалась дольше на побережье в 1864 году, чем за сорок лет до этого. Он не только прижимался к побережью нормальным действием Лабрадорского и Гренландского течений, которые вследствие вращательного движения Земли стремились гнать лед в юго-западном направлении, но присутствие льда вызывало постоянное прохождение более прохладных потоков воздуха с моря над льдом на нагретую сушу, что привело в текущем сезоне к постоянной череде северо-восточных ветров с марта до начала августа, которые еще больше способствовали заталкиванию льда в каждую гавань и углубление на побережье. Повсеместной жалобой жителей было то, что восточные ветры были более частыми, а лед «держался» дольше в гаванях в этом году, чем многие сезоны до этого. Таким образом, рыболовство было почти провальным, а растительность сильно замедлена в своем развитии. Но что касается полировки и исштриховывания скал, отложения ледникового материала и, таким образом, изменения контура поверхности нынешнего побережья, эта современная масса айсбергов и плавающего льда произвела сравнительно мало. Отдельные айсберги, когда они были достаточно малы, входили в гавани и, садясь там на мель, вскоре разбивались вдребезги о скалы, таяли и исчезали. От мыса Харрисон, на широте 55°, до острова Карибо была прерывистая линия айсбергов, севших на мель на глубине от 80 до 100 или более саженей, часто на расстоянии миль друг от друга, в то время как другие проходили в сторону моря вниз вдоль восточного побережья Ньюфаундленда или через пролив Бель-Иль».

Валунная глина — продукт наземного льда. — Существует еще один момент, связанный с айсбергами, о котором мы должны упомянуть, а именно мнение, что большие массы валунной глины ледниковой эпохи были сформированы из осадков айсбергов. Если валунная глина в настоящее время накапливается таким образом, то можно было бы ожидать появления следов отложений валунной глины прежних эпох. Совершенно очевидно, что нестратифицированная валунная глина не могла быть сформирована таким образом. Камни, гравий, песок, глина и ил, ингредиенты валунной глины, свалившиеся все вместе со спины айсберга, не могли опуститься на дно моря, не разделившись. Камни достигли бы дна первыми, затем гравий, затем песок, затем глина и, наконец, ил, и все это осело бы в стратифицированной форме. Но, кроме того, как глина могла быть получена из айсбергов? Айсберги получают свои материалы с суши до того, как они спускаются в глубину, и пока они находятся в форме наземного льда. Материалы, которые находятся на спинах айсбергов, — это то, что упало на лед с горных вершин и утесов, выступающих над льдом. Айсберги главным образом происходят от континентального льда, такого как лед Гренландии, где вся страна погребена под одной непрерывной массой, и лишь высокая горная вершина кое-где поднимается над поверхностью. И это, несомненно, главная причина, почему так мало айсбергов имеют камни на своих спинах. Континентальный лед Гренландии не покрыт, как ледники Альп, рыхлыми камнями. Д-р Роберт Браун сообщает мне, что на внутреннем льду Гренландии никогда не видели мореного материала. Совершенно ясно, что глина не падает на лед. То, что падает на лед, — это камни, обломки скал и рыхлые обломки. Глина и ил, как мы знаем из отчетов арктических путешественников, иногда смываются на прибрежный лед; но, безусловно, очень мало того и другого может попасть на айсберг. Арктические путешественники иногда говорят, что видят глину и ил на айсбергах; но вероятно, что если бы они были достаточно близко, они обнаружили бы, что то, что они приняли за глину и ил, было просто пылью и мусором.

Безусловно, валунная глина во многих местах несет несомненные свидетельства того, что она образовалась под водой; однако из этого не следует, что она возникла из осадков, принесенных айсбергами. Тот факт, что валунная глина в каждом случае главным образом состоит из материалов, происходящих из той местности, на которой она залегает, доказывает, что она не была сформирована из вещества, транспортируемого айсбергами. Глина, несомненно, содержит камни и валуны, принадлежащие другим регионам, которые в некоторых случаях могли быть перенесены айсбергами; но сама глина не была принесена из другой местности. Но если сама глина происходит из той страны, на которой она лежит, то абсурдно предполагать, что она была отложена айсбергами. Глина и материалы, которые обнаруживаются на айсбергах, происходят с той суши, на которой сформировался айсберг; но предполагать, что айсберги, поплавав по океану, всегда должны возвращаться к той земле, которая дала им жизнь, и там сбрасывать свой груз, — это довольно экстравагантное предположение.

На основании приведенных фактов и соображений мы, осмелюсь предположить, вправе сделать вывод, что, за исключением того, что могло быть произведено материковым льдом, очень мало валунной глины или исчерченных скал, относящихся к ледниковой эпохе, погребено под океаном, и что, когда существующие ныне поверхности суши будут полностью денудированы, вероятно, едва ли удастся найти хоть какие-то следы ледниковой эпохи, за исключением огромных глыб, которые были перенесены айсбергами и сброшены в море. Поэтому вероятно, что у нас имеется столько же доказательств существования ледниковой эпохи в прошлые периоды, сколько будет у геологов будущих веков относительно существования ледниковой эпохи в посттретичный период, и что, следовательно, мы не вправе заключать, будто ледниковая эпоха была чем-то уникальным в геологической истории нашего земного шара.

Палеонтологические свидетельства. — Можно было бы подумать, что если ледниковые эпохи были многочисленны, то у нас должно быть в изобилии палеонтологических свидетельств их существования. Я не знаю, следует ли это с необходимостью. Возьмем для примера саму ледниковую эпоху, которая является довольно современным событием. Здесь нам не нужно идти и искать на дне моря доказательства ее существования; ибо поверхность суши находится почти в том же состоянии, в котором она была, когда лед покинул ее, с валунной глиной и всеми обломками льда, лежащими на ней. Но какой геолог, имея перед собой все эти материалы, смог бы только на основании палеонтологических данных обнаружить, что такая эпоха была? Он мог бы исследовать все, но не смог бы найти ископаемых свидетельств, из которых он мог бы обоснованно сделать вывод, что страна когда-либо была покрыта льдом. У нас есть свидетельства в ископаемых остатках крага и других отложений о существовании более холодного климата до истинного ледникового периода, а в ракушечных слоях Клайда и других местах — о подобном положении дел после того, как великие ледяные щиты исчезли. Но что касается периода истинной валунной глины или тилла, когда страна была окутана льдом, палеонтология почти ничего не может нам сказать. «Какова бы ни была причина, — говорит сэр Чарльз Лайель, — факт остается фактом: на обширных территориях в Шотландии, Ирландии и Уэльсе, я мог бы добавить, по всему северному полушарию по обе стороны Атлантики, стратифицированные ледниковые отложения ледникового периода очень часто лишены ископаемых остатков».

В «флише» эоцена Альп, к которому мы будем иметь случай обратиться в следующей главе и в котором найдены огромные глыбы, доказывающие существование ледникового воздействия в тот период, было найдено мало ископаемых остатков или они вовсе отсутствовали. Эта формация настолько лишена органических остатков, что, по словам сэра Чарльза, только по своему положению она известна как принадлежащая к средней или «нуммулитовой» части великой эоценовой серии. Далее, в конгломератах Турина, относящихся к верхнему миоцену, в которых найдены угловатые известняковые глыбы, доказывающие, что в тот период альпийские ледники достигали уровня моря на широте Италии, не было найдено ни одного органического остатка. По-видимому, крайняя скудость органической жизни является характеристикой ледникового периода, что дает нам право заключить, что отсутствие органических остатков в любой формации, в остальном указывающей на холодный климат, нельзя рассматривать как достаточное доказательство того, что эта формация не относится к холодному периоду.

В последней главе было показано, почему сейчас имеется так мало свидетельств теплых периодов ледниковой эпохи. Остатки фауны и флоры тех периодов были почти полностью уничтожены и сметены в прилегающие моря ледяным щитом, покрывавшим сушу. Именно на современной поверхности суши мы находим главные свидетельства последней ледниковой эпохи, но следы теплых периодов этой эпохи сейчас едва ли можно встретить в этом положении, поскольку они почти все были стерты или унесены в море.

Что касается прежних ледниковых эпох, однако, то отмеченные льдом скалы, исчерченные камни, морены, тилл и т. д. больше не существуют; поверхности суши тех старых времен были полностью стерты. Единственные свидетельства таких древних ледниковых эпох, которые мы можем надеяться обнаружить, должны, следовательно, разыскиваться в отложениях, которые были сформированы на морском дне; где мы также можем ожидать найти следы теплых периодов, которые чередовались в течение таких эпох с ледниковыми условиями. Более того, ясно, что палеонтологические свидетельства в пользу теплых периодов всегда будут наиболее обильными и удовлетворительными.

Судя только по геологическим данным, мы естественным образом приходим к выводу, что, как общее правило, климат прежних периодов был несколько теплее, чем в настоящее время. Именно на основании ископаемых остатков геолог в основном формирует свою оценку характера климата в любой период. Теперь, что касается ископаемых остатков, теплые периоды всегда будут представлены гораздо лучше, чем холодные; ибо мы находим, что, как общее правило, те формации, которые геологи склонны считать указывающими на холодное состояние климата, удивительно лишены ископаемых остатков. Если геолог не будет иметь в виду этот принцип, он будет весьма склонен сформировать неверную оценку общего характера климата периода такой огромной продолжительности, как, скажем, третичный.

Предположим, что существующее ныне морское дно, которое формировалось с начала ледниковой эпохи, консолидировалось в породу и впоследствии поднялось, став сушей; тогда мы получили бы формацию, которую можно было бы должным образом обозначить как постплиоценовую. Она представляла бы время, прошедшее с начала ледниковой эпохи до наших дней. Предположим, кого-то попросили бы как геолога определить по этой формации, каков был общий характер климата в рассматриваемый период; к какому выводу он, вероятно, пришел бы? Он, вероятно, нашел бы здесь и там участки валунной глины, содержащие исчерченные и обточенные льдом камни. Время от времени он встречал бы кости мамонта и северного оленя, а также раковины арктического типа. Он также наткнулся бы на огромные глыбы более древних пород, внедренные в формацию, из чего он сделал бы вывод о существовании айсбергов и ледников, достигающих уровня моря. Но в целом он заметил бы, что большая часть ископаемых остатков, встречающихся в этой формации, подразумевает теплое и умеренное состояние климата. В нижней части формации, соответствующей времени истинной валунной глины, наблюдалась бы такая нехватка органических остатков, что он, вероятно, затруднился бы сказать, был ли климат в то время холодным или жарким. Но если сильный холод ледниковой эпохи не был непрерывным, а прерывался промежуточными теплыми периодами, в течение которых лед, по крайней мере в значительной степени, исчезал на долгий период времени (а найдется немного геологов, которые должным образом изучили этот предмет и будут категорически отрицать, что так оно и было), то страна, несомненно, в эти теплые периоды обладала бы обилием растительной и животной жизни. Совершенно верно, что мы можем почти тщетно искать на современной поверхности суши органические остатки, которые принадлежали к этим межледниковым периодам; ибо они были почти все сметены льдом, который последовал за ними. Но, несомненно, в глубоких впадинах океана, погребенные под сотнями футов песка, ила, глины и гравия, лежат множества растений и животных, которые тогда процветали на суше и были унесены реками в море. И вместе с ними лежат скелеты, раковины и другие экзувии существ, которые процветали в теплых морях тех периодов. Теперь, глядя на большое обилие ископаемых, указывающих на теплые и благоприятные условия, которые содержали бы нижние части этой формации, геолог мог бы подвергнуться опасности сделать вывод, что ранняя часть постплиоценового периода была более теплым периодом, тогда как мы в настоящее время, глядя на дело с другой точки зрения, объявляем эту часть охарактеризованной холодными или ледниковыми условиями. Несомненно, если бы слои, сформированные в холодные периоды ледниковой эпохи, можно было отличить от тех, что сформировались в теплые периоды, ископаемые остатки одних указывали бы на холодное состояние климата, а других — на теплое; но все же, беря всю эпоху в целом, процент ископаемых остатков, указывающих на теплое состояние, вероятно, настолько превысил бы тот, что указывает на холодное состояние, что мы пришли бы к выводу, что характер климата в целом в рассматриваемую эпоху был теплым и ровным.

Как геологи, мы, как правило, не имеем средств прийти к знанию о характере климата любого заданного периода, кроме как через исследование морского дна, относящегося к этому периоду; ибо они содержат все свидетельства по данному предмету. Но если мы не проявим осторожность, мы будем весьма склонны, судя о климате такого периода, впасть в ту же ошибку, в которую, как мы только что видели, можно было бы естественно впасть, если бы кого-то попросили определить характер климата в течение ледниковой эпохи по природе органических остатков, которые лежат погребенными в наших прилегающих морях. По этому пункту наблюдения г-на Дж. Гейки настолько уместны, что я не могу сделать ничего лучшего, как привести их здесь. «Когда мы имеем дело, — говорит этот автор, — с формациями, настолько удаленными от нас во времени, и в которых остатки животных и растений так сильно отходят от существующих форм жизни, мы едва ли можем ожидать получить большую помощь от ископаемых в наших попытках обнаружить следы холодных климатических условий. Арктические раковины в наших посттретичных глинах являются убедительными доказательствами прежнего существования в нашей широте сурового климата; но когда мы уходим так далеко назад, как палеозойские века, у нас нет таких ясных свидетельств, чтобы направлять нас. Все, что палеонтологи могут сказать относительно ископаемых, принадлежащих к этим старым временам, сводится просто к следующему: они, по-видимому, указывают, говоря в общем, на мягкие, умеренные или благоприятные, а иногда даже тропические условия климата. Многие из ископаемых, действительно, если мы вообще собираемся рассуждать по аналогии, никак не могли жить в холодных морях. Но, насколько нам известно, могли существовать чередования климата во время отложения каждой конкретной формации; и эти изменения могут быть отмечены присутствием или отсутствием, или более или менее обильным развитием определенных организмов на различных горизонтах в пластах. Несмотря на все, что было сделано, наши знания о естественной истории этих древних морей все еще очень несовершенны; и поэтому, в нынешнем состоянии нашей информации, мы не вправе утверждать, исходя из общего вида ископаемых в наших более древних формациях, что температура древних морей никогда не была иной, чем мягкой и благоприятной».

Заключение. — Из того, что уже было сказано, будет, я надеюсь, очевидно, что, если предположить, что ледниковые эпохи в прошлые геологические века были столь же многочисленны и суровы, как того требует вековая теория, все же было бы неразумно ожидать встретить их обильные следы. Несовершенство геологической летописи таково, что мы не должны удивляться тому, что так мало реликтов прежних ледниковых периодов дошло до нас. Также будет очевидно, что палеонтологические свидетельства теплого состояния климата, имевшего место в течение любого конкретного века, не являются доказательством того, что ледниковая эпоха также не наступила в течение того же цикла времени. Действительно, все как раз наоборот; ибо теплые условия, доказательства которых у нас есть, могут указывать лишь на существование межледникового периода. Более того, если признать вековую теорию изменений климата, то свидетельства теплого состояния климата, преобладавшего в арктических регионах в течение любого прошлого геологического века, могут рассматриваться как косвенное доказательство существования ледниковой эпохи; то есть эпохи, в течение которой холодные и теплые условия климата чередовались. Имея в виду эти соображения, мы теперь перейдем к краткому рассмотрению того, какие свидетельства прежнего существования ледниковых эпох у нас имеются в настоящее время.

ГЛАВА XVIII. ПРЕЖНИЕ ЛЕДНИКОВЫЕ ЭПОХИ; ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВИДЕТЕЛЬСТВА.

Cambrian Conglomerate of Islay and North-west of Scotland.—Ice-action in Ayrshire and Wigtownshire during Silurian Period.—Silurian Limestones in Arctic Regions.—Professor Ramsay on Ice-action during Old Red Sandstone Period.—Warm Climate in Arctic Regions during Old Red Sandstone Period.—Professor Geikie and Mr. James Geikie on a Glacial Conglomerate of Lower Carboniferous Age.—Professor Haughton and Professor Dawson on Evidence of Ice-action during Coal Period.—Mr. W. T. Blanford on Glaciation in India during Carboniferous Period.—Carboniferous Formations of Arctic Regions.—Professor Ramsay on Permian Glaciers.—Permian Conglomerate in Arran.—Professor Hull on Boulder Clay of Permian Age.—Permian Boulder Clay of Natal.—Oolitic Boulder Conglomerate in Sutherlandshire.—Warm Climate in North Greenland during Oolitic Period.—Mr. Godwin-Austen on Ice-action during Cretaceous Period.—Glacial Conglomerates of Eocene Age in the Alps.—M. Gastaldi on the Ice-transported Limestone Blocks of the Superga.—Professor Heer on the Climate of North Greenland during Miocene Period.

КЕМБРИЙСКИЙ ПЕРИОД.

Остров Айлей. — Хорошие свидетельства ледникового воздействия были замечены г-ном Джеймсом Томсоном, членом Геологического общества, в пластах, которые он считает кембрийского возраста. В Порт-Аскейге, на острове Айлей, под крутым утесом кварцита высотой 70 футов находится масса песчанистого талькового сланца, содержащая фрагменты гранита, некоторые из них угловатые, но большинство округлые, и всех размеров, от простых частиц до крупных валунов. Поскольку на острове нет гранита, из которого могли бы происходить эти валуны, он справедливо заключает, что они должны были быть перенесены действием льда. Вероятность его вывода подкрепляется почти полным отсутствием стратификации в рассматриваемом отложении.

Северо-запад Шотландии. — Г-н Дж. Гейки говорит мне, что большая часть кембрийского конгломерата на северо-западе Шотландии сильно напоминает ему грубые галечные слои (альпийский дилювий), которые так часто заполняют старые ледниковые долины Швейцарии и Северной Италии. Во многих местах камни кембрийского конгломерата имеют субугловатую, притупленную форму, подобно тем, что встречаются в переотложенных моренных обломках альпийских стран.

СИЛУРИЙСКИЙ ПЕРИОД.

Уигтауншир. — Была высказана возможность ледникового воздействия еще в силурийском веке. В пластах сланца и глинистых сланцев в Уигтауншире нижнесилурийского возраста г-н Дж. Кэррик Мур нашел слои конгломерата примечательного характера. Фрагменты обычно варьируются от размера в один дюйм до фута в диаметре, но в некоторых слоях встречаются валуны диаметром 3, 4 и даже 5 футов. В окрестностях нет скал, из которых могли бы происходить какие-либо из этих фрагментов. Матрица этого конгломерата иногда представляет собой зеленый траппоподобный песчаник чрезвычайной твердости, а иногда — индурированный песчаник, неотличимый от многих обычных разновидностей граувакки.

Эршир. — Г-н Джеймс Гейки заявляет, что в Гленаппе и близ Далмеллингтона он нашел внедренные в нижнесилурийские пласты глыбы и валуны диаметром от одного до 5 футов из гнейса, сиенита, гранита и т. д., ни один из которых не принадлежит к породам этих окрестностей. Подобные случаи были найдены в Голуэе, Ирландия, и в Лисбелло, к югу от Эннискиллена. В Америке профессор Доусон описывает силурийские конгломераты с валунами диаметром 2 фута.

Арктические регионы. — О существовании теплых межледниковых периодов в течение того века можно судить по тому факту, что в арктических регионах мы находим широко распространенные массы силурийских известняков, содержащих криноидеи, кораллы, моллюсков и другие ископаемые остатки, отчет о которых см. в геологическом описании Арктического архипелага профессора Хотона, приложенном к «Повествованию об арктических открытиях» Мак-Клинтока.

СТАРЫЙ КРАСНЫЙ ПЕСЧАНИК.

Север Англии. — Согласно профессору Рэмзи и некоторым другим геологам, брекчиевидные, субугловатые конгломераты и валунные слои старого красного песчаника Шотландии и севера Англии имеют ледниковое происхождение. Когда эти конгломераты и недавняя валунная глина встречаются вместе, трудно провести линию разграничения между ними.

Профессор Рэмзи наблюдал некоторые весьма примечательные факты в связи с конгломератами старого красного песчаника в Керкби-Лонсдейле и Седберге в Уэстморленде и Йоркшире. Я приведу результаты его наблюдений его собственными словами.

«Результат заключается в том, что мы нашли много камней и глыб, отчетливо исчерченных, а на других — призраки царапин, почти стертые временем и химическим воздействием, вероятно, усиленные давлением в то время, когда эти породы были погребены под тысячами футов каменноугольных пластов. В некоторых случаях, однако, отметины, вероятно, были произведены внутри самой породы давлением, сопровождавшимся нарушением пластов; но в других продольные и поперечные штрихи передают идею ледникового воздействия. Формы камней этих конгломератов, многие из которых имеют длину от 2 до 3 футов, их сплющенные стороны и субугловатые края, вместе с беспорядочным образом, в котором они часто расположены (как камни в ледниковых отложениях), долгое время были достаточны, чтобы убедить меня в их ледниковом характере; и исчерченные образцы, при надлежащем исследовании, возможно, убедят других».

Остров Мэн. — Конгломерат старого красного песчаника на острове Мэн был сравнен г-ном Каммингом с «консолидированной древней валунной глиной». И он замечает: «Неужели те странные трилобитоподобные рыбы той эры должны были терпеть удары ледяных волн и бороться среди обломков ледяных полей и сокрушения айсбергов?»

Австралия. — Конгломерат, подобный шотландскому, был найден в Виктории, Австралия, г-ном Селвином в нескольких местах. Вдоль Уайлд-Дак-Крик, близ Хиткота, а также близ Миа-Миа, Спринг-Плейнс, Редесдейла, местностей в колонии Виктория, где он был исследован г-нами Тейлором и Этериджем-младшим, этот конгломерат состоит из смеси гранитной гальки и валунов различных цветов и текстур, порфиров, индурированного песчаника, кварца и своеобразной кремнистой породы в матрице из синевато-серого очень твердого грязевого цемента. Породы, подобные гальке и глыбам, составляющим конгломерат, не встречаются в непосредственной близости; и из-за любопытной смеси крупных и мелких угловатых и обточенных водой фрагментов было высказано предположение, что он, возможно, имеет ледниковое происхождение. Исчерченные камни не наблюдались, хотя было проведено тщательное исследование. Из подобных грязе-галечных слоев на реке Лердердерг, Виктория, г-н П. Дейнтри получил несколько галек, имеющих желобки на манер исчерченных льдом глыб.

А существование теплого состояния климата в период старого красного песчаника подтверждается ископаемыми известняками Англии, России и Америки. На берегах реки Атабаска, Земля Руперта, сэр Джон Ричардсон нашел слои известняка, содержащие Producti, Spiriferi, Orthis, напоминающую O. resupinata, Terebratula reticularis и Pleurotomaria, которые, по мнению покойного д-ра Вудворда, исследовавшего образцы, характерны для девонских пород Девоншира.

КАМЕННОУГОЛЬНЫЙ ПЕРИОД.

Франция. — Прошло уже много лет с тех пор, как г-н Годвин-Остен обратил внимание на то, что он считал свидетельством ледникового воздействия в угольный период. Этот геолог нашел в каменноугольных пластах Франции крупные угловатые глыбы, которые он не мог объяснить, не предположив прежнего действия льда. «Будь то от локального поднятия, — говорит он, — или от климатических условий, существуют определенные признаки повсюду, которые подразумевают, что в одно время температура должна была быть очень низкой, так как только ледниковое воздействие может объяснить присутствие крупных угловатых глыб, которые встречаются в самых нижних детритовых слоях многих южных угольных бассейнов».

Шотландия. — В Шотландии в различных частях встречаются большие слои конгломерата, которые теперь считаются профессором Гейки, г-ном Джеймсом Гейки и другими сотрудниками Геологической службы, имевшими возможность исследовать их, имеющими ледниковое происхождение. «Они, — говорит г-н Джеймс Гейки, — совершенно нестратифицированы, и камни часто показывают ту своеобразную притупленную форму, которая так характерна для ледниковой работы». Многие из камней, найденных профессором Гейки, несколько из которых я имел возможность видеть, хорошо исчерчены.

В 1851 году профессор Хотон представил в Геологическом обществе Дублина случай с угловатыми фрагментами гранита, встречающимися в каменноугольном известняке графства Дублин; и он объяснил эти явления предположением о транспортирующей силе льда.

Северная Америка. — В одном из североамериканских угольных бассейнов профессор Ньюберри нашел валун кварцита размером 17 на 12 дюймов, внедренный в угольный пласт. Подобные факты были также зарегистрированы как в Соединенных Штатах, так и в Новой Шотландии. Профессор Доусон описывает то, что он называет гигантским эскером каменноугольного возраста, на внешней стороне которого были отложены крупные принесенные валуны, вероятно, дрейфующим льдом; в то время как в болотах внутри процветала угольная флора.

Индия. — Г-н У. Т. Бланфорд из Геологической службы Индии заявляет, что в пластах, считающихся каменноугольного возраста, найдены крупные валуны, некоторые из них до 15 футов в диаметре. Слой, в котором они встречаются, представляет собой тонкий ил, и он относит отложение валунов к ледниковому воздействию. За последние три года его взгляды получили своеобразное подтверждение в другой части Индии, где были найдены пласты известняка, исчерченные под определенными перекрывающими их пластами. Вероятность того, что эти явления обусловлены, как говорит г-н Бланфорд, действием льда, подкрепляется соображением, что примерно в пяти градусах севернее рассматриваемого района поднимается холодное и высокое плоскогорье Тибета, которое во время ледниковой эпохи, несомненно, было бы покрыто льдом, который вполне мог спуститься на равнины Индии.

Арктические регионы. — О ледниковой эпохе в каменноугольном веке можно косвенно судить по вероятному существованию теплых межледниковых периодов, на что указывают известняки с ископаемыми остатками, найденные в арктических регионах.

То, что ровное состояние климата распространялось почти до северного полюса, доказывается тем фактом, что в арктических регионах были найдены обширные массы каменноугольного известняка, обладающие всеми характеристиками горного известняка Англии. «Эти известняки, — говорит г-н Исбистер, — наиболее широко развиты в северо-восточной оконечности континента, где они занимают большую часть береговой линии, от северной стороны залива Коцебу до нескольких миль от мыса Барроу, и составляют главный компонент высоких и заметных мысов Кейп-Томсон, Кейп-Лисберн и Кейп-Сабин». Известняк того же возраста встречается в большом количестве вдоль реки Маккензи. В этих известняках были найдены следующие ископаемые: Terebratula resupinata, Lithostrotion basaltiforme, Cyathophyllum dianthum, C. flexuosum, Turbinolia mitrata, Productus Martini, Dentalium Sarcinula, Spiriferi, Orthidæ и криноидные фрагменты в величайшем изобилии.

Среди ископаемых, привезенных с Депо-Пойнт, Земля Альберта, сэром Э. Белчером, г-н Солтер нашел следующие, принадлежащие к каменноугольному периоду: Fusulina hyperborea, Stylastrea inconferta, Zaphrentis ovibos, Clisiophyllum tumulus, Syringopora (Aulopora), Fenestella Arctica, Spirifera Keilhavii, Productus cora, P. semireticulatus.

Угольные пласты каменноугольного возраста широко развиты в арктических регионах. Топливо имеет сильно битуминозный характер, напоминая, по словам профессора Хотона, газовые угли Шотландии. Наличие угля в таких высоких широтах указывает вне всякого сомнения на то, что мягкое и умеренное состояние климата должно было в течение некоторой части каменноугольного века преобладать вплоть до самого полюса.

«В угле Земли Джеймсона, на восточной стороне Гренландии, лежащей на 71° широты, и в угле острова Мелвилл, на 75° с. ш., профессор Джеймсон нашел растения, напоминающие ископаемые угольных бассейнов Британии».

ПЕРМСКИЙ ПЕРИОД.

Англия. — Исходя из исследований профессора Рэмзи в пермских брекчиях, у нас есть все основания полагать, что в течение части пермского века наша страна, вероятно, была покрыта ледниками, достигавшими моря. Эти брекчиевидные камни, заявляет он, в основном угловатые или субугловатые, со сплющенными сторонами и лишь слегка закругленные по краям, и внедрены в темно-красную мергелистую пасту. На холме Абберли некоторые из масс имеют диаметр от 2 до 3 футов, а в одном из карьеров, близ основания холма Вудбери, профессор Рэмзи видел одну диаметром 2 фута. Другая была замечена на скале Вудбери, 4 фута длиной, 3 фута шириной и 1½ фута толщиной. Валуны были найдены в Южном Стаффордшире, Энвилле, на холмах Абберли и Малверн и в других местах. «Они, — говорит он, — по-видимому, происходят из конгломерата и зеленых, серых и пурпурных кембрийских песчаников Лонгминда, а также из силурийских кварцевых пород, сланцев, фельзитов, полевошпатовых пеплов, зеленых камней и пород верхнего Карадока страны между Лонгминдом и Чербери. Но тогда, — продолжает он, — южный конец холмов Малверн находится на расстоянии от сорока до пятидесяти миль, Абберли — от двадцати пяти до тридцати пяти миль, Энвилл — от двадцати до тридцати миль, а Южный Стаффордшир — от тридцати пяти до сорока миль от той страны».

Физически невозможно, отмечает профессор Рэмзи, чтобы эти глыбы могли быть перенесены на такие расстояния каким-либо иным агентом, кроме льда. Если бы они были перенесены водой, предполагая, что такое возможно, они были бы округлыми и обточенными водой, тогда как многие из этих камней представляют собой плоские плиты, и большинство из них имеют лишь слегка закругленные края. И, кроме того, многие из них сильно отполированы, а другие имеют желобки и тонкие штрихи, точно так же, как камни древних ледников Шотландии и Уэльса. Некоторые из этих образцов можно увидеть в Музее практической геологии на Джермин-стрит.

Шотландия. — На острове Арран г-н Э. А. Вунш и г-н Джеймс Томсон нашли слой конгломерата, который они считали пермского возраста и, вероятно, ледникового происхождения. Этот конгломерат заключал в себе угловатые фрагменты различных сланцевых, вулканических и известняковых пород и содержал каменноугольные ископаемые.

Ирландия. — В Арме, Ирландия, профессор Халл нашел валунные слои пермского возраста, содержащие гальку и валуны, иногда диаметром 2 фута. Некоторые из валунов должны были быть перенесены из региона, лежащего примерно в 30 милях к северо-западу от местности, в которой они встречаются сейчас. Трудно представить, говорит профессор Халл, как фрагменты пород такого размера могли быть перенесены в их нынешнее положение каким-либо иным агентом, кроме плавающего льда. Этот валунный слой перекрыт недавним слоем валунной глины. Профессор Рэмзи, который также исследовал этот разрез, согласен с профессором Халлом в том, что слой является пермским по возрасту и, несомненно, ледникового формирования.

Профессор Рэмзи убежден, что те же выводы, которые он сделал относительно пермской брекчии Англии, вероятно, еще будут найдены верными в отношении большей части брекчии Северной Германии. И, по-видимому, есть некоторые основания для заключения, что холод того периода достиг даже Индии.

Южная Африка. — Древняя валунная глина, предположительно пермского или юрского возраста, была широко найдена в Натале, Южная Африка. Это отложение, обнаруженное д-ром Сазерлендом, генеральным инспектором колонии, описывается д-ром Манном следующим образом:

«Само отложение состоит из серовато-синей глинистой матрицы, содержащей фрагменты гранита, гнейса, графита, кварцита, зеленого камня и глинистого сланца. Эти внедренные фрагменты имеют различный размер, от мельчайших размеров песчинок до огромных глыб, измеряемых 6 футами в поперечнике и весящих от 5 до 10 тонн. Они сглажены, как если бы они подверглись определенной степени истирания в илистом осадке; но они не округлы, как валуны, которые подверглись воздействию морских бурунов. Излом породы не раковистый, и в ее веществе заметна грубая склонность к волнистой стратификации».

«Д-р Сазерленд склонен думать, что транспортировка огромных массивных глыб весом в несколько тонн, штриховка подстилающих поверхностей песчаника и одновременное отложение мельчайших песчинок и крупных валунов в одной и той же матрице — все это указывает на один агент как на единственный, который можно рационально признать для удовлетворительного объяснения присутствия этой примечательной формации в тех ситуациях, в которых она найдена. Он полагает, что валуноносная глина Натала имеет аналогичную природу с великим скандинавским ледниковым отложением, с которым она, безусловно, тесно связана по внутреннему минералогическому характеру; что она фактически является огромной мореной древних времен; и что лед в той или иной форме имел отношение к ее формированию, по крайней мере в том, что касается отложения внедренных фрагментов в аморфной матрице».

В дискуссии, последовавшей за чтением доклада д-ра Сазерленда, профессор Рэмзи указал, что в слоях Натала встречались огромные глыбы породы, которые находились в 60 или 80 милях от своего первоначального дома и все еще оставались угловатыми; и была трудность в объяснении явлений какой-либо другой гипотезой, кроме предложенной.

Г-н Стоу в своем докладе о слоях Кару выразил схожее мнение относительно ледникового характера этой формации.

Но мы имеем в слоях Кару свидетельства не только оледенения, но и гораздо более теплого состояния вещей, чем существующее в настоящее время на этой широте. Это показано тем фактом, что раковины слоев Trigona указывают на тропическое или субтропическое состояние климата.

Арктические регионы. — Свидетельства, которые у нас есть о существовании теплого климата в течение пермского периода, столь же убедительны. Близкое сходство флоры пермского периода с флорой каменноугольных времен явно указывает на прежнее преобладание теплого и ровного климата. И существование магнезиального известняка в высоких широтах, по-видимому, указывает на то, что по крайней мере в течение части пермского периода, точно так же, как во время накопления каменноугольного известняка, в тех широтах должно было существовать теплое море.

ООЛИТОВЫЙ ПЕРИОД.

Север Шотландии. — Не недостает свидетельств чего-то вроде действия льда в течение оолитового периода.

На севере Шотландии, говорит г-н Джеймс Гейки, существует грубый валунный конгломерат, связанный с юрскими пластами на востоке Сазерленда, возможное ледниковое происхождение которого давно пришло на ум профессору Рэмзи и другим наблюдателям. Г-н Джадд полагает, что валуны были принесены льдом с гор Хайленда в то время, когда накапливались юрские пласты.

Северная Гренландия. — В течение оолитового периода теплое состояние климата распространялось до Северной Гренландии. Например, на острове Принца Патрика, в Уилки-Пойнт, на 76° 20′ с. ш. и 117° 20′ з. д., оолитовые породы, содержащие аммонит (Ammonites McClintocki, Хотон), подобный A. concavus и другим раковинам оолитовых видов, были найдены капитаном Мак-Клинтоком. В заливе Катмай, близ Берингова пролива, были обнаружены следующие оолитовые ископаемые: Ammonites Wasnessenskii, A. biplex, Belemnites paxillosus и Unio liassinus. Капитан Мак-Клинток нашел в Пойнт-Уилки, на острове Принца Патрика, 76° 20′, кость ихтиозавра, а сэр Э. Белчер нашел на острове Эксмут, 76° 16′ с. ш. и 96° з. д., на высоте 570 футов над уровнем моря, кости, которые были исследованы профессором Оуэном и признаны принадлежащими тому же животному. Г-н Солтер замечает, что в то время, когда были отложены эти ископаемые, «состояние климата, что-то вроде нашего собственного побережья, преобладало в широтах, недалеко от 80° с. ш.». И г-н Джукс говорит, что в течение оолитового периода, «в широтах, где сейчас море и суша скованы льдом и снегом в течение всего года, ранее процветали животные и растения, подобные тем, что жили в нашей собственной провинции в то время. Вопросы, таким образом поднятые, — продолжает г-н Джукс, — относительно климата земного шара, когда головоногие и рептилии, такие, каких мы ожидали бы найти только в теплых или умеренных морях, могли жить в таких высоких широтах, нелегко разрешить». И профессор Хотон замечает, что он считает крайне маловероятным, чтобы какое-либо изменение в положении суши и воды могло когда-либо произвести температуру в море на 76° северной широты, которая позволила бы существование аммонитов, особенно видов, столь похожих на те, что жили в то же время в тропических теплых морях Южной Англии и Франции в конце лиасового и начале нижнеоолитового периода.

Великое обилие известняка и угля оолитовой системы показывает также теплое и ровное состояние климата, которое должно было тогда преобладать.

МЕЛОВОЙ ПЕРИОД.

Кройдон. — Крупная глыба кристаллической породы, напоминающей гранит, была найдена внедренной в яму на стороне старой дороги Лондон — Брайтон близ Перли, примерно в двух милях к югу от Кройдона. Г-н Годвин-Остен убедительно показал, что она должна была быть перенесена туда посредством плавающего льда. Этот валун был связан с рыхлым морским песком, грубой галькой и меньшим валуном весом двадцать или двадцать пять фунтов, и все они были обточены водой. Они все погрузились вместе, не разделяясь. Следовательно, они должны были быть прочно скреплены вместе как во время того, как их уносило, так и во время погружения на дно мелового моря. Г-н Годвин-Остен предполагает, что все это было унесено, будучи вмороженным в дно массы донного льда. Когда лед от таяния стал неспособен удерживать прикрепленную к нему массу, все это погрузилось на дно вместе.

Дувр. — В то время как рабочие были заняты прокладкой туннеля на железной дороге Лондон — Чатем — Дувр, между Лидден-Хилл и Шепердсвелл, в нескольких милях от Дувра, они наткнулись на массу угля, внедренную в мел, на глубине 180 футов. Она была около 4 футов в квадрате и от 4 до 10 дюймов толщиной. Уголь был хрупким и сильно битуминозным. Он напоминал некоторые угли Вельдена или юрского периода и был непохож на настоящий уголь угольных пластов. Удельный вес угля исключал предположение, что он мог сам по себе уплыть в меловое море. «Учитывая его хрупкость, — говорит г-н Годвин-Остен, — я не думаю, что агент плавающего дерева мог быть вовлечен в его транспортировку; но, глядя на его плоскую, угловатую форму, мне кажется, что его история может совпадать с тем, что я уже предложил в отношении валуна в мелу в Кройдоне. Мы можем предположить, что в течение мелового периода некоторые битуминозные пласты предшествующего оолитового периода лежали так, что были покрыты водой близ края моря или вдоль какого-то речного берега, и из которых части могли быть унесены льдом и таким образом дрейфовали, пока лед не стал больше способен поддерживать свой груз».

Г-н Годвин-Остен затем упоминает ряд других случаев нахождения глыб в мелу. В отношении этих случаев он уместно замечает, что, поскольку случаи, где наблюдалось появление таких глыб, вероятно, гораздо менее многочисленны, чем те, которые ускользнули от наблюдения или не были записаны, и поскольку мел, обнаженный в ямах и карьерах, составляет лишь самую ничтожную долю от всего горизонтального протяжения формации, у нас нет оснований заключать, что вышеуказанные являются исключительными случаями.

Валуны были также найдены в меловых пластах Альп Эшером фон дер Линтом.

Существование теплых периодов в течение мелового века ясно показано характером флоры и фауны того века. Тот факт, что мел имеет органическое происхождение, подразумевает, что климат должен был быть теплым и благоприятным, и в остальном благоприятным для животной жизни. Это далее проявляется такими растениями, как Cycas и Zamia, которые знаменуют теплый климат, и кораллами и огромными завроидными рептилиями, которые тогда населяли наши воды.

Это, по сути, тропический характер фауны того периода, который побудил сэра Чарльза Лайеля отвергнуть идею г-на Годвин-Остена о том, что валуны, найденные в мелу, были перенесены плавающим льдом. Такое предположение, подразумевающее холодный климат, «является, — говорит сэр Чарльз, — несовместимым с пышным ростом крупных камерных одностворчатых моллюсков, многочисленных кораллов и многих рыб и других ископаемых тропических форм».

Недавнее открытие меловых формаций в Гренландии показывает, что в течение того периода мягкое и умеренное состояние климата должно было преобладать на этом континенте вплоть до высоких широт. «Эта формация в Гренландии, — говорит д-р Роберт Браун, — была лишь недавно отделена от миоценовой формации, с которой она связана и частью которой считалась. Она, насколько нам пока известно, найдена только в окрестностях Коме или Коке, близ берегов Оменак-фьорда, примерно на 70° северной широты, хотя следы были найдены в других местах на Диско и т. д. Ископаемые, до сих пор привезенные в Европу, были очень немногочисленны и состоят из растений, которые сейчас хранятся в Стокгольмском и Копенгагенском музеях. Из них, по-видимому, мало сомнений в том, что возраст, присвоенный этому ограниченному отложению (насколько нам пока известно) знаменитым палеонтологом, профессором Освальдом Хеером из Цюриха, является правильным». Д-р Браун дает список меловой флоры, найденной в Гренландии.

ЭОЦЕНОВЫЙ ПЕРИОД.

Швейцария. — В грубом конгломерате, принадлежащем к «флишу» Швейцарии, эоценовой формации, найдены определенные огромные глыбы, некоторые из которых состоят из разновидности гранита, которая, как не известно, встречается in situ в какой-либо части Альп. Некоторые из глыб имеют 10 футов и более в длину, а одна в Халекерене, на озере Тун, имеет 105 футов в длину, 90 футов в ширину и 45 футов в высоту. Подобные глыбы найдены в Апеннинах. Они недвусмысленно указывают на присутствие ледников или плавающего льда. Этот вывод далее подтверждается тем фактом, что «флиш» лишен органических остатков. Но гипотеза о том, что эти огромные массы были перенесены на их нынешние места ледниками или плавающим льдом, всегда оспаривалась, говорит сэр Чарльз Лайель, «на том основании, что эоценовые пласты нуммулитового возраста в Швейцарии, так же как и в других частях Европы, содержат роды ископаемых растений и животных, характерные для теплого климата. И было особенно отмечено, — продолжает он, — М. Дезором, что пласты, наиболее тесно связанные с «флишем» в Альпах, богаты иглокожими семейства Spatangus, которые имеют решительно тропический вид».

Но согласно теории вековых изменений климата, сам факт того, что «флиш» непосредственно связан со слоями, указывающими на теплое или даже тропическое состояние климата, является одним из самых сильных доказательств, которые можно привести в пользу его ледникового характера, ибо чем суровее холодный период ледниковой эпохи, тем теплее будут периоды, которые непосредственно предшествуют и следуют за ним. Эти крокодилы, черепахи и тропическая флора, вероятно, принадлежат к теплому эоценовому межледниковому периоду.

МИОЦЕНОВЫЙ ПЕРИОД.

Италия. — У нас есть сильные свидетельства в пользу мнения, что ледниковая эпоха существовала в течение миоценового периода. Было показано М. Гастальди, что в течение того века альпийские ледники достигали уровня моря.

Близ Турина находится серия холмов, поднимающихся примерно на 500 или 600 футов над долинами, состоящих из слоев миоценового песчаника, мергеля и гравия, а также рыхлого конгломерата. Эти слои были тщательно исследованы и описаны М. Гастальди. Холм Луперга был особенно отмечен им. Многие из камней в этих слоях исчерчены подобно тем, что найдены в истинном тилле или валунной глине этой страны. Но что наиболее примечательно, так это факт, что крупные эрратические глыбы известняка, многие из них от 10 до 15 футов в диаметре, найдены в изобилии в этих слоях. Было показано Гастальди, что эти глыбы все происходят из внешнего хребта Альп на итальянской стороне, а именно из хребта, простирающегося от Ивреи до Лаго-Маджоре, и, следовательно, они должны были пропутешествовать от двадцати до восьмидесяти миль. Настолько обильны эти крупные глыбы, что в холмах были открыты обширные карьеры ради их добычи. Эти факты доказывают не только существование ледников на Альпах в течение миоценового периода, но и ледников, достигающих моря и распадающихся на айсберги; стратификация слоев, среди которых встречаются глыбы, достаточно указывает на водное воздействие и прежнее присутствие моря.

Тот факт, что ледники Южных Альп фактически достигали моря и отправляли айсберги в дрейф над тем, что сейчас является солнечными равнинами Северной Италии, служит достаточным доказательством того, что в холодный период миоценовой эпохи климат должен был быть очень суровым. Действительно, он вполне мог быть таким же суровым, если не более экстремальным, чем величайшая суровость климата, испытанная во время последней великой ледниковой эпохи.

Гренландия. — О существовании теплых условий в миоценовую эпоху геология дает нам обильные свидетельства. Я процитирую мнение сэра Чарльза Лайеля по этому вопросу:—

«Мы знаем, — говорит сэр Чарльз, — что Гренландия не всегда была покрыта снегом и льдом; ибо, когда мы исследуем третичные пласты острова Диско (верхнемиоценового периода), мы обнаруживаем там множество ископаемых растений, которые доказывают, что, подобно многим другим частям арктических регионов, она прежде наслаждалась мягким и приятным климатом. Среди окаменелостей, привезенных с этого острова, расположенного на 70° с. ш., профессор Хеер распознал Sequoia Landsdorfii, хвойный вид, который процветал на большей части Европы в миоценовый период. То же самое растение было найдено в ископаемом состоянии сэром Джоном Ричардсоном за Полярным кругом, далеко на западе, на реке Маккензи, недалеко от устья реки Медвежьей; а также некоторыми датскими натуралистами в Исландии, на востоке. Исландский суртубранд, или лигнит, этого возраста также дал богатый урожай растений, более тридцати одного из них, согласно Стинструпу и Хееру, в хорошем состоянии сохранности, и не менее пятнадцати видов, идентичных миоценовым растениям Европы. Тринадцать из них являются древовидными; и среди прочих есть тюльпанное дерево (Liriodendron) с его плодами и характерными листьями, платан (Platanus), грецкий орех и виноград, что дает неопровержимое доказательство климата на параллели Полярного круга, который исключает предположение о существовании тогда ледников в окрестностях, и тем более какой-либо общей корки континентального льда, подобной гренландской».

На заседании Британской ассоциации, состоявшемся в Ноттингеме в августе 1866 года, профессор Хеер зачитал ценный доклад о «Миоценовой флоре Северной Гренландии». В этом докладе были приведены некоторые примечательные выводы относительно вероятной температуры Гренландии в миоценовую эпоху.

Более шестидесяти различных видов, привезенных из Атанекердлука, места на Вайгате напротив Диско, на 70° с. ш., были исследованы им.

На побережье возвышается крутой холм высотой 1080 футов, и на этом уровне найдены ископаемые растения. Вокруг лежит большое количество древесины в окаменелом или обугленном состоянии. Капитан Инглфилд наблюдал один ствол толще человеческого тела, стоящий вертикально. Листья, однако, являются наиболее важной частью отложений. Порода, в которой они найдены, представляет собой шпатовую железную руду, которая при воздействии атмосферных явлений приобретает красновато-коричневый цвет. В этой породе листья встречаются местами плотно прижатыми друг к другу, и многие из них находятся в очень хорошем состоянии. Они дают нам ценнейшее представление о характере растительности, которая сформировала этот первобытный лес.

Он приходит к следующим выводам:—

1. Ископаемые растения Атанекердлука не могли быть принесены с большого расстояния. Они должны были расти на том месте, где были найдены.

Это доказывается—

(a) Тем фактом, что капитан Инглфилд и доктор Руик наблюдали стволы деревьев, стоящие вертикально.

(b) Большим обилием листьев и идеальным состоянием сохранности, в котором они найдены.

(c) Тем фактом, что мы находим в камне как плоды, так и семена деревьев, чьи листья также там найдены.

(d) Наличием остатков насекомых вместе с листьями.

2. Флора Атанекердлука является миоценовой.

3. Флора богата видами.

4. Флора доказывает без сомнения, что Северная Гренландия в миоценовую эпоху имела климат гораздо более теплый, чем нынешний. Разница должна составлять не менее 29° по Фаренгейту.

Профессор Хеер довольно подробно обсуждает это положение. Он говорит, что свидетельства из Гренландии дают окончательный ответ тем, кто возражал против выводов относительно миоценового климата Европы, сделанных им ранее. Совершенно невозможно, чтобы деревья, найденные в Атанекердлуке, могли когда-либо процветать там, если бы температура не была намного выше, чем сейчас. Это ясно из многих видов, ближайшего живого представителя которых мы находим на 10° или даже 20° широты к югу от рассматриваемой местности.

Деревья Атанекердлука, говорит он, не все находились на крайнем северном пределе своего ареала, ибо в миоценовой флоре Шпицбергена, 78° с. ш., мы находим бук, платан, лещину и некоторые другие виды, идентичные гренландским, и мы можем заключить, полагает он, что ели и тополя, которые мы встречаем в Атанекердлуке и Белл-Зунде на Шпицбергене, должны были достигать Северного полюса, если бы там существовала суша в третичный период.

«Холмы ископаемой древесины, — добавляет он, — найденные МакКлюром и его спутниками на Земле Банкса (74° 27′ с. ш.), являются поэтому открытиями, которые не должны нас удивлять; они лишь подтверждают свидетельства об исходной растительности полярных регионов, которые мы получили из других источников».

Sequoia landsdorfii — самое распространенное из деревьев Атанекердлука. Sequoia sempervirens является его современным представителем. Это дерево имеет свой крайний северный предел около 53° с. ш. Для своего существования оно требует летней температуры 59° или 61° по Фаренгейту. Его плодам для созревания требуется температура 64°. Зимняя температура не должна опускаться ниже 34°, а температура всего года должна быть не менее 49°. Температура Атанекердлука в то время, когда росла миоценовая флора, не могла быть ниже указанной.

Профессор Хеер завершает свой доклад следующим образом:—

«Я думаю, что эти факты убедительны, и тем более, что они не изолированы, а подтверждаются свидетельствами, полученными из миоценовой флоры Исландии, Шпицбергена и Северной Канады. Эти выводы также являются лишь звеньями в великой цепи доказательств, полученных в результате изучения миоценовой флоры всей Европы. Они доказывают нам, что мы не могли бы путем какой-либо перестановки относительного положения суши и воды создать для северного полушария климат, который объяснил бы эти явления удовлетворительным образом. Мы должны лишь признать, что стоим перед проблемой, решение которой, по всей вероятности, должно быть предпринято и, мы не сомневаемся, завершено астрономом».

ГЛАВА XIX. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ВРЕМЯ. — ВЕРОЯТНАЯ ДАТА ЛЕДНИКОВОЙ ЭПОХИ.

Geological Time measurable from Astronomical Data.—M. Leverrier’s Formulæ.—Tables of Eccentricity for 3,000,000 Years in the Past and 1,000,000 Years in the Future.—How the Tables have been computed.—Why the Glacial Epoch is more recent than had been supposed.—Figures convey a very inadequate Conception of immense Duration.—Mode of representing a Million of Years.—Probable Date of the Glacial Epoch.

Если те великие вековые изменения климата, которые мы рассматривали, являются косвенным результатом изменений эксцентриситета земной орбиты, то у нас есть средство определить, по крайней мере в том, что касается недавних эпох, когда эти изменения происходили. Если ледниковая эпоха обусловлена указанными причинами, у нас есть средство установить с достаточной точностью не только дату ее начала, но и продолжительность. Урбен Леверье не только определил верхний предел эксцентриситета земной орбиты, но и дал формулы, с помощью которых можно вычислить величину эксцентриситета для любого периода, прошлого или будущего.

Известный астроном и математик, специально исследовавший этот вопрос, придерживается мнения, что эти формулы дают результаты, на которые можно положиться как на приблизительно верные для четырех миллионов лет в прошлом и будущем. Однако выдающийся физик выразил мне свои сомнения относительно того, можно ли полагаться на результаты для столь огромного периода. Урбен Леверье в своих мемуарах привел таблицу эксцентриситета за 100 000 лет до и после 1800 года н. э., вычисленную с интервалами в 10 000 лет. Эта таблица, несомненно, охватывает период, достаточно большой для обычных астрономических целей, но она слишком ограничена, чтобы дать информацию относительно геологических эпох.

С целью установления вероятной даты ледниковой эпохи, а также характера климата в течение долгого периода времени, была вычислена Таблица I по формулам Урбена Леверье. Она показывает эксцентриситет земной орбиты и долготу перигелия за 3 000 000 лет назад и 1 000 000 лет вперед с интервалами в 50 000 лет.

При просмотре таблицы видно, что существуют три основных периода, когда эксцентриситет поднимался до очень высокого значения, с несколькими второстепенными максимумами между ними. Также можно заметить, что в течение каждого из этих периодов эксцентриситет не остается на одном и том же равномерном значении, а повышается и понижается: в одном случае дважды, а в двух других случаях — трижды. Около 2 650 000 лет назад эксцентриситет был почти на своем нижнем пределе. Затем он начинает расти, и пятьдесят тысяч лет спустя, а именно 2 600 000 лет назад, он достигает 0,0660; через пятьдесят тысяч лет после этого периода он уменьшается до 0,0167, что составляет примерно его нынешнее значение. Затем он начинает расти, и еще через пятьдесят тысяч лет, а именно 2 500 000 лет назад, он приближается почти к верхнему пределу, составляя тогда 0,0721. Затем он начинает уменьшаться, и 2 450 000 лет назад он снижается до 0,0252. Эти два максимума, разделенные минимумом и охватывающие период в 200 000 лет, составляют первый великий период высокого эксцентриситета. Затем мы переходим на полтора миллиона лет вперед и подходим ко второму великому периоду. Он состоит из трех максимумов, разделенных двумя минимумами. Первый максимум произошел 950 000 лет назад, второй, или средний, — 850 000 лет назад, а третий и последний — 750 000 лет назад; все это охватывает период почти в 300 000 лет. Переходя еще на полтора миллиона лет вперед, или примерно на 800 000 лет в будущее, мы подходим к третьему великому периоду. Он также состоит из трех максимумов с интервалом в сто тысяч лет. Они происходят в периоды 800 000, 900 000 и 1 000 000 лет в будущем соответственно, также разделенные двумя минимумами. Таким образом, эти три великих периода, два из которых в прошлом и один в будущем, включенные в Таблицу, отделены друг от друга интервалом более чем в 1 700 000 лет.

PLATE IV

W. & A. K. Johnston, Edinbr. and London.

DIAGRAM REPRESENTING THE VARIATIONS IN THE ECCENTRICITY OF THE EARTH’S ORBIT FOR THREE MILLION OF YEARS BEFORE 1800 A.D. ONE MILLION OF YEARS AFTER IT.
The Ordinates are joined by straight lines where the values, at intervals of 10,000 years, between them have not been determined.

В этой Таблице есть семь периодов, когда земная орбита становится почти круговой: четыре в прошлом и три в будущем.

Таблица также показывает четыре или пять второстепенных периодов высокого эксцентриситета, основной из которых произошел 200 000 лет назад.

Изменения эксцентриситета в течение четырех миллионов лет представлены наглядно в виде диаграммы на Таблице IV.

Чтобы с большей точностью определить состояние земной орбиты в течение трех периодов высокого эксцентриситета, включенных в Таблицу I, я вычислил значения для периодов с интервалом в десять тысяч лет, и результаты включены в Таблицы II, III и IV.

Существуют еще выдающиеся астрономы и физики, которые придерживаются мнения, что климат земного шара никогда не мог быть серьезно затронут изменениями эксцентриситета его орбиты. Это мнение, несомненно, проистекает из рассмотрения вопроса как чисто астрономического. С астрономической точки зрения, как уже было отмечено, на самом деле нет ничего, из чего можно было бы с уверенностью заключить, серьезно ли повлияет изменение эксцентриситета на климат или нет. С помощью астрономии мы определяем величину эксцентриситета в любой данный период, насколько зима может превышать лето по продолжительности (или наоборот), насколько тепло солнца увеличивается или уменьшается из-за уменьшения или увеличения расстояния и так далее; но мы не получаем никакой информации относительно того, как это фактически повлияет на климат. Это, как мы уже видели, должно быть определено полностью исходя из физических соображений, и это чрезвычайно сложная проблема. Астроном, если он не уделил особого внимания физике вопроса, так же склонен прийти к неверному выводу, как и любой другой. Вопрос включает в себя определенные астрономические элементы; но когда они определены, все, что связано с этим делом, является чисто физическим. Почти все астрономические элементы вопроса охвачены прилагаемыми Таблицами.

TABLE I.

The Eccentricity and Longitude of the Perihelion of the Earth’s Orbit for 3,000,000 Years in the Past and 1,000,000 Years in the Future, computed for Intervals of 50,000 Years.

PAST TIME.
Number of years before epoch 1800. | Eccentricity. | Longitude of perihelion.
|  |   °    ′
−3,000,000 | 0·0365 |   39 30
−2,950,000 | 0·0170 | 210 39
−2,900,000 | 0·0442 | 200 52
−2,850,000 | 0·0416 |     0 18
−2,800,000 | 0·0352 | 339 14
−2,750,000 | 0·0326 | 161 22
−2,700,000 | 0·0330 |   65 37
−2,650,000 | 0·0053 | 318 40
−2,600,000 | 0·0660 | 190   4
−2,550,000 | 0·0167 | 298 34
−2,500,000 | 0·0721 | 338 36
−2,450,000 | 0·0252 | 109 33
−2,400,000 | 0·0415 | 116 40
−2,350,000 | 0·0281 | 308 23
−2,300,000 | 0·0238 | 195 25
−2,250,000 | 0·0328 | 141 18
−2,200,000 | 0·0352 | 307   6
−2,150,000 | 0·0183 | 307   5
−2,100,000 | 0·0304 |   98 40
−2,050,000 | 0·0170 | 334 46
−2,000,000 | 0·0138 | 324   4
−1,950,000 | 0·0427 | 120 32
−1,900,000 | 0·0336 | 188 31
−1,850,000 | 0·0503 | 272 14
−1,800,000 | 0·0334 | 354 52
−1,750,000 | 0·0350 |   65 25
−1,700,000 | 0·0085 |   95 13
−1,650,000 | 0·0035 | 168 23
−1,600,000 | 0·0305 | 158 42
−1,550,000 | 0·0239 | 225 57
−1,500,000 | 0·0430 | 303 29
−1,450,000 | 0·0195 |   57 11
−1,400,000 | 0·0315 |   97 35
−1,350,000 | 0·0322 | 293 38
−1,300,000 | 0·0022 |     0 48
−1,250,000 | 0·0475 | 105 50
−1,200,000 | 0·0289 | 239 34
−1,150,000 | 0·0473 | 250 27
−1,100,000 | 0·0311 |   55 24
−1,050,000 | 0·0326 |     4   8
−1,000,000 | 0·0151 | 248 22
−   950,000 | 0·0517 |   97 51
−   900,000 | 0·0102 | 135   2
−   850,000 | 0·0747 | 239 28
−   800,000 | 0·0132 | 343 49
−   750,000 | 0·0575 |   27 18
−   700,000 | 0·0220 | 208 13
−   650,000 | 0·0226 | 141 29
−   600,000 | 0·0417 |   32 34
−   550,000 | 0·0166 | 251 50
−   500,000 | 0·0388 | 193 56
−   450,000 | 0·0308 | 356 52
−   400,000 | 0·0170 | 290   7
−   350,000 | 0·0195 | 182 50
−   300,000 | 0·0424 |   23 29
−   250,000 | 0·0258 |   59 39
−   200,000 | 0·0569 | 168 18
−   150,000 | 0·0332 | 242 56
−   100,000 | 0·0473 | 316 18
−     50,000 | 0·0131 |   50 14
FUTURE TIME.
Number of years after epoch 1800. | Eccentricity. | Longitude of perihelion.
|  |   °    ′
a.d     1800 | 0·0168 |   99 30
+     50,000 | 0·0173 |   38 12
+   100,000 | 0·0191 | 114 50
+   150,000 | 0·0353 | 201 57
+   200,000 | 0·0246 | 279 41
+   250,000 | 0·0286 | 350 54
+   300,000 | 0·0158 | 172 29
+   350,000 | 0·0098 | 201 40
+   400,000 | 0·0429 |     6   9
+   450,000 | 0·0231 |   98 37
+   500,000 | 0·0534 | 157 26
+   550,000 | 0·0259 | 287 31
+   600,000 | 0·0395 | 285 43
+   650,000 | 0·0169 | 144   3
+   700,000 | 0·0357 |   17 12
+   750,000 | 0·0195 |     0 53
+   800,000 | 0·0639 | 140 38
+   850,000 | 0·0144 | 176 41
+   900,000 | 0·0659 | 291 16
+   950,000 | 0·0086 | 115 13
+1,000,000 | 0·0528 |   57 31

TABLE II.

Eccentricity, Longitude of the Perihelion, &c., &c., for Intervals of 10,000 Years, from 2,650,000 to 2,450,000 Years ago.

the glacial epoch of the Eocene period is probably comprehended within this table.

I. | II. | III. | IV. | Winter occurring in aphelion.
Number of years before a.d. 1800. | Eccentricity of orbit. | Longitude of perihelion. | Number of degrees passed over by the perihelion. Motion retrograde at periods marked R. | V. Excess of winter over summer, in days. | VI. Midwinter intensity of the sun’s heat. Present intensity = 1000. | VII. Number of degrees by which the midwinter temperature is lowered. | VIII. Midwinter temperature of Great Britain.
|  |     °   ′ |  |  |  |  |
2,650,000 | 0·0053 | 318 40 |      °   ′ |  |  | F. | F.
2,640,000 | 0·0173 |   54 25 |      95 45 |  |  | ° | °
2,630,000 | 0·0331 |   93 37 |      39 12 | 15·4 | 906 | 26·2 | 12·8
2,620,000 | 0·0479 | 127 12 |      33 35 | 22·2 | 884 | 33·3 |   5·7
2,610,000 | 0·0591 | 158 36 |      31 24 | 27·4 | 862 | 38·3 |   0·7
2,600,000 | 0·0660 | 190   4 |      31 28 | 30·6 | 851 | 41·5 | −2·5
2,590,000 | 0·0666 | 220 28 |      30 24 | 30·9 | 850 | 41·8 | −2·8
2,580,000 | 0·0609 | 249 56 |      29 28 | 28·3 | 859 | 39·2 | −0·2
2,570,000 | 0·0492 | 277 24 |      27 28 | 22·9 | 878 | 33·9 |   5·1
2,560,000 | 0·0350 | 305   2 |      27 38 | 16·2 | 902 | 27·1 | 11·9
2,550,000 | 0·0167 | 298 34 | R    6 28 |  |  |  |
2,540,000 | 0·0192 | 253 58 | R  44 36 |  |  |  |
2,530,000 | 0·0369 | 259 19 |        5 21 | 17·1 | 899 | 28·0 | 11·0
2,520,000 | 0·0537 | 283   7 |      23 48 | 25·0 | 871 | 35·9 |   3·1
2,510,000 | 0·0660 | 310   4 |      26 57 | 30·6 | 851 | 41·5 | −2·5
2,500,000 | 0·0721 | 338 36 |      28 32 | 33·5 | 841 | 44·2 | −5·2
2,490,000 | 0·0722 |     7 36 |      29  0 | 33·6 | 841 | 44·3 | −5·3
2,480,000 | 0·0662 |   35 46 |      28 10 | 30·8 | 850 | 41·7 | −2·7
2,470,000 | 0·0553 |   63 26 |      27 40 | 25·7 | 868 | 36·6 |   2·4
2,460,000 | 0·0410 |   89 13 |      25 47 | 19·1 | 892 | 30·0 |   9·0
2,450,000 | 0·0252 | 109 33 |      20 20 | 11·7 |  |  |

TABLE III.

Eccentricity, Longitude of the Perihelion, &c., &c., for Intervals of 10,000 Years, from 1,000,000 to 750,000 Years ago.

the glacial epoch of the Eocene period is probably comprehended within this table.

I. | II. | III. | IV. | Winter occurring in aphelion.
Number of years before a.d. 1800. | Eccentricity of orbit. | Longitude of perihelion. | Number of degrees passed over by the perihelion. Motion retrograde at periods marked R. | V. Excess of winter over summer, in days. | VI. Midwinter intensity of the sun’s heat. Present intensity = 1000. | VII. Number of degrees by which the midwinter temperature is lowered. | VIII. Midwinter temperature of Great Britain.
|  |     °   ′ |  |  |  |  |
1,000,000 | 0·0151 | 248 22 |     °   ′ |  |  | F. | F.
  990,000 | 0·0224 | 313 50 |     65 28 |  |  | ° | °
  980,000 | 0·0329 | 358   2 |     44 12 | 15·3 | 906 | 26·1 | 12·9
  970,000 | 0·0441 |   32 40 |     34 38 | 20·5 | 887 | 31·5 |   7·5
  960,000 | 0·0491 |   66 49 |     34   9 | 22·8 | 878 | 33·8 |   5·2
  950,000 | 0·0517 |   97 51 |     31   2 | 24·0 | 874 | 35·0 |   4·0
  940,000 | 0·0495 | 127 42 |     29 51 | 23·0 | 878 | 34·0 |   5·0
  930,000 | 0·0423 | 156 11 |     28 29 | 19·7 | 890 | 30·6 |   8·4
  920,000 | 0·0305 | 181 40 |     25 29 | 14·2 | 910 | 25·0 | 14·0
  910,000 | 0·0156 | 194 15 |     12 35 |  |  |  |
  900,000 | 0·0102 | 135   2 | R 59 13 |  |  |  |
  890,000 | 0·0285 | 127   1 | R   8   1 |  |  |  |
  880,000 | 0·0456 | 152 33 |     25 32 | 21·2 | 884 | 32·2 |   6·8
  870,000 | 0·0607 | 180 23 |     27 50 | 28·2 | 859 | 39·0 |   0·0
  860,000 | 0·0708 | 209 41 |     29 18 | 32·9 | 843 | 43·6 | −4·6
  850,000 | 0·0747 | 239 28 |     29 47 | 34·7 | 837 | 45·3 | −6·3
  840,000 | 0·0698 | 269 14 |     29 46 | 32·4 | 845 | 43·2 | −4·2
  830,000 | 0·0623 | 298 28 |     29 14 | 29·0 | 857 | 40·0 | −1·0
  820,000 | 0·0476 | 326   4 |     27 36 | 22·1 | 881 | 33·1 |   5·9
  810,000 | 0·0296 | 348 30 |     22 26 |  |  |  |
  800,000 | 0·0132 | 343 49 | R    4 41 |  |  |  |
  790,000 | 0·0171 | 293 19 | R  50 30 |  |  |  |
  780,000 | 0·0325 | 303 37 |     10 18 | 15·2 | 907 | 26·0 | 13·0
  770,000 | 0·0455 | 328 38 |     25   1 | 21·2 | 884 | 32·2 |   6·8
  760,000 | 0·0540 | 357 12 |     28 34 | 25·1 | 870 | 36·0 |   3·0
  750,000 | 0·0575 |   27 18 |     30   6 | 26·7 | 864 | 37·7 |   1·3
  740,000 | 0·0561 |   58 30 |     31 12 | 26·1 | 867 | 37·0 |   2·0
  730,000 | 0·0507 |   90 55 |     32 25 | 23·6 | 876 | 34·6 |   4·4
  720,000 | 0·0422 | 125 14 |     34 19 | 19·6 | 890 | 30·6 |   8·4
  710,000 | 0·0307 | 177 26 |     52 12 | 14·3 | 910 | 25·0 | 14·0
  700,000 | 0·0220 | 208 13 |     30 47 |  |  |  |

TABLE IV.

Eccentricity, Longitude of the Perihelion, &c., &c., for Intervals of 10,000 Years, from 250,000 Years ago to the present Date.

the Glacial epoch is probably comprehended within this table.

I. | II. | III. | IV. | Winter occurring in aphelion.
Number of years before a.d. 1800. | Eccentricity of orbit. | Longitude of perihelion. | Number of degrees passed over by the perihelion. Motion retrograde at periods marked R. | V. Excess of winter over summer, in days. | VI. Midwinter intensity of the sun’s heat. Present intensity = 1000. | VII. Number of degrees by which the midwinter temperature is lowered. | VIII. Midwinter temperature of Great Britain.
|  |     °   ′ |  |  |  | F. | F.
   250,000 | 0·0258 |   59 39 |     °   ′ |  |  | ° | °
   240,000 | 0·0374 |   74 58 |     15 19 | 17·4 | 898 | 28·3 | 10·7
S 230,000 | 0·0477 | 102 49 |     27 51 | 22·2 | 885 | 33·2 |   5·8
S 220,000 | 0·0497 | 124 33 |     21 44 | 23·2 | 877 | 34·1 |   4·9
S 210,000 | 0·0575 | 144 55 |     20 22 | 26·7 | 864 | 37·7 |   1·3
   200,000 | 0·0569 | 168 18 |     23 23 | 26·5 | 865 | 37·4 |   1·6
S 190,000 | 0·0532 | 190   4 |     21 46 | 24·7 | 871 | 35·7 |   3·3
S 180,000 | 0·0476 | 209 22 |     19 18 | 22·1 | 881 | 33·1 |   5·9
S 170,000 | 0·0437 | 228   7 |     18 45 | 20·3 | 887 | 31·3 |   7·7
   160,000 | 0·0364 | 236 38 |       8 31 | 16·9 | 900 | 27·8 | 11·2
   150,000 | 0·0332 | 242 56 |       6 18 | 15·4 | 905 | 26·2 | 12·8
   140,000 | 0·0346 | 246 29 |       3 33 | 16·1 | 903 | 26·9 | 12·1
   130,000 | 0·0384 | 259 34 |     13   5 | 17·8 | 896 | 28·8 | 10·2
   120,000 | 0·0431 | 274 47 |     15 13 | 20·1 | 888 | 31·0 |   8·0
   110,000 | 0·0460 | 293 48 |     19   1 | 21·4 | 883 | 32·4 |   6·6
   100,000 | 0·0473 | 316 18 |     22 30 | 22·0 | 881 | 33·0 |   6·0
L  90,000 | 0·0452 | 340   2 |     23 44 | 21·0 | 885 | 32·0 |   7·0
L  80,000 | 0·0398 |    4 13 |     24 11 | 18·5 | 894 | 29·4 |   9·6
L  70,000 | 0·0316 | 27 22 |     23   9 | 14·7 | 908 | 25·5 | 13·5
L  60,000 | 0·0218 | 46   8 |     18 46 |  |  |  |
    50,000 | 0·0131 | 50 14 |       4   6 |  |  |  |
L  40,000 | 0·0109 | 28 36 | R  21 38 |  |  |  |
L  30,000 | 0·0151 |   5 50 | R  22 46 |  |  |  |
L  20,000 | 0·0188 | 44  0 |     38 10 |  |  |  |
L  10,000 | 0·0187 | 78 28 |     34 28 |  |  |  |
a.d. 1800 | 0·0168 | 99 30 |     21   2 |  |  |  |

В Таблицах II, III и IV колонка I представляет даты периодов, колонка II — эксцентриситет, колонка III — долготу перигелия. В Таблице IV эксцентриситет и долгота перигелия шести периодов, отмеченных буквой S, скопированы из письма мистера Стоуна сэру Чарльзу Лайелю, опубликованного в приложении к Phil. Mag. за июнь 1865 года; восемь периодов, отмеченных буквой L, скопированы из таблицы Урбена Леверье, на которую была сделана ссылка. За правильность всего остального, как в этой Таблице, так и в трех других, отвечаю только я.

Колонка IV дает количество градусов, пройденных перигелием за каждые 10 000 лет. Из этой колонки видно, насколько нерегулярно движение перигелия. В четыре различных периода он имел ретроградное движение в течение 20 000 лет. Колонка V показывает количество дней, на которое зима превышает лето, когда зима приходится на афелий. Колонка VI показывает интенсивность солнечного тепла в середине зимы, когда зима приходится на афелий, при этом текущая интенсивность в середине зимы принята за 1000. Эти шесть колонок охватывают всю астрономическую часть Таблиц. Относительно правильности принципов, на которых построены эти колонки, нет разногласий. Но эти колонки не дают прямой информации о характере климата или о том, насколько температура увеличивается или уменьшается. Чтобы найти это, мы переходим к колонкам VII и VIII, рассчитанным на физических принципах. Теперь, если только физические принципы, на которых рассчитаны эти три колонки, не являются полностью ошибочными, изменение эксцентриситета должно, несомненно, очень серьезно влиять на климат. Колонка VII показывает, на сколько градусов по Фаренгейту понижается температура из-за уменьшения интенсивности солнечного тепла, соответствующего колонке VI. Например, 850 000 лет назад, если бы зимы приходились тогда на афелий, прямое тепло солнца в середине зимы составляло бы только 837/1000 от того, что оно есть в настоящее время в то же время года, и колонка VII показывает, что это уменьшение интенсивности солнечного тепла понизило бы температуру на 45,3° по Фаренгейту.

Принцип, на котором основан этот результат, таков: температура космического пространства, определенная сэром Джоном Гершелем, составляет −239° по Фаренгейту. М. Пуйе, используя другой метод, пришел почти к такому же результату. Если мы примем зимнюю температуру Великобритании за 39°, то 239° + 39° = 278° будет представлять количество градусов повышения, обусловленного солнечным теплом в середине зимы; другими словами, требуется количество солнечного тепла, которое мы представили как 1000, чтобы поддерживать температуру поверхности земли в Великобритании на 278° выше температуры космического пространства. Если бы солнце погасло, температура нашего острова упала бы на 278° ниже его нынешней зимней температуры, или до температуры космического пространства. Но 850 000 лет назад, как видно из Таблицы III, если бы зимы приходились на афелий, тепло солнца в середине зимы равнялось бы только 837, а не 1000, как в настоящее время. Следовательно, если требуется 1000 частей тепла для поддержания температуры на 278° выше температуры космического пространства, то 837 частей тепла смогут поддерживать температуру только на 232,7° выше температуры космического пространства; ибо 232,7 относится к 278 так же, как 837 к 1000. Таким образом, если бы температура тогда была только на 232,7° выше температуры пространства, она была бы на 45,3° ниже того, что есть в настоящее время. Это была бы температура при условии, конечно, что она зависела исключительно от интенсивности солнца и не была изменена другими причинами. Этот метод уже обсуждался довольно подробно в Главе II. Но независимо от того, являются ли эти значения слишком высокими или слишком низкими, одно можно сказать наверняка: очень небольшое увеличение или очень небольшое уменьшение количества тепла, получаемого от солнца, должно в значительной степени влиять на температуру. Прямое тепло луны, например, не может быть обнаружено самыми точными инструментами, которыми мы обладаем; однако, судя по 238 000 наблюдений, сделанных в Праге в 1840–1866 годах, кажется, что температура заметно зависит от простого изменения лунного перигея и наклона орбиты луны.

Колонка VIII дает температуру в середине зимы. Она находится путем вычитания чисел в колонке VII из 39°, текущей температуры в середине зимы.

Я не привел таблицу, показывающую температуру лета в соответствующие периоды. Это нельзя было сделать хорошо; ибо в рассматриваемые периоды нет связи между интенсивностью солнечного тепла и температурой лета. Можно предположить, без должного рассмотрения, что лето должно было быть тогда настолько же теплее, чем сейчас, насколько зимы были тогда холоднее, чем сейчас. Сэр Чарльз Лайель в своих «Принципах» привел колонку летних температур, рассчитанную по моей таблице на основе этого принципа. Астрономически этот принцип верен, но физически, как было показано в Главе IV, он совершенно ошибочен и рассчитан на то, чтобы создать неверное впечатление относительно всего предмета геологического климата. Лето в те периоды, вместо того чтобы быть намного теплее, чем сейчас, в действительности было бы намного холоднее, несмотря на значительное увеличение интенсивности солнечного тепла, возникающее из-за уменьшенного расстояния до солнца.

Какова же тогда дата ледниковой эпохи? Совершенно очевидно, что если ледниковая эпоха возникла в результате высокого состояния эксцентриситета, ее следует отнести либо к периоду, включенному в Таблицу III, либо к периоду в Таблице IV. В Таблице III у нас есть период, охватывающий время примерно от 980 000 до 720 000 лет назад, а в Таблице IV у нас есть период, начинающийся около 240 000 лет назад и продолжающийся до 80 000 лет назад. Поскольку первый период был более продолжительным, чем второй, и эксцентриситет также достигал более высокого значения, я сначала был склонен отнести собственно ледниковую эпоху (время тилла и валунной глины) к первому периоду; а второй период, я был склонен полагать, должен был соответствовать времени местных ледников ближе к концу ледниковой эпохи, свидетельства чего (морены) можно найти почти в каждой из наших горных долин. По этому вопросу я проконсультировался с несколькими выдающимися геологами, и все они согласились отнести ледниковую эпоху к первому периоду; причина заключалась в том, что они считали второй период слишком недавним и слишком коротким, чтобы представлять эту эпоху.

Размышляя над этим вопросом в начале 1866 года, я вскоре пришел к выводам, которые убедили меня, что ледниковую эпоху следует отнести к последнему, а не к первому периоду. Эти причины я теперь изложу довольно подробно, поскольку они имеют прямое отношение, как будет видно, ко всему вопросу о геологическом времени.

Именно современная и философская доктрина униформизма в основном заставила геологов переоценивать продолжительность геологических периодов. Эта философская школа учит, и совершенно справедливо, что великие изменения, претерпеваемые земной корой, должны были быть произведены не конвульсиями и катаклизмами природы, а теми обычными силами, которые мы видим в действии каждый день вокруг нас, такими как дождь, снег, мороз, лед, химическое воздействие и т. д. Она учит, что долины были созданы не насильственными смещениями, а холмы не внезапными поднятиями, но что они были фактически вырезаны из твердой породы тихим и мягким воздействием химических процессов, мороза, дождя, льда и проточной воды. Короче говоря, она учит, что скалистая поверхность нашего земного шара была превращена в холмы и долины и в конечном итоге стерта до уровня моря с помощью этих, казалось бы, ничтожных агентов, не только один или два раза, но, вероятно, десятки раз в течение прошлых веков. Теперь, когда мы размышляем о том, что с такой крайней медленностью эти агенты выполняют свою работу, что мы могли бы наблюдать за их действиями из года в год и из века в век, если бы могли, не будучи в состоянии заметить, что они делают какой-либо заметный прогресс, мы вынуждены сделать вывод, что геологические периоды должны быть огромными. И вывод, к которому мы таким образом приходим, несомненно, верен. На самом деле невозможно сформировать адекватное представление о продолжительности геологического времени. Это нечто слишком обширное, чтобы быть полностью охваченным нашим разумом. Но здесь мы подходим к моменту, когда возникает фундаментальная ошибка: геологи ошибаются не в том, что формируют слишком великое представление о протяженности геологических периодов, а в способе, которым они представляют продолжительность этих периодов в цифрах. Когда мы говорим об единицах, десятках, сотнях, тысячах, мы можем сформировать некоторое понятие о том, что представляют собой эти количества; но когда мы доходим до миллионов, десятков миллионов, сотен миллионов, тысяч миллионов, разум оказывается совершенно неспособным следовать, и мы можем использовать эти числа только как представления количеств, которые появляются в расчетах. Мы знаем, исходя из того, как они появляются в нашем процессе вычислений, являются ли они правильными представлениями вещей в реальной природе или нет; но мы не могли бы, исходя из простого сравнения этих количеств с тем, что ими представлено, сказать, были ли они на самом деле слишком малы или слишком велики.

В настоящее время геологические оценки времени — это не что иное, как простые догадки. Геологическая наука до сих пор не предоставила надежных средств для оценки положительной продолжительности геологических эпох. Геологические явления говорят нам с большим акцентом, что эти периоды должны быть долгими; но насколько долгими, они до сих пор не смогли нам сообщить. Геологические явления представляют время разуму в самой поразительной и внушительной форме. Они представляют глазу, так сказать, чувственное представление времени; разум, таким образом, становится глубоко впечатленным чувством огромной длительности; и когда человека под этими чувствами просят записать в цифрах то, что, по его мнению, будет представлять эту длительность, он очень склонен быть обманутым. Если бы, например, миллион лет, представленный геологическими явлениями, и миллион лет, представленный цифрами, были помещены перед нашими глазами, мы бы, безусловно, почувствовали испуг. Мы бы, вероятно, почувствовали, что единица с шестью нулями после нее — это действительно нечто гораздо более грозное, чем мы до сих пор предполагали. Могли бы мы стоять на краю ущелья глубиной в полторы мили, которое было вырезано из твердой породы крошечным ручьем, едва заметным на дне этой страшной бездны, и если бы нам сообщили, что этот маленький ручеек способен ежегодно стачивать только 1/10 дюйма со своего скалистого русла, какими были бы наши представления о колоссальной продолжительности времени, которое этот ручей должен был затратить на выкапывание ущелья? Мы бы, безусловно, почувствовали испуг, когда, произведя необходимые расчеты, обнаружили, что ручей проделал этот огромный объем работы менее чем за миллион лет.

Если бы, например, мы могли сформировать какое-то адекватное представление о периоде, столь колоссальном, как сто миллионов лет, мы бы тогда не чувствовали себя столь неудовлетворенными оценкой сэра У. Томсона, что возраст земной коры не превышает этого.

Вот один из способов донести до сознания некоторое представление о том, что такое миллион лет на самом деле. Возьмите узкую полоску бумаги шириной в дюйм или более и длиной 83 фута 4 дюйма и растяните ее вдоль стены большого зала или вокруг стен комнаты размером чуть более 20 футов в квадрате. Вспомните дни своего детства, чтобы получить некоторое адекватное представление о том, что такое период в сто лет. Затем отметьте на одном из концов полоски 1/10 дюйма. Эта 1/10 дюйма будет представлять сто лет, а вся длина полоски — миллион лет. Стоит провести этот эксперимент, просто чтобы ощутить поразительное впечатление, которое он производит на разум.

Последний период, который, как мы заключили, был периодом ледниковой эпохи, охватывал, как мы видели, период в 160 000 лет. Но поскольку оледенение происходило только на одном полушарии за раз, 80 000 лет или около того представляли бы совокупную продолжительность холодных периодов. Чтобы убедиться, что этот период достаточно долог, чтобы объяснить весь объем денудации, осуществленной во время ледниковой эпохи, давайте сделаем приблизительную оценку вероятной скорости, с которой поверхность страны стачивалась бы льдом. Предположим, что лед стачивает только одну десятую дюйма ежегодно, это дало бы более 650 футов в качестве количества породы, удаленной за это время. Но вероятно, что оно не составляло и четвертой части этого количества. Является ли одна десятая дюйма в год завышенной или заниженной оценкой скорости денудации льдом, совершенно очевидно, что рассматриваемый период достаточно долог, насколько это касается денудации, чтобы объяснить явления ледниковой эпохи.

Но допуская, что рассматриваемый период достаточно долог, чтобы объяснить всю денудацию, которая произошла во время ледниковой эпохи, нам еще предстоит убедиться, что он также достаточно отдален, чтобы объяснить всю денудацию, которая произошла после ледниковой эпохи. Согласуются ли факты геологии с идеей о том, что конец ледниковой эпохи датируется не более чем 80 000 лет назад?

На этот вопрос можно было бы ответить, если бы мы знали текущую скорость субаэральной денудации, ибо текущая скорость, очевидно, не сильно отличается от той, которая имела место с момента окончания ледниковой эпохи.

ГЛАВА XX. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ВРЕМЯ. — МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ СУБАЭРАЛЬНОЙ ДЕНУДАЦИИ.

Rate of Subaërial Denudation a Measure of Time.—Rate determined from Sediment of the Mississippi.—Amount of Sediment carried down by the Mississippi; by the Ganges.—Professor Geikie on Modern Denudation.—Professor Geikie on the Amount of Sediment conveyed by European Rivers.—Rate at which the Surface of the Globe is being denuded.—Alfred Tylor on the Sediment of the Mississippi.—The Law which determines the Rate of Denudation.—The Globe becoming less oblate.—Carrying Power of our River Systems the true Measure of Denudation.—Marine Denudation trifling in comparison to Subaërial.—Previous Methods of measuring Geological Time.—Circumstances which show the recent Date of the Glacial Epoch.—Professor Ramsay on Geological Time.

Почти самоочевидно, что скорость субаэральной денудации должна быть равна скорости, с которой материалы выносятся с суши в море, но скорость, с которой материалы выносятся с суши, измеряется скоростью, с которой осадки переносятся нашими речными системами. Следовательно, чтобы определить текущую скорость субаэральной денудации, нам нужно только установить количество осадков, ежегодно переносимых речными системами.

Зная количество осадков, транспортируемых рекой, скажем, ежегодно, и площадь ее водосбора, мы имеем средства для определения скорости, с которой поверхность этой площади понижается в результате субаэральной денудации. И если мы знаем это применительно к нескольким великим континентальным рекам, дренирующим огромные площади в различных широтах, мы могли бы тогда с достаточной точностью установить скорость, с которой поверхность земного шара понижается в результате субаэральной денудации, а также продолжительность времени, в течение которого наши нынешние континенты могут оставаться выше уровня моря. Объясняя это профессору Рэмси зимой 1865 года, я узнал от него, что были проведены точные измерения количества осадков, ежегодно переносимых рекой Миссисипи, полные подробности которых можно найти в материалах Американской ассоциации содействия развитию науки за 1848 год. Эти материалы содержат отчет господ Брауна и Дикесона, которые, к сожалению, переоценили количество осадков, транспортируемых Миссисипи, почти в четыре раза по сравнению с тем, что впоследствии было найдено господами Хамфрисом и Эбботом как фактическое количество. Из этой оценки я пришел к выводу, что если Миссисипи является справедливым представителем рек в целом, наши существующие континенты не оставались бы выше уровня моря дольше полутора миллионов лет. Это был вывод настолько поразительный, что вызвал подозрение, что должна была быть какая-то ошибка в отношении данных господ Брауна и Дикесона. Однако это показало вне всякого сомнения, что скорость субаэральной денудации, если ее точно определить этим методом, окажется значительно выше, чем предполагалось. Вскоре после этого, оценив скорость по данным, предоставленным Хамфрисом и Эбботом, я обнаружил, что скорость денудации составляет около одного фута за 6000 лет. Принимая среднюю высоту всей суши, как установлено Гумбольдтом, за 1000 футов, все это, следовательно, было бы перенесено в океан нашими речными системами примерно за 6 000 000 лет, если бы не происходило поднятия суши. Ниже приведены данные и способ вычисления, с помощью которых был получен этот вывод. Господами Хамфрисом и Эбботом было установлено, что среднее количество осадков, удерживаемых во взвешенном состоянии в водах Миссисипи, составляет около 1/1500 веса воды, или 1/2900 по объему. Ежегодный сток реки составляет 19 500 000 000 000 кубических футов воды. Количество осадков, переносимых в Мексиканский залив, составляет 6 724 000 000 кубических футов. Но помимо того, что удерживается во взвешенном состоянии, река проталкивает в море около 750 000 000 кубических футов землистых материалов, составляя в общей сложности 7 474 000 000 кубических футов, ежегодно переносимых с суши в море. Откуда берется эта огромная масса материала? Бесспорно, она берется из земли, дренируемой Миссисипи. Площадь, дренируемая рекой, составляет 1 244 000 квадратных миль. Теперь 7 474 000 000 кубических футов, удаленных с 1 224 000 квадратных миль поверхности, равны 1/4566 фута с этой поверхности в год, или одному футу за 4566 лет. Удельный вес осадков принят за 1,9, удельный вес породы — около 2,5; следовательно, удаленное количество равно одному футу породы примерно за 6000 лет. Средняя высота североамериканского континента над уровнем моря, согласно Гумбольдту, составляет 748 футов; следовательно, при текущей скорости денудации вся площадь водосбора будет доведена до уровня моря менее чем за 4 500 000 лет, если не произойдет поднятия суши.

Ссылаясь на вышесказанное, сэр Чарльз Лайель делает следующие уместные замечания: — «По-видимому, нет опасности переоценить среднюю скорость разрушения, выбрав Миссисипи в качестве нашего примера, ибо эта река дренирует страну, равную более чем половине континента Европы, простирается через двадцать градусов широты и, следовательно, через регионы, пользующиеся большим разнообразием климата, а некоторые из ее притоков спускаются с гор большой высоты. Миссисипи также с большей вероятностью даст нам справедливый критерий обычной денудации, потому что, в отличие от реки Святого Лаврентия и ее притоков, здесь нет великих озер, в которых речные осадки сбрасывались бы и задерживались на пути к морю».

Скорость денудации площади, дренируемой рекой Ганг, намного выше, чем у Миссисипи. Ежегодный сток этой реки составляет 6 523 000 000 000 кубических футов воды. Осадки, удерживаемые во взвешенном состоянии, равны 1/510 по весу; площадь водосбора — 432 480 квадратных миль. Это дает один фут породы за 2358 лет в качестве удаленного количества.

Были сделаны приблизительные оценки количества осадков, переносимых восемью или десятью европейскими реками; и хотя на эти оценки нельзя полагаться как на сколько-нибудь идеально точные, все же они показывают (в чем очень мало оснований сомневаться), что крайне вероятно, что европейский континент подвергается денудации примерно так же быстро, как и американский.

Для получения полного отчета обо всем, что известно по этому предмету, я должен отослать к ценным мемуарам профессора Гейки о современной денудации (Transactions of Geological Society of Glasgow, vol. iii.; также Jukes and Geikie’s “Manual of Geology,” chap. xxv.). Именно благодаря этим светлым и исчерпывающим мемуарам рассматриваемый метод получил такое широкое признание среди геологов.

Профессор Гейки обнаружил, что при текущей скорости эрозии нижеследующее количество лет требуется указанным рекам для удаления одного фута породы с общей поверхности их бассейнов. Профессор Гейки таким образом показывает, что скорость денудации, определенная по количеству осадков, переносимых Миссисипи, безусловно, не является слишком высокой.

Danube | 6,846 years.
Mississippi | 6,000    〃
Nith | 4,723    〃
Ganges | 2,358    〃
Rhone | 1,528    〃
Hoang Ho | 1,464    〃
Po |    729    〃

С помощью субаэральных агентов континенты разрезаются на острова, острова — на более мелкие острова и так далее, пока все в конечном итоге не исчезнет.

Не было сделано надлежащей оценки количества осадков, переносимых в море нашими британскими реками. Но, исходя из только что изложенных принципов, мы можем сделать вывод, что оно должно быть столь же большим в пропорции к площади водосбора, как и количество, переносимое Миссисипи. Например, река Тей, которая дренирует большую часть центрального нагорья Шотландии, несет в море в три раза больше воды в пропорции к площади своего водосбора, чем несет Миссисипи. И любой, кто видел эту быстротекущую реку во время паводка, красную и мутную от осадков, легко убедится, что количество твердого материала, переносимого ею в Немецкое море, должно быть очень большим. Мистер Джон Дугалл обнаружил, что воды Клайда во время паводка удерживают во взвешенном состоянии 1/800 по объему осадков. Наблюдения проводились примерно в миле выше города Глазго. Но даже если предположить, что количество осадков, удерживаемых во взвешенном состоянии водами Тея, составляет только одну треть (что, безусловно, является заниженной оценкой) от количества Миссисипи, а именно 1/4500 по весу, все же это дало бы скорость денудации центрального нагорья в один фут за 6000 лет, или 1000 футов за 6 миллионов лет.

Примечательно, что, хотя было сделано так много измерений количества речных осадков, транспортируемых в сторону моря, значение, которое это имеет для широких вопросов геологического времени и скорости субаэральной денудации, было упущено из виду. Одна из причин этого, несомненно, заключается в том, что измерения проводились не с целью определения скорости, с которой понижаются речные бассейны, а главным образом для установления возраста речных дельт и скорости, с которой они формируются.

Закон, который определяет скорость, с которой любая страна подвергается денудации. — С помощью субаэральных агентов континенты разрезаются на острова, острова — на более мелкие острова и так далее, пока все в конечном итоге не исчезнет.

До тех пор, пока сохраняется нынешний порядок вещей, скорость денудации будет продолжаться, пока суша остается выше уровня моря; и у нас нет оснований полагать, что скорость была в прошлые века меньше, чем в настоящее время. Не стоит возражать, что, поскольку значительное количество осадков, переносимых реками, представляет собой валунную глину и другие материалы, относящиеся к ледниковому периоду, общее количество, удаляемое реками, по этой причине больше, чем было бы в противном случае. Если бы это возражение было верным, из этого следовало бы, что до ледникового периода, когда предполагается, что валунной глины не было, поверхность страны должна была состоять из голой породы; ибо в этом случае никакая почва не могла бы накопиться в результате распада и разложения пород, поскольку, если только породы страны не распадаются быстрее, чем речные системы способны переносить распавшиеся материалы в море, никакая поверхностная почва не может образоваться в этой стране. Скорость, с которой реки переносят осадки, очевидно, определяется не скоростью, с которой породы распадаются и разлагаются, а количеством выпадающего дождя и скоростью, с которой он уходит с поверхности страны. Каждая речная система обладает определенной несущей способностью, зависящей от уклона местности, количества дождя, выпадающего в год, способа выпадения дождя, падает ли он постепенно или потоками, и нескольких других обстоятельств. Когда случается так, как это обычно бывает, что количество породы, распавшейся на поверхности страны, больше, чем несущая способность речных систем может удалить, тогда обязательно образуется почва. Но когда дело обстоит наоборот, никакая почва не может образоваться в этой стране, и она будет представлять собой не что иное, как бесплодную породу. Это, несомненно, причина, почему в таких местах, как остров Скай, например, где породы чрезвычайно твердые и трудные для разложения и разделения, местность крутая, а количество выпадающего дождя очень велико, можно увидеть так много голой породы. Если до ледниковой эпохи породы площади, дренируемой Миссисипи, не производили ежегодно больше материала от своего разрушения под воздействием атмосферных агентов, чем переносилось этой рекой, то из этого следует, что страна должна была представлять собой не что иное, как голую породу, если количество выпадающего тогда дождя было таким же большим, как в настоящее время.

Но, в конце концов, один фут, удаленный с общего уровня страны со времени сотворения человека, согласно библейской хронологии, безусловно, не является очень большим количеством. Ни один человек, кроме того, у кого были какие-то предвзятые мнения, которые нужно поддерживать, никогда не подумал бы сделать вывод, что один фут почвы за 6000 лет — это экстравагантное количество, которое должно быть смыто с поверхности страны дождем и паводками в течение этого долгого периода. Те, кто проживает в сельской местности и являются очевидцами фактического воздействия сильных дождей на почву, наши мягкие проселочные дороги, канавы, ручьи и реки, будут иметь значительные трудности в том, чтобы действительно поверить, что только один фут был смыт за прошедшие 6000 лет.

Некоторые, вероятно, могут признать, что фут почвы может быть смыт в течение периода, столь долгого, как 6000 лет, и могут сказать нам, что они отрицают не то, что фут рыхлой и мягкой почвы, а что фут твердой породы может быть смыт в течение этого периода. Но минутное размышление должно убедить их, что, если только породы страны не распадались и не разлагались так же быстро в почву, как дождь уносит почву, поверхность страны в конечном итоге стала бы голой породой. Это правда, что поверхность нашей страны во многих местах защищена толстым слоем валунной глины; но когда он будет удален, породы будут распадаться гораздо быстрее, чем они делают это в настоящее время.

Но при всей медленности скорости, с которой страна подвергается денудации, все же, когда мы принимаем во внимание период, столь колоссальный, как 6 миллионов лет, мы обнаруживаем, что результаты денудации действительно поразительны. Одна тысяча футов твердой породы в течение этого периода была бы удалена с поверхности страны. Но если средний уровень страны понизился бы на 1000 футов за 6 миллионов лет, насколько углубились бы наши долины и ущелья в течение этого периода? Это проблема, вполне достойная рассмотрения тех, кто с насмешкой относится к идее о том, что общие черты нашей страны были вырезаны субаэральным воздействием.

Вследствие замедления вращения Земли, вызванного трением приливной волны, уровень моря должен медленно опускаться на экваторе и подниматься на полюсах. Но вероятно, что суша на экваторе понижается в результате денудации так же быстро, как опускается уровень моря. Почти одна миля должна была быть стерта с экватора за прошедшие 12 миллионов лет, если скорость денудации вдоль всего экватора равна скорости бассейна Ганга. Из этого следует, что мы не можем судить по нынешней форме нашего земного шара о том, какова была его форма или скорость, с которой он вращался, в то время, когда его кора затвердела. Хотя он был таким же сплюснутым, как планета Юпитер, денудация со временем должна была придать ему его нынешнюю форму.

Существует еще один эффект, который возник бы в результате денудации экватора и опускания океана на экваторе и его подъема на полюсах. А именно, что это имело бы тенденцию увеличить скорость вращения; или, более правильно, это имело бы тенденцию уменьшить скорость приливного замедления.

Но если скорость денудации в настоящее время столь велика, какой же она должна была быть во время ледниковой эпохи? Она должна была быть чем-то колоссальным. В настоящее время денудация значительно замедляется ограниченной способностью наших речных систем удалять рыхлые материалы, возникающие в результате разрушения пород. Эти материалы накапливаются и образуют толстый слой почвы над поверхностью пород, который защищает их в значительной степени от выветривающего воздействия атмосферных агентов. До тех пор, пока количество распавшейся породы превышает то, которое удаляется речными системами, почва будет продолжать накапливаться до тех пор, пока количество породы, разрушаемой в год, не сравняется с тем, которое удаляется. Из этого принципа следует, что несущая способность наших речных систем является истинной мерой денудации. Но во время ледниковой эпохи толщина почвы имела бы лишь незначительный эффект в уменьшении разрушения пород; ибо в тот период породы не разлагались под воздействием атмосферных агентов, а стачивались механическим трением льда. Но наличие толстого слоя почвы в этот период, вместо того чтобы замедлять скорость денудации, имело бы тенденцию увеличить ее в десять раз, ибо почва тогда использовалась бы как шлифовальный материал для ледяного щита. В местах, где лед был, скажем, 2000 футов толщиной, почва проталкивалась бы по скалистой поверхности страны, оказывая давление на породы, равное 50 тоннам на квадратный фут.

Это правда, что скорость, с которой многие виды пород разлагаются и распадаются, намного меньше, чем то, что было принято в качестве средней скорости денудации всей страны. Это очевидно из факта, который был приведен некоторыми авторами, что надписи на камнях, которые подвергались атмосферному воздействию в течение 2000 лет или около того, не были стерты. Но в большинстве случаев эпитафии на памятниках и надгробиях, а также надписи на стенах зданий, которым 200 лет, едва можно прочитать. И это еще не все: камень, на котором были вырезаны буквы, за это время сгнил, вероятно, на глубину нескольких дюймов; и в течение нескольких столетий вся масса рассыплется в пыль.

Факты, которые мы рассматривали, также показывают, насколько ничтожна величина денудации, осуществляемой морем, по сравнению с денудацией, вызванной субаэральными агентами. Согласно доктору А. Киту Джонстону, общая протяженность морского побережья земного шара составляет 116 531 милю. Предположим, что средняя высота береговой линии составляет 25 футов, а скорость наступления моря на сушу — один фут за 100 лет; тогда это дает 15 382 500 000 кубических футов породы в качестве общего объема, удаленного за 100 лет под воздействием моря. Общая площадь суши составляет 57 600 000 квадратных миль, или 1 605 750 000 000 000 квадратных футов; и если за 6000 лет с поверхности удаляется один фут, то за 100 лет субаэральными агентами удаляется 26 763 000 000 000 кубических футов, что примерно в 1740 раз больше объема, удаляемого морем. Чтобы море могло производить денудацию земного шара так же быстро, как субаэральные агенты, оно должно было бы наступать на сушу со скоростью более 17 футов в год.

Однако нельзя измерять морскую денудацию скоростью наступления моря на сушу. Нет никакой связи между скоростью наступления моря на сушу и скоростью, с которой море производит денудацию суши. Ибо очевидно, что по мере того, как субаэральные агенты понижают уровень побережья до уровня моря, все, что остается сделать морю, — это просто наступать или, в крайнем случае, удалять рыхлые материалы, которые могут лежать на его пути. Объем денудации, произведенной морем в прошлые геологические эпохи по сравнению с тем, что было произведено субаэральными агентами, очевидно, ничтожен. Денудация не является основной функцией моря. Великими агентами денудации являются материковый лед, мороз, дождь, проточная вода, химические процессы и т. д. Собственная работа, принадлежащая морю, заключается в транспортировке рыхлых материалов, приносимых реками, и их распределении для формирования стратифицированных пластов будущих эпох.

Ненадежность предыдущих методов измерения геологического времени. — Метод оценки скорости субаэральной денудации, который был только что подробно описан, по-видимому, предоставляет единственное надежное средство геологического характера для определения геологического времени в абсолютном исчислении. Методы, которые применялись до сих пор, не только не дают положительной длительности геологических периодов, но некоторые из них даже способны ввести в заблуждение.

Распространенный метод расчета длительности периода по мощности стратифицированных горных пород, относящихся к этому периоду, относится к числу таких методов. Из мощности отложений невозможно сделать какие-либо выводы о времени, которое потребовалось для их формирования. Мощность отложений будет зависеть от множества обстоятельств, таких как: происходило ли отложение вблизи суши или далеко в глубоких впадинах океана, происходило ли оно в устье крупной реки или вдоль морского побережья, или в то время, когда морское дно поднималось, опускалось или оставалось неподвижным. Стратифицированные формации мощностью 10 000 футов, например, при одних условиях могли сформироваться за столько же лет, тогда как при других условиях на это могли потребоваться столетия. Из мощности стратифицированных формаций, относящихся к определенному периоду, нельзя с уверенностью сделать какие-либо выводы об абсолютной длительности этого периода. Этот метод также не даст нам достоверной оценки относительной длительности геологических периодов. Предположим, мы определили среднюю мощность кембрийских пород, скажем, в 26 000 футов, силурийских — в 28 000 футов, девонских — в 6 000 футов, а третичных — в 10 000 футов; было бы небезопасно предполагать, как это иногда делается, что относительная продолжительность этих периодов должна соответствовать этим числам. Если бы мы были уверены, что получили правильную среднюю мощность всех пород, относящихся к каждой из этих формаций, мы, возможно, смогли бы прийти к относительной длительности этих периодов; но мы никогда не можем быть в этом уверены. Все эти формации в свое время образовывали морское дно; и мы можем измерять только те отложения, которые сейчас подняты над уровнем моря. Но разве не вероятно, что относительное положение моря и суши в кембрийский, силурийский, девонский (Old Red Sandstone), каменноугольный и другие ранние периоды истории Земли отличалось от современного больше, чем распределение моря и суши в третичный период отличается от того, что существует сейчас? Не может ли большая часть третичных отложений все еще находиться под морским дном? И если это так, то в далеком будущем, когда эти отложения будут подняты и станут сушей, может оказаться, что они гораздо мощнее, чем мы сейчас полагаем. Конечно, вовсе не утверждается, что это так, а лишь то, что они могут быть мощнее, насколько нам известно; и возможность того, что они могут быть таковыми, разрушает нашу уверенность в точности этого метода определения относительной длительности геологических периодов.

Палеонтология также не предоставляет лучшего способа измерения геологического времени. Фактически, палеонтологический метод оценки геологического времени, как абсолютного, так и относительного, по скорости изменения видов представляется еще более неудовлетворительным. Если бы мы могли каким-либо образом установить время, прошедшее от какой-либо заданной эпохи (скажем, например, ледниковой) до наших дней, и если бы мы были уверены в то же время, что виды изменялись с равномерной скоростью в течение всех прошлых эпох, то, установив процент изменений, произошедших со времени ледниковой эпохи, мы получили бы средство для составления чего-то вроде грубой оценки длительности различных периодов. Но без такого периода в качестве отправной точки палеонтологический метод бесполезен. Не годится брать исторический период в качестве базовой линии. Он слишком короток, чтобы его можно было безопасно использовать для определения удаленности периодов, столь отдаленных, как те, что интересуют геолога. Но даже если предположить, что у палеонтолога был бы период достаточной длительности, измеренный правильно для начала, его результаты все равно были бы неудовлетворительными; ибо совершенно очевидно, что если бы климатические условия земного шара в течение различных периодов не были почти одинаковыми, скорость изменения видов, безусловно, не была бы равномерной; но это было не так, что покажет изучение таблиц эксцентриситета. Возьмем, к примеру, ту долгую эпоху в 260 000 лет, начавшуюся около 980 000 лет назад и закончившуюся около 720 000 лет назад. В течение этого долгого периода изменения от холодных к теплым климатическим условиям каждые 10 000 или 12 000 лет должны были носить самый экстремальный характер. Сравните этот период с периодом, начинающимся, скажем, 80 000 лет назад и простирающимся почти на 150 000 лет в будущее, в течение которого не будет экстремальных колебаний климата, и насколько велик контраст! Насколько обширными должны были быть изменения видов в течение первого периода по сравнению с теми, которые, вероятно, произойдут в течение последнего!

Кроме того, необходимо также принять во внимание, что организация жизни была гораздо более простого типа в ранние палеозойские эпохи, чем в третичный период, и, вероятно, по этой причине она менялась гораздо медленнее в первом, чем во втором.

Вышеизложенные соображения делают весьма вероятным, если не достоверным, что скорость, с которой общая поверхность земного шара понижается в результате субаэральной денудации, не может быть намного меньше одного фута за 6000 лет. Если мы отнесем ледниковую эпоху к тому периоду высокого эксцентриситета, который начался 980 000 лет назад и закончился 720 000 лет назад, то мы должны прийти к выводу, что с момента окончания ледниковой эпохи с поверхности страны должно было быть удалено до 120 футов. Но если бы такой объем был снесен нашими реками в море, то на суше вряд ли сохранился бы хоть какой-то участок валунной глины или какие-либо следы ледниковой эпохи. Поэтому очевидно, что ледниковую эпоху нельзя относить к тому отдаленному периоду, а следует отнести к периоду, закончившемуся около 80 000 лет назад. В этом последнем случае мы имеем 13 футов, что эквивалентно примерно 18 футам ледниковых отложений, в качестве объема, удаленного с общей поверхности страны со времени ледниковой эпохи. Эта величина очень хорошо согласуется с прямыми геологическими данными по этому вопросу. Если бы объем денудации со времени окончания ледниковой эпохи был значительно больше, то ледниковые отложения были бы не только гораздо менее полными, но и общий вид и очертания поверхности всех оледенелых стран были бы совсем не такими, как они есть на самом деле.

Обстоятельства, указывающие на недавнюю дату ледниковой эпохи. — Одно из обстоятельств, к которому я обращаюсь, заключается в следующем. Когда мы исследуем поверхность любой оледенелой страны, такой как Шотландия, мы можем легко убедиться, что верхняя поверхность земли сильно отличается от того, какой она была бы, если бы ее внешние черты были обусловлены действием дождя, рек и обычных агентов, которые действовали с момента окончания ледникового периода. Куда бы ни пошел человек в низменностях Шотландии, он вряд ли найдет хоть один акр, верхняя поверхность которого несет следы формирования денудационными агентами, действующими в настоящее время. Он будет повсюду наблюдать холмы и впадины, существование которых нельзя объяснить действием нынешних агентов. На самом деле эти агенты медленно разрушают уже существующие возвышенности и заносят илом уже существующие впадины. Повсюду натыкаешься на участки аллювия, которые при исследовании оказываются просто старыми, сформированными ледником впадинами, занесенными илом. Правда, главные реки, потоки и даже ручьи занимают русла, которые были сформированы проточной водой либо после, либо до ледниковой эпохи, но что касается общей поверхности страны, то можно сказать, что нынешние агенты только начинают вырезать новую линию рельефа из старой, сформированной ледником поверхности. Но прогресс пока настолько мал, что камы, гравийные холмы, бугры валунной глины и т. д. в большинстве случаев сохраняют свою первоначальную форму. Теперь, когда мы размышляем о том, что более фута ледниковых отложений удаляется с общей поверхности страны каждые 5000 лет или около того, становится совершенно очевидным, что окончание ледниковой эпохи должно быть сравнительно недавней датой.

Существует еще одно обстоятельство, которое показывает, что ледниковую эпоху следует относить к последнему периоду большого эксцентриситета. Если мы отнесем ледниковую эпоху к предпоследнему периоду экстремального эксцентриситета и поместим ее начало на один миллион лет назад, то мы должны будем в соответствующей степени удлинить всю геологическую историю земного шара. Сэр Чарльз Лайель, который склонен относить ледниковую эпоху к этому предпоследнему периоду, считает, что, возвращаясь к нижнемиоценовым формациям, мы приходим к периоду, когда морские раковины в целом отличались от ныне существующих. Но только 5 процентов раковин, существовавших в начале ледниковой эпохи, вымерли с тех пор. Следовательно, предполагая, что скорость изменения видов равномерна, из этого следует, что нижнемиоценовый период должен быть в двадцать раз более отдаленным, чем начало ледниковой эпохи. Следовательно, если с начала ледниковой эпохи прошел один миллион лет, то, как заключает сэр Чарльз, 20 миллионов лет должны были пройти со времени нижнемиоценового периода, 60 миллионов лет — с начала эоценового периода, около 160 миллионов лет — с каменноугольного периода, и около 240 миллионов лет — это время, прошедшее с начала кембрийского периода. Но, с другой стороны, если мы отнесем ледниковую эпоху к последнему периоду большого эксцентриситета и примем 250 000 лет назад за начало этого периода, то, согласно тому же способу расчета, мы получим 15 миллионов лет с начала эоценового периода, 40 миллионов лет с каменноугольного периода и 60 миллионов лет в общей сложности с начала кембрийского периода.

Если начало ледниковой эпохи перенести на миллион лет назад, то вполне вероятно, как заключает сэр Чарльз Лайель, что начало кембрийского периода потребуется поместить на 240 миллионов лет назад. Но весьма вероятно, что промежуток времени, охватываемый докембрийскими эпохами геологической истории, может быть таким же большим, как тот, что прошел с момента окончания кембрийского периода, и если это так, то мы будем вынуждены признать, что почти 500 миллионов лет прошло с начала геологической истории Земли. Но у нас есть доказательства физического характера, которые доказывают, что абсолютно невозможно, чтобы существующий порядок вещей в отношении нашего земного шара датировался столь давним временем, как 500 миллионов лет. Аргументы, к которым я обращаюсь, — это те, которые были выдвинуты профессором сэром Уильямом Томсоном в разное время. Эти аргументы хорошо известны, и всем, кто действительно уделил им должное внимание, они должны показаться убедительными. Было бы излишним излагать их здесь; однако я, по причинам, которые вскоре станут ясны, кратко упомяну один из них, и именно тот, который кажется наиболее убедительным из всех, а именно аргумент, основанный на пределе возраста солнечного тепла.

Профессор Рэмзи о геологическом времени. — В интересном и содержательном мемуаре «О геологических эпохах как элементах геологического времени» профессор Рэмзи обсуждает сравнительную ценность определенных групп формаций как представителей геологического времени и приходит к следующему общему выводу: «Что местная континентальная эра, которая началась с девонского периода (Old Red Sandstone) и закончилась новокрасными мергелями (New Red Marl), сопоставима по геологическому времени с той, что была затрачена на отложение всей мезозойской, или вторичной, серии, более поздней, чем новокрасные мергели, и всех кайнозойских или третичных формаций, и, по сути, всего времени, прошедшего с начала отложения лейаса до наших дней». Этот вывод сделан частично на основе сравнения физического характера формаций, составляющих каждую группу, но главным образом на основе зоологических изменений, которые произошли в течение времени, представленного ими.

Более ранний период, представленный кембрийскими и силурийскими породами, он также, исходя из тех же соображений, считает очень долгим, но не пытается определить его относительную длительность. Об абсолютной длительности любой или всех этих великих эр геологического времени не дается ни оценки, ни предположения. Он полагает, однако, что все время, представленное всеми ископаемыми породами, от самого раннего кембрия до самого недавнего, геологически говоря, коротко по сравнению с тем, что было до него. Процитировав перечисление профессором Хаксли многих классов и отрядов морской жизни (идентичных тем, что существуют до сих пор), чьи остатки характеризуют самые нижние кембрийские породы, он говорит: «Вывод очевиден: в этой самой ранней известной разнообразной жизни мы не находим никаких доказательств того, что она жила вблизи начала зоологического ряда. В широком смысле, по сравнению с тем, что должно было быть до этого, как биологически, так и физически, все явления, связанные с этим старым периодом, кажутся мне вполне недавними, а климат морей и суши был точно такого же рода, как тот, которым мир наслаждается в настоящее время»... «По словам Дарвина, обсуждая несовершенство геологической летописи этой истории: «мы обладаем только последним томом, относящимся лишь к двум или трем странам», и причина, по которой мы так мало знаем о докембрийских фаунах и физических характеристиках более древних формаций в их первоначальном виде, заключается в том, что ниже кембрийских пластов мы сразу попадаем в своего рода хаос метаморфических пластов».

Мне кажется, что результаты профессора Рэмзи ведут к тому же выводу относительно положительной длительности геологических периодов, что и результаты, полученные из физических соображений. Верно, что его взгляды возвращают нас к огромному промежутку неизвестного времени до кембрийского периода, но это практически ведет к сокращению геологических периодов. Ибо очевидно, что геологическая история нашего земного шара должна быть ограничена возрастом солнечного тепла, независимо от того, насколько долгим или коротким может быть его возраст. Поскольку это так, чем больше времени должно было пройти до кембрийского периода, тем меньше времени должно было пройти с того периода. Все, что добавляется к одному периоду, должно быть вычтено из другого. Следовательно, чем более долгими мы считаем докембрийские периоды, тем более короткими мы должны считать посткембрийские.

ГЛАВА XXI. ВЕРОЯТНЫЙ ВОЗРАСТ И ПРОИСХОЖДЕНИЕ СОЛНЦА.

Gravitation Theory.—Amount of Heat emitted by the Sun.—Meteoric Theory.—Helmholtz’s Condensation Theory.—Confusion of Ideas.—Gravitation not the chief Source of the Sun’s Heat.—Original Heat.—Source of Original Heat.—Original Heat derived from Motion in Space.—Conclusion as to Date of Glacial Epoch.—False Analogy.—Probable Date of Eocene and Miocene Periods.

Гравитационная теория происхождения и источника солнечного тепла. — Существует две формы, в которых была представлена эта теория: первая — метеорная теория, предложенная доктором Майером из Хайльбронна; и вторая — теория сжатия, отстаиваемая Гельмгольцем.

Установлено, что 83,4 футо-фунта тепла в секунду падает на квадратный фут поверхности Земли, подверженной перпендикулярным лучам Солнца. Количество тепла, излучаемого с квадратного фута поверхности Солнца, относится к количеству, падающему на квадратный фут поверхности Земли, как квадрат расстояния до Солнца к квадрату его радиуса, или как 46 400 к 1. Следовательно, 3 869 000 футо-фунтов тепла излучается с каждого квадратного фута поверхности Солнца в секунду — величина, равная примерно 7000 лошадиных сил. Общее количество тепла, излучаемого со всей поверхности Солнца в год, составляет 8340 × 10^30 футо-фунтов. Чтобы поддерживать нынешнюю скорость излучения, потребовалось бы сжигание около 1500 фунтов угля в час на каждом квадратном футе поверхности Солнца; и если бы Солнце состояло из этого материала, оно было бы полностью израсходовано менее чем за 5000 лет. Мнение о том, что солнечное тепло поддерживается горением, не может быть принято ни на мгновение. Фунт угля, падающий на Солнце с бесконечного расстояния, произвел бы при ударе более чем в 6000 раз больше тепла, чем выделилось бы при его сгорании.

Хорошо известно, что скорость, с которой тело, падающее с бесконечного расстояния, достигло бы Солнца, была бы равна той, которая была бы создана постоянной силой, равной весу тела на поверхности Солнца, действующей на пространстве, равном радиусу Солнца. Один фунт на поверхности Солнца весил бы около 28 фунтов. Принимая радиус Солнца за 441 000 миль, энергия фунта материи, падающего на Солнце из бесконечного пространства, была бы равна энергии 28-фунтового груза, опускающегося на Землю с высоты 441 000 миль, если предположить, что сила тяжести на этой высоте так же велика, как на поверхности Земли. Это составило бы более 65 000 000 000 футо-фунтов. Лучшее представление об этом огромном количестве энергии, развиваемой однофунтовым грузом, падающим на Солнце, можно получить, заявив, что этого было бы достаточно, чтобы поднять 1000 тонн на высоту 5,5 миль. Это перебросило бы «Уорриор», полностью оснащенный пушками, припасами и боеприпасами, через вершину Бен-Невиса.

Гравитация в настоящее время общепризнанно считается единственным мыслимым источником солнечного тепла. Но если мы приписываем энергию Солнца гравитации как источнику, мы приписываем ее причине, значение которой может быть точно определено. Каким бы колоссальным ни было количество энергии фунта материи, падающего на Солнце, тем не менее, горный хребет, состоящий из 176 кубических миль твердой породы, падающий на Солнце, поддерживал бы его тепло всего одну секунду. Масса, равная массе Земли, поддерживала бы тепло всего 93 года, а масса, равная массе самого Солнца, падающая на Солнце, дала бы лишь 33 000 000 лет солнечного тепла.

Вполне возможно, однако, что метеор может достичь Солнца со скоростью, намного превышающей ту, которую он мог бы приобрести за счет гравитации; ибо он мог двигаться по прямой линии к Солнцу с начальной скоростью до того, как попал под ощутимое влияние притяжения Солнца. В этом случае метеором было бы выделено большее количество тепла, чем получилось бы от его простого падения на Солнце под влиянием гравитации. Но тогда метеоры такого рода должны быть редким явлением. Метеорная теория солнечного тепла в настоящее время довольно широко оставлена в пользу теории сжатия, выдвинутой Гельмгольцем.

Предположим, вместе с Гельмгольцем, что Солнце первоначально существовало как туманная масса, заполняющая все пространство, занимаемое в настоящее время Солнечной системой, и простирающаяся в пространство бесконечно за пределы самой дальней планеты. Общее количество работы в футо-фунтах, совершаемой гравитацией при конденсации этой массы в шар нынешнего размера Солнца, может быть найдено с помощью следующей формулы, данной Гельмгольцем:

Work of condensation = ³/₅ × r²M²/Rm × g

M — масса Солнца, m — масса Земли, R — радиус Солнца, а r — радиус Земли. Принимая M = 4230 × 10^27 фунтов, m = 11 920 × 10^21 фунтов, R = 2 328 500 000 футов, а r = 20 889 272 футов; тогда мы имеем для общего количества работы, совершаемой гравитацией в футо-фунтах,

Work = ³/₅ × (20,889,272·5)² × (4230 × 10²⁷)²/2,328,500,000 × 11,920 × 10²¹

= 168,790 × 10³⁶ foot-pounds.

The amount of heat thus produced by gravitation would suffice for nearly 20,237,500 years.

Эти расчеты основаны на предположении, что плотность Солнца равномерна по всему объему. Но весьма вероятно, что плотность Солнца увеличивается к центру, и в этом случае количество работы, совершаемой гравитацией, было бы несколько больше, чем указано выше.

Некоторая путаница возникла в связи с этим предметом из-за введения вопроса о величине удельной теплоемкости Солнца. Если мы просто рассматриваем Солнце как раскаленное тело в процессе остывания, вопрос о величине удельной теплоемкости Солнца имеет первостепенное значение; потому что абсолютное количество тепла, которое Солнце способно излучать, зависит целиком от его температуры и удельной теплоемкости. В этом случае требуются только три вещи: (1) масса Солнца; (2) температура массы; (3) удельная теплоемкость массы. Но если мы рассматриваем, каково абсолютное количество тепла, которое могло быть излучено Солнцем исходя из гипотезы, что гравитация, либо согласно метеорной теории, предложенной Майером, либо согласно теории сжатия, отстаиваемой Гельмгольцем, является единственным источником его тепла, то мы не имеем никакого отношения к каким-либо исследованиям относительно удельной теплоемкости Солнца. Это очевидно, потому что абсолютное количество работы, которую гравитация может совершить при стягивании частиц массы Солнца вместе, целиком не зависит от удельной теплоемкости этих частиц. Следовательно, количество энергии в форме тепла, таким образом сообщаемое частицам гравитацией, также должно быть целиком независимым от удельной теплоемкости. То есть количество тепла, сообщаемое частице, будет одним и тем же, какова бы ни была ее удельная теплоемкость.

Даже если предположить, что мы ограничим геологическую историю нашего земного шара 100 миллионами лет, тем не менее очевидно, что гравитация не объяснит запас солнечного тепла в течение столь долгого периода. Должен существовать какой-то другой источник, гораздо более важный, чем гравитация. Какой другой источник энергии, больший, чем энергия гравитации, может существовать? Удивительно, что мнение о том, что не существует никакого другого мыслимого источника, из которого могло бы быть получено большее количество тепла, чем гравитация, стало столь распространенным даже среди физиков.

Происхождение и главный источник солнечного тепла. — Согласно вышеизложенным теориям относительно источника солнечного тепла, предполагается, что материя, составляющая Солнце, когда она существовала в пространстве как туманная масса, первоначально не обладала температурой, но что температура была придана ей по мере того, как масса конденсировалась под действием силы гравитации. Предполагается, что выделяемое тепло было просто теплом конденсации. Но вполне мыслимо, что туманная масса могла обладать первоначальным запасом тепла до конденсации.

Вполне возможно, что самой причиной того, что она существовала в столь разреженном или газообразном состоянии, была ее чрезмерная температура, и что конденсация начала происходить только тогда, когда масса начала остывать. Кажется гораздо более вероятным, что дело обстояло именно так, чем то, что масса существовала в столь разреженном состоянии без температуры. Ибо почему частицы должны были существовать в этой разделенной форме, будучи лишенными отталкивающей энергии тепла, видя, что в силу гравитации они имели такую тенденцию к сближению друг с другом? Но если масса первоначально находилась в нагретом состоянии, то при конденсации она должна была бы расстаться не только с теплом, генерируемым при конденсации, но также и с теплом, которым она первоначально обладала, — количество, которое, несомненно, намного превысило бы то, что производится конденсацией. Чтобы проиллюстрировать этот принцип, предположим, например, что фунт воздуха помещен в цилиндр и к нему подведено тепло. Если поршень закреплен так, что он не может двигаться, 234,5 футо-фунта тепла поднимут температуру воздуха на 1° C. Но если позволить поршню подняться по мере подведения тепла, то потребуется 330,2 футо-фунта тепла, чтобы поднять температуру на 1° C. В последнем случае требуется на 95,7 футо-фунта тепла больше, чем в первом. Одинаковое количество энергии, а именно 234,5 футо-фунта, в обоих случаях идет на создание температуры; но в последнем случае, когда поршню позволено двигаться, 95,7 футо-фунта дополнительного тепла расходуются на механическую работу по поднятию поршня. Предположим теперь, что воздух остывает при тех же условиях: в одном случае 234,5 футо-фунта тепла будут выделены, пока температура воздуха падает на 1° C; в другом случае, когда поршню позволено опуститься, 330,2 футо-фунта будут выделены, пока температура падает на 1° C. В первом случае воздух при остывании должен просто расстаться с энергией, которой он обладает в форме температуры; но во втором случае он должен, в дополнение к этому, расстаться с энергией, переданной его молекулам опускающимся поршнем. Пока температура газа падает на 1°, 95,7 футо-фунта энергии в форме тепла передаются ему опускающимся поршнем; и от них нужно избавиться, прежде чем температура понизится на 1°. Следовательно, 234,5 футо-фунта выделенного тепла ранее существовали в воздухе в форме температуры, а оставшиеся 95,7 футо-фунта выделенного тепла были переданы воздуху опускающимся поршнем, пока газ терял свою температуру. 234,5 футо-фунта представляют энергию или тепло, которыми воздух обладал ранее, а 95,7 — энергию или тепло конденсации.

В случае остывания Солнца из туманной массы, конечно, не было бы внешней силы или давления, оказываемого на массу, аналогичного давлению поршня на воздух; но было бы то, что эквивалентно этому, — гравитация частиц друг к другу. Было бы давление всей массы к центру схождения. В случае воздуха и всех идеальных газов, остывающих под давлением, около 234 футо-фунтов первоначального тепла, которым обладает газ, выделяются, пока 95 футо-фунтов генерируются конденсацией. У нас, однако, нет никаких оснований полагать, что в случае остывания Солнца сохранялись бы те же пропорции. Пропорция первоначального тепла, которым обладает масса Солнца, к теплу, произведенному конденсацией, могла быть намного больше, чем 234 к 95, или она могла быть намного меньше. В отсутствие каких-либо знаний по этому вопросу мы можем пока предположить, что это и есть пропорция. Общее количество тепла, выделенного Солнцем в результате конденсации его массы, при допущении, что плотность Солнца равномерна по всему объему, как мы видели, равно 20 237 500 годам солнечного тепла. Тогда количество выделенного тепла, которое ранее существовало в массе как первоначальная температура, должно было составлять 49 850 000 лет тепла, что в сумме дает 70 087 500 лет тепла как общую величину.

Вышеуказанная величина представляет, конечно, общее количество тепла, выделенного массой с тех пор, как она начала конденсироваться. Но геологическая история нашего земного шара должна датировать свое начало периодом, более поздним, чем это. Ибо в то время масса, вероятно, занимала гораздо большее пространство, чем то, которым в настоящее время обладает вся Солнечная система; и, следовательно, прежде чем она остыла до пределов нынешней орбиты Земли, наша Земля не могла существовать как отдельная планета. До этого времени она должна была существовать как часть огненной массы Солнца. Если мы предположим, что она существовала как шар до этого и пришла из космоса после конденсации Солнца, то трудно представить, как ее орбита может быть такой почти круговой, как сейчас.

Предположим, что к тому времени, когда масса Солнца сконденсировалась до пределов пространства, охватываемого орбитой планеты Меркурий (то есть до сферы, имеющей, скажем, радиус 18 000 000 миль), начала формироваться земная кора; и пусть это будет время, когда геологическая история нашего земного шара датирует свое начало. Общее количество тепла, генерируемого конденсацией массы Солнца из сферы такого размера до его нынешнего объема, равнялось бы 19 740 000 годам солнечного тепла. Количество первоначального тепла, выделенного за это время, равнялось бы 48 625 000 годам солнечного тепла, — таким образом, давая в сумме 68 365 000 лет солнечного тепла, которым наслаждался наш земной шар с того периода. Общее количество может, конечно, быть значительно больше, из-за того факта, что плотность Солнца может сильно увеличиваться к его центру. Но нам потребовалось бы сделать экстравагантные предположения относительно внутренней плотности Солнца и пропорции первоначального тепла к теплу, произведенному конденсацией, прежде чем мы смогли бы объяснить что-то похожее на период, который, как полагают некоторые, требуют геологические явления.

Возникает вопрос, каким мыслимым способом масса Солнца могла обладать таким колоссальным количеством энергии в форме тепла до конденсации? Какая сила могла сообщить массе 50 000 000 лет тепла до того, как начала происходить конденсация?

Энергия Солнца могла первоначально быть получена от движения в пространстве. — Нет ничего абсурдного или невероятного в предположении, что такое количество энергии могло быть сообщено массе. Динамическая теория тепла дает легкое объяснение того, по крайней мере, как такое количество энергии могло быть сообщено. Два тела, каждое массой в половину массы Солнца, движущиеся прямо навстречу друг другу со скоростью 476 миль в секунду, при своем столкновении сгенерировали бы в одно мгновение 50 000 000 лет тепла. Ибо два тела такой массы, движущиеся со скоростью 476 миль в секунду, обладали бы 4149 × 10^38 футо-фунтов энергии в форме живой силы (vis viva); и это, преобразованное в тепло при остановке их движения, дало бы количество тепла, которое покрыло бы нынешнюю скорость излучения Солнца на период в 50 000 000 лет.

Почему Солнце не могло состоять из двух таких тел? И почему первоначальный запас тепла, которым он обладал, не мог быть полностью получен от столкновения этих двух тел? Два таких тела, столкнувшись с такой скоростью, были бы рассеяны в пар таким невообразимым количеством тепла, которое таким образом было бы сгенерировано; и когда они сконденсировались при остывании, они образовали бы одну сферическую массу, подобную Солнцу. Совершенно верно, что два таких тела никогда не смогли бы достичь требуемой величины скорости за счет их взаимного притяжения друг к другу. Но нет никакой необходимости предполагать, что их скорости были получены только от их взаимного притяжения. Они могли приближаться друг к другу с требуемой скоростью, полностью независимо от гравитации.

Мы ничего не знаем об абсолютном движении тел в пространстве. И за пределами ограниченной сферы нашего наблюдения мы не знаем даже об их относительных движениях. Могут существовать тела, движущиеся по отношению к нашей системе с невообразимой скоростью. Насколько нам известно, если бы одно из этих тел ударило нашу Землю, удар мог бы быть достаточным, чтобы превратить Землю в пар, хотя ударяющее тело могло быть не тяжелее пушечного ядра. Однако нет ничего необычного в скорости, которая, как мы обнаружили, потребовалась бы двум предполагаемым телам для генерации 50 000 000 лет тепла. Комета, имеющая орбиту, простирающуюся до пути планеты Нептун, приближающаяся к Солнцу настолько близко, что почти задевает его поверхность при прохождении, имела бы скорость около 390 миль в секунду, что находится в пределах 86 миль от требуемой скорости.

Но при первоначальном нагреве и расширении Солнца в газообразную массу должна была быть совершена работа против гравитации, равная той, которая была совершена гравитацией во время его остывания и конденсации, — величина, которая, как мы обнаружили, составляет около 20 000 000 лет тепла. Общее количество энергии, первоначально сообщенное столкновением, должно было быть равно 70 000 000 лет солнечного тепла. Скорость 563 мили в секунду дала бы эту величину. Следует иметь в виду, однако, что 563 мили в секунду — это скорость в момент столкновения; около половины этой скорости было бы получено от взаимного притяжения двух тел при их приближении друг к другу. Предположим, что каждое тело равно по объему Солнцу и, конечно, имеет половину плотности; величина скорости, которую они приобрели бы за счет взаимного притяжения, составила бы 274 мили в секунду, следовательно, мы должны предположить начальную или сообщенную скорость всего в 289 миль в секунду.

Если мы признаем, что гравитации недостаточно для объяснения количества тепла, выделенного Солнцем в течение геологической истории нашего земного шара, мы вынуждены предположить, что масса, из которой состоит Солнце, существовала до конденсации в нагретом состоянии; и если так, мы далее обязаны признать, что масса должна была получить свое тепло из какого-то источника. И так как рассеяние тепла в пространство, по всей вероятности, происходило так же быстро до, как и после того, как произошла конденсация, мы далее обязаны заключить, что тепло должно было быть сообщено массе непосредственно перед тем, как началась конденсация, ибо в тот момент, когда масса начала терять свое тепло, последовала бы конденсация. Если мы ограничим наши размышления причинами и агентами, которые, как известно, существуют, то причина, которая была назначена, представляется единственной мыслимой, которая объяснит производство такого огромного количества тепла.

Общий вывод, к которому мы, таким образом, приходим из физических соображений относительно возраста солнечного тепла, заключается в том, что вся геологическая история нашего земного шара должна быть заключена в менее чем 100 миллионов лет, и что, следовательно, начало ледниковой эпохи не может датироваться намного дальше, чем 240 000 лет назад.

Факты геологии, особенно те, что связаны с денудацией, кажутся геологам требующими периода гораздо большей длительности, чем 100 миллионов лет, и именно это так долго мешало им принять выводы физической науки относительно возраста нашего земного шара. Но метод измерения субаэральной денудации, уже подробно описанный, кажется мне показывающим убедительно, что геологические данные, при правильной интерпретации, находятся в полном согласии с выводами физической науки. Возможно, сейчас мало тех, кто справедливо рассмотрел этот вопрос, кто откажется признать, что 100 миллионов лет вполне достаточно, чтобы охватить всю геологическую историю нашего земного шара.

Предполагаемая ложная аналогия между астрономией и геологией. — Возможно, одна из вещей, которая имела тенденцию вводить в заблуждение по этому вопросу, — это ложная аналогия, которая, как предполагается, существует между астрономией и геологией, а именно: что геология имеет дело с неограниченным временем, как астрономия имеет дело с неограниченным пространством. Небольшое размышление, однако, покажет, что между этими двумя случаями нет большой аналогии.

Астрономия имеет дело с бесчисленными мирами, которые лежат, раскинувшись в безграничной бесконечности пространства; но геология имеет дело только с одним миром. Без сомнения, разум и аналогия благоприятствуют идее о том, что возраст материальной вселенной, как и ее величина, неизмерим; у нас нет, однако, причин заключать, что она вечна, так же как у нас нет оснований предполагать, что она бесконечна. Но когда мы сравниваем возраст материальной вселенной с ее величиной, мы не должны брать возраст одного из ее членов (скажем, нашего земного шара) и сравнивать его с размером вселенной. Мы также не должны сравнивать возраст всех ныне существующих систем миров с величиной вселенной; но мы должны сравнивать прошлую историю вселенной, как она простирается назад в необъятность минувшего времени, с ныне существующей вселенной, как она простирается во все стороны в безграничное пространство. Ибо миры предшествуют мирам во времени, как миры лежат за мирами в пространстве. Каждый мир, каждый индивид, каждый атом, очевидно, осуществляет конечную цель, согласно плану, заранее устроенному и предопределенному Божественным Разумом от вечности. И каждый мир, как каждый индивид, когда он служит цели, для которой был призван к существованию, исчезает, чтобы освободить место для других. Это великая концепция вселенной, которая естественно запечатлевается в каждом мыслящем уме, который не запутался в тех вещах, которые в науке называются Законами Природы.

Но геолог не переходит от мира к миру, как они связаны друг с другом в порядке последовательности во времени, как астроном переходит от мира к миру, как они связаны друг с другом в порядке сосуществования в пространстве. Исследования геолога, более того, не только ограничены одним миром, но только часть истории этого одного мира может попасть под его наблюдение. Древнейшая из существующих формаций, насколько пока известно, лаврентийский гнейс, состоит из отходов ранее существовавших пород, и она, в свою очередь, вероятно, была получена из разрушения пород, относящихся к какому-то еще более древнему периоду. Относительно того, что следует за этими старыми лаврентийскими породами, геология говорит много; но о формациях, которые предшествовали, мы не знаем ровным счетом ничего. Насколько геология показывает обратное, время, которое могло пройти с момента затвердевания земной коры до отложения лаврентийских пластов — абсолютный пробел — могло быть таким же большим, как время, которое прошло с тех пор.

Вероятная дата эоценового и миоценового периодов. — Если мы примем во внимание предел, который физическая наука отводит возрасту нашего земного шара, и быструю скорость, с которой, как мы видели, происходит денудация, становится очевидным, что огромный период в 3 миллиона лет, охваченный в вышеприведенных таблицах, должен уходить далеко назад в третичную эпоху. Предполагая, что средняя скорость денудации в течение этого периода была не выше нынешней скорости денудации, мы все равно должны были бы иметь не менее 500 футов породы, стертой с поверхности страны и унесенной в море в течение этих 3 миллионов лет. Этот факт показывает, насколько совершенно иным, по всей вероятности, был вид и конфигурация страны в начале этого периода по сравнению с тем, что есть в настоящее время. Если верно, что ледниковая эпоха возникла из причин, которые мы уже обсудили, эти таблицы должны помочь нам в нашем стремлении установить, сколько третичного периода может быть охвачено этими 3 миллионами лет.

Мы уже видели (Глава XVIII), что существуют доказательства ледникового состояния климата в два разных периода в течение третичной эпохи, а именно, примерно в середине миоценового и эоценового периодов соответственно. Как уже было показано, чем суровее ледниковая эпоха, тем более выраженным должен быть характер ее теплых межледниковых периодов; чем больше распространение льда в холодные периоды ледниковой эпохи, тем дальше должен исчезать этот лед в арктических регионах в соответствующие теплые периоды. Таким образом, суровость ледниковой эпохи может в этом случае косвенно выводиться из характера теплых периодов и степени, в которой лед мог исчезнуть из арктических регионов. Судя по этому критерию, у нас есть все основания полагать, что миоценовая ледниковая эпоха была одной из экстремальной суровости.

Эоценовый конгломерат, лишенный всех органических остатков и содержащий многочисленные огромные ледниково-транспортированные валуны, как мы видели, непосредственно связан с нуммулитовыми пластами, насыщенными окаменелостями, характерными для теплого климата. Ссылаясь на это, сэр Чарльз Лайель говорит: «Представить себе айсберги, несущие такие огромные фрагменты камня в столь южной широте и в период, непосредственно предшествуемый и сопровождаемый признаками теплого климата, — это одна из самых запутанных загадок, которую геологу еще предстояло решить».

Совершенно верно, что, согласно общепринятым теориям причины ледникового климата, все это — запутанная загадка, но если мы примем вековую теорию изменения климата, всякая трудность исчезает. Согласно этой теории, сам факт формирования конгломерата в период, непосредственно предшествуемый и сменяемый теплыми климатическими условиями, сам по себе является сильным косвенным доказательством того, что конгломерат является ледниковым образованием. Но это еще не все: сама высокая температура предшествующего и последующего периодов свидетельствует о суровости промежуточного ледникового периода. Несмотря на недостаток прямых доказательств относительно характера миоценового и эоценового ледниковых периодов, мы не имеем оснований, по причинам, которые были изложены в Главе XVII, заключать, что эти периоды были менее суровыми, чем тот, который произошел в четвертичные времена. Судя по косвенным доказательствам, у нас есть некоторые основания для заключения, что миоценовая ледниковая эпоха, по крайней мере, была даже более суровой и продолжительной, чем наша недавняя ледниковая эпоха.

Обратившись к Таблице III или прилагаемой диаграмме, можно увидеть, что до периода, который я назначил как период ледниковой эпохи, существуют два периода, когда эксцентриситет почти достигал своего верхнего предела. Первый период произошел 2 500 000 лет назад, когда он достиг 0,0721, а второй период — 850 000 лет назад, когда он достиг еще более высокого значения, а именно 0,0747, будучи в пределах 0,0028 от верхнего предела. К первому из этих периодов я склонен отнести ледниковую эпоху эоценовых времен, а ко второму — эпоху миоценового возраста. С целью определения характера этих периодов были вычислены Таблицы II и III. Они дают эксцентриситет и долготу перигелия с интервалами в 10 000 лет. Из Таблицы II будет видно, что эоценовый период длится примерно от 2 620 000 до примерно 2 460 000 лет назад; и из Таблицы III можно будет сделать вывод, что миоценовый период длился примерно от 980 000 до примерно 720 000 лет назад.

Чтобы выяснить, достигал ли эксцентриситет около 850 000 лет назад значения выше 0,0747, я вычислил значения для одного или двух периодов непосредственно до и после этого времени и убедился, что указанное значение действительно было наибольшим, как видно из приведенной ниже таблицы:

851,000 | 0·07454
850,000 | 0·074664
849,500 | 0·07466
849,000 | 0·07466

Насколько же сильно состояние климата Земли в тот период должно было отличаться от нынешнего! Принимая среднее расстояние до Солнца за 91 400 000 миль, его нынешнее расстояние в середине зимы составляет 89 864 480 миль; однако в рассматриваемый период, когда зимнее солнцестояние приходилось на перигелий, его расстояние в середине зимы составляло бы не менее 98 224 289 миль. Но это еще не все: в настоящее время наши зимы короче нашего лета на 7,8 дня, тогда как в тот период они были бы длиннее лета на 34,7 дня.

В настоящее время разница между расстоянием до Солнца в перигелии и афелии составляет всего 3 069 580 миль, но в рассматриваемый период она составляла бы не менее 13 648 579 миль!

ГЛАВА XXII. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕЙ МОЩНОСТИ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД ЗЕМНОГО ШАРА.

Prevailing Methods defective.—Maximum Thickness of British Rocks.—Three Elements in the Question.—Professor Huxley on the Rate of Deposition.—Thickness of Sedimentary Rocks enormously over-estimated.—Observed Thickness no Measure of mean Thickness.—Deposition of Sediment principally along Sea-margin.—Mistaken Inference regarding the Absence of a Formation.—Immense Antiquity of existing Oceans.

Предпринимались различные попытки измерить абсолютную продолжительность геологических периодов. Некоторые геологи пытались приблизительно определить возраст стратифицированных пород с помощью расчетов, основанных на их вероятной мощности и скорости, с которой они могли отлагаться. Этот метод, однако, бесполезен, поскольку принятые скорости являются чисто произвольными. Один геолог принимает скорость отложения за фут в сто лет, в то время как другой предполагает, что она составляет фут в тысячу или, возможно, десять тысяч лет; и, исходя из любых приведенных доводов, одна скорость с такой же вероятностью может быть верной, как и другая: ибо если мы изучим то, что происходит на океанском дне в наши дни, мы обнаружим, что в одних местах фут осадка откладывается за год, тогда как в других местах фут может не отложиться и за тысячу лет. Стратифицированные породы, очевидно, формировались с самыми разными скоростями. Когда мы говорим о скорости их формирования, мы, конечно, должны иметь в виду среднюю скорость; и совершенно верно, что если бы мы знали мощность этих пород и среднюю скорость, с которой они отлагались, у нас был бы готовый способ определения их абсолютного возраста. Но, по-видимому, существует почти такая же большая неопределенность в отношении мощности осадочных пород, как и в отношении скорости их формирования. Несомненно, мы можем приблизительно оценить их вероятную максимальную мощность; например, профессор Рэмзи на основе фактических измерений установил, что осадочные формации Великобритании имеют максимальную мощность более 72 000 футов; но все подобные измерения не дают нам представления об их средней мощности. Какова средняя мощность осадочных пород земного шара? В этом вопросе геология не дает определенного ответа. Какова бы ни была нынешняя средняя мощность осадочных пород нашего земного шара, она должна быть невелика по сравнению со средней мощностью всех когда-либо сформировавшихся осадочных пород. Это очевидно из того факта, что осадочные породы одного возраста частично сформированы из продуктов разрушения осадочных пород более ранних эпох. Начиная с лаврентийской эпохи и до наших дней стратифицированные породы подвергались постоянной денудации.

Если мы не примем во внимание количество породы, удаленной в прошлые эпохи в результате денудации, мы не сможем — даже если бы знали фактическую среднюю мощность существующих осадочных пород земного шара и скорость, с которой они формировались, — прийти к оценке продолжительности времени, представленного этими породами. Ибо, если мы хотим определить возраст стратифицированных пород по скорости их формирования, мы должны располагать не нынешним количеством осадочных пород, а суммой нынешнего количества и того, которое было удалено денудацией в прошлые эпохи. Другими словами, мы должны знать абсолютное количество сформированных пород. Во многих местах отсутствующие пласты должны были иметь огромную мощность. Время, представленное исчезнувшими пластами, несомненно, как уже отмечалось, гораздо больше того, которое представлено сохранившимися пластами. Большая часть осадочных пород была сформирована из ранее существовавших осадочных пород, а те, в свою очередь, из еще более древних осадочных пород. Поскольку материалы, составляющие наши стратифицированные пласты, могли пройти через множество циклов разрушения и повторного формирования, время, необходимое для отложения при данной скорости нынешней массы осадочных пород, может составлять лишь малую часть времени, необходимого для отложения при той же скорости всей массы, которая была фактически сформирована. Измерять возраст осадочных пород по ныне существующим породам, предполагая, что они сформировались с некоторой заданной скоростью, даже если предположить, что эта скорость верна, — метод совершенно ошибочный.

«Совокупность осадочных пластов в земной коре, — говорит сэр Чарльз Лайель, — никогда не может превышать по объему количество твердого вещества, которое было измельчено и смыто реками, волнами и течениями. Насколько же огромными должны быть пространства, которые это изъятие вещества оставило пустыми! Насколько они превосходят по размерам все долины, какими бы многочисленными они ни были, и все впадины, какими бы обширными они ни казались, которые, как мы можем доказать, были очищены в результате водной эрозии!» [205]

Я полагаю, найдется немного геологов, которые не согласились бы с тем, что если бы все породы, удаленные в прошлые эпохи в результате денудации, были восстановлены, средняя мощность осадочных пород земного шара была бы по меньшей мере равна их нынешней максимальной мощности, которую мы можем принять за 72 000 футов.

В этом вопросе есть три элемента; если известны два из них, то третий определяется через два других. Если у нас есть средняя мощность всех сформировавшихся осадочных пород и средняя скорость формирования, то мы имеем время, прошедшее в течение этого формирования; или, имея мощность и время, мы получаем скорость; или, имея скорость и время, мы получаем мощность.

Один из этих трех элементов, а именно скорость, может, однако, быть определен с достаточной точностью, если нам просто разрешат предположить — что весьма вероятно, как уже было показано, — что нынешнюю скорость формирования осадочных отложений можно принять за среднюю скорость для прошлых эпох. Если мы знаем скорость, с которой происходит денудация суши, то мы с абсолютной точностью знаем скорость, с которой осадочные отложения формируются в океане. Это очевидно, поскольку все материалы, смытые с суши, отлагаются в море; и то, что отлагается в море, — это в точности то, что смывается с суши, за исключением небольшой доли известкового вещества, которое могло иметь не наземное происхождение и которое в нашей грубой оценке можно не принимать во внимание.

Теперь, как мы видели, средняя скорость субаэральной денудации составляет около одного фута за 6000 лет. Принимая соотношение суши к воде как 576 к 1390, получаем, что один фут, снятый с суши и распределенный по морскому дну, образовал бы слой мощностью 5 дюймов. Следовательно, если один фут за 6000 лет представляет собой среднюю скорость, с которой происходит денудация суши, то один фут за 14 400 лет представляет собой среднюю скорость, с которой формируются осадочные породы.

Предполагая, как и прежде, что 72 000 футов представляют собой среднюю мощность всех когда-либо сформировавшихся осадочных пород, это при скорости один фут за 14 400 лет дает 1 036 800 000 лет в качестве возраста стратифицированных пород.

Профессор Гексли, пытаясь показать, что 100 000 000 лет — это период, достаточно продолжительный для всех требований геологов, принимает мощность стратифицированных пород за 100 000 футов, а скорость отложения — за фут в 1000 лет. Один фут породы за 1000 лет дает, правда, 100 000 футов за 100 000 000 лет. Но как быть с породами, которые исчезли? Если требуется сто миллионов лет, чтобы произвести массу породы, равную той, что существует сейчас, сколько сотен миллионов лет потребуется, чтобы произвести массу, равную той, что была фактически произведена?

Профессор Гексли добавляет: «Я не знаю, готов ли кто-либо утверждать, что стратифицированные породы не могли формироваться в среднем со скоростью 1/83 дюйма в год». Когда скорость, однако, определяется точно, она оказывается не 1/83 дюйма в год, а всего лишь 1/1200 дюйма, так что на формирование 100 000 футов породы должно было уйти 1 440 000 000 лет — вывод, который, согласно результатам современной физики, совершенно недопустим.

Либо мощность осадочных пород была переоценена, либо скорость их формирования была недооценена, либо и то, и другое. Если утверждать, что фут за 14 400 лет — это слишком медленная скорость отложения, то необходимо утверждать, что денудация суши должна была происходить со скоростью выше, чем один фут за 6000 лет. Но большинство геологов, вероятно, были удивлены, когда впервые было объявлено, что при такой скорости денудации вся существующая суша земного шара была бы поглощена океаном через 6 000 000 лет.

Ошибка, несомненно, заключается в переоценке мощности осадочных пород. Предполагая, по физическим причинам, уже изложенным, что 100 000 000 лет ограничивают возраст стратифицированных пород, и что соотношение суши и воды, а также скорость денудации были в среднем такими же, как в настоящее время, средняя мощность осадочных пород, сформированных за 100 000 000 лет, составляет всего 7000 футов.

Но заметьте, что это средняя мощность на площади, равной площади океана. По всей поверхности земного шара она составляет всего 5000 футов; и это, заметьте также, общая средняя сформированная мощность без учета того, что было удалено в результате денудации. Если мы хотим установить, какова на самом деле нынешняя средняя мощность, мы должны вычесть из этих 5000 футов количество породы, равное всем осадочным породам, которые были подвергнуты денудации в течение 100 000 000 лет; ибо 5000 футов — это не нынешняя средняя мощность, а общая средняя мощность, сформированная за все 100 000 000 лет. Если мы предположим, с чем, несомненно, согласилось бы большинство геологов, что количество ныне сохранившихся осадочных пород составляет не более половины от того, что было фактически отложено за всю историю земного шара, то фактическая средняя мощность стратифицированных пород земного шара составляет не более 2500 футов. Этот поразительный результат почти заставляет нас заподозрить, что скорость субаэральной денудации, вероятно, выше, чем один фут за 6000 лет. Но как бы то ни было, мы склонны при оценке средней мощности стратифицированных пород земного шара на основе их установленной максимальной мощности приходить к ошибочным выводам. Существуют соображения, которые показывают, что средняя мощность этих пород должна быть мала по сравнению с их максимальной мощностью. Стратифицированные породы формируются из осадка, переносимого реками и ручьями и отлагающегося в море. Очевидно, что большая часть этого осадка отлагается вблизи устьев рек и вдоль узкой полосы, простирающейся на небольшое расстояние от суши. Если бы суша состояла из множества мелких островов, равномерно распределенных по земному шару, осадок, смываемый с этих островов, распределялся бы довольно равномерно по морскому дну. Но большая часть поверхности суши состоит из двух огромных континентов. Следовательно, материалы, удаленные в результате денудации, распределяются не по всему дну океана, а на узкой кайме, окружающей эти два континента. Если бы материалы распределялись по всему ложу океана, фут, снятый с общей поверхности суши, образовал бы слой породы мощностью всего пять дюймов. Но при том способе, которым материалы отлагаются в настоящее время, фут, снятый с суши, образует слой породы мощностью во много футов. Большая часть осадка отлагается в пределах нескольких миль от берега.

Вся береговая линия земного шара составляет около 116 500 миль. Я полагаю, что количество осадка, отлагающегося далее, скажем, 100 миль от этой береговой линии, не очень велико. Несомненно, некоторые крупные реки переносят осадок на гораздо большее расстояние от своих устьев, чем 100 миль, и океанические течения в некоторых случаях также могут переносить ил и другие материалы на большие расстояния. Но следует помнить, что во многих местах в пределах 100 миль от этой огромной береговой линии отлагается мало осадка или он не отлагается вовсе, так что фактическая площадь, на которой отлагается осадок, смытый с суши, вероятно, не превышает площади этого пояса — 116 500 миль в длину и 100 миль в ширину. Эта площадь, на которой отлагается осадок, согласно вышеприведенному предположению, составляет, таким образом, около 11 650 000 квадратных миль. Количество суши на земном шаре составляет около 57 600 000 квадратных миль. Следовательно, один фут породы, снятый с поверхности суши и отложенный на этом поясе, образовал бы пласт породы мощностью 5 футов; но если бы осадок был распределен по всему ложу океана, он образовал бы, как уже было сказано, пласт породы мощностью всего 5 дюймов.

Предположим, что в течение периода, скажем, 3 000 000 лет не происходит опускания суши. За этот период в среднем 500 футов было бы удалено с суши в результате денудации. Это создало бы формацию мощностью 2500 футов, которую какой-нибудь будущий геолог мог бы назвать посттретичной формацией. Но это, заметьте, была бы лишь средняя мощность формации на этой площади; ее максимальная мощность, очевидно, была бы гораздо больше, возможно, в два, три или даже четыре раза. Геолог будущего, измеряя фактическую мощность формации, мог бы обнаружить, что в некоторых местах она достигает 10 000 футов или, возможно, гораздо больше. Но если бы материалы были распределены по всему ложу океана, формация имела бы среднюю мощность немногим более 200 футов; а распределенная по всей поверхности земного шара, она образовала бы пласт мощностью едва ли 150 футов. Поэтому при оценке средней мощности стратифицированных пород земного шара формация с максимальной мощностью 10 000 футов может представлять не более 150 футов. Формация со средней мощностью 10 000 футов представляет всего 600 футов.

Можно возразить, что, принимая нынешнюю скорость формирования осадочных отложений за среднюю скорость для всех эпох, мы, вероятно, недооцениваем общее количество сформированной породы, поскольку в течение многих ледниковых периодов, которые должны были происходить в прошлые эпохи, количество материалов, соскребаемых с каменистой поверхности суши за данный период, было бы гораздо больше, чем в настоящее время. Но в ответ следует помнить, что, хотя разрушение в покрытых льдом регионах в эти периоды было бы больше, чем сейчас, количество материалов, переносимых реками в море, было бы меньше. В наши дни большая часть материалов, переносимых нашими реками, — это не то, что удаляется с каменистой поверхности страны, а валунная глина, песок и другие материалы, которые были соскреблены в ледниковую эпоху. Поэтому возможно, что по этой причине скорость отложения в ледниковую эпоху могла быть меньше, чем в настоящее время.

Когда какая-либо конкретная формация отсутствует в данной области, обычно делается вывод, что либо формация была удалена с этой области в результате денудации, либо эта область была сушей в период, когда данная формация отлагалась. Из вышесказанного видно, что этот вывод не является правомерным; ибо, если предположить, что область находилась под водой, шансы на то, что материалы должны были отложиться на этой области, гораздо меньше, чем шансы на то, что этого не произошло. Существует шестнадцать шансов против одного, что в этой области никогда не существовало никакой формации.

Если великие впадины Атлантического, Тихого и Индийского океанов, например, так же стары, как начало лаврентийской эпохи — а они могут быть таковыми, вопреки всему, что может показать геология, — то под этими океанами может существовать мало стратифицированных пород или их может не быть вовсе. Предположение о том, что великие океанические бассейны обладают огромной древностью и что, следовательно, лишь малая часть осадочных пластов может занимать более глубокое дно моря, приобретает еще большую вероятность, если мы рассмотрим огромную протяженность и мощность древнего красного песчаника, пермских и других отложений, которые, по мнению профессора Рэмзи и других, накопились в огромных внутренних озерах.

ГЛАВА XXIII. ФИЗИЧЕСКАЯ ПРИЧИНА ПОГРУЖЕНИЯ И ПОДНЯТИЯ СУШИ В ТЕЧЕНИЕ ЛЕДНИКОВОЙ ЭПОХИ.

Displacement of the Earth’s Centre of Gravity by Polar Ice-cap.—Simple Method of estimating Amount of Displacement.—Note by Sir W. Thomson on foregoing Method.—Difference between Continental Ice and a Glacier.—Probable Thickness of the Antarctic Ice-cap.—Probable Thickness of Greenland Ice-sheet.—The Icebergs of the Southern Ocean.—Inadequate Conceptions regarding the Magnitude of Continental Ice.

Смещение центра тяжести Земли под действием полярной ледяной шапки. [206] — Чтобы представить вопрос в его наиболее простой элементарной форме, я предположу наличие ледяной шапки заданной толщины на полюсе, постепенно уменьшающейся по толщине к экватору в простой пропорции синусов широт, где на экваторе ее толщина, конечно, равна нулю. Давайте предположим, что на самом деле экваториальный диаметр земного шара несколько больше полярного, но что когда ледяная шапка помещается на одно полушарие, все вместе образует идеальную сферу.

Я начну с периода оледенения в южном полушарии. Пусть W N E S′ (рис. 5) будет твердой частью Земли, а c — ее центром тяжести. И пусть E S W будет ледяной шапкой, покрывающей южное полушарие. Давайте в первом случае предположим, что Земля имеет ту же плотность, что и шапка. Земля со своей шапкой теперь образует идеальную сферу с центром тяжести в o; ибо W N E S — это круг, а o — его центр. Предположим теперь, что все это покрыто океаном глубиной в несколько миль, океан примет сферическую форму и будет иметь равномерную глубину. Пусть теперь южное зимнее солнцестояние начнет двигаться вокруг от афелия. Ледяная шапка также начнет постепенно уменьшаться в толщине, и другая шапка начнет появляться в северном полушарии. Поскольку северная шапка может предполагаться, для простоты расчетов, увеличивающейся с той же скоростью, с которой будет уменьшаться южная, сферическая форма Земли будет всегда сохраняться. К тому времени, когда северная шапка достигнет максимума, южная шапка полностью исчезнет. Круг W N′ E S′ теперь будет представлять Землю с ее шапкой в северном полушарии, а o′ будет ее центром тяжести; ибо o′ — это центр круга W N′ E S′. И поскольку расстояние между центрами o и o′ равно N N′, толщина шапки на полюсе N N′ будет, следовательно, представлять степень, на которую был смещен центр тяжести. Это также будет представлять степень, на которую океан поднялся на северном полюсе и опустился на южном. Это очевидно; ибо, поскольку сфера W N′ E S′ во всех отношениях такая же, как сфера W N E S, за исключением лишь того, что шапка находится на противоположной стороне, поверхность океана на полюсах теперь будет находиться на том же расстоянии от центра o′, на каком она была от центра o, когда шапка покрывала южное полушарие. Следовательно, расстояние между o и o′ должно быть равно степени погружения на северном полюсе и поднятия на южном. Пренебрежем притяжением изменяющейся воды на саму воду, что позже будет рассмотрено нами.

Fig. 5.

Теперь мы рассмотрим результат, когда Земля берется со своей фактической плотностью, которая, как принято считать, составляет около 5,5. Плотность льда равна 0,92, поэтому плотность шапки по отношению к плотности Земли будет как 1 к 6.

Fig. 6.

Пусть рис. 6 представляет Землю с ледяной шапкой в северном полушарии, толщина которой, скажем, составляет 6000 футов на полюсе. Центр тяжести Земли без шапки находится в c. Когда шапка на месте, центр тяжести смещается в o, точку, находящуюся чуть более чем на 500 футов к северу от c. Если бы шапка и Земля имели одинаковую плотность, центр тяжести сместился бы в o′, центр фигуры, точку, расположенную, конечно, в 3000 футов к северу от c. Теперь весьма приблизительно верно, что океан будет стремиться приспособиться как сфера вокруг центра тяжести o. Таким образом, он, конечно, опустился бы на южном полюсе и поднялся бы в той же степени на северном, в любом отверстии или канале во льду, позволяющем воде войти.

Пусть теперь ледяная шапка будет перенесена в южное полушарие, и состояние вещей в двух полушариях будет во всех отношениях обратным. Центр тяжести тогда будет лежать к югу от c, или примерно в 1000 футов от своего прежнего положения. Следовательно, перенос шапки из одного полушария в другое вызовет полное погружение примерно на 1000 футов.

Конечно, абсурдно предполагать, что ледяная шапка могла бы когда-либо фактически достичь экватора. Вероятно, великая ледяная шапка ледниковой эпохи нигде не достигала даже половины пути к экватору. Наша шапка должна, следовательно, заканчиваться на умеренно высокой широте. Пусть она заканчивается где-то около широты севера Англии, скажем, на широте 55°. Все, что нам нужно сделать сейчас, — это просто представить, как наша шапка до этой широты переходит в жидкое состояние. Это уменьшило бы шапку до менее чем половины ее прежней массы. Но это не уменьшило бы погружение до такой степени. Ибо, хотя шапка была бы уменьшена до менее чем половины своей прежней массы, ее влияние на смещение центра тяжести не уменьшилось бы до такой степени. Это очевидно; ибо шапка, теперь простирающаяся только до 55-й широты, имеет свой центр тяжести гораздо дальше удаленным от центра тяжести Земли, чем когда она простиралась до экватора. Следовательно, она теперь обладает, пропорционально своей массе, гораздо большей силой в смещении центра тяжести Земли.

Существует еще один факт, который необходимо принять во внимание. Общий центр тяжести Земли и шапки — это не совсем та точка, вокруг которой океан стремится приспособиться. Он приспосабливается не по отношению к центру тяжести одной лишь твердой массы, а по отношению к общему центру тяжести всей массы, твердой и жидкой. Теперь вода, которая притягивается из одного полушария в другое притяжением шапки, также будет способствовать смещению центра тяжести. Она будет взаимодействовать с шапкой и перенесет истинный центр тяжести в точку за пределами центра тяжести Земли и шапки, и таким образом увеличит эффект.

Конечно, совершенно верно, что когда ледяная шапка не простирается до экватора, как в последнем предположении, и имеет меньшую плотность, чем земной шар, океан не будет приспосабливаться равномерно вокруг центра тяжести; но отклонение от идеальной равномерности настолько ничтожно, как видно из приложенной заметки сэра Уильяма Томсона, что для всех практических целей им можно полностью пренебречь.

В журнале Reader за 13 января 1866 года я выдвинул возражение против теории погружения на том основании, что понижение уровня океана из-за испарения воды для формирования ледяной шапки превысило бы погружение, возникающее в результате смещения центра тяжести Земли. Но после того, как мое письмо ушло в печать, я обнаружил, что упустил из виду некоторые важные соображения, которые, по-видимому, доказывают, что возражение не имело реального основания. Ибо в течение ледникового периода, скажем, в северном полушарии, вся масса льда, которая в настоящее время существует в южном полушарии, была бы перенесена в северное, оставляя количество жидкой воды в значительной степени неизменным.

Note on the preceding by Sir William Thomson, F.R.S.

«Оценка г-ном Кроллом влияния ледяной шапки на уровень моря весьма примечательна в своем отношении к знаменитому анализу Лапласа, поскольку она основана на том законе толщины, который ведет к выражениям, включающим только первый член ряда «функций Лапласа», или «сферических гармоник». Уравнение уровня поверхности, измененного любым заданным переносом твердого вещества, выражается приравниванием измененной потенциальной функции к константе. Эта функция, при разложении в ряд сферических гармоник, имеет в качестве первого члена потенциал, обусловленный всей массой, предположительно собранной в ее измененном центре тяжести. Следовательно, сферическая поверхность вокруг измененного центра тяжести является первым приближением в методе Лапласа решения для измененной поверхности уровня. Г-н Кролл с удивительным тактом выбрал из всех произвольных предположений, которые могут быть сделаны в качестве основы для грубых оценок изменения уровня моря из-за вариаций в полярных ледяных корках, то единственное, которое сводит к нулю все члены после первого в гармоническом ряду и делает это первое приближение (которое всегда выражает сущность результата) полным решением, не нарушенным членами, не относящимися к великому физическому вопросу».

«Г-н Кролл в предыдущей статье с удивительной ясностью упомянул об эффекте изменения в распределении воды, увеличивающем своим собственным притяжением отклонение поверхности уровня выше того, которое обусловлено заданным изменением в распределении твердого вещества. Замечание, которое он делает, что именно вокруг центра тяжести измененного твердого и измененного жидкого тел приспосабливается изменяющаяся жидкая поверхность, выражает сущность знаменитой демонстрации Лапласа об устойчивости океана и предлагает правильное элементарное решение проблемы поиска истинного изменения уровня моря, вызванного заданным изменением твердого тела. В качестве предположения, ведущего к простому расчету, давайте предположим, что твердая Земля поднимается из воды в виде огромного количества маленьких островов с плоскими вершинами, каждый из которых ограничен перпендикулярным утесом, и пусть пропорция площади воды к целому будет одинаковой во всех частях. Пусть все эти острова в одном полушарии будут покрыты льдом толщиной согласно закону, принятому г-ном Кроллом, — то есть, изменяющейся в простой пропорции синуса широты. Пусть этот лед будет удален из первого полушария и аналогичным образом распределен по островам второго. Работая согласно указаниям г-на Кролла, легко обнаружить, что изменение уровня моря, которое это вызовет, будет состоять в опускании в первом полушарии и поднятии во втором, на высоты, изменяющиеся согласно тому же закону (то есть, простой пропорциональности синусам широт), и достигающие на каждом полюсе

(1 - ω)it/1 - ωw,

где t обозначает толщину ледяной корки на полюсе; i — отношение плотности льда, а w — плотности морской воды к средней плотности Земли; и ω — отношение площади океана ко всей поверхности.

«Таким образом, например, если мы предположим ω = ⅔, и t = 6000 футов, и возьмем ⅙ и 1/5,5 в качестве плотностей льда и воды соответственно, мы найдем для поднятия уровня моря на одном полюсе и опускания на другом,

⅓ × ⅙ × 6000/1 − ²/₃ × ¹/5½ ,

или приблизительно 380 футов.

«Теперь я перейду к грубому рассмотрению того, какова вероятная степень погружения, которая в течение ледниковой эпохи могла возникнуть в результате смещения центра тяжести Земли посредством переноса полярного льда из одного полушария в другое».

Разница между материковым льдом и ледником. — Обычный ледник спускается в силу наклона своего ложа, и, как общее правило, по этой причине он тонок в своем начале и утолщается по мере спуска в нижние долины, где наклон меньше, а сопротивление движению больше. Но в случае материкового льда дело обстоит совершенно иначе. Наклон земли оказывает малое или нулевое влияние на движение льда. На континенте шириной в одну или две тысячи миль общим наклоном земли можно пренебречь; ибо любое небольшое возвышение, которое может иметь центр такого континента, не компенсирует сопротивление, оказываемое течению льда горными хребтами, холмами и другими неровностями его поверхности. Лед может двигаться с такой поверхности только в результате давления, действующего изнутри. Чтобы создать такое давление, должно происходить нагромождение льда во внутренних областях; или, другими словами, ледяной щит должен утолщаться от края к центру. Мы неизбежно приходим к тому же выводу, даже если бы мы не признали, что лед движется в результате давления сзади, а придерживались бы, напротив, того, что каждая частица льда движется под действием силы тяжести в силу собственного веса; ибо для того, чтобы иметь такое движение, должен быть наклон, и так как наклона нет на земле, он должен быть на самом льду: следовательно, мы должны заключить, что верхняя поверхность льда наклонена вверх от края к внутренним областям. Каков же тогда наименьший наклон, при котором лед будет спускаться? Г-н Хопкинс обнаружил, что лед едва движется при наклоне в один градус. У нас, следовательно, есть некоторые данные для получения по крайней мере грубой оценки вероятной толщины ледяного щита, покрывающего континент, такой, например, как Гренландия или Антарктический континент.

Вероятная толщина антарктической ледяной шапки. — Антарктический континент, как принято считать, простирается в среднем от Южного полюса вниз примерно до, по крайней мере, 70-й широты. В круглых числах мы можем принять диаметр этого континента за 2800 миль. Расстояние от края этой ледяной шапки до ее центра, Южного полюса, будет, следовательно, 1400 миль. Весь этот континент, подобно Гренландии, несомненно, покрыт одним непрерывным слоем льда, постепенно утолщающимся внутрь от края к центру. Наклон в один градус, продолжающийся на 1400 миль, даст двадцать четыре мили в качестве толщины льда на полюсе. Но предположим, что наклон верхней поверхности шапки составляет лишь половину этой величины, а именно полградуса, — а у нас нет доказательств того, что наклон столь малый был бы достаточен для сброса льда, — все же мы имеем двенадцать миль в качестве толщины шапки на полюсе. Тем, кто не привык размышлять о физических условиях проблемы, эта оценка, несомненно, может показаться несколько экстравагантной; но небольшое размышление покажет, что было бы даже более экстравагантно предполагать, что наклона менее чем в полградуса было бы достаточно для создания необходимого оттока льда. При оценке толщины щита материкового льда шириной в одну или две тысячи миль наше воображение склонно обманывать нас. Мы можем легко сформировать довольно точное чувственное представление о толщине щита; но мы не можем сформировать адекватного представления о его поверхностной площади. Мы можем представить уму с достаточной точностью толщину в несколько миль, но мы не можем сделать это в отношении площади поверхности шириной 2800 миль. Следовательно, судя о том, какую пропорцию толщина щита должна иметь к его поверхностной площади, мы склонны впадать в ошибку недооценки толщины. У нас есть яркий пример этого в отношении океана. Вещь, которая впечатляет нас наиболее сильно в отношении океана, — это его огромная глубина. Средняя глубина, скажем, в три мили производит сильное впечатление; но если бы мы могли представить уму огромную площадь океана так же правильно, как мы можем сделать это с его глубиной, мелководье, а не глубина, было бы произведенным впечатлением. Слой воды диаметром 100 ярдов и глубиной всего один дюйм не назвали бы глубоким, а очень мелким бассейном или тонким слоем воды. Но такой слой был бы правильным представлением океана в миниатюре. Если бы мы подобным образом представили глазу в миниатюре антарктическую ледяную шапку, мы назвали бы ее тонкой коркой льда. Принимая среднюю толщину льда за четыре мили, антарктический ледяной щит был бы представлен ковром, покрывающим пол столовой обычного размера. Если бы тех, кто считает вышеприведенную оценку толщины антарктической ледяной шапки экстравагантно большой, попросили набросать на бумаге сечение того, что они сочли бы шапкой умеренной толщины, девяносто девять из каждой сотни нарисовали бы сечение гораздо большей толщины, чем двенадцать миль в центре.

Диаграмма на следующей странице (рис. 7) представляет сечение через шапку, нарисованное в натуральном масштабе; верхняя поверхность щита имеет наклон в полградуса. Никто, глядя на сечение, не назвал бы его слишком толстым в центре, если бы он не был предварительно осведомлен, что оно представляет толщину в двенадцать миль в этом месте. Здесь можно упомянуть, что если бы сечение было нарисовано в гораздо большем масштабе — если бы, например, оно было сделано семь футов длиной, вместо семи дюймов, — оно показало бы глазу более поразительным образом тонкость шапки.

Но чтобы избежать всех возражений по поводу переоценки толщины шапки, я предположу, что угол верхней поверхности составляет всего четверть градуса, а толщина щита — половину того, что представлено на сечении. Толщина на полюсе тогда будет всего шесть миль вместо двенадцати, а средняя толщина шапки — две мили вместо четырех.

Fig. 7.
S. Pole.

Section across Antarctic Ice-cap, drawn to a natural scale.
Length represented by section = 2,800 miles. Thickness at centre (South Pole) = 12 miles.
Slope of upper surface = half-degree.

Есть ли какая-либо обоснованная причина для заключения, что вышесказанное является переоценкой фактической толщины антарктического льда? Это не столько из-за какой-либо априорной причины, которую можно выдвинуть против вероятности такой толщины льда, сколько потому, что она настолько превосходит наш предыдущий опыт, что мы неохотно признаем такую оценку. Если бы у нас никогда не было опыта льда толще того, что встречается в Англии, мы были бы поражены, узнав впервые, что в долинах Швейцарии лед лежит глубиной от 200 до 300 футов. Опять же, если бы мы никогда не слышали о ледниках толще швейцарских, мы едва ли могли бы поверить утверждению, что в Гренландии они на самом деле имеют толщину от 2000 до 3000 футов. Мы в этой стране давно знакомы с Гренландией; но до самого последнего времени никто не высказывал идеи, что этот континент погребен под одной непрерывной массой льда, с едва ли одной горной вершиной, возвышающейся над ледяным покровом. И если бы геологические явления ледниковой эпохи в течение стольких лет не приучили наши умы к такому экстраординарному состоянию вещей, описание гренландского льда доктором Ринком, вероятно, рассматривалось бы как экстравагантная картина дикого воображения.

Давайте теперь рассмотрим, подтверждают ли факты наблюдения и опыта, насколько они позволяют, выводы, к которым физические соображения приводят нас в отношении величины материкового льда; и более особенно в отношении льда антарктических регионов.

Во-первых. Что касается антарктического ледяного щита, наблюдение и опыт в значительной степени можно назвать полным пробелом. Один или два мореплавателя видели внешний край щита в нескольких местах, и это все. Фактически, мы судим о нынешнем состоянии внутренних областей антарктического континента в значительной мере по тому, что мы знаем о Гренландии. Но опять же, наш опыт гренландского льда почти полностью ограничен окраинами.

Мало кто проникал во внутренние области, и, за исключением доктора Хейса и профессора Норденшельда, никто, насколько мне известно, не проходил на сколько-нибудь значительное расстояние по внутреннему льду. Доктор Роберт Браун в своем интересном мемуаре «Das Innere von Grönland» [207] дает отчет об экскурсии, совершенной в 1747 году датским офицером по имени Далагер из Фредериксхоба, вблизи южной оконечности континента, во внутренние области. После путешествия в день или два он достиг возвышенности, с которой увидел внутренний лед, простирающийся непрерывной массой, насколько хватало глаз, но не смог продвинуться дальше. Доктор Браун дает отчет также об экскурсии, совершенной в начале марта 1830 года О. Б. Кильсеном, датским китобоем, из Хольстейнборга (67° с.ш.). После утомительного путешествия в несколько дней он достиг высокой точки, с которой мог видеть лед внутренних областей. На следующее утро он встал рано и к полудню достиг обширной равнины. Отсюда земля понижалась внутрь, и Кильсен теперь увидел полностью перед собой огромный ледяной щит внутренних областей. Он быстро проехал по всем маленьким холмам, озерам и ручьям, пока не достиг довольно большого озера на краю ледяного щита. Это был конец его путешествия, ибо после тщетных попыток взобраться на ледяной щит он был вынужден повернуть назад и имел несколько трудное возвращение. Когда он прибыл к фьорду, он обнаружил, что лед взломан, так что ему пришлось идти в обход по суше, по которой он достиг депо 9 марта. Расстояние, которое он прошел по прямой линии от Хольстейнборга во внутренние области, составляло восемьдесят английских миль.

Экскурсия доктора Хейса была совершена, однако, не по настоящему внутреннему льду, а по меньшему ледяному полю, соединенному с ним; в то время как экскурсия профессора Норденшельда была совершена в месте, слишком далеко на юге, чтобы дать точное представление о фактическом состоянии внутренних областей Северной Гренландии, даже если бы он проник гораздо дальше, чем он это сделал на самом деле. Однако состояние вещей, как записано Хейсом и Норденшельдом, дает нам проблеск состояния вещей во внутренних областях континента. Они оба обнаружили путем наблюдения, что следует как необходимый результат из физических соображений, что верхняя поверхность ледяной равнины, под которой погребены холмы и долины, постепенно наклоняется вверх к внутренним областям континента. Профессор Норденшельд заявляет, что, находясь в крайней точке, которой он достиг, в тридцати географических милях от побережья, он достиг высоты 2200 футов, и что внутренний лед продолжал постоянно подниматься к внутренним областям, так что горизонт к востоку, северу и югу был ограничен ледяной границей, почти такой же гладкой, как у океана» [208].

Доктор Хейс и его группа проникли внутрь на расстояние около семидесяти миль. В первый день они достигли подножия великого Mer de Glace; путешествие второго дня привело их к верхней поверхности ледяного щита. На третий день они проехали 30 миль, и подъем, который составлял около 6°, постепенно уменьшился до 2°. Они продвинулись на четвертый день примерно на 25 миль; температура была 30° ниже нуля (по Фаренгейту). «Наша станция в лагере, — говорит он, — была столь же величественной, сколь и опасной. Мы достигли высоты 5000 футов над уровнем моря и находились в 70 милях от побережья, посреди огромной замерзшей Сахары, неизмеримой для человеческого глаза. Ни холма, ни горы, ни ущелья не было видно. Мы полностью скрыли полосу земли между Mer de Glace и морем, и ни один объект не встречал глаз, кроме нашей слабой палатки, которая гнулась под ветром. Неровные облака проносились по лицу полной луны, которая, опускаясь к горизонту, мерцала сквозь дрейфующий снег, проносившийся над ледяной равниной — для глаза волнистыми линиями пушистой мягкости, для плоти — ливнями пронзительных дротиков» [209].

Доктор Ринк, ссылаясь на внутренний лед, говорит, что возвышение или высота над морем этой ледяной равнины в месте ее соединения с окраинами страны, и где она начинает понижаться через долины к заливам, в разветвлениях залива Оменак, оказывается равной 2000 футов, от которого уровня она постепенно поднимается к внутренним областям [210].

Доктор Роберт Браун, который вместе с г-ном Уимпером в 1867 году предпринял путешествие на некоторое расстояние по внутреннему льду, придерживается мнения, что Гренландия не пересекается никакими горными хребтами или возвышенностями, но что весь континент, 1200 миль в длину и 400 миль в ширину, покрыт одним непрерывным неразрывным полем льда, верхняя поверхность которого, говорит он, поднимается по пологому склону к внутренним областям [211].

Предположим теперь, что точка, достигнутая Хейсом, находится в пределах 200 миль от центра рассеивания льда, и средний наклон от этой точки к центру, как в случае антарктической шапки, составляет всего полградуса; это дало бы 10 000 футов в качестве возвышения центра над достигнутой точкой. Но достигнутая точка была на 5000 футов выше уровня моря, следовательно, поверхность льда в центре рассеивания была бы на 15 000 футов выше уровня моря, что составляет около одной четверти того, что я заключил в качестве возвышения поверхности антарктической ледяной шапки в ее центре. И если мы предположим, что общая поверхность земли имеет в центральном регионе возвышение, равное 5000 футов, что совсем не вероятно, все же это дало бы 10 000 футов для толщины льда в центре Гренландского континента. Но если мы признаем этот вывод в отношении толщины гренландского льда, мы должны признать, что антарктический лед гораздо толще, потому что толщина, при прочих равных условиях, будет зависеть от размера, или, более правильно, от диаметра континента; ибо чем больше поверхность, тем больше толщина льда, необходимая для создания давления, требуемого для того, чтобы скорость сброса льда была равна скорости увеличения. Теперь площадь антарктического континента должна быть по крайней мере в дюжину раз больше, чем площадь Гренландии.

Во-вторых. Что антарктический лед должен быть гораздо толще арктического, далее очевидно из размеров айсбергов, которые встречались в Южном океане. Никаких айсбергов высотой более трехсот футов не было найдено в арктических регионах, тогда как в антарктических регионах, как мы увидим, сообщалось об айсбергах в два и даже в три раза большей высоты.

В-третьих. У нас нет оснований полагать, что толщина льда, в настоящее время покрывающего антарктический континент, меньше той, которая покрывала континент аналогичной площади в умеренных регионах в течение ледниковой эпохи. Возьмем, например, Североамериканский континент, или, более правильно, ту его часть, которая была покрыта льдом в течение ледниковой эпохи. Профессор Дана доказал, что в течение этого периода толщина льда на американском континенте должна была во многих местах значительно превышать милю. Он показал, что над северной границей Новой Англии лед имел среднюю толщину 6500 футов, в то время как его средняя толщина над водоразделом Канады, между рекой Св. Лаврентия и Гудзоновым заливом, была не менее 12 000 футов, или более двух с четвертью миль (см. American Journal of Science and Art за март 1873 года).

Четвертое. Некоторые могут возразить против вышеприведенной оценки количества льда на антарктическом континенте на том основании, что объем снегопадов в этом регионе не может быть значительным. Однако следует иметь в виду, что независимо от того, насколько малым может быть ежегодное количество осадков в виде снега, если их выпадает больше, чем тает, лед должен продолжать накапливаться из года в год, пока его толщина в центре континента не станет достаточно большой, чтобы вызвать движение. Мнение о том, что снегопады в антарктических регионах незначительны, по-видимому, не подтверждается наблюдениями и опытом тех, кто посещал эти регионы. Капитан Уилкс из Американской исследовательской экспедиции оценил их в 30 футов в год; а сэр Джеймс Росс говорит, что в течение целого месяца у них было только три дня без снега. Тот факт, что вечные снега встречаются на уровне моря на 64° ю. ш., доказывает, что снегопады должны быть значительными. Но есть еще одно обстоятельство, которое необходимо принять во внимание, а именно: течения, несущие влагу, движутся со всех направлений к полюсу, следовательно, площадь, на которой они отлагают свой снег, становится все меньше и меньше по мере приближения к полюсу, и это должно в соответствующей степени увеличивать количество снега, выпадающего на данную площадь. Предположим, например, что облака при прохождении от 60° до 80° широты отлагают влагу, достаточную для образования, скажем, 30 футов снега в год, и что к тому времени, когда они достигают 80° широты, они обладают лишь одной десятой частью своего первоначального запаса влаги. Поскольку площадь между 80° широты и полюсом составляет лишь одну восьмую часть площади между 60° и 80°, это, тем не менее, дало бы 24 фута в качестве ежегодного количества снегопадов между 80° широты и полюсом.

Пятое. Огромные размеры и толщина айсбергов, встреченных в Южном океане, свидетельствуют о толщине антарктического ледяного щита.

Мы знаем по размерам некоторых айсбергов, встреченных в южном полушарии, что лед на краю щита, где айсберги откалываются, в некоторых случаях должен иметь толщину значительно более мили, ибо в южном полушарии были найдены айсберги толщиной более мили. Ниже приведены размеры нескольких таких огромных айсбергов, взятые из двенадцатого выпуска «Метеорологических записок», опубликованных Советом по торговле, и из превосходной статьи г-на Тоусона об айсбергах Южного океана, также опубликованной Советом по торговле. За одним или двумя исключениями, высота айсбергов была точно определена путем угловых измерений:

10 сентября 1856 г. — Судно «Lightning», находясь на 55° 33′ ю. ш. и 140° з. д., встретило айсберг высотой 420 футов.

Ноябрь 1839 г. — На 41° ю. ш. и 87° 30′ в. д. были встречены многочисленные айсберги высотой 400 футов.

Sept., 1840.—In lat. 37° S., long. 15° E., an iceberg 1,000 feet long and 400 feet high was met with.

Февраль 1860 г. — Капитан Кларк с судна «Lightning», находясь на 55° 20′ ю. ш. и 122° 45′ з. д., обнаружил айсберг высотой 500 футов и длиной 3 мили.

1 декабря 1859 г. — Айсберг высотой 580 футов и длиной от двух с половиной до трех миль был замечен капитаном Смитерсом с судна «Edmond» на 50° 52′ ю. ш. и 43° 58′ з. д. Этот айсберг настолько сильно напоминал сушу, что капитан Смитерс принял его за остров и сообщил об этом как об острове, но почти нет сомнений, что в действительности это был айсберг. Под его подветренной стороной находились обломки ледниковых отложений.

Nov., 1856.—Three large icebergs, 500 feet high, were found in lat. 41° 0′ S., long. 42° 0′ E.

Январь 1861 г. — Пять айсбергов, один из которых высотой 500 футов, были встречены на 55° 46′ ю. ш. и 155° 56′ з. д.

Январь 1861 г. — На 56° 10′ ю. ш. и 160° 0′ з. д. был обнаружен айсберг высотой 500 футов и длиной полмили.

Январь 1867 г. — Барк «Scout», следовавший с западного побережья Америки в Ливерпуль, прошел мимо нескольких айсбергов высотой 600 футов и значительной длины.

Апрель 1864 г. — Судно «Royal Standard» столкнулось с айсбергом высотой 600 футов.

Декабрь 1856 г. — Четыре больших айсберга, один из них высотой 700 футов, а другой 500 футов, были встречены на 50° 14′ ю. ш. и 42° 54′ в. д.

Dec. 25th, 1861.—The Queen of Nations fell in with an iceberg in lat. 53° 45′ S., long. 170° 0′ W., 720 feet high.

Декабрь 1856 г. — Капитан П. Уэйкем с корабля «Ellen Radford» обнаружил на 52° 31′ ю. ш. и 43° 43′ з. д. два больших айсберга, один из которых был высотой не менее 800 футов.

Г-н Тоусон заявляет, что один из наших самых известных и талантливых морских геодезистов сообщил ему, что видел в южных регионах айсберги высотой 800 футов.

March 23rd, 1855.—The Agneta passed an iceberg in lat. 53° 14′ S., long. 14° 41′ E., 960 feet in height.

16 августа 1840 г. — Голландское судно «General Baron von Geen» прошло мимо айсберга высотой 1000 футов на 37° 32′ ю. ш. и 14° 10′ в. д.

15 мая 1859 г. — Судно «Roseworth» обнаружило на 53° 40′ ю. ш. и 123° 17′ з. д. айсберг размером с остров Тристан-да-Кунья.

В регионах, где было встречено большинство этих айсбергов, средняя плотность морской воды составляет около 1,0256. Плотность льда равна 0,92. Таким образом, отношение плотности айсбергов к плотности морской воды составляет от 1 к 1,115; следовательно, каждый фут льда над водой указывает на 8,7 фута под водой. Отсюда следует, что те айсберги высотой 400 футов имели 3480 футов под водой — следовательно, общая толщина льда составила бы 3880 футов. Айсберги высотой 500 футов имели бы толщину 4850 футов, айсберги высотой 600 футов имели бы общую толщину 5820 футов, а айсберги высотой 700 футов имели бы толщину не менее 6790 футов, что составляет более мили с четвертью. Айсберг высотой 960 футов, замеченный судном «Agneta», имел бы толщину 9312 футов, что составляет более мили с тремя четвертями.

Хотя массу айсберга под водой по сравнению с надводной частью можно принять примерно как 8,7 к 1, не всегда было бы безопасно заключать, что толщина льда под водой находится в той же пропорции к его высоте над водой. Если, например, айсберг у основания намного шире, чем у вершины, толщина льда под водой будет составлять меньшую пропорцию к высоте над водой, чем 8,7 к 1. Но айсберг, подобный тому, который зафиксировал капитан Кларк, высотой 500 футов и длиной три мили, должен был иметь над водой лишь 1/8,7 часть своей общей толщины. То же самое замечание относится и к айсбергу, виденному капитаном Смитерсом, который был высотой 580 футов и настолько велик, что его приняли за остров. Этот айсберг должен был иметь толщину 5628 футов. Огромный айсберг, который столкнулся с «Royal Standard», должен был иметь толщину 5820 футов. Не указано, какой длины были айсберги высотой соответственно 730, 960 и 1000 футов; но даже если мы сделаем значительную скидку на возможность того, что пропорциональная толщина льда под водой к надводной могла быть меньше, чем 8,7 к 1, мы все равно вряд ли сможем избежать вывода, что толщина айсбергов значительно превышала милю. Но если существуют айсберги толщиной более мили, значит, где-то в южном полушарии должен быть наземный лед такой толщины. Короче говоря, великий антарктический ледяной щит в некоторых местах должен иметь толщину более мили у своего края.

Неадекватные представления о масштабах материкового льда. — Мало что в такой степени вводило геологов в заблуждение при интерпретации ледниковых явлений, как неадекватные представления о масштабах материкового льда. Без концепции материкового льда известные факты, связанные с оледенением, были бы совершенно необъяснимы. Только когда выяснилось, что накопленные факты не поддаются объяснению никакой другой концепцией, вера в само существование такого явления, как материковый лед, стала общепринятой. Но хотя большинство геологов теперь признают существование материкового льда, тем не менее, адекватные представления о его реальных масштабах отнюдь не являются общепринятыми. Год за годом, по мере накопления выдающихся фактов, связанных с оледенением, мы вынуждены расширять наши представления о масштабах наземного льда. Возьмем в качестве примера следующее. Было обнаружено, что перенос блоков Уэстдейл-Крэг, направление штриховки на островах Балтийского моря, на Кейтнессе, а также на Оркнейских, Шетландских и Фарерских островах, валунная глина с раздробленными раковинами в Кейтнессе, Холдернессе и других местах были необъяснимы с точки зрения теории наземного льда. Но это было так только вследствие неадекватности наших представлений о масштабах льда; ибо небольшое расширение наших идей о его толщине объяснило не только эти явления, но и другие, столь же примечательного характера, такие как штриховка на острове Лонг-Айленд и погруженные скальные бассейны вокруг наших берегов, описанные г-ном Джеймсом Гейки. Точно так же, если мы примем теорию ледникового периода, изложенную в предыдущих главах, все, что действительно необходимо для объяснения погружения суши, — это небольшое расширение наших до сих пор предвзятых оценок толщины льда на антарктическом континенте. Если мы просто примем вывод, к которому нас неизбежно приводят все физические соображения, как мы видели, а именно, что антарктический континент покрыт ледяной мантией толщиной не менее двух миль, то мы получим полное объяснение причины погружения суши во время ледникового периода.

Хотя это не имеет большого значения для рассматриваемого вопроса, можно отметить, что, за исключением самой суровой части ледникового периода, у нас нет оснований полагать, что общее количество льда на земном шаре было намного больше, чем в настоящее время, только тогда он весь находился бы в одном полушарии. Удалите две мили льда с антарктического континента и поместите их в северное полушарие, и это, наряду со льдом, который сейчас существует в этом полушарии, по всей вероятности, будет равно количеству, существовавшему в нашем полушарии во время ледникового периода; по крайней мере, до того, как он достиг своей максимальной суровости.

ГЛАВА XXIV. ФИЗИЧЕСКАЯ ПРИЧИНА ПОГРУЖЕНИЯ И ПОДНЯТИЯ СУШИ ВО ВРЕМЯ ЛЕДНИКОВОГО ПЕРИОДА. — Продолжение.

Extent of Submergence from Displacement of Earth’s Centre of Gravity.—Circumstances which show that the Glacial Submergence resulted from Displacement of the Earth’s Centre of Gravity.—Agreement between Theory and observed Facts.—Sir Charles Lyell on submerged Areas during Tertiary Period.—Oscillations of Sea-level in Relation to Distribution.—Extent of Submergence on the Hypothesis that the Earth is fluid in the Interior.

Степень погружения вследствие смещения центра тяжести Земли. — Насколько же перенос двух миль льда из южного полушария в северное поднял бы уровень океана в последнем полушарии? Эта масса, заметим, равна лишь половине той, что представлена в нашем сечении. Возникло значительное количество дискуссий относительно метода определения этого пункта. Согласно методу, уже подробно описанному, который предполагает, что подъем на полюсе равен степени смещения центра тяжести Земли, подъем на Северном полюсе составил бы около 380 футов, принимая во внимание эффект, производимый вытесненной водой; а подъем на широте Эдинбурга составил бы 312 футов. Падение уровня в южном полушарии, конечно, было бы равно подъему уровня в северном. Согласно методу, предложенному г-ном Д. Д. Хитом, подъем уровня на Северном полюсе составил бы около 650 футов. Метод архидиакона Пратта делает подъем еще больше; в то время как согласно методу преподобного О. Фишера подъем составил бы не менее 2000 футов. Существует, однако, еще одно обстоятельство, которое необходимо принять во внимание, что даст дополнительный подъем более чем на сто футов.

Наибольшая степень смещения центра тяжести Земли и, следовательно, наибольший подъем океана, возникающий в результате этого смещения, конечно, произошли бы во время максимального оледенения, когда весь лед находился в одном полушарии. Но из-за следующего обстоятельства, в какое-то значительное время, либо до, либо после периода максимального оледенения, мог бы произойти еще больший подъем, чем тот, который является результатом одного лишь смещения центра тяжести Земли.

Совсем не вероятно, что лед таял бы в теплом полушарии с той же скоростью, с какой он образовывался бы в холодном полушарии. Вероятно, что лед таял бы в теплом полушарии быстрее, чем образовывался в холодном. Предположим, что во время ледникового периода, в то время, когда холод постепенно усиливался в северном полушарии, а тепло — в южном, лед таял бы с антарктического континента быстрее, чем он образовывался в арктических и субарктических регионах; предположим также, что к тому времени, когда в северном полушарии накопилось бы количество льда, равное половине того, что существует в настоящее время на антарктическом континенте, весь антарктический лед растаял бы, тогда море было бы полнее, чем в настоящее время, на величину воды, полученной от одной мили растаявшего льда. Высота, на которую это подняло бы общий уровень моря, была бы следующей:

Антарктический ледяной щит по площади равен 1/23,46 площади, покрытой океаном. Принимая плотность льда к плотности воды как 0,92 к 1, следует, что 25 футов 6 дюймов льда, растаявшего с щита, подняли бы общий уровень океана на один фут, а одна миля растаявшего льда подняла бы уровень на 200 футов. Эти 200 футов подъема, возникающие в результате растаявшего льда, мы должны добавить к подъему, возникающему в результате смещения центра тяжести Земли. Удаление двух миль льда с антарктического континента сместило бы центр тяжести на 190 футов, а образование массы льда, равной половине этого количества в арктических регионах, перенесло бы центр тяжести еще на 95 футов; в сумме давая общее смещение на 285 футов, тем самым вызывая подъем уровня моря на Северном полюсе на 285 футов, а на широте Эдинбурга — на 234 фута. Добавьте к этому подъем на 200 футов, возникающий в результате растаявшего льда, и мы получим 485 футов погружения на полюсе и 434 фута на широте Эдинбурга. Подъем до аналогичной степени мог бы, вероятно, произойти после периода максимального оледенения, когда лед таял бы в северном полушарии быстрее, чем образовывался бы в южном.

Если мы предположим, что антарктический ледяной щит такой толщины, как представлено на диаграмме, степень погружения, конечно, была бы вдвое больше вышеуказанной, и в этом случае мы могли бы иметь подъем уровня моря на широте Эдинбурга в пределах от 800 до 1000 футов. Но как бы то ни было, очевидно, что количество льда на антарктическом континенте вполне достаточно для объяснения погружения ледникового периода, ибо у нас мало доказательств того, что общее погружение значительно превышало 400 или 500 футов. У нас есть доказательства в Англии и других местах погружения в пределах от 1000 до 2000 футов, но они могут быть вполне локальными, возникающими в результате опускания суши в этих конкретных районах. Поднятия и опускания суши происходили во все времена, и, несомненно, во время ледникового периода тоже.

Обстоятельства, показывающие, что ледниковое погружение произошло в результате смещения центра тяжести Земли. — В пользу этого взгляда на причину погружения ледникового периода говорит тот факт, что в каждой части земного шара, где было обнаружено оледенение, вместе с ним были найдены и доказательства погружения суши. Неизменное возникновение погружения вместе с оледенением указывает на некоторую физическую связь между ними. Это, по-видимому, подразумевает либо то, что оба они были прямыми следствиями общей причины, либо то, что одно было причиной другого; то есть погружение — причиной оледенения, или оледенение — причиной погружения. Я полагаю, что не существует никакой известной причины, с которой оба они могли бы быть непосредственно связаны как следствия. И я не думаю, что найдется кто-либо, кто предположил бы, что погружение суши могло быть причиной ее оледенения, даже если бы он приписывал все ледниковые эффекты плавающему льду. Погружение нашей страны, конечно, позволило бы плавающему льду проходить над ней, если бы таковой был; но погружение не произвело бы льда, равно как и не принесло бы лед из арктических регионов, где он уже существовал. Но хотя погружение не могло быть причиной ледникового периода, мы можем, как только что видели, легко понять, как лед ледникового периода мог быть причиной погружения. Если ледниковый период был вызван увеличением эксцентриситета земной орбиты, то погружение суши по мере накопления льда было физической необходимостью.

Существует еще одно обстоятельство, связанное с ледниковым погружением, которое трудно примирить с идеей о том, что оно произошло в результате опускания суши. Хорошо известно, что во время ледникового периода суша находилась под водой не один раз, а несколько; и, кроме того, существовало не просто несколько периодов, когда суша находилась на более низком уровне по отношению к морю, чем в настоящее время, но также было несколько периодов, когда она находилась на гораздо более высоком уровне, чем сейчас. И это справедливо не только для нашей собственной страны, но и для каждой страны в северном полушарии, где было обнаружено оледенение. Все это вытекает как необходимое следствие из теории о том, что колебания уровня моря произошли в результате переноса льда из одного полушария в другое; но это совершенно несовместимо с идеей о том, что они произошли в результате поднятий и опусканий суши в очень недавний период.

Но это еще не все, есть еще многое, что требует объяснения. Преобладало мнение, что в то время, когда суша была покрыта льдом, она находилась на гораздо большей высоте, чем в настоящее время. Однако не утверждается, что факты геологии устанавливают такой вывод. Большая высота суши просто принимается как гипотеза для объяснения холода. Факты геологии, однако, быстро устанавливают противоположный вывод, а именно: когда страна была покрыта льдом, суша находилась по отношению к морю на более низком уровне, чем в настоящее время, а континентальные периоды или времена, когда суша находилась по отношению к морю на более высоком уровне, чем сейчас, были теплыми межледниковыми периодами, когда страна была свободна от снега и льда, и преобладали мягкие и ровные климатические условия. Это вывод, к которому нас подводят более недавние открытия геологии поверхности, а также некоторые факты, связанные с географическим распределением растений и животных во время ледникового периода.

Простое возникновение подъема и опускания суши по отношению к уровню моря в одной или двух странах во время ледникового периода не обязательно подразумевало бы какую-либо физическую связь. Совпадение этих движений с оледенением суши могло быть чисто случайным; но когда мы обнаруживаем, что последовательность таких движений происходила не просто в одной или двух странах, а в каждой оледеневшей стране, где проводились надлежащие наблюдения, мы вынуждены прийти к выводу, что связь между ними не случайна, а является результатом некоторой фиксированной причины.

Если мы признаем, что увеличение эксцентриситета земной орбиты было причиной ледникового периода, то мы должны признать, что все эти результаты последовали как необходимые следствия. Ибо если ледниковый период длился более ста тысяч лет или около того, то существовала бы последовательность холодных и теплых периодов, и, следовательно, последовательность поднятий и опусканий уровня моря. И поднятия уровня моря происходили бы во время холодных периодов, а опускания — во время теплых периодов.

Но согласие между теорией и наблюдаемыми фактами на этом не заканчивается. Из теории следует, что наибольшие колебания уровня моря происходили бы во время самой суровой части ледникового периода, когда эксцентриситет земной орбиты имел бы свое наибольшее значение, и что колебания постепенно уменьшались бы по мере того, как эксцентриситет уменьшался, а климат постепенно становился менее суровым. Теперь хорошо известно, что именно это и произошло; великое погружение, так же как и великое поднятие или континентальный период, произошло во время более ранней или более суровой части ледникового периода, и по мере того, как климат становился менее суровым, эти изменения становились менее значительными, пока мы не обнаруживаем, что они заканчиваются нашими погруженными лесами и 25-футовым поднятым пляжем.

Следовательно, согласно выдвинутой теории, сам факт того, что какая-то область находилась под морем, не означает, что происходило какое-либо опускание или поднятие суши, и что, следовательно, вывод, который был сделан из этих погруженных областей относительно изменений в физической географии, во многих случаях может быть недостаточно обоснованным.

Сэр Чарльз Лайель в своих «Принципах» публикует карту, показывающую площадь поверхности в Европе, которая была покрыта морем с ранней части третичного периода. Эта карта призвана показать чрезвычайную степень опускания и поднятия суши, которые произошли в течение этого периода. Для теории сэра Чарльза о причине ледникового периода необходимо, чтобы изменения в физической географии земного шара в огромных масштабах произошли в очень недавний период, чтобы объяснить значительное изменение климата, которое произошло в ту эпоху. Но если вышеприведенные результаты хоть сколько-нибудь верны, то не обязательно следует, что должны были произойти большие изменения в физической географии Европы просто потому, что море покрывало те области, которые отмечены на карте, ибо это могло быть вызвано колебаниями уровня моря, а не изменениями суши. На самом деле, области, отмеченные на карте сэра Чарльза как покрытые морем, — это как раз те, которые были бы покрыты, если бы уровень моря поднялся на несколько сотен футов. Несомненно, во многих областях, отмеченных на карте, в течение третичного периода происходили поднятия и опускания, и этой причиной может быть объяснена значительная часть погружения; но я почти не сомневаюсь, что по большей части это должно быть приписано колебаниям уровня моря. Не является возражением то, что большая часть раковин и других органических остатков, найденных в морских отложениях этих областей, не указывает на холодные или ледниковые условия климата, ибо, как мы видели, наибольшее погружение, вероятно, произошло либо до того, как установился более суровый холод, либо после того, как он в значительной степени прошел. То, что погружение этих областей, вероятно, произошло в результате поднятий уровня моря, а не опусканий суши, далее очевидно из следующих соображений. Если мы предположим, что климат ледникового периода был вызван главным образом изменениями в физической географии земного шара, мы должны предположить, что эти великие изменения произошли, геологически говоря, в очень недавнее время. Затем, когда мы спрашиваем, есть ли какие-либо основания предполагать, что какое-либо такое изменение в отношениях моря и суши, которое требуется, действительно произошло, погружение этих областей приводится в качестве доказательства. Если бы из физической необходимости следовало, что все погружение должно быть результатом опускания суши, а не поднятий моря, то в приведенных доводах была бы некоторая сила. Но такой вывод отнюдь не следует, и априори столь же вероятно, что появление льда было причиной погружения, как и то, что погружение было причиной появления льда. Опять же, опускание суши до требуемой степени в значительной степени изменило бы конфигурацию страны и основные речные системы Европы; но нет никаких доказательств того, что какое-либо такое изменение произошло. Хорошо известно, что все основные долины существовали до ледникового периода, и наши реки занимали тогда те же русла, что и сейчас. В случае с некоторыми из меньших потоков, правда, в некоторых точках произошло небольшое отклонение из-за заполнения их русел ледниковыми отложениями во время ледникового периода; но как общее правило, все основные долины и речные системы старше ледникового периода. Это, конечно, не могло бы быть так, если бы действительно произошло опускание суши, достаточно значительное, чтобы объяснить погружение рассматриваемых областей, или изменения в физической географии Европы, необходимые для создания ледникового периода. Полное отсутствие каких-либо геологических доказательств существования какого-либо изменения, которое могло бы объяснить либо погружение рассматриваемых областей, либо климат ледникового периода, является сильным доказательством того, что погружение ледникового периода, как и рассматриваемых областей, было результатом простого колебания уровня моря, возникшего в результате смещения центра тяжести Земли из-за переноса ледяного щита из южного полушария в северное.

Колебания уровня моря в отношении распределения. — Колебания уровня моря, возникающие в результате смещения центра тяжести Земли, помогают пролить новый свет на некоторые неясные моменты, связанные с предметом географического распределения растений и животных. В то время, когда во время ледникового периода лед находился в южном полушарии, а северное полушарие наслаждалось теплым и ровным климатом, уровень моря был бы на несколько сотен футов ниже, чем в настоящее время, Северное море, вероятно, было бы сушей, а Великобритания и Ирландия были бы соединены с континентом, тем самым открывая путь с континента на наш остров. Как было показано в предыдущих главах, во время межледниковых периодов климат был бы намного теплее и ровнее, чем сейчас, так что животные с юга, такие как бегемот, гиена, лев, Elephas antiquus и Rhinoceros megarhinus, мигрировали бы в эту страну, где в настоящее время они не могли бы жить из-за холода. Таким образом, у нас есть объяснение, как было предложено в предыдущем случае, того факта, что кости этих животных найдены смешанными в одной могиле с костями овцебыка, мамонта, северного оленя и других животных, которые жили в этой стране во время холодных периодов ледникового периода; животные с севера переходили бы в эту страну по замерзшему морю во время холодных периодов, в то время как животные с юга находили бы Ла-Манш сушей во время теплых периодов.

То же самое рассуждение будет в равной степени справедливо и в отношении старого и нового света. Глубина Берингова пролива составляет менее 30 морских саженей; следовательно, понижение уровня моря менее чем на 200 футов соединило бы Азию с Америкой и, таким образом, позволило бы растениям и животным, как полагает г-н Дарвин, переходить с одного континента на другой. В течение этого периода, когда Берингов пролив был бы сушей, Гренландия была бы сравнительно свободна от льда, а арктические регионы наслаждались бы сравнительно мягким климатом. В этом случае растения и животные, принадлежащие к умеренным регионам, могли бы воспользоваться этим проходом, и таким образом мы можем объяснить, как растения, принадлежащие к умеренным регионам, могли во время миоценового периода перейти со старого континента на новый и vice versâ.

Как уже было замечено, во время наибольшего распространения льда количество льда в южном полушарии могло быть значительно больше того, что существует на всем земном шаре в настоящее время. В этом случае могло бы, в дополнение к понижению уровня моря, возникающему в результате смещения центра тяжести Земли, произойти значительное понижение в результате осушения океана для образования дополнительного льда. Это уменьшение и увеличение общего количества льда, которое мы рассмотрели, повлияло бы на уровень океана в такой же степени на экваторе, как и на полюсах; следовательно, во время ледникового периода на экваторе могли быть поднятия и опускания уровня моря в пределах нескольких сотен футов.

Степень погружения при гипотезе о том, что Земля внутри жидкая. — Но мы исходили из предположения, что Земля твердая до самого центра. Если мы предположим, однако, что является общим мнением среди геологов, что она состоит из жидкого ядра, окруженного толстой и жесткой корой или оболочкой, то степень погружения, возникающая в результате смещения центра тяжести для данной толщины льда, должна быть намного больше, чем я оценил. Это очевидно, потому что, если внутренность земного шара находится в жидком состоянии, она, по всей вероятности, состоит из материалов, различающихся по плотности. Самые плотные материалы будут в центре, а наименее плотные — снаружи или на поверхности. Теперь перенос ледяного щита с одного полюса на другой не просто вытеснит океан — жидкую массу снаружи оболочки, — но он также вытеснит более тяжелые жидкие материалы внутри оболочки. Другими словами, более тяжелые материалы будут притягиваться ледяным щитом сильнее, чем более легкие, следовательно, они будут приближаться к щиту до определенной степени, погружаясь, так сказать, в более легкие материалы и вытесняя их к противоположному полюсу. Это смещение, конечно, будет стремиться сдвинуть центр тяжести Земли в направлении ледяного щита, потому что более тяжелые материалы смещаются в этом направлении, а более легкие материалы — в противоположном. Этот процесс, возможно, будет лучше понят из следующих рисунков.

Fig. 8.                                                                                Fig. 9.

O. The Ocean.              S. Solid Crust or Shell.
F, F¹, F², F³. The various concentric layers of the fluid interior. The layers increase in density towards the centre.
I. The Ice-cap.              C. Centre of gravity.
C¹. The displaced centre of gravity.

На рис. 8, где нет ледяного щита, центр тяжести Земли совпадает с центром концентрических слоев жидкого ядра. На рис. 9, где ледяной щит помещен на один полюс, концентрический слой F1, будучи плотнее слоя F, притягивается к щиту сильнее, чем F, и, следовательно, погружается на определенную глубину в F. Опять же, F2, будучи плотнее F1, также погружается до определенной степени в F1. И опять же F3, масса в центре, будучи плотнее F2, также погружается в F2. Все это, будучи объединенным с эффектами ледяного щита и вытесненного океана снаружи оболочки, центр тяжести всего земного шара будет уже не в C, а в C1, на значительном расстоянии ближе к стороне оболочки, на которой покоится щит, чем C, а также на значительном расстоянии ближе, чем он был бы, если бы внутренность земного шара была твердой. Здесь есть три причины, стремящиеся сдвинуть центр тяжести: (1) ледяной щит, (2) вытесненный океан и (3) вытесненные материалы внутри. Две из трех причин взаимно реагируют друг на друга таким образом, что усиливают эффект друг друга. Таким образом, чем больше океан притягивается в направлении ледяного щита, тем больше эффект он оказывает на притягивание более тяжелых материалов внутри в том же направлении; и, в свою очередь, чем больше более тяжелые материалы внутри притягиваются к щиту, тем больше смещение центра тяжести Земли, и, конечно, как следствие, тем больше смещение океана. Можно заметить также, что при прочих равных условиях, чем тоньше твердая кора или оболочка и чем больше разница в плотности жидких материалов внутри, тем больше будет степень смещения океана, потому что тем больше будет смещение центра тяжести.

Отсюда следует, что если бы мы знали (1) степень общего погружения ледникового периода и (2) нынешнее количество льда в южном полушарии, мы могли бы определить, является ли Земля жидкой внутри или нет.

ГЛАВА XXV. ВЛИЯНИЕ НАКЛОНА ЭКЛИПТИКИ НА КЛИМАТ И НА УРОВЕНЬ МОРЯ.

The direct Effect of Change of Obliquity on Climate.—Mr. Stockwell on the maximum Change of Obliquity.—How Obliquity affects the Distribution of Heat over the Globe.—Increase of Obliquity diminishes the Heat at the Equator and increases that at the Poles.—Influence of Change of Obliquity on the Level of the Sea.—When the Obliquity was last at its superior Limit.—Probable Date of the 25-foot raised Beach.—Probable Extent of Rise of Sea-level resulting from Increase of Obliquity.—Lieutenant-Colonel Drayson’s and Mr. Belt’s Theories.—Sir Charles Lyell on Influence of Obliquity.

Прямое влияние изменения наклона эклиптики на климат. — Существует еще одна причина, которая, я убежден, должна была в очень значительной степени повлиять на климат в прошлые геологические эпохи. Я имею в виду изменение наклона эклиптики. Эта причина давно привлекает внимание геологов и физиков, и вывод, к которому обычно приходят, заключается в том, что ей нельзя приписать большого эффекта. Уделив особое внимание этому вопросу, я пришел к прямо противоположному выводу. Совершенно верно, как утверждалось, что изменения наклона эклиптики не могут заметно повлиять на климат умеренных регионов; но это произведет небольшое изменение климата тропических широт и очень значительный эффект на климат полярных регионов, особенно на самих полюсах. Теперь мы кратко рассмотрим этот вопрос.

Лапласом было обнаружено, что наклон эклиптики будет колебаться в пределах 1° 22′ 34″ по обе стороны от 23° 28′, наклона в 1801 году. Этот вопрос недавно был изучен г-ном Стоквеллом, и результаты, к которым он пришел, почти идентичны результатам Лапласа. «Среднее значение наклона», — говорит он, — «как кажущейся, так и фиксированной эклиптики к экватору составляет 23° 17′ 17″. Пределы наклона кажущейся эклиптики к экватору составляют 24° 35′ 58″ и 21° 58′ 36″; откуда следует, что наибольшее и наименьшее склонения Солнца в солнцестояния никогда не могут отличаться друг от друга более чем на 2° 37′ 22″».

Это изменение лишь незначительно повлияет на климат умеренных регионов, но оно окажет очень значительное влияние на климат полярных регионов. Согласно г-ну Мичу, если 365,24 тепловых дня представляют нынешнее общее годовое количество тепла, получаемого на экваторе от Солнца, то 151,59 тепловых дня будут представлять количество, получаемое на полюсах. Принимая его метод расчета, оказывается, что когда наклон эклиптики находится на максимуме, установленном Лапласом, количество, получаемое на экваторе, составило бы 363,51 тепловых дня, а на полюсах — 160,04 тепловых дня. Таким образом, экватор получал бы на 1,73 тепловых дня меньше тепла, а полюса — на 8,45 тепловых дня больше тепла, чем в настоящее время.

ANNUAL AMOUNT OF SUN’S HEAT.

Amount in 1801. Obliquity 23° 28′. | Amount at maximum, 24° 50′ 34″. | Difference.
Latitude. | Thermal days. | Thermal days. | Thermal days.
  0 | 365·24 | 363·51 | −1·73
40 | 288·55 | 288·32 | −0·23
70 | 173·04 | 179·14 | +6·10
80 | 156·63 | 164·63 | +8·00
90 | 151·59 | 160·04 | +8·45

Когда наклон был на максимуме, полюса, следовательно, получали бы 19 лучей на каждые 18, которые они получают в настоящее время. Полюса тогда получали бы почти столько же тепла, сколько получает в настоящее время 76° широты.

Увеличение наклона не будет заметно влиять на полярную зиму. Правда, это немного увеличило бы ширину фригидной зоны, но продолжительность зимы на полюсах осталась бы неизменной. После того как Солнце исчезает за горизонтом, его лучи полностью отсекаются, так что дальнейшее опускание на 1° 22′ 34″ не внесло бы существенной разницы в климат. В умеренных регионах высота Солнца в зимнее солнцестояние была бы на 1° 22′ 34″ меньше, чем в настоящее время. Это немного увеличило бы холод зимы в этих регионах. Но увеличение количества тепла, получаемого полярными регионами, существенно повлияло бы на состояние полярного лета. Каков же тогда подъем температуры на полюсах, который возник бы в результате увеличения на 8,45 тепловых дня в общем количестве, получаемом от Солнца?

Увеличение на 8,45 тепловых дня, или 1/18 часть от общего количества, получаемого от Солнца, согласно методу расчета, принятому в гл. II, произвело бы, при прочих равных условиях, повышение средней годовой температуры, равное 14° или 15°.

Согласно профессору Дове, существует разница в 7,6° между средней годовой температурой 76° широты и полюсом; температура первого составляет 9,8°, а второго — 2,2°. Поскольку следует, что когда наклон эклиптики находится на максимуме, полюса получали бы в год примерно столько же тепла, сколько получает в настоящее время 76° широты, можно предположить, что температура полюсов в тот период не должна быть выше, чем температура 76° широты в настоящее время. Небольшое размышление, однако, покажет, что это отнюдь не следует. Таблицы профессора Дове правильно представляют среднюю годовую температуру, соответствующую каждому десятому градусу широты от экватора до полюса. Но следует заметить, что скорость, с которой температура уменьшается от экватора к полюсу, не пропорциональна уменьшению общего количества тепла, получаемого от Солнца по мере нашего продвижения от экватора к полюсу. Если бы средняя годовая температура различных широт была пропорциональна количеству прямого тепла, получаемого от Солнца, экватор был бы намного теплее, чем он есть на самом деле в настоящее время, а полюса — намного холоднее. Причина этого, как было показано в главе II, совершенно очевидна. Существует постоянный перенос тепла от экватора к полюсам и холода от полюсов к экватору. Теплая вода экватора постоянно течет к полюсам, а холодная вода на полюсах постоянно течет к экватору. То же самое происходит и в отношении воздушных потоков. Следовательно, большая часть прямого тепла Солнца идет не на повышение температуры экватора, а на нагревание полюсов. И, с другой стороны, холодные материалы на полюсах переносятся к экватору и тем самым в значительной степени понижают температуру этой части земного шара. Нынешняя разница температур между 76° широты и полюсом, определенная в соответствии со скоростью, с которой температура уменьшается между экватором и полюсом, составляет всего около 7° или 8°. Но если бы не было взаимного переноса теплых и холодных материалов между экваториальными и полярными регионами и если бы температура каждой широты зависела исключительно от прямых лучей Солнца, разница намного превысила бы эту величину.

Теперь, когда наклон эклиптики был на своем верхнем пределе, а полюса получали примерно на 1/18 больше прямого тепла от Солнца, чем в настоящее время, повышение температуры, обусловленное этим увеличением тепла, было бы намного больше, чем 7° или 8°. Оно, вероятно, было бы почти вдвое больше этой величины.

«Мы можем, следовательно, заключить, что когда наклон эклиптики был на максимуме, а полюса получали на 1/18 больше тепла, чем в настоящее время, температура полюсов должна была быть примерно на 14° или 15° теплее, чем в настоящее время, при условии, конечно, что это дополнительное тепло использовалось полностью на повышение температуры. Если бы полярные регионы были свободны от снега и льда, большая часть дополнительного тепла пошла бы на повышение температуры. Но так как эти регионы покрыты снегом и льдом, дополнительное тепло не оказало бы никакого эффекта на повышение температуры, а просто растопило бы снег и лед. Покрытая льдом поверхность, на которую падали лучи, никогда не могла бы подняться выше 32°. В рассматриваемый период общее годовое количество льда, растаявшего на полюсах, было бы на 1/18 больше, чем в настоящее время».

Общий эффект, который изменение наклона эклиптики оказало бы на климат полярных регионов в сочетании с эффектами, возникающими в результате эксцентриситета земной орбиты, был бы таким: — Когда эксцентриситет имел очень высокое значение, полушарие, чья зима приходилась на афелий (по физическим причинам, которые уже обсуждались), находилось бы в состоянии оледенения, в то время как другое полушарие, имеющее зиму в перигелии, наслаждалось бы теплым и ровным климатом. Когда наклон эклиптики был на максимуме, и на полюса падало на 1/18 больше тепла, чем в настоящее время, эффект заключался бы в том, чтобы в значительной степени смягчить суровость оледенения в полярной зоне полушария, находящегося в ледниковом состоянии, и, с другой стороны, произвести более быстрое таяние льда в другом полушарии, наслаждающемся ровным климатом. Эффекты эксцентриситета и наклона, объединенные таким образом, вероятно, полностью удалили бы полярный ледяной щит с последнего полушария, и на полюсе могли бы расти лесные деревья. Опять же, когда наклон был в минимальном состоянии и до полюсов доходило меньше тепла, чем в настоящее время, оледенение первого полушария увеличилось бы, а тепло второго — уменьшилось.

Влияние изменения наклона эклиптики на уровень моря. — Один очень примечательный эффект, который, по-видимому, косвенно возникает в результате изменения наклона при определенных условиях, — это влияние на уровень моря. Поскольку это, вероятно, могло иметь некоторое отношение к тем недавним изменениям уровня моря, с которыми история подводных лесов и поднятых пляжей сделала нас всех такими знакомыми, может быть интересно подробно остановиться на этой части данного предмета.

Представляется почти несомненным, что в то время, когда северное зимнее солнцестояние было в афелии в последний раз, должен был произойти подъем моря в северном полушарии на значительное количество футов из-за комбинированного эффекта эксцентриситета и наклона. Около 11 700 лет назад северное зимнее солнцестояние было в афелии. Эксцентриситет в то время составлял 0,0187, будучи несколько больше, чем сейчас; но поскольку зимы приходились на афелий, а не, как сейчас, на перигелий, они по этой причине были бы, вероятно, на 10° или 15° холоднее, чем в настоящее время. Вероятно также, по причинам, изложенным в предыдущей главе, что Гольфстрим в то время был бы значительно меньше, чем сейчас. Это стремилось бы понизить температуру еще в большей степени. Поскольку снег вместо дождя должен был выпадать зимой в большей степени, чем в настоящее время, это, несомненно, должно было произвести небольшое увеличение количества льда в северном полушарии, если бы не вступила в действие никакая другая причина. Но состояние вещей, у нас есть все основания полагать, должно было быть затронуто большим наклоном эклиптики в тот период. У нас нет формулы, кроме, пожалуй, той, что дана г-ном Стоквеллом, из которой можно было бы с полной точностью определить степень наклона в период, столь отдаленный, как рассматриваемый. Если мы примем формулу, данную Струве и Петерсом, которая довольно близко согласуется с той, что получена из формулы г-на Стоквелла, мы получим наклон на максимуме примерно в то время, когда точка солнцестояния была в афелии. Формула, данная Леверье, помещает максимум несколько позже. Во всяком случае, мы не можем быть далеки от истины, предполагая, что в то время, когда северное зимнее солнцестояние было в афелии, наклон эклиптики был бы примерно на максимуме, и что с тех пор он постепенно уменьшался. Очевидно, тогда, что ежегодное количество тепла, получаемое арктическими регионами, и особенно около полюса, было бы значительно больше, чем в настоящее время. А поскольку тепло, получаемое в этих регионах, главным образом используется на таяние льда, вероятно, что дополнительное количество льда, которое тогда растаяло бы в арктических регионах, предотвратило бы то небольшое увеличение льда, которое в противном случае возникло бы в результате того, что зима приходилась на афелий. Зимы в тот период были бы холоднее, чем в настоящее время, но общее количество льда в северном полушарии, вероятно, не было бы больше.

Обратимся теперь к южному полушарию. Поскольку южная зима в то время приходилась бы на перигелий, это способствовало бы некоторому уменьшению количества льда в южном полушарии. Однако в этом полушарии воздействие эксцентриситета не компенсировалось бы, как в северном полушарии, влиянием наклона эклиптики; ибо обе причины здесь действовали бы в одном направлении, а именно: способствовали бы таянию льда в антарктических регионах.

Вероятно, в это время количество теплой воды, поступающей из экваториальных областей в Южный океан, было бы значительно больше, чем в настоящее время. Это способствовало бы повышению температуры воздуха в антарктических регионах и, таким образом, помогало бы таянию льда. Эти причины в сочетании со значительным увеличением тепла, вызванным изменением наклона эклиптики, привели бы к существенному уменьшению количества льда в южном полушарии. Я полагаю, мы можем допустить, что небольшое увеличение эксцентриситета в тот период, наступление южной зимы в перигелии и дополнительное количество теплой воды, поступающей из экваториальных в антарктические регионы, оказали бы на южную полярную ледяную шапку воздействие, равное воздействию, вызванному увеличением наклона эклиптики. Следовательно, из этого следует, что на каждые восемнадцать фунтов льда, ежегодно тающего в настоящее время на Южном полюсе, тогда таяло бы двадцать фунтов.

Рассмотрим теперь влияние, которое это состояние вещей оказало бы на уровень моря. Очевидно, это способствовало бы повышению уровня моря в северном полушарии двумя путями. 1-е. Приток воды в море, вызванный таянием льда с антарктической суши, способствовал бы повышению общего уровня моря. 2-е. Удаление льда также способствовало бы смещению центра тяжести Земли к северу от его нынешнего положения — и, поскольку море должно смещаться вместе с центром, неизбежно произошло бы повышение уровня моря в северном полушарии.

Естественно возникает вопрос: не могло ли последнее повышение уровня моря относительно суши быть следствием этой причины? Мы знаем, что в период 25-футовой террасы, когда отлагался эстуарный ил, образующий ныне плодородную почву в долинах Форта и Тея, море по отношению к суше стояло по меньшей мере на 20 или 30 футов выше, чем в настоящее время. Но непосредственно перед этим периодом мы наблюдаем эпоху подводных лесов и торфяников, когда море относительно суши стояло ниже, чем сейчас. Мы также знаем, что эти изменения уровня не были чисто местными явлениями. Есть все основания полагать, что наша глинистая почва долин, как утверждает г-н Фишер, является эквивалентом морского ила с Scrobicularia, который покрывает подводные леса Англии. С другой стороны, эти подводные леса не ограничиваются одной местностью. «Их можно проследить, — говорит г-н Джеймисон, — вокруг всей Британии и Ирландии, от Оркнейских островов до Корнуолла, от Мейо до берегов Файфа и, по-видимому, даже вдоль значительной части западного побережья Европы, как если бы они свидетельствовали о периоде повсеместного поднятия, когда Ирландия и Британия со всеми их многочисленными островами составляли единый массив суши, соединенный с континентом и простирающийся в Атлантику». «Эти подводные леса, — отмечает также Де ла Беш, — встречаются при тех же общих условиях от берегов Скандинавии до берегов Испании и Португалии и вокруг Британских островов». Эти погребенные леса не ограничиваются Европой, но встречаются в долине Миссисипи, в Новой Шотландии и других частях Северной Америки. И опять же, пласты, подстилающие эти леса и торфяники, свидетельствуют о факте предшествующего повышения уровня моря. Короче говоря, у нас есть свидетельства ряда колебаний уровня моря в посттретичное время.

Если бы имело место только одно поднятие суши относительно уровня моря или одно опускание, это можно было бы вполне обоснованно, как уже отмечалось, приписать поднятию или опусканию земной поверхности, вызванному каким-либо вулканическим, химическим или иным воздействием. Но, безусловно, эти повторяющиеся колебания уровня моря, охватывающие столь обширную территорию, выглядят скорее как повышение и понижение уровня моря, чем суши. Но как бы то ни было, поскольку сейчас, я полагаю, вне всяких споров установлено, что старое представление о том, что общий уровень моря остается неизменным, а все изменения должны быть приписаны суше, совершенно неверно, и что море, как и суша, подвержено изменениям уровня, то вполне правомерно рассмотреть, не могло ли последнее повышение уровня моря относительно суши быть следствием поднятия моря, а не опускания суши, короче говоря, не может ли оно быть приписано причине, которую мы сейчас рассматриваем. Тот факт, что эти поднятые пляжи и террасы встречаются на столь многих различных высотах, а также столь прерывисто вдоль наших побережий, может быть выдвинут в качестве возражения против мнения, что они были обусловлены изменениями уровня самого моря. Место не позволяет мне вдаваться в обсуждение этого вопроса в настоящее время; но можно сказать, что это возражение более кажущееся, чем реальное. Из этого вовсе не следует, что пляжи одного возраста должны находиться на одном уровне. Это было очень ясно показано г-ном У. Пенгелли в докладе о «Поднятых пляжах», прочитанном перед Британской ассоциацией в Ноттингеме в 1866 году.

У нас есть, как я полагаю, доказательства, граничащие с абсолютной уверенностью, что 11 700 лет назад общий уровень моря в северном полушарии должен был быть выше, чем в настоящее время. И чтобы решить вопрос о 25-футовой террасе, нам нужно лишь рассмотреть, могло ли повышение примерно до такой степени произойти в рассматриваемый период. У нас в настоящее время нет средств для определения точной величины повышения, которое должно было произойти в тот период, ибо мы не можем сказать, какое количество льда было тогда растоплено в антарктических регионах. Но у нас есть средства для проведения весьма приблизительной оценки, которая, по крайней мере, может позволить нам определить, не могло ли возможно произойти повышение на какие-то 20 или 30 футов.

Если мы предположим, что южная ледяная шапка простирается в среднем до 70° широты, мы получим площадь, равную 1/33 163 всей поверхности земного шара. Соотношение суши и воды, с учетом антарктического континента, составляет 526 к 1272. Таким образом, южная ледяная шапка будет равна 1/23,46 площади, покрытой водой. Принимая плотность льда по отношению к воде за 0,92 к 1, следует, что 25 футов 6 дюймов льда, растаявшего с поверхности антарктического континента, подняли бы уровень океана на один фут. Если бы растаяло 470 футов — а это отнюдь не чрезмерное предположение, если учесть, что на каждые 18 фунтов льда, тающего в настоящее время, тогда таял бы дополнительный фунт или два фунта, а может быть, и больше, и так в течение многих веков подряд, — то вода, образовавшаяся таким образом из растаявшего льда, подняла бы уровень моря на 18 футов 5 дюймов. Удаление 470 футов твердого льда — что должно составлять лишь очень малую часть общего количества льда, лежащего на антарктическом континенте, — сместило бы центр тяжести Земли примерно на 7 футов к северу от его нынешнего положения. Смещение центра тяжести вызвало бы понижение уровня моря в южном полушарии и повышение в северном. И количество воды, перенесенное таким образом из южного полушария в северное, сместило бы центр тяжести еще примерно на один фут, что дало бы общее смещение центра примерно на 8 футов. Таким образом, уровень моря поднялся бы примерно на 8 футов на Северном полюсе и примерно на 6 футов 7 дюймов на широте Эдинбурга. Это, добавленное к повышению на 18 футов 5 дюймов, вызванному таянием льда, дало бы 25 футов в качестве общего повышения на широте Шотландии 11 700 лет назад.

Каждый квадратный фут поверхности на полюсах 11 700 лет назад ежегодно получал бы на 18 223 100 футо-фунтов тепла больше, чем в настоящее время. Если мы вычтем 22 процента как количество, поглощенное при прохождении через атмосферу, мы получим 14 214 000 футо-фунтов. Этого было бы достаточно, чтобы растопить 2,26 фута льда. Но если бы было отсечено 50 процентов вместо 22, растаяло бы 1,45 кубических фута. В этом случае 470 футов льда растаяли бы, независимо от влияния эксцентриситета, примерно за 320 лет. И если предположить, что только одна четвертая часть дополнительного тепла достигала земли, 470 футов льда исчезли бы примерно за 640 лет.

Что касается точного времени, когда наклон эклиптики был максимальным до периода 11 700 лет назад, наша неопределенность еще больше. Если нам позволено предположить, что эклиптика переходит из своего максимального состояния в минимальное и обратно в максимальное с какой-либо равномерностью, со скоростью, приписанной Леверье и другими, то наклон был бы близок к максимуму около 60 000 лет назад. Принимая скорость прецессии за 50″,21129 и предполагая ее равномерной — что, вероятно, не так, — зимнее солнцестояние приходилось бы на афелий около 61 300 лет назад. Короче говоря, кажется совсем не невероятным, что в то время, когда точка солнцестояния находилась в афелии, наклон эклиптики был бы близок к своему максимальному состоянию. Но в то время значение эксцентриситета составляло 0,023, а не 0,0187, как в последний период. Следовательно, повышение уровня моря было бы, вероятно, несколько больше, чем 11 700 лет назад. Не мог ли это быть период 40-футовой террасы? В этом случае 11 000 или 12 000 лет были бы возрастом 25-футовой террасы, а 60 000 лет — возрастом 40-футовой террасы.

Около 22 000 лет назад зимнее солнцестояние приходилось на перигелий, и, поскольку эксцентриситет тогда был несколько больше, чем в настоящее время, зимы были бы немного теплее, а климат — более умеренным, чем в наши дни. Возможно, это был период подводных лесов и нижних торфяников, которые подстилают глины долин, ил с Scrobicularia и другие отложения, относящиеся к эпохе 25-футовой террасы. Во всяком случае, совершенно точно, что в этот период преобладали климатические условия, чрезвычайно благоприятные для роста торфа. Из этого также следует, что в это время, вследствие большего накопления льда в южном полушарии, уровень моря был бы на несколько футов ниже, чем в настоящее время, и что леса и торф могли тогда расти в местах, которые сейчас находятся под уровнем моря.

В течение нескольких тысяч лет до и после 11 700 лет назад, когда зимнее солнцестояние, очевидно, было недалеко от афелия, а море стояло значительно выше своего нынешнего уровня, вероятно, как мы уже заявляли, было временем, когда сформировались глины долин и другие недавние отложения, лежащие выше нынешнего уровня реки. И также является примечательным фактом, что состояние вещей в тот период должно было быть чрезвычайно благоприятным для формирования таких эстуарных отложений; ибо в то время зимняя температура нашего острова, как уже было показано, была бы значительно ниже, чем в настоящее время, и, следовательно, в этот сезон вместо дождя выпадал бы снег в гораздо больших количествах, чем сейчас. Таяние зимнего накопления снега с приближением лета неизбежно вызывало бы сильные наводнения, подобные тем, что происходят в северных частях Азии и Америки в настоящее время по этой же самой причине. Рыхлая верхняя почва уносилась бы этими наводнениями и отлагалась в эстуариях наших рек.

Вышеизложенное представляет собой грубый и несовершенный очерк истории климата и физических условий нашего земного шара за последние 60 000 лет, насколько физические и космические соображения, по-видимому, дают нам информацию по этому вопросу, и его поразительное согласие с данными, полученными из геологических источников, является дополнительным доказательством в пользу мнения, что геологические и космические явления физически связаны узами причинности.

Теория подполковника Дрейсона о причине ледниковой эпохи. — В докладе, прочитанном перед Геологическим обществом подполковником Дрейсоном, R.A., 22 февраля 1871 года, этот автор заявляет, что после расчетов, основанных на зафиксированных положениях полюса мира за последние 2000 лет, он обнаружил, что полюс эклиптики не является центром круга, описываемого полюсом мира. Полюс мира, по его мнению, описывает круг вокруг точки, находящейся на расстоянии 6° от полюса эклиптики и 29° 25′ 47″ от полюса мира, и что около 13 700 года до н.э. угловое расстояние между двумя полюсами составляло 35° 25′ 47″. Это привело бы к смещению Полярного круга до 54° 34′ 13″ с.ш. Боюсь, что это вывод, который не будет принят в целом теми, кто знаком с небесной механикой. Но как бы то ни было, моя нынешняя цель — не обсуждать астрономическую часть теории полковника Дрейсона, а рассмотреть, являются ли выводы, которые он делает из своей теории относительно причины ледниковой эпохи, правомерными или нет. Предполагая ради аргументации, что наклон эклиптики может достигать 35° или 36°, так что Полярный круг сместится к центру Англии, объяснило бы это ледниковую эпоху? Полковник Дрейсон приходит к выводу, что смещение Полярного круга до широты Англии вызвало бы здесь климатические условия, подобные тем, что существуют в арктических регионах. Это, по-видимому, является коренной ошибкой теории. Совершенно верно, что если бы Полярный круг был смещен до 54° 35′ широты, часть нашего острова находилась бы в арктических регионах, но из этого вовсе не следует, что наш остров подвергся бы воздействию арктического климата.

Полярные регионы обязаны своим холодом не наклону эклиптики, а своему удалению от экватора. Действительно, если бы не наклон, эти регионы были бы намного холоднее, чем они есть на самом деле, и увеличение наклона, вместо того чтобы усиливать их холод, на самом деле сделало бы их теплее. Общий эффект наклона, как мы видели, заключается в уменьшении количества тепла, получаемого в экваториальных и тропических регионах, и увеличении его в полярных и умеренных регионах. Чем больше наклон и, следовательно, чем дальше солнце отходит от экватора, тем меньше количество тепла, получаемого экваториальными регионами, и тем больше количество, достающееся полярным и умеренным регионам. Если, например, мы примем нынешнее количество тепла, получаемого от солнца на экваторе на данной поверхности, за 100 частей, то 42,47 части будут тогда представлять количество, получаемое на полюсах на той же данной поверхности. Но если бы наклон увеличился до 35°, количество, получаемое на экваторе, сократилось бы до 94,93 частей, а на полюсах увеличилось бы до 59,81; что составляет увеличение на полюсах почти наполовину. На широте 60° нынешнее количество равно 57 частям; но около 63 частей было бы получено, если бы наклон увеличился до 35°. Следовательно, из этого следует, что, хотя Полярный круг был бы смещен до широты Лондона, так что Британские острова стали бы частью арктических регионов, средняя температура этих островов не понизилась бы, а наоборот. Зимы, несомненно, были бы холоднее, чем они есть в настоящее время, но холод зимы был бы более чем компенсирован теплом лета. Это не является справедливым представлением о состоянии вещей — просто сказать, что увеличение наклона имеет тенденцию делать зимы холоднее, а лето жарче, ибо это влияет на летнее тепло гораздо сильнее, чем на зимний холод. И чем больше наклон, тем больше увеличение тепла летом превышает уменьшение зимой. Это очевидно, потому что чем больше наклон, тем больше общее годовое количество получаемого тепла.

Если бы увеличение наклона имело тенденцию к увеличению льда в умеренных и полярных регионах и, таким образом, приводило бы к ледниковой эпохе, то чем больше был бы наклон, тем больше была бы тенденция к такому эффекту. Представьте себе, что наклон продолжает увеличиваться, пока в конечном итоге не достигнет своего абсолютного предела, 90°, и ось Земли не совпадет с плоскостью эклиптики. Полярный круг тогда простирался бы до экватора. Вызвало бы это ледниковую эпоху? Конечно, нет. Квадратный фут поверхности на полюсах тогда получал бы в год столько же тепла, сколько квадратный фут на экваторе в настоящее время, если предположить, что солнце оставалось бы на экваторе в течение всего года. Однако экваториальные регионы получали бы меньше тепла, чем сейчас. В настоящее время, как мы только что видели, годовое количество тепла, получаемого на любом полюсе, относится к количеству, получаемому на экваторе, как 42,47 к 100; но в рассматриваемый период полюса фактически получали бы на одну половину больше тепла, чем экватор. Количество, получаемое на квадратный фут на полюсах, по отношению к количеству, получаемому на квадратный фут на экваторе, было бы в соотношении половины окружности круга к его диаметру, или как 1,5708 к 1. Но просто сказать, что полюса получали бы больше тепла в год, чем экватор в настоящее время, не дает правильного представления о чрезмерной жаре, которую полюсам пришлось бы тогда выносить; ибо следует помнить, что тепло, достигающее экватора, распределяется по всему году, тогда как полюса получили бы свое общее количество в течение шести месяцев своего лета. Следовательно, в течение шести месяцев в году полюса получали бы гораздо больше, чем двойное количество тепла, получаемого в настоящее время экватором за тот же промежуток времени, и более чем в три раза больше количества, получаемого тогда экватором. Количество, достигающее полюса в течение шести месяцев, по отношению к количеству, достигающему экватора, было бы как 3,1416 к 1.

На экваторе двенадцать часов темноты чередуются с двенадцатью часами солнечного света, и это предотвращает чрезмерно высокое повышение температуры; но на полюсах это был бы непрерывный солнечный свет в течение шести месяцев, без возможности для земли охладиться хотя бы на один час. В день летнего солнцестояния, когда солнце находилось бы в зените полюса, количество тепла, получаемого там каждые двадцать четыре часа, было бы фактически почти в три с четвертью раза больше, чем то, которое в настоящее время получает экватор. Теперь то, что справедливо в отношении полюсов, было бы в равной степени справедливо, хотя и в меньшей степени, для полярных и умеренных регионов. Мы можем составить лишь весьма неадекватное представление о состоянии вещей, которое возникло бы в результате такого огромного увеличения тепла. Ничто живое на поверхности земного шара не могло бы существовать в полярных регионах при столь страшной температуре, какая преобладала бы тогда в летние месяцы. Как абсурдно было бы предполагать, что это состояние вещей имело бы тенденцию к возникновению ледниковой эпохи! Не только каждая частица льда в полярных регионах была бы рассеяна, но и сами моря вокруг полюса в течение нескольких месяцев в году были бы при температуре кипения.

Если бы можно было показать на основе физических принципов — что, по меньшей мере, крайне маловероятно, — что наклон эклиптики когда-либо мог быть таким большим, как 35°, это в значительной степени объяснило бы относительное отсутствие льда в Гренландии и других регионах в высоких широтах, как мы знаем, это было в каменноугольный, миоценовый и другие периоды. Но хотя значительное увеличение наклона могло бы вызвать таяние льда, оно не могло бы создать те мягкие климатические условия, которые, как мы знаем, преобладали в высоких широтах в те периоды; в то время как никакое увеличение наклона, каким бы большим оно ни было, не могло бы никоим образом способствовать возникновению ледниковой эпохи.

Полковник Дрейсон, однако, по-видимому, признает, что это значительное увеличение наклона сделало бы наше лето намного теплее, чем оно есть в настоящее время. Как же тогда, согласно его теории, объясняется ледниковая эпоха? Ниже приводится объяснение автора, изложенное его собственными словами:—

«На дату 13 700 г. до н.э. те же условия, по-видимому, преобладали до широты около 54° зимой, поскольку солнце находилось всего на несколько градусов над горизонтом. Мы, следовательно, вправе заключить, что тот же климат преобладал до широты 54°, какой сейчас существует зимой до широты 67°».

«Таким образом, в большей части Англии и Уэльса, и во всей Шотландии, айсберги больших размеров формировались бы каждую зиму; каждая река и ручей были бы заморожены и заблокированы льдом, вся страна была бы покрыта мантией снега и льда, и те существа, которые не могли ни мигрировать, ни выносить холод арктического климата, были бы истреблены». — «Последняя ледниковая эпоха», стр. 146.

«В день летнего солнцестояния полуденная высота солнца для широты 54° составляла бы около 71½°, высота, равная той, которую солнце сейчас достигает на юге Италии, юге Испании и во всех местностях, имеющих широту около 40°».

«Однако было бы это странное отличие от нынешних условий, что на широте 54° солнце в период летнего солнцестояния оставалось бы все двадцать четыре часа над горизонтом; факт, который дал бы экстремальную жару тем самым регионам, которые шестью месяцами ранее подвергались воздействию арктического холода. Не только эта значительно возросшая жара преобладала бы на широте 54°, но высота солнца была бы на 12° больше в полдень в середине лета, а также на 12° больше в полночь в высоких северных широтах, чем она достигает сейчас; следовательно, жара была бы гораздо сильнее, чем в настоящее время, и высокие северные регионы, даже вокруг самого полюса, подвергались бы воздействию жары летом гораздо большей, чем любая, которая сейчас существует в этих местностях. Естественным следствием было бы то, что айсберги и лед, которые накопились в течение суровой зимы в высоких широтах, быстро оттаивали бы от этой жары» (стр. 148).

«Каждую зиму все северное и южное полушария были бы одной массой льда; каждое лето почти весь лед каждого полушария был бы растоплен и рассеян» (стр. 150).

Согласно этой теории, не только вся страна покрывается каждую зиму сплошной массой льда, но и крупные айсберги формируются в течение этого короткого сезона, а когда наступает летняя жара, все тает. Здесь мы имеем неправильное представление не только о фактическом состоянии вещей во время ледниковой эпохи, но даже о том, как формируются айсберги и материковый лед. Айсберги формируются из материкового льда, но материковый лед не формируется в течение одной зимы, тем более массой, достаточной толщины для образования айсбергов. Материковый лед такой толщины требует для своего образования накопленных снегов столетий. Все, что мы могли бы реально иметь, согласно этой теории, — это толстый снежный покров зимой, который полностью исчезал бы летом, так что не могло бы быть никакого материкового льда.

Теория г-на Томаса Белта. — Теория о том, что ледниковая эпоха возникла в результате значительного увеличения наклона эклиптики, была недавно поддержана г-ном Томасом Белтом. Его концепции по этому вопросу, однако, кажутся мне еще более несовместимыми с физикой, чем те, которые мы рассматривали. Подполковник Дрейсон признает, что увеличение тепла в полярных регионах, возникающее в результате значительного увеличения наклона, рассеяло бы там лед, но г-н Белт даже не признает, что увеличение наклона принесло бы с собой увеличение тепла, тем более что оно растопило бы полярный лед. Напротив, он утверждает, что тенденция наклона заключается в увеличении суровости полярного климата, и что это причина, «почему сейчас вокруг полюсов некоторые земли подвергаются оледенению, ибо, если бы не этот наклон, снег и лед не накапливались бы, за исключением горных цепей». «Таким образом, — говорит он, — в настоящее время вокруг полюсов существуют ледниковые условия, обусловленные прежде всего наклоном эклиптики». И он также утверждает, что если бы не было наклона и ось Земли была бы перпендикулярна плоскости ее орбиты, вечная «весна царила бы вокруг арктического круга», и что «при таких обстоятельствах нагромождение снега или даже его образование на уровне моря было бы невозможным, за исключением, возможно, непосредственной близости полюсов, где лучи солнца имели бы лишь небольшую нагревательную способность из-за своей малой высоты».

Г-н Белт, по-видимому, был приведен к этим странным выводам следующим своеобразным неправильным пониманием влияния наклона на распределение солнечного тепла по земному шару. «Наклон эклиптики, — отмечает он, — не влияет на среднее количество тепла, получаемого в любой одной точке от солнца, но он заставляет тепло и холод преобладать в разные сезоны года».

Нет необходимости далее останавливаться на абсурдности предположения, что увеличение наклона может объяснить ледниковую эпоху, но мы можем в нескольких словах рассмотреть, смягчило бы уменьшение наклона климат и удалило бы снег из полярных регионов. Предполагая, что наклон исчезает и ось Земли становится перпендикулярной плоскости ее орбиты, совершенно верно, что день и ночь были бы равны по всему земному шару, но тогда количество тепла, получаемого полярными регионами, было бы гораздо меньше, чем в настоящее время. Хорошо известно, что в настоящее время в равноденствия, когда день и ночь равны, в арктических регионах преобладает снег, а не дождь, и можем ли мы предположить, что в рассматриваемом случае могло бы быть иначе? Как, мы можем справедливо спросить, могли бы эти регионы, лишенные своего лета, избавиться от своего снега и льда?

Но даже если предположить, что можно было бы показать, что изменение наклона эклиптики в степени, предполагаемой г-ном Белтом и подполковником Дрейсоном, вызвало бы ледниковую эпоху, все равно допущение такого изменения является тем, чего физическая астрономия не позволит. Г-н Белт, по-видимому, не оспаривает точность методов, с помощью которых доказано, что вариации наклона ограничены узкими пределами; но он утверждает, что физики-астрономы при проведении своих расчетов упустили из виду некоторые обстоятельства, которые существенно влияют на проблему. Это, согласно г-ну Белту, следующее: (1) Поднятия и опускания суши, которые могли иметь место в прошлые эпохи. (2) Неравномерное распределение моря и суши на земном шаре. (3) Тот факт, что экваториальное вздутие не является правильным, «но приближается в общих чертах к эллипсу, у которого больший диаметр на две мили длиннее другого». (4) Нагромождение льда вокруг полюсов в ледниковый период.

Мы можем кратко рассмотреть, могут ли какие-либо или все из них заметно повлиять на рассматриваемый вопрос. В отношении последнего упомянутого элемента, несомненно, верно, что если бы огромное количество воды было удалено из океана и помещено вокруг полюсов в виде льда, это повлияло бы на наклон эклиптики; но это элемент изменения, который недоступен г-ну Белту, потому что, согласно его теории, нагромождение льда является эффектом, который возникает в результате изменения наклона.

В отношении разницы в две мили в экваториальных диаметрах Земли необходимо помнить тот факт, что больший диаметр проходит почти через центр великой депрессии Тихого океана, тогда как меньший диаметр проходит через противоположные континенты Азии и Америки. Теперь, когда мы принимаем во внимание тот факт, что эти континенты не только в два с половиной раза плотнее океана, но и имеют среднюю высоту около 1000 футов над уровнем моря, становится совершенно очевидным, что масса Земли должна быть довольно равномерно распределена вокруг своей оси вращения, и что, следовательно, разница в экваториальных диаметрах не может оказывать никакого заметного влияния на изменение наклона. Из этого также следует, что нынешнее расположение моря и суши является наилучшим из возможных для предотвращения нарушения движения.

То, что когда-либо происходили поднятия и опускания суши столь огромной величины, чтобы привести к изменению наклона в степени, предполагаемой подполковником Дрейсоном и г-ном Белтом, — это то, что, я полагаю, немногие геологи были бы готовы признать. Предположим, что великое плоскогорье Тибета вместе с Гималайскими горами опустилось бы под море, это вряд ли произвело бы какой-либо заметный эффект на наклон эклиптики. Более того, предположим, что вся суша на земном шаре была бы погружена под уровень моря или ложа океанов превращены в сушу, все равно это не повлияло бы существенно на наклон. Причина очень очевидна. Экваториальное вздутие настолько огромно, что эти поднятия и опускания не изменили бы в значительной степени сплюснутую форму Земли. Единственной причиной, которая могла бы произвести какой-либо заметный эффект на наклон, как уже было замечено, было бы удаление воды океана и нагромождение ее в виде льда вокруг полюсов; но это причина, которая недоступна г-ну Белту.

Теория сэра Чарльза Лайеля. — Я также не могу согласиться с выводами сэра Чарльза Лайеля относительно влияния наклона эклиптики на климат. Сэр Чарльз говорит: «Можно заметить, что если бы наклон эклиптики когда-либо мог быть уменьшен до степени четырех градусов ниже его нынешнего наклона, такое отклонение представляло бы геологический интерес, поскольку оно вызвало бы распространение солнечного света по более широкой зоне внутри арктического и антарктического кругов. Действительно, если бы дату его возникновения в прошлом можно было установить, это большее распространение солнечных лучей, подразумевающее сокращение полярной ночи, могло бы в некоторой степени помочь объяснить растительность, подобную той, которая сейчас характеризует более низкие широты, имевшую в миоценовый и каменноугольный периоды гораздо более широкий ареал по направлению к полюсу».

Эффекты, как мы видели, были бы прямо противоположны тому, что здесь сказано, а именно: чем больше уменьшался наклон, тем меньше солнечные лучи распространялись бы по арктическим и антарктическим регионам, и, наоборот, чем больше увеличивался наклон, тем больше было бы количество тепла, распространяемого по полярным широтам. Чем дальше солнце отходит от экватора, тем больше становится количество тепла, рассеиваемого по полярным регионам; и если бы наклон мог достичь своего абсолютного предела (90°), очевидно, что полюса тогда получали бы больше тепла, чем экватор сейчас.

ГЛАВА XXVI. УГОЛЬ КАК МЕЖЛЕДНИКОВОЕ ОБРАЗОВАНИЕ.

Climate of Coal Period Inter-glacial in Character.—Coal Plants indicate an Equable, not a Tropical Climate.—Conditions necessary for Preservation of Coal Plants.—Oscillations of Sea-level necessarily implied.—Why our Coal-fields contain more than One Coal-seam.—Time required to form a Bed of Coal.—Why Coal Strata contain so little evidence of Ice-action.—Land Flat during Coal Period.—Leading Idea of the Theory.—Carboniferous Limestones.

Межледниковый климат — наиболее подходящий для роста угольных растений. — Ни одно утверждение, пожалуй, не могло бы показаться более невероятным или более противоречащим всем до сих пор принятым теориям, чем то, что растения, образующие наш уголь, росли во время ледниковой эпохи. Но, тем не менее, если теория вековых изменений климата, обсуждавшаяся в предыдущих главах, верна, то мы имеем в теплые межледниковые периоды (как было указано несколько лет назад) те самые климатические условия, которые лучше всего подходят для роста тех видов деревьев и растительности, из которых состоит наш уголь. Среди геологов и ботаников общепринято мнение, что флора каменноугольного периода указывает не на существование тропического, а на влажный, умеренный и ровный климат. «По-видимому, — говорит сэр Чарльз Лайель, — становится все более принятым мнение, что угольные растения в целом не указывают на климат, напоминающий тот, который сейчас существует в экваториальной зоне. Древовидные папоротники простираются так далеко на юг, как южные части Новой Зеландии, а араукариевые сосны встречаются на острове Норфолк. Большое преобладание папоротников и плаунов указывает на влажность, равномерность температуры и отсутствие морозов, а не на сильную жару».

Г-н Роберт Браун, выдающийся ботаник, считает, что быстрый и значительный рост многих угольных растений показывает, что они росли в болотах и на мелководье с равномерной и мягкой температурой.

«Вообще говоря, — говорит профессор Пейдж, — мы находим их напоминающими хвощи, болотные травы, тростники, плауны, древовидные папоротники и хвойные деревья; и они в существующей природе достигают своего максимального развития в теплых, умеренных и субтропических, а не в экваториальных регионах. Веллингтонии Калифорнии и сосны острова Норфолк более гигантские, чем самое большое хвойное дерево, обнаруженное до сих пор в каменноугольных пластах».

Каменноугольный период характеризовался не только большим преобладанием по сравнению с настоящим временем количества растущих папоротников, но и числом различных видов. Наш остров обладает только около 50 видами, в то время как не менее 140 видов были перечислены как обитавшие в тех немногих изолированных местах в Англии, где добывался уголь. И Гумбольдт показал, что не в жарких, а в горных, влажных и тенистых частях экваториальных регионов семейство папоротников производит наибольшее количество видов.

«Д-р Хукер считает, что климат, более теплый, чем наш сейчас, вероятно, был бы обозначен присутствием увеличенного количества цветковых растений, которые, несомненно, были бы фоссилизированы вместе с папоротниками; в то время как более низкая температура, равная среднему значению преобладающих сейчас сезонов, ассимилировала бы наш климат с климатом таких более прохладных стран, которые характеризуются несоразмерным количеством папоротников».

«Общее мнение высших авторитетов, — говорит профессор Халл, — по-видимому, заключается в том, что климат не напоминал климат экваториальных регионов, а был таким, в котором температура была свободна от крайностей; атмосфера была теплой и влажной, несколько напоминая климат Новой Зеландии и окружающих островов, который мы пытаемся имитировать искусственно в наших теплицах».

Огромное количество каменноугольной растительности показывает также, что климат, в котором она росла, не мог быть тропического характера, иначе она была бы разложена жарой. Торф, столь обильный в умеренных регионах, не встречается в тропиках.

Условием, наиболее благоприятным для сохранения растительных остатков, по крайней мере в форме торфа, является прохладный, влажный и ровный климат, подобный тому, который преобладает на Фолклендских островах в настоящее время. «На этих островах, — говорит г-н Дарвин, — почти каждый вид растений, даже грубая трава, которая покрывает всю поверхность земли, превращается в это вещество».

Из данных геологии мы можем разумно предположить, что если бы разница между нашей летней и зимней температурой была почти уничтожена и если бы мы наслаждались ровным климатом, равным или, возможно, немного выше нынешней средней годовой температуры нашего острова, мы имели бы тогда климат, подобный тому, который преобладал в каменноугольную эпоху.

Но мы уже видели, что таким должен был быть характер нашего климата в то время, когда эксцентриситет орбиты Земли был максимальным, а зима приходилась на время, когда Земля находилась в перигелии своей орбиты. Ибо, как мы уже показали, Земля в таком случае была бы на 14 212 700 миль ближе к солнцу зимой, чем летом. Эта огромная разница, наряду с другими причинами, которые обсуждались, почти уничтожила бы разницу между летней и зимней температурой. Почти полное, если не полное, отсутствие льда и снега, возникающее в результате этого состояния вещей, как уже было показано, способствовало бы повышению средней годовой температуры климата выше, чем она есть в настоящее время.

Условия, необходимые для сохранения угольных растений. — Но для формирования угля необходимо не просто иметь климатические условия, подходящие для роста, но также и для сохранения пышной растительности. Само существование угля в такой же степени обязано последнему обстоятельству, как и первому; более того, как мы еще увидим, тот факт, что большее количество угля относится к каменноугольному периоду, чем к любому другому, был явно обусловлен не столько более обширным ростом растительности в ту эпоху, подходящей для формирования угля, сколько тем фактом, что эта флора была лучше сохранена. Теперь, как будет показано в настоящее время, мы имеем не только в теплые периоды ледниковой эпохи климатические условия, наиболее подходящие для роста угольных растений, но мы имеем также в холодные периоды такой эпохи условия, наиболее благоприятные для сохранения этих растений.

Одним обстоятельством, необходимым для сохранения растений, является то, что они должны были быть покрыты толстым слоем песка, ила или глины, и для этой цели необходимо, чтобы область, на которой росли растения, была погружена под воду. Очевидно, что если бы область не была погружена под воду, растения не могли бы быть покрыты толстым слоем отложений; и даже если предположить, что они были покрыты, они не могли бы избежать разрушения от субаэральной денудации, если бы все это не находилось под водой. Другим условием, благоприятным, если не существенным, для сохранения растений является то, что они должны были быть погружены в холодное, а не в теплое море. Предполагая, что угольные растения росли во время теплого периода ледниковой эпохи, мы имеем в холодном периоде, который последовал, все вышеуказанные условия, обязательно обеспеченными.

Сейчас общепризнано, что угольные деревья росли вблизи широких эстуариев и на огромных плоских равнинах, лишь немного возвышавшихся над уровнем моря. Но то, что Lepidodendra, Sigillariæ и другие деревья, из которых наш уголь почти полностью состоит, росли на сухой почве, возвышавшейся над уровнем моря, а не в болотах и на мелководье, как когда-то предполагалось, было окончательно установлено исследованиями директора Доусона и других. После роста многих поколений деревьев равнина в конечном итоге погружается под море, и все это с течением времени покрывается толстыми слоями песка, гравия и других отложений, принесенных потоками с прилегающей суши. После этого погруженная равнина снова поднимается над уровнем моря и становится местом второго леса, который, продолжая процветать долгие века, в свою очередь уничтожается погружением и, подобно предыдущему, покрывается отложениями с суши. Этот попеременный процесс погружения и поднятия продолжается до тех пор, пока мы не получим последовательность погребенных лесов один над другим, с огромными стратифицированными отложениями между ними. Эти погребенные леса в конечном итоге превращаются в пласты угля. Это, я полагаю, справедливое представление об общепринятом способе, которым возникли наши угольные пласты. Также стоит отметить, что стратифицированные пласты между угольными пластами имеют морское, а не озерное происхождение. По этому вопросу я могу процитировать мнение профессора Халла, известного авторитета в этой области: «Признавая, — говорит он, — случайное присутствие озерных пластов, связанных с каменноугольными отложениями, я думаю, мы можем заключить, что вся формация была по существу морского и эстуарного происхождения».

Угольные пласты неизбежно подразумевают колебания уровня моря. — Можно также заметить, что каждый угольный пласт указывает как на поднятие, так и на опускание суши. Если, например, есть шесть угольных пластов, один над другим, это доказывает, что суша должна была быть, по крайней мере, шесть раз ниже и шесть раз выше уровня моря. Это повторяющееся колебание суши рассматривалось как несколько озадачивающее и странное обстоятельство. Но если мы предположим, что уголь является межледниковым образованием, эта трудность не только исчезает, но и все различные обстоятельства, которые мы подробно описывали, легко объясняются. Мы должны начать с теплого межледникового периода, с климатом, специально подходящим для роста угольных деревьев. В течение этого периода, как было показано в главе о погружении, море стояло бы на более низком уровне, чем в настоящее время, обнажая большие участки морского дна, на которых процветала бы угольная растительность. Это состояние вещей продолжалось бы в течение периода от 8000 до 10 000 лет, позволяя рост многих поколений деревьев. Когда теплый период подходил к концу и наступали холодные и ледниковые условия, климат становился неподходящим для роста угольных растений. Море начинало бы подниматься, и старые морские дна, на которых в течение столь долгого периода росли леса, были бы погружены и покрыты осадочными отложениями, принесенными с суши. Эти леса, погружаясь в холодное море и будучи погребенными под огромной массой отложений, были тогда защищены от разрушения и находились в положении, позволяющем превратиться в уголь. Холод, продолжающийся в течение периода около 10 000 лет или около того, сменился бы другим теплым периодом, в течение которого погруженные области снова становились поверхностью суши, на которой процветал второй лес в течение еще 10 000 лет, который в свою очередь погружался и погребался под ледниковыми отложениями с приближением второго холодного периода. Этот попеременный процесс погружения и поднятия суши, соответствующий повышению и понижению уровня моря в течение холодных и теплых периодов, продолжался бы до тех пор, пока эксцентриситет орбиты Земли оставался бы на высоком значении, пока мы могли бы иметь, возможно, пять или шесть погруженных лесов, один над другим, разделенных большой толщиной стратифицированных отложений, причем эти погруженные леса являются угольными пластами наших дней.

Fig. 10.

Вероятно, леса каменноугольного периода простирались вглубь страны, но лишь те их части, которые были слегка приподняты над уровнем моря, могли быть затоплены, покрыты осадками и, таким образом, сохраниться, со временем превратившись в угольные пласты. Этот процесс станет понятнее из следующей диаграммы. Пусть А В представляет собой поверхность земли до ледниковой эпохи и до формирования пластов угля и стратифицированных отложений, показанных на диаграмме. Пусть S S′ — нормальный уровень моря. Предположим, что эксцентриситет земной орбиты начинает возрастать, а зимнее солнцестояние приближается к перигелию; тогда мы имеем умеренно теплый период. Уровень моря опускается до 1, и леса из сигиллярий и других каменноугольных деревьев покрывают страну от морского побережья на отметке 1, простираясь вглубь страны в направлении В. С течением времени зимнее солнцестояние перемещается к афелию, и наступает холодный период. Море начинает подниматься и продолжает подъем, пока не достигнет отметки 1′. Денудация и суровость климата уничтожают всякие следы леса от отметки 1′ вглубь материка; но часть 1 1′, будучи затопленной и покрытой осадками, принесенными с суши, сохраняется. Поскольку эксцентриситет продолжает увеличиваться, второй межледниковый период оказывается более теплым и мягким, чем первый, и на этот раз море опускается до отметки 2. Второй лес теперь покрывает страну до морского побережья на отметке 2. За этим вторым теплым периодом следует второй холодный период, более суровый, чем первый, и уровень моря поднимается до 2′. Денудация и суровость климата теперь уничтожают все остатки леса от 2′ вглубь страны, но, конечно, затопленная часть 2 2′, как и прежняя часть 1 1′, сохраняется. В течение третьего теплого периода (эксцентриситет все еще продолжает расти) уровень моря опускается до 3, и страна в третий раз покрывается лесами, которые простираются до отметки 3. За этим третьим теплым периодом следует холодный ледниковый период, более суровый, чем предыдущий, уровень моря поднимается до 3′, и затопленная часть леса от 3 до 3′ покрывается ледниковыми отложениями, а остальная часть, как и прежде, уничтожается денудацией и суровостью климата. Мы предположим, что эксцентриситет теперь достиг максимума и что в течение четвертого межледникового периода уровень моря опускается только до 4 — уровня, до которого он опускался во время второго межледникового периода. Страна теперь в четвертый раз покрывается лесами. Холодный период, который следует за этим, не столь суров, как предыдущий, поэтому море поднимается только до 4′, что, конечно, отмечает предел четвертого леса. Поскольку эксцентриситет продолжает уменьшаться, пятый лес оказывается затопленным только до 5′, а шестой и последний — до 6′. Эпоха холодных и теплых периодов теперь подходит к концу, и уровень моря остается неподвижным в своем старом нормальном положении S S′. Здесь мы имеем шесть погребенных лесов, один над другим, которые с течением веков превращаются в угольные пласты.

Однако из этого не обязательно следует, что каждый отдельный угольный пласт представляет собой теплый период. Вполне возможно, что два или более пласта, отделенные друг от друга тонкими прослойками или несколькими футами осадочных пород, могли сформироваться в течение одного теплого периода; ибо во время теплого периода могли легко происходить незначительные колебания уровня моря, достаточные для затопления суши на некоторую глубину из-за таяния полярных льдов, как было показано в главе о погружении суши.

Следует заметить, что для большей наглядности разреза его толщина была значительно преувеличена. Также можно заметить, что пласты 4, 5 и 6 простираются значительно левее того, что представлено на разрезе.

Но не следует полагать, что все явления угольных бассейнов можно объяснить без допущения опускания суши. Большая глубина, на которую во многих случаях были погружены угольные пласты, должна быть приписана опусканию уровня. Серия пластов, сформировавшихся во время ледниковой эпохи, может из-за опускания суши быть погружена на большую глубину и покрыта тысячами футов осадков; а затем, при наступлении другой ледниковой эпохи, на поверхности может сформироваться новая серия угольных пластов. Таким образом, верхняя серия может быть отделена от нижней тысячами футов осадочных пород. Существует еще одно следствие опускания суши, которое необходимо принять во внимание. Если бы во время каменноугольного периода не происходило опускания суши, количество сохранившихся ныне угольных пластов было бы гораздо меньше, чем есть на самом деле, ибо именно благодаря их погружению на большую глубину они избежали разрушения в результате колоссальной денудации, произошедшей с той отдаленной эпохи. Из этого следует, что лишь очень малая часть затопленных лесов каменноугольного периода существует в настоящее время в виде угля. Как правило, только те области, которые случайно оказались погруженными на значительную глубину в результате опускания суши, могли избежать разрушения от денудации. Но, несомненно, площади, которые таким образом сохранились, составляют лишь малую долю по сравнению с уничтоженными.

Продолжительность межледникового периода, определяемая по мощности угольного пласта. — Фактом, подтверждающим идею о том, что угольные пласты формировались в межледниковые периоды, является то, что продолжительность этих периодов довольно близко совпадает с временем, которое, как предполагается, требуется для формирования угольного пласта средней мощности. При прочих равных условиях мощность угольного пласта зависит от продолжительности межледникового периода. Если бы скорость прецессии и движения перигелия были всегда постоянными, все периоды были бы одинаковой продолжительности. Но хотя скорость прецессии не подвержена значительным колебаниям, этого нельзя сказать о движении перигелия, что видно из таблиц долготы перигелия, приведенных в главе XIX. Иногда движение перигелия быстрое, иногда медленное, а в некоторых случаях оно является ретроградным. Вследствие этого межледниковый период может длиться не более шести-семи тысяч лет, в то время как в других случаях его продолжительность может достигать пятнадцати-шестнадцати тысяч лет.

Согласно Буссенго, пышная растительность в наши дни ежегодно поглощает из атмосферы около полутонны углерода на акр, или пятьдесят тонн на акр за столетие. Пятьдесят тонн углерода с удельным весом угля около 1,5, распределенные равномерно по поверхности акра, образовали бы слой толщиной почти в одну треть дюйма. Гумбольдт дает несколько более высокую оценку, а именно полдюйма. Принимая последнюю оценку, для формирования пласта угля толщиной в ярд потребовалось бы 7200 лет. Доктор Хеер из Цюриха считает, что для формирования пласта угля толщиной в один ярд потребовалось бы не более 1400 лет; в то время как г-н Макларен полагает, что пласт угля толщиной в один ярд сформировался бы за 1000 лет. Профессор Филлипс, производя расчеты на основе количества углерода, поглощаемого из атмосферы, как определил Либих, считает, что если бы он был преобразован в обычный уголь с содержанием углерода около 75 процентов, то он давал бы один дюйм за 127,5 лет, или ярд за 4600 лет.

Здесь наблюдается значительное расхождение относительно времени, необходимого для формирования ярда угля. Истина, однако, вероятно, находится где-то между двумя крайностями, и мы можем принять за основу около 5000 лет. В теплый период продолжительностью 15 000 лет у нас отложился бы угольный пласт мощностью 9 футов, тогда как в течение теплого периода в 7000 лет мы получили бы пласт мощностью всего 4 фута.

Причина, по которой угольные пласты представляют так мало свидетельств ледникового воздействия. — Есть два возражения, которые, несомненно, возникнут в уме читателя. (1) Если уголь является межледниковым образованием, почему угольные пласты представляют так мало свидетельств ледникового воздействия? Если угольные пласты представляют собой теплые межледниковые периоды, то промежуточные пласты должны представлять холодные или ледниковые периоды, и если это так, они должны содержать более обильные свидетельства ледникового воздействия, чем это есть на самом деле. (2) В случае ледниковой эпохи почти каждый след растительности теплых периодов был уничтожен льдом холодных периодов; почему же тогда то же самое не произошло во время ледниковой эпохи каменноугольного периода?

Во время ледниковой эпохи поверхность страны, по всей вероятности, веками была покрыта самой пышной растительностью; но сейчас не осталось почти ни следа от этой растительности, более того, даже почва, на которой она росла, не найдена. Все, что осталось сейчас, — это разрушения и опустошения, произведенные ледяным щитом, покрывавшим страну в холодные периоды той эпохи, состоящие из перенесенных каменных глыб, отполированных и исчерченных скал и беспорядочной массы валунной глины. Здесь, в эту эпоху, мы не имеем ничего осязаемого, кроме разрушительных последствий льда, который пронесся по суше. Почему же тогда в отношении ледниковых эпох каменноугольного периода мы имеем так много свидетельств растительности теплых периодов и так мало свидетельств воздействия льда холодных периодов? Ответ на эти два возражения во многом объяснит, почему у нас так много угля, относящегося к каменноугольному периоду, и так мало относящегося к любой другой эпохе; и он, я думаю, будет найден в своеобразном физическом характере страны в каменноугольный период. Области, на которых произрастали леса каменноугольного периода, избежали разрушительной силы ледников и материкового льда из-за равнинного характера местности. Мало в чем геологи столь единодушны, как в вопросе о равнинном характере страны в каменноугольный период.

По-видимому, нет никаких вполне удовлетворительных доказательств того, что внутренняя часть страны поднималась на какую-либо значительную высоту. Г-н Годвин-Остен считает, что во время каменноугольного периода должно было существовать «обширное пространство непрерывной горизонтальной поверхности на очень небольшой высоте над уровнем моря». Он полагает, что части широко распространенной земной поверхности периода каменноугольных отложений достигали значительной высоты. Но в противовес этому он заявляет: «Существует особенность, которая, по-видимому, физически отличает этот период от всех последующих периодов и которая заключается в обширном пространстве непрерывной горизонтальной поверхности, которую представляла собой площадь суши, граничащая с морем и находящаяся на очень небольшой высоте над его уровнем». Хью Миллер, описывая в своей обычной графической манере облик страны в каменноугольный период, говорит: «По-видимому, это была земля, состоящая из огромных равнин, быть может, не нарушенных ни единым холмом, на которых унылые болота, населенные печальными существами, простирались во все стороны на сотни и тысячи миль; и гигантская и чудовищная растительность, как я показал, составляла единственные примечательные черты пейзажа».

Теперь, если это хоть в какой-то мере похоже на верное представление об общих чертах страны в каменноугольный период, то физически невозможно, каким бы суровым ни был климат, чтобы в этой стране в тот период могло существовать что-либо приближающееся к материковому льду или, возможно, даже к ледникам таких размеров, которые достигали бы уровня, близкого к морскому, где, как предполагается, главным образом произрастала ныне сохранившаяся угольная растительность. Условия, которые преобладали бы, скорее напоминали бы условия Сибири, чем Гренландии.

Отсутствие всех следов ледникового воздействия в пластах каменноугольных отложений в данном случае можно легко объяснить. Ибо, поскольку по предположению ледников не было, не могло быть никакого царапания, бороздования или полировки скал; не могло быть и айсбергов, так как крупные массы, известные как айсберги, являются конечными частями ледников, достигших моря. Опять же, поскольку не было айсбергов, конечно, не могло быть никакого истирания или царапания скал, образующих дно океана. Правда, летом, когда замерзшее море вскрывалось, у нас должны были быть огромные массы плавучего льда, но эти массы не были бы достаточной толщины, чтобы тереться о морское дно. Но даже если предположить, что они иногда касались дна здесь и там, мы никак не могли бы найти доказательств этого в каких-либо пластах каменноугольных отложений. Мы не могли бы ожидать найти какие-либо царапины или следы на песчанике или сланце этих пластов, указывающие на действие льда, ибо в тот период не было пластов песчаника или сланца, а были просто пласты песка и ила, которые в будущие века консолидировались в песчаник и сланец. Масса льда могла иногда тереться о морское дно и оставлять свои следы на рыхлом песке или мягком иле, образующем это дно, но следующая волна, прошедшая над ним, стерла бы каждый след и оставила бы поверхность такой же гладкой, как прежде. Мы также не могли бы ожидать найти какие-либо крупные эрратические валуны в угольных пластах, ибо они должны происходить с суши, а поскольку по предположению в тот период не было ледников или материкового льда, то не было и средств для их транспортировки. В Гренландии айсберги иногда несут крупные валуны, которые сбрасываются в море по мере таяния айсбергов; но все эти глыбы либо были перенесены на спинах ледников с внутренних территорий, либо упали на полевой лед вдоль берега с поверхности скал и нависающих утесов. Но поскольку, вероятно, не было ни ледников, достигающих моря, ни, возможно, отвесных скал вдоль морского побережья, то было мало или совсем не было глыб, перенесенных льдом и сброшенных в море каменноугольного периода, и, конечно, нам не следует ожидать найти их в песчанике и сланце, которые в ту эпоху образовывали дно океана. Несомненно, существовал прибрежный лед и донный лед в реках, уносящие большие количества гравия и камней; но этот гравий и камни, конечно, были бы обкатаны водой, и хотя они встречаются в пластах каменноугольных отложений, как, несомненно, они и встречаются, их не рассматривали бы как указывающие на действие льда. Простое отсутствие реликтов ледникового воздействия в каменноугольных отложениях ничего не доказывает относительно того, были ли холодные периоды во время их формирования или нет.

Это относительное отсутствие материкового льда могло быть одной из причин, почему леса каменноугольного периода сохранились в гораздо большей степени, чем леса любой другой эпохи.

Следует, однако, заметить, что выводы, к которым мы пришли относительно относительного отсутствия материкового льда, применимы только к областям, которые сейчас составляют наши угольные бассейны. Накопление льда в антарктических регионах и в некоторых частях арктических регионов могло быть в ту эпоху таким же значительным, как и в настоящее время. Если бы не было материкового льда, не могло бы быть таких колебаний уровня моря, как предполагается в вышеизложенной теории. Основная идея теории, выраженная в нескольких словах, заключается в том, что ледниковые эпохи каменноугольного периода были такими же суровыми, а накопление льда таким же значительным, как и в любую другую эпоху, только существовали обширные участки равнинной местности, лишь немного приподнятые над уровнем моря, которые не были покрыты льдом. Эти равнины во время теплых межледниковых периодов были покрыты лесами из сигиллярий и других каменноугольных деревьев. Части этих лесов были защищены погружением, которое произошло в результате повышения уровня моря во время холодных или ледниковых периодов и последующего опускания суши. Эти части сейчас составляют наши угольные пласты.

Но то, что уголь может быть межледниковым образованием, — это не просто гипотеза, ибо у нас есть в хорошо известных Дюрнтенских пластах, описанных в главе XV, реальный пример такого образования.

Каменноугольные известняки. — Как общее правило, известняки каменноугольного периода, подобно углю, встречаются в пластах, разделенных массами песчаника и другими стратифицированными отложениями, что доказывает, что кораллы, криноидеи и другие существа, из остатков которых он состоит, не жили непрерывно в течение всего известнякового периода. Эти известняки являются морским образованием. Если суша неоднократно погружалась, уголь должен был неизбежно образовываться пластами со стратифицированными отложениями между ними, но нет причин, почему то же самое должно было происходить с известняками. Если бы климатические условия моря оставались прежними, мы не ожидали бы такой череды жизни и смерти; но, согласно теории чередующихся холодных и теплых периодов, такое состояние следует как необходимое следствие, ибо во время теплых периодов, когда суша была покрыта пышной растительностью, морское дно было бы покрыто моллюсками, криноидеями, кораллами и т. д., приспособленными жить только в умеренно теплом море; но когда наступал холод, эти существа погибали, и их остатки в течение продолжения холодного периода медленно покрывались отложениями песка и глины. С возвращением теплого периода эти отложения вскоре покрывались жизнью, как и прежде, образуя еще один пласт известняка, и это чередование жизни и смерти продолжалось бы до тех пор, пока продолжалась ледниковая эпоха.

Правда, в Дербишире, на юге Ирландии и в некоторых других местах известняк встречается одной массой в несколько сотен футов мощностью без каких-либо пластов песчаника или сланца, но нигде он не встречается одной непрерывной массой от верха до низа без каких-либо линий разделения. Эти перерывы или разделения могут так же отчетливо отмечать холодный период, как если бы они были заняты пластами песчаника. Морские существа переставали существовать, и когда грубая поверхность, оставленная их остатками, сглаживалась действием волн в ровную равнину, на этом основании начинал формироваться новый пласт, как только вновь появлялась жизнь. Два агента, работая вместе, вероятно, способствовали образованию этих огромных масс известняка, разделенных только перерывами, отмечающими различные периоды выработки. Кораллы растут в теплых морях, и только там, на глубине от 20 до 30 морских саженей. Холод периода оледенения не только послужил бы их уничтожению, но они были бы погружены настолько глубже глубины, подходящей для их существования, что даже если бы было возможно, что с погружением сохранилась достаточная температура, они неизбежно погибли бы от вышележащей массы воды. Мы, следовательно, как мне кажется, вправе заключить, что отдельные массы дербиширского известняка сформировались во время теплых межледниковых периодов и что линии разделения представляют холодные периоды оледенения, во время которых животные погибали под комбинированным влиянием холода и давления воды. Погружение коралловых рифов на большую глубину на морское дно, которое, подобно суше, было характерно плоским и ровным, подразумевает их унос далеко в лоно океана и, следовательно, удаленность от любого континента и приносимого им речного детрита.

ГЛАВА XXVII. ПУТЬ ЛЕДЯНОГО ЩИТА В СЕВЕРО-ЗАПАДНОЙ ЕВРОПЕ И ЕГО ОТНОШЕНИЕ К ВАЛУННОЙ ГЛИНЕ КЕЙТНЕССА.

Character of Caithness Boulder Clay.—Theories of the Origin of the Caithness Clay.—Mr. Jamieson’s Theory.—Mr. C. W. Peach’s Theory.—The proposed Theory.—Thickness of Scottish Ice-sheet.—Pentlands striated on their Summits.—Scandinavian Ice-sheet.—North Sea filled with Land-ice.—Great Baltic Glacier.—Jutland and Denmark crossed by Ice.—Sir R. Murchison’s Observations.—Orkney, Shetland, and Faroe Islands striated across.—Loess accounted for.—Professor Geikie’s Suggestion.—Professor Geikie and B. N. Peach’s Observations on East Coast of Caithness.—Evidence from Chalk Flints and Oolitic Fossils in Boulder Clay.

Природа валунной глины Кейтнесса. — Значительные трудности испытывали геологи при объяснении происхождения валунной глины Кейтнесса. Это нестратифицированная глина глубокого серого или сланцевого цвета, сильно напоминающая цвет кейтнесских плитняков, на которых она залегает. Она описана г-ном Джеймисоном (Quart. Jour. Geol. Soc., vol. xxii., p. 261) следующим образом:

«Ледниковые отложения Кейтнесса особенно интересны как пример валунной глины, которая по способу своего накопления и исчерченным льдом обломкам очень напоминает ту нестратифицированную каменистую грязь, которая встречается под ледниками — «moraine profonde», как называют ее некоторые».

«Облик отложений вдоль Хастер-Берн и во многих других местах в Кейтнессе, по сути, точно такой же, как у старой валунной глины остальной части Шотландии, за исключением того, что она насыщена остатками морских раковин и других морских организмов».

«Если отсутствие стратификации, твердость текстуры и обилие хорошо оледенелых камней и валунов должны быть критериями того, что мы называем подлинной валунной глиной, то большая часть отложений Кейтнесса выдержит это испытание».

Таким образом, что касается одного лишь внешнего вида отложений, их сразу же назвали бы истинным нижним тиллом, продуктом материкового льда. Но есть два обстоятельства, связанных с ними, которые обычно рассматривались как фатальные для этого вывода.

(1) Штрихи на скалах показывают, что лед, сформировавший глину, должен был прийти с моря, а не из внутренних районов страны; ибо их направление почти перпендикулярно тому, каким оно было бы, если бы лед пришел из внутренних районов. По всему району направление борозд и царапин, не только на скалах, но даже на камнях в глине, довольно близко к С.З. и Ю.В. «При осмотре разрезов вдоль Хастер-Берн, — говорит г-н Джеймисон, — в компании с г-ном Джозефом Андерсоном я заметил, что штрихи на включенных обломках в целом совпадают по направлению со штрихами на скалах под ними. Царапины на валунах, как обычно, проходят вдоль камней, когда они имеют удлиненную форму; и положение этих камней, лежащих в отложениях, как правило, таково, что их длинные оси указывают в том же направлении, что и царапины на твердой скале под ними; показывая, что тот же агент, который исчертил скалы, также измельчал и продвигал отложения».

Г-н К. У. Пич сообщает мне, что он редко или никогда не находил камень с двумя наборами штрихов на нем, факт, указывающий, как отмечает г-н Джеймисон, на то, что отложения были произведены одним великим движением, неизменно в одном и том же направлении. Следует помнить, что лед, который таким образом двигался над Кейтнессом по этому неизменному пути, должен был прийти либо из Атлантики на С.З., либо из залива Мори-Ферт на Ю.В.

(2) Валунная глина Кейтнесса полна морских раковин и других морских остатков. Раковины находятся в разбитом состоянии и разбросаны, как и камни, по всей массе глины. Г-н Джеймисон заявляет, что он нигде не наблюдал ни одного случая нахождения раковин в нетронутом состоянии, «и я не мог услышать, — говорит он, — о том, чтобы такие были найдены; по-видимому, не существует такого понятия, как пласт ламинированного ила с раковинами in situ». Фрагменты раковин исчерчены и обточены льдом, так же как и камни, найденные в глине. Не только раковины оледенелы, но даже фораминиферы, если смотреть через микроскоп, имеют потертый и изношенный вид. Раковины, очевидно, были разбиты, исчерчены и продвинуты льдом в то время, когда формировалась валунная глина.

Теории относительно происхождения глины Кейтнесса. — Г-н Джеймисон, как мы видели, свободно признает, что валунная глина Кейтнесса имеет вид истинного тилла материкового льда, но из С.З. и Ю.В. направления штрихов на скалах и присутствия морских раковин в глине он пришел к выводу, что оледенение Кейтнесса было осуществлено плавучим льдом в то время, когда район был затоплен. Я всегда чувствовал убежденность в том, что г-н Джеймисон не нашел истинного объяснения этих явлений.

(1) Физически невозможно, чтобы любое отложение, сформированное айсбергами, было полностью нестратифицированным. Предположим, что масса материалов, которые образовали бы валунную глину, сброшена в море, скажем, с айсберга, более тяжелые части, такие как камни, достигнут дна первыми. Затем последуют более легкие материалы, такие как песок, затем глина, и в последнюю очередь ил осядет поверх всего тонкими слоями. Различные массы, сброшенные с различных айсбергов, несомненно, будут лежать в беспорядке одна над другой, но каждая отдельная масса будет показывать признаки стратификации. Большая часть валунной глины, очевидно, была сформирована в море, но если глина нестратифицирована, она должна была быть сформирована под ледниками, движущимися по морскому дну, как по сухой земле. Независимо от того, может ли нестратифицированная валунная глина формироваться под водой или на суше, она в любом случае должна быть продуктом материкового льда. Те, кто воображает, что материалы, различающиеся по удельному весу, подобные тем, из которых состоит валунная глина, сброшенные в воду, могут осесть, не принимая стратифицированную форму, должны провести эксперимент, и они вскоре убедятся, что это физически невозможно. Представление о том, что нестратифицированная валунная глина могла быть сформирована отложениями плавучего льда, не только ошибочно, но и положительно вредно, ибо оно склонно сбивать с толку тех, кто его придерживается, в отношении всего вопроса о происхождении ледниковых отложений.

(2) Также физически невозможно, чтобы ледяные отметки, подобные тем, что повсюду найдены на скалистой поверхности района и на гальке и раковинах, включенных в глину, могли быть осуществлены каким-либо иным агентом, кроме материкового льда. Мне нет необходимости здесь вдаваться в дискуссию по этому пункту, так как это было сделано довольно подробно в другом месте. В настоящем случае, однако, это излишне, потому что если можно показать, что все факты объясняются наиболее естественным образом теорией материкового льда, никто не будет спорить в пользу теории плавучего льда; ибо признано, что, за исключением направления штрихов и присутствия раковин, все факты лучше согласуются с теорией материкового льда, чем с теорией плавучего льда.

Мое первое впечатление по этому предмету заключалось в том, что оледенение Кейтнесса было осуществлено полярной ледяной шапкой, которая во время более суровой части ледниковой эпохи должна была простираться по крайней мере до широты севера Шотландии.

По другому поводу (см. Reader от 14 октября 1865 г.) было показано, что все северные моря из-за своей мелководности должны были в тот период быть заблокированы сплошным льдом, который вытеснял воду и двигался по морскому дну так же, как по сухой земле. Фактически, северные моря, включая Немецкое море, будучи в то время заполнены ледниковым льдом, могли рассматриваться как суша. Лед такого рода, двигаясь по дну Немецкого моря или Северного моря и над Кейтнессом, не мог не толкать перед собой раковины и другие остатки животных, лежащие на морском дне, и смешивать их с глиной, которая теперь остается на суше как свидетельство его продвижения.

Около двух лет назад у меня был разговор с г-ном К. У. Пичем на эту тему. Этот джентльмен, как хорошо известно, давно знаком с валунной глиной Кейтнесса. Он был убежден, что глина этой страны — это истинный нижний тилл, а не более позднее отложение, как предполагает г-н Джеймисон. Он высказал мне свое мнение, что оледенение Кейтнесса было осуществлено массами материкового льда, пересекающими залив Мори-Ферт с горных хребтов на юго-востоке и проходящими над Кейтнессом на своем пути. Трудность, которая, по-видимому, окружает эту теорию, заключается в том, что ледник, входящий в залив, не покинул бы его и не поднялся бы над побережьем Кейтнесса. Он выбрал бы путь наименьшего сопротивления и двинулся бы в Северное море, где нашел бы свободный проход в более глубокую воду. Теория г-на Пича, однако, является важным шагом в правильном направлении. Это часть истины, но, я полагаю, не вся истина. Нижеследующее предлагается как решение этого вопроса.

Предлагаемая теория. — Теперь можно считать установленным фактом, что во время более суровой части ледникового периода Шотландия была покрыта одним непрерывным ледяным покровом, настолько толстым, что он похоронил под собой Очил, Сидло, Пентленд, Кэмпси и другие умеренно высокие горные хребты. Например, г-н Дж. Гейки и г-н Б. Н. Пич обнаружили, что огромные массы льда из Северо-Западного нагорья прошли прямо над Очилами в Пертшире и Ломондами в Файфе. Фактически, эти горные хребты были недостаточно высоки, чтобы отклонить ледяной поток ни вправо, ни влево; а сплющенные и округлые вершины хребтов Кэмпси, Пентленд и Ламмермур служат достаточным свидетельством денудирующей силы льда.

Далее, цитируя г-на Джеймисона, «отдельная гора Шехаллион в Пертшире высотой 3500 футов отмечена как вблизи вершины, так и на своих склонах, и это не льдом, стекающим по склонам самой горы, а льдом, давящим на нее с севера. На вершине другого изолированного холма, называемого Морвен, высотой около 3000 футов, расположенного в нескольких милях к северу от деревни Баллатер в графстве Абердин, я нашел гранитные валуны, не похожие на породу холма и, по-видимому, происходящие из гор на западе. Опять же, на самых высоких водоразделах Очил, на высотах около 2000 футов, я нашел этим летом (1864 г.) куски слюдяного сланца, полного гранатов, которые, по-видимому, пришли с Грампианских гор на северо-западе, показывая, что транспортирующий агент переполнил даже самые высокие части хребта Очил. А на Западных Ломондах в Файфшире, в карьере Клаттеринг-Уэлл высотой 1450 футов, я нашел обточенную льдом гальку красного песчаника и порфира в обломках, покрывающих каменноугольный известняк вершины Бишоп-Хилл. Факты, подобные этим, встречаются нам повсюду. Так, на Пертширских холмах, между Блэр-Атолл и Данкелдом, я нашел обточенные льдом поверхности скал на вершинах холмов на высотах 2200 футов, как будто вызванные льдом, давящим на них с северо-запада, и транспортирующим валуны на еще большие высоты».

Факты, еще более важные в их отношении к рассматриваемому нами вопросу, были наблюдаемы на хребте Пентленд г-ном Бенни и мной летом 1870 года. Поднимаясь на Аллермьюр, один из холмов, образующих северное окончание хребта Пентленд, мы были немало удивлены, обнаружив его вершину обточенной льдом и исчерченной. Вершина холма состоит из плотного порфирового фельзита, который очень сильно раздроблен; но везде, где можно было увидеть остатки первоначальной поверхности, она оказывалась отполированной и исчерченной самым решительным образом. Эти штрихи все в одном единообразном направлении, почти восток-запад; и при тщательном изучении их с помощью линзы у нас не возникло никаких трудностей в определении того, что лед, который их произвел, пришел с запада, а не с востока, факт, который ясно показывает, что они должны были быть сделаны в то время, когда, как хорошо известно, вся Срединная долина была заполнена льдом, идущим из Северо-Западного нагорья. На вершине холма мы также нашли участки валунной глины в полых бассейнах скалы. В одном месте она была более фута глубиной и покоилась на отполированной льдом поверхности. Глина была несколько рыхлой и песчаной, как и следовало ожидать от слоя столь тонкого, подверженного дождю, морозу и снегу в течение долгого хода веков, которые должны были пройти с тех пор, как она была там отложена. Из 100 галек, собранных из глины, просто как они попадались, каждая, за исключением трех или четырех, состоящих из твердого кварца, представляла сплющенную и обточенную льдом поверхность; и сорок четыре были отчетливо исчерчены: короче говоря, каждый камень, который был способен принимать и удерживать царапины, был исчерчен. Ряд этих камней должен был прийти с нагорья на северо-западе.

Высота Аллермьюра составляет 1617 футов, и, исходя из его положения, невозможно, чтобы лед мог пройти над его вершиной, если бы вся Срединная долина в этом месте не была заполнена льдом на глубину более 1600 футов. Холм расположен примерно в четырех или пяти милях к югу от Эдинбурга и образует, как уже было сказано, северное окончание хребта Пентленд. Непосредственно к северу лежит широкая долина залива Ферт-оф-Форт, более двенадцати миль в поперечнике, предлагающая самый свободный и беспрепятственный выход для огромной массы льда, идущей вдоль Срединной долины с запада. Теперь, когда мы размышляем, как легко лед может приспосабливаться к неровностям канала, вдоль которого он движется, как он может поворачивать вправо или влево, чтобы найти для себя путь наименьшего сопротивления, становится очевидным, что лед никогда не пошел бы над Аллермьюром, если бы не только Срединная долина в этой точке, но и вся окружающая страна не была покрыта одной непрерывной массой льда на глубину более 1600 футов. Но не следует полагать, что высота Аллермьюра представляет толщину льда; ибо, поднимаясь на Скалд-Ло, холм в четырех милях к юго-западу от Аллермьюра и самый высокий в хребте Пентленд, мы нашли в обломках, покрывающих его вершину, сотни перенесенных камней всех размеров, от одного до восемнадцати дюймов в диаметре. Мы также выкопали валун зеленого камня около восемнадцати дюймов в диаметре, который был мелко отполирован и исчерчен. Поскольку высота этого холма составляет 1898 футов, масса льда, покрывающая окружающую страну, должна была быть глубиной не менее 1900 футов. Но это еще не все. Прямо к северу от Пентлендов, на линии, почти параллельной восточному побережью и перпендикулярной пути льда из внутренних районов, нет, за исключением одинокого пика Ист-Ломонд и одного-двух низких холмов хребта Сидло, возвышенности, достойной названия холма, ближе, чем Грампианы на севере Форфаршира, на расстоянии более шестидесяти миль. Эта широкая равнина, простирающаяся почти от Южного до Северного нагорья, была великим каналом, через который лед внутренних районов Шотландии находил выход в Северное море. Если глубина льда в заливе Ферт-оф-Форт, который образует южную сторону этой широкой впадины, составляла не менее 1900 футов, то совсем не вероятно, что его глубина на северной стороне, образованной долиной Стратмор и заливом Ферт-оф-Тей, которые лежали более прямо на пути льда с Северного нагорья, могла быть меньше. Здесь мы имеем один огромный ледник, более шестидесяти миль шириной и 1900 футов толщиной, идущий из внутренних районов страны.

Поэтому очевидно, что огромная масса льда, входящая в Северное море к востоку от Шотландии, особенно около заливов Ферт-оф-Форт и Ферт-оф-Тей, не могла быть меньше, а вероятно, была гораздо больше, чем от 1000 до 2000 футов толщиной. Великий вопрос, который теперь предстоит рассмотреть, заключается в том, что стало с огромным ледяным щитом после того, как он вошел в Северное море? Раскололся ли он и уплыл в виде айсбергов? Это, по-видимому, до сих пор принималось как должное; но мелководность Северного моря показывает, что такой процесс был совершенно невозможен. Глубина моря в проливе Ла-Манш составляет всего около двадцати морских саженей, и хотя она постепенно увеличивается до сорока морских саженей у залива Мори-Ферт, все же мы должны дойти до севера и запада Оркнейских и Шетландских островов, прежде чем достигнем 100-саженной линии. Таким образом, средняя глубина всего Северного моря не превышает сорока морских саженей, чего недостаточно даже для того, чтобы удержать на плаву айсберг толщиной 300 футов.

Несомненно, Северное море по двум причинам сейчас гораздо мельче, чем оно было в рассматриваемый период. (1) Во время великого расширения льда в северном полушарии должно было происходить значительное погружение суши, вызванное смещением центра тяжести Земли. (2) Морское дно сейчас, вероятно, заполнено в большей степени ледниковыми отложениями, чем это было в ледниковый период. Но даже сделав самую экстравагантную поправку на дополнительную глубину, полученную по этой причине, все равно не могло быть воды, достаточно глубокой, чтобы удержать на плаву ледник толщиной 1000 или 2000 футов. Действительно, Северное море должно было быть почти в десять раз глубже, чем оно есть в настоящее время, чтобы удержать на плаву лед ледникового периода. Мы можем, следовательно, с самым совершенным убеждением заключить, что ледяной щит Шотландии никак не мог расколоться на айсберги в таком канале, а должен был двигаться по дну моря одной непрерывной массой и должен был найти свой путь к глубокому желобу Атлантики, к западу от Оркнейских и Шетландских островов, прежде чем он раскололся и уплыл в форме айсберга.

Едва ли нужно замечать, что воды Северного моря имели бы лишь незначительный эффект в таянии льда. Мелкое море, подобное этому, в которое входили большие массы льда, постоянно поддерживалось бы около точки замерзания, а вода такой температуры обладает незначительной тающей силой, ибо требуется 142 фунта воды при 33° F, чтобы растопить один фунт льда. Фактически, ледяное море скорее стремится защитить входящий в него лед от таяния, чем наоборот. И кроме того, из-за свежих поступлений снега ледяной щит накапливался бы быстрее на своей верхней поверхности, чем таял бы на своей нижней поверхности, если предположить, что под этой поверхностью была морская вода. Лед Шотландии во время ледникового периода должен был, по необходимости, найти свой путь в более теплую воду, чем вода Северного моря, прежде чем он мог быть растоплен. Но этого он не мог сделать, не достигнув Атлантики, а чтобы добраться туда, ему пришлось бы обогнуть Оркнейские острова вдоль дна Северного моря как материковому льду.

Это объяснит, как Оркнейские острова могли быть оледенелы материковым льдом; но это, однако, не объясняет, как Кейтнесс мог быть оледенел таким образом. Эти острова лежали на самом пути льда по дороге в Атлантику и едва ли могли избежать того, чтобы быть перекрытыми; но Кейтнесс лежал значительно левее пути, который, как мы ожидали бы, должен был принять лед. Лед не покинул бы свой канал, не повернул бы влево и не поднялся бы на Кейтнесс, если бы его не заставили это сделать. Что же тогда заставило лед пройти над Кейтнессом?

Путь скандинавского льда. — Мы должны учитывать, что лед из Шотландии и Англии был лишь частью того, что входило в Северное море. Большая часть льда Скандинавии должна была уйти в это море, и если лед нашего острова не мог найти достаточно глубокой воды, чтобы держаться на плаву, то тем более не мог бы этого сделать гораздо более толстый лед Скандинавии. Скандинавский лед, прежде чем он мог расколоться, должен был, таким образом, подобно шотландскому льду, пересечь дно Северного моря и пройти в Атлантику. Он не мог пройти на север или северо-запад, ибо океан в этих направлениях был бы заблокирован полярным льдом. Правда, вдоль южного берега Норвегии простирается сравнительно глубокий желоб от ста до двухсот морских саженей. Но это, очевидно, недостаточно глубоко, чтобы удержать на плаву скандинавский ледяной щит; и даже если предположить, что он был достаточно глубоким, плавучий лед должен был найти свой путь в Атлантику, а этого он не мог сделать, не пройдя вдоль побережья. Теперь, его проход был бы не только затруднен массой льда, постоянно выступающей в море прямо под прямым углом к его курсу, но он был бы встречен еще более огромными массами льда, идущими со всего побережья Норвегии. И, кроме этого, лед, входящий в Северный Ледовитый океан из Лапландии и северных частей Сибири, за исключением очень небольшой части, которая могла бы найти выход в Тихий океан через Берингов пролив, должен был бы пройти вдоль скандинавского побережья на своем пути в Атлантику. Неважно, какова была глубина этого желоба, если лед с суши, войдя в него, не мог найти выхода, он продолжал бы накапливаться до тех пор, пока желоб не оказался бы заблокирован; и после этого великая масса с суши двигалась бы вперед, как если бы желоба не существовало. Таким образом, единственным путем для льда был бы путь через Оркнейские и Шетландские острова. Его более прямой и естественный путь, несомненно, был бы на юго-запад, в направлении наших берегов; и, по всей вероятности, если бы Шотландия была низким плоским островом, а не высоким и гористым, лед прошел бы полностью над ней. Но ее гористый характер и огромные массы льда, в то время исходящие из ее внутренних районов, эффективно предотвратили бы это, так что лед Скандинавии был бы вынужден двигаться в обход через Оркнейские острова. Следовательно, эти две огромные массы движущегося льда — одна из Шотландии и гораздо большая из Скандинавии — встретились бы в Северном море, вероятно, недалеко от наших берегов, и двигались бы, как представлено на диаграмме, бок о бок на север в Атлантику как один гигантский ледник.

И это нельзя рассматривать как аномальное состояние вещей; ибо в Гренландии и на антарктическом континенте лед не раскалывается на айсберги при достижении моря, а движется по морскому дну одной непрерывной массой до тех пор, пока не достигнет воды, достаточно глубокой, чтобы удержать его на плаву. Вполне возможно, что лед в наши дни нигде не преодолевает расстояние в триста или четыреста миль по морскому дну, но это полностью объясняется тем фактом, что он находит воду, достаточно глубокую, чтобы удержать его на плаву, прежде чем проделать такой путь. Если бы Баффинов залив и пролив Дэвиса, например, были такими же мелкими, как Северное море, лед Гренландии не раскалывался бы на айсберги в этих морях, а пересек бы их одной непрерывной массой до и над американским континентом.

Срединная линия скандинавского и шотландского ледяных щитов была бы расположена недалеко от восточного побережья Шотландии. Скандинавский лед давил бы так близко к нашему побережью, как позволяло сопротивление льда с этой стороны. Огромная масса льда из Шотландии, вытесняющаяся в Северное море, заставила бы скандинавский лед двигаться в обход через Оркнейские острова, а также удерживала бы его на некотором расстоянии от Шотландии. Там, где, с другой стороны, оказывалось лишь небольшое сопротивление со стороны льда из внутренних районов этой страны (а это могло быть так вдоль многих частей английского побережья), скандинавский лед мог бы достичь берегов и даже перекрыть страну на некоторое расстояние вглубь материка.

Мы до сих пор ограничивали наше внимание действием льда, исходящего из Норвегии; но если мы теперь рассмотрим, что происходило в Швеции и на Балтике, мы найдем более убедительное доказательство давления скандинавского льда на наши собственные берега. Западная половина Готланда исчерчена в направлении С.В. и Ю.З., и то, что это было осуществлено огромной массой льда, покрывающей страну, а не местными ледниками, очевидно из факта, отмеченного Робертом Чемберсом и офицерами Шведской геологической службы, что общее направление бороздок и штрихов на скалах имеет мало или вообще не имеет отношения к конфигурации поверхности, показывая, что лед был достаточной толщины, чтобы двигаться прямо вперед, невзирая на неровности почвы.

В Гётеборге, на берегах Каттегата, и вокруг озер Венерн и Веттерн ледниковые штрихи имеют весьма примечательный характер, самым решительным образом указывая на то, что лед двигался из внутренних районов страны на северо-восток единой огромной массой. Вся эта ледяная масса должна была попасть в мелководный Каттегат — море, недостаточно глубокое, чтобы удерживать на плаву даже обычный ледник. Поэтому лед, сходящий с Готланда, должен был пересечь Каттегат, а затем пройти через Ютландию в Северное море. Попав в Северное море, он был вынужден двигаться между нашими берегами и льдом, идущим непосредственно с западной стороны Скандинавии.

Но это еще не все. Очень значительная часть скандинавского льда должна была попасть в Ботнический залив, где он никак не мог держаться на плаву. Затем он двигался на юг в Балтийское море в виде материкового льда. Пройдя по Балтике, часть льда, вероятно, переместилась на юг, на плоские равнины севера Германии, но большая часть оставалась в русле Балтийского моря и, разумеется, поворачивала направо, огибая южную оконечность Готланда, а оттуда пересекала Данию и уходила в Северное море. То, что именно таким был путь льда, на мой взгляд, очевидно из наблюдений Мурчисона, Чемберса, Хёрбье и других геологов. Сэр Родерик Мурчисон обнаружил — хотя он и не приписывает это воздействию материкового льда, — что Аландские острова, расположенные между Ботническим заливом и Балтийским морем, повсеместно покрыты штриховкой в направлении с севера на юг.

Уппсала и Стокгольм, участок равнинной местности, выступающий на некоторое расстояние в Балтийское море, также изборождены и покрыты штрихами, причем не в том направлении, которое было бы вызвано льдом, идущим из внутренних районов Скандинавии, а в направлении с севера на юг, параллельно тому пути, по которому должен был двигаться лед, спускаясь по Балтике. Эта часть страны должна была быть изборождена массой льда, идущей со стороны Ботнического залива. И то, что эта масса должна была быть огромной, очевидно из того факта, что озеро Меларен, пересекающее страну с востока на запад, под прямым углом к пути движения льда, по-видимому, не оказало никакого влияния на отклонение ледяного потока. То, что лед пришел с севера, а не с юга, также подтверждается тем фактом, что северные склоны скалистых возвышенностей отполированы, скруглены и обточены льдом, в то время как южные склоны сравнительно неровные. Например, северные берега озера Меларен, которые, разумеется, обращены на юг, неровные, тогда как южные берега, которые должны были оказывать сопротивление продвижению льда, сглажены и скруглены самым необычным образом.

Далее, то, что лед после прохождения по Балтике поворачивал направо вдоль южной оконечности Готланда, подтверждается направлением штрихов и ледниковых борозд, наблюдаемых на таких островах, как Готланд, Эланд и Борнхольм. Сэр Р. Мурчисон обнаружил, что остров Готланд изборожден и покрыт штрихами в одном единообразном направлении с северо-востока на юго-запад. «Эти борозды, — говорит сэр Родерик, — настолько идеально напоминают желоба и штрихи, образованные в Альпах при реальном движении ледников, что ни М. Агассис, ни кто-либо из его сторонников не смогли обнаружить различий». Однако он делает вывод, что эти следы не могли быть оставлены материковым льдом, поскольку Готланд является не только низким плоским островом посреди Балтийского моря, но и находится «по меньшей мере в 400 милях от любого возвышения, к которому можно применить термин «гора»». Это, разумеется, является решающим аргументом против гипотезы о том, что Готланд и другие острова Балтийского моря могли быть оледенены обычными ледниками; но это вполне согласуется с теорией о том, что Ботнический залив и вся Балтика были заполнены единой сплошной массой материкового льда, образовавшейся в результате стока с большей части Швеции, Лапландии и Финляндии. Фактически, все ледниковые явления Скандинавии необъяснимы в рамках гипотезы о местных ледниках.

То, что Балтийское море было полностью заполнено массой льда, движущегося с севера, дополнительно подтверждается тем фактом, что материк не только у Уппсалы, но и в нескольких местах вдоль побережья Готланда изборожден и покрыт штрихами, параллельными берегу, и часто под прямым углом к следам льда, идущего из внутренних районов, что показывает, что нынешнее русло Балтийского моря было недостаточно большим, чтобы вместить ледяной поток. Например, вдоль берегов между Кальмаром и Карлскруной, как описано сэром Родериком Мурчисоном и М. Хёрбье, штриховка параллельна берегу. Возможно, небольшое препятствие, создаваемое островом Эланд, расположенным так близко к берегу, отклоняло край потока в этом месте на сушу. Ледяной поток, пройдя Карлскруну, поворачивал на запад вдоль нынешнего входа в Балтийское море и снова вторгался на материк, пересекал низкий мыс Кристианстад, а оттуда направлялся на запад в сторону Зеландии.

PLATE V.

W. & A. K. Johnston, Edinbr. and London.

CHART SHOWING THE PROBABLE PATH OF THE ICE IN NORTH-WESTERN EUROPE DURING THE PERIOD OF MAXIMUM GLACIATION.
The lines also represent the actual direction of the striae on the rocks.

Этот огромный балтийский ледник, по всей вероятности, проходил через Данию и входил в Северное море где-то к северу от реки Эльбы, а затем должен был найти выход в Атлантику через пролив Ла-Манш или пройти между нашими восточными берегами и массой льда, идущей с Готланда и северо-западных берегов Европы. Весь вероятный путь льда можно увидеть, обратившись к прилагаемой карте (Таблица V). То, что лед пересекал Данию, очевидно из того факта, что поверхность этой страны усеяна обломочным материалом, происходящим со Скандинавского полуострова.

Принимая во внимание все эти различные соображения, неизбежен вывод, что огромные массы льда из Шотландии были вынуждены резко поворачивать на север, как показано на диаграмме, и огибать их, направляясь в Атлантику в сторону Кейтнесса и Оркнейских островов.

Если вышеизложенное является верным представлением положения дел, то физически невозможно, чтобы Кейтнесс мог избежать того, чтобы его не накрыл материковый лед Северного моря. Кейтнесс, как хорошо известно, представляет собой не только низкую, плоскую полосу земли, лишь незначительно возвышающуюся над уровнем моря и, следовательно, неспособную поддерживать крупные ледники; но, кроме того, он выступает в виде мыса прямо на пути движения льда. Если бы Кейтнесс не мог защитить себя, выдвинув в море ледники толщиной в одну или две тысячи футов, он никак не мог бы избежать вторжения льда Северного моря. Но сам Кейтнесс не мог поддерживать ледники такой величины, равно как и не мог получить их из прилегающих горных районов Сазерленда, поскольку лед этого графства находил более прямой выход, чем через плоские равнины Кейтнесса.

Раковины, содержащиеся в валунной глине Кейтнесса, таким образом, очевидно, были вытеснены из русла Северного моря материковым льдом, который и сформировал саму глину.

Тот факт, что эти раковины не являются столь ярко выраженными арктическими, как те, что найдены в некоторых других частях Шотландии, не является доказательством того, что глина не была сформирована в самую суровую часть ледниковой эпохи, ибо раковины не жили в Северном море в то время, когда оно было заполнено материковым льдом. Раковины должны были принадлежать к периоду, предшествующему вторжению льда, и, следовательно, до того, как холод достиг своей наибольшей интенсивности. Также нет необходимости предполагать, что раковины являются доледниковыми, ибо эти раковины могли принадлежать к межледниковому периоду. Что касается Шотландии, было бы рискованно делать вывод, что растение или животное является доледниковым или послеледниковым только потому, что оно может не относиться к арктическому или бореальному типу.

Те же замечания, которые относятся к Кейтнессу, в определенной степени применимы и к мысу у Фрейзербурга. Он также лежал на пути льда, и, судя по направлению штрихов на скалах и наличию раковин в глине, как описано г-ном Джеймисоном, он также несет следы того, что был накрыт материковым льдом Северного моря. Фактически, во вторжении материкового льда Северного моря на Кейтнесс и мыс у Фрейзербурга мы имеем повторение того, что, как мы видели, происходило у Уппсалы, Кальмара, Кристианстада и других плоских участков вдоль берегов Балтийского моря.

Дефицит или, возможно, полное отсутствие скандинавских валунов в глине Кейтнесса никоим образом не противоречит этой теории, ибо через Кейтнесс мог пройти только левый край ледника Северного моря; и этот край, как мы видели, состоял из материкового льда из Шотландии. Мы могли бы, однако, ожидать обнаружения скандинавских блоков на Шетландских и Фарерских островах, ибо, как мы вскоре увидим, существуют довольно веские доказательства того, что скандинавский лед проходил через эти острова.

Шетландские и Фарерские острова, оледеневшие под воздействием материкового льда. — Также стоит отметить, что штрихи на скалах Оркнейских, Шетландских и Фарерских островов указывают в направлении Скандинавии и являются результатом воздействия материкового льда, движущегося по путям, указанным на диаграмме. И примечательным фактом является то, что когда мы продвигаемся на север к Исландии, штрихи, согласно наблюдениям Роберта Чемберса, по-видимому, указывают в сторону Северной Гренландии. Возможно ли, что вся Атлантика, от Скандинавии до Гренландии, была заполнена материковым льдом? Как бы ошеломляюще это ни казалось на первый взгляд, существует несколько соображений, делающих такой вывод вероятным. Наблюдения Чемберса, Пича, Хибберта, Аллана и других показывают, что скалистая поверхность Шетландских и Фарерских островов была обточена, отполирована и изборождена самым примечательным образом. То, что это не могло быть сделано льдом, принадлежащим самим островам, очевидно, ибо эти острова слишком малы, чтобы поддерживать ледники какого-либо размера, а самый маленький из них изборожден так же, как и самый большой. Кроме того, единообразное направление штрихов на скалах показывает, что это должно было быть вызвано льдом, проходящим через острова. То, что штриховка не могла быть вызвана плавающими айсбергами в то время, когда острова были погружены в воду, я считаю столь же очевидным из того факта, что не только вершины самых высоких возвышенностей обточены льдом, но и вся поверхность вплоть до нынешнего уровня моря сглажена и изборождена; и эти штрихи соответствуют всем неровностям поверхности. Этот последний факт, как ясно показал профессор Гейки, совершенно несовместим с теорией плавающего льда. Г-н Пич обнаружил на Шетландских островах вертикальные обрывы, изборожденные и покрытые штрихами, и то же самое наблюдал г-н Томас Аллан на Фарерских островах. То, что все эти острова были оледенены сплошным ледяным покровом, проходящим через них, — таково было впечатление, оставшееся у Роберта Чемберса после их посещения. Это единственная теория, которая объясняет все факты. Единственная трудность, которая ее сопровождает, — это огромная толщина льда, требуемая теорией. Но эта трудность значительно уменьшается, когда мы задумываемся о том, что у нас есть веские доказательства, основанные на толщине айсбергов, встреченных в Южном океане, что лед, сходящий с антарктического континента, должен в некоторых местах значительно превышать милю в толщину. Поэтому не так уж удивительно, что лед ледниковой эпохи, сходящий из Гренландии и Северной Европы, не мог держаться на плаву в Северной Атлантике.

Почему лед Шотландии имел такую огромную толщину. — Огромная толщина льда в Шотландии во время ледниковой эпохи вызывала немалое удивление. Примечательно, как остров шириной не более 100 миль мог быть покрыт ледяным покровом настолько толстым, что он погребал горные хребты высотой более 1000 футов, расположенные почти у самого морского берега. Но все наши трудности исчезают, когда мы задумываемся о том, что моря вокруг Шотландии из-за своей мелководности во время ледникового периода были заблокированы сплошным льдом. Шотландия, Скандинавия и Северное море образовывали одно огромное ледяное плато высотой от 1000 до 2000 футов над уровнем моря. Это плато заканчивалось в глубоких водах Атлантики перпендикулярной ледяной стеной, простирающейся, вероятно, от запада Ирландии в сторону Исландии. От этого барьера постоянно откалывались айсберги, соперничающие по величине с теми, которые сейчас можно встретить в антарктических морях.

Объяснение значительного распространения лёсса. — Следствием блокировки Северного моря материковым льдом стало бы то, что воды Рейна, Эльбы и Темзы должны были бы найти выход в Атлантику через пролив Ла-Манш. Профессор Гейки предположил мне, что если бы Дуврский пролив в то время не был открыт — что вполне возможно — или если бы он был заблокирован материковым льдом, скажем, великим балтийским ледником, переходящим из Дании, то следствием этого стало бы то, что воды Рейна и Эльбы были бы подперты и затопили бы все низменные участки страны на юге; и это могло бы объяснить необычайное распространение лёсса в бассейне Рейна, а также в Бельгии и на севере Франции.

PLATE VI.

W. & A. K. Johnston, Edinbr and London.

CHART SHOWING PATH OF THE ICE
Note.
Curved lines shew path of Ice.
Arrows shew direction of striae
as observed by Prof. Geikie & B. N. Peach.
Short thick lines shew direction of
striae by other observers.

Note on the Glaciation of Caithness.

Совсем недавно я получил замечательное подтверждение пути движения кейтнесского льда в наблюдениях, переданных мне профессором Гейки и г-ном Б. Н. Пичем. Последний геолог говорит: «Около Орда Кейтнесса и далее к Берридейлу штрихи уходят с суши в море; но около Данбита, в 6 милях к северо-востоку от Берридейла, они начинают выползать из моря на сушу и располагаются под углом от 15° до 10° к востоку от севера. Там, где штрихи уходят в море, валунная глина состоит из материалов, принесенных из внутренних районов, и не содержит раковин, но как только штрихи начинают выползать на сушу, появляются раковины; более того, есть разница в цвете глины, ибо в первом случае она красная и рыхлая, а во втором — твердая и темная». Прилагаемая карта (Таблица VI) показывает очертания побережья Кейтнесса и направление штрихов, как это наблюдали профессор Гейки и г-н Пич, и никакая демонстрация не могла бы быть более убедительной в отношении пути движения льда и препятствий, которые он встретил, чем эти наблюдения, дополненные и подтвержденные другими зафиксированными фактами, о которых я вскоре упомяну. Если бы ледяной поток, входя в Северное море у побережья Сазерленда, не встретил никаких препятствий, он проложил бы себе путь наружу, пока не раскололся бы на ледники и не уплыл. Но ясно, что огромный напор скандинавского льда и меньшая масса материкового льда с побережья Морей-Ферт, сходящиеся в Северном море, заполнили все его русло, и они, встретив противодействующий поток с побережья Сазерленда, повернули его вспять и заставили двигаться через северо-восточную часть Кейтнесса. Чем дальше на юг по побережью Сазерленда лед входил в море, тем глубже он мог бы проникнуть в океанское дно, прежде чем встретил бы сопротивление, достаточно сильное, чтобы изменить его курс, и тем шире был бы его охват; но когда мы доходим до побережья Сазерленда, мы достигаем точки, где материковый лед — как, например, около Данбита — вынужден изгибаться, прежде чем он даже достигнет морского берега, как видно из прилагаемой диаграммы.

Мы приходим к тем же выводам относительно пути движения льда в Северном море, основываясь на наличии оолитовых окаменелостей и меловых кремней, найденных также в валунной глине Кейтнесса, ибо они, как мы увидим, очевидно, должны были прийти из моря. На собрании Британской ассоциации в Эдинбурге в 1850 году Хью Миллер продемонстрировал коллекцию бореальных раковин с фрагментами оолитовых окаменелостей, мела и меловых кремней из валунной глины Кейтнесса, собранных г-ном Диком из Терсо. Мой друг, г-н К. У. Пич, обнаружил, что меловые кремни в валунной глине Кейтнесса становятся более многочисленными по мере нашего продвижения на север, в то время как остров Строма в проливе Пентленд-Ферт, как он обнаружил, был полностью ими усеян. Тот же наблюдатель нашел также в глине Кейтнесса камни, принадлежащие оолитовой и лейасовой формациям, с их характерными окаменелостями, в то время как аммониты, белемниты, ископаемая древесина и т. д. также были найдены свободно лежащими в глине. Объяснение, очевидно, заключается в том, что эти остатки были получены из выхода оолитовых и меловых пластов в Северном море. Хорошо известно, что восточное побережье Сазерлендшира окаймлено узкой полосой оолита, которая уходит под море, но на какое расстояние — пока не установлено. За пределами оолитовой формации, по всей вероятности, выходят на поверхность меловые пласты. Взглянув на прилагаемую карту (Таблица VI), можно увидеть, что лед, прошедший через северо-восточную часть Кейтнесса, должен был пересечь выходящие на поверхность меловые пласты.

Как уже было сказано в предыдущей главе, мыс Фрейзербург, северо-восточный угол Абердиншира, несет свидетельства, как по направлению штрихов, так и по наличию битых раковин в валунной глине, того, что он также был накрыт материковым льдом из Северного моря. Этот вывод подкрепляется тем фактом, что меловые кремни и оолитовые окаменелости также были в изобилии встречены в глине доктором Найтом, г-ном Джеймсом Кристи, г-ном У. Фергюсоном, г-ном Т. Ф. Джеймисоном и другими.

ГЛАВА XXVIII. ЛЕДЯНОЙ ПОКРОВ СЕВЕРА АНГЛИИ И ПЕРЕНОС БЛОКОВ УЭСТДЕЙЛ-КРЭГ.

Transport of Blocks; Theories of.—Evidence of Continental Ice.—Pennine Range probably striated on Summit.—Glacial Drift in Centre of England.—Mr. Lacy on Drift of Cotteswold Hills.—England probably crossed by Land-ice.—Mr. Jack’s Suggestion.—Shedding of Ice North and South.—South of England Ice-sheet.—Glaciation of West Somerset.—Why Ice-markings are so rare in South of England.—Form of Contortion produced by Land-ice.

Значительные трудности возникли при объяснении переноса гранитных валунов Уэстдейла через Пеннинский хребет на восток. Профессора Харкнесс и Филлипс, господа Сирлс Вуд-младший, Макинтош и, полагаю, все, кто писал на эту тему, согласны с тем, что эти блоки не могли быть перенесены материковым льдом. Все они предполагают воздействие плавающего льда в той или иной форме.

В Шотландии мы имеем явления точно такого же характера. Вершины Очил-Хиллс, Пентленд-Хиллс и других горных хребтов на востоке Шотландии, на высотах от 1500 до 2000 футов, не только отмечены следами льда, но и усеяны валунами, происходящими из пород, расположенных к западу и северо-западу. Многие из них должны были прийти из Хайленда, находящегося на расстоянии 50 или 60 миль. Невозможно, чтобы эти камни могли быть перенесены, а вершины холмов изборождены с помощью обычных ледников. Также эти явления нельзя приписать воздействию айсбергов, переносимых течениями. Ибо нам пришлось бы предположить не просто погружение суши на величину около 2000 футов — допущение, которое могло бы быть позволено, — но также и то, что течения, несущие айсберги, зарождались в возвышенных горах Хайленда (крайне маловероятное место), и что эти течения расходились во всех направлениях от этого места как от центра.

Короче говоря, ледниковые явления Шотландии совершенно необъяснимы никакой другой теорией, кроме той, что в течение, по крайней мере, части ледниковой эпохи весь остров от моря до моря был покрыт единой сплошной массой льда толщиной не менее 2000 футов.

В моей статье о валунной глине Кейтнесса (см. предыдущую главу) я показал, что если лед имел толщину около 2000 футов, то при своем движении к морю он должен был следовать путями, указанными кривыми линиями на карте, прилагаемой к этой статье (см. Таблицу I). Что касается Шотландии [и Скандинавии также], эти линии довольно точно представляют не только пути, фактически пройденные валунами, но и общее направление ледниковых отметин на всех возвышенных горных хребтах. Но если Шотландия была в такой степени покрыта льдом, то вовсе не вероятно, что Уэстморленд и другие горные районы севера Англии могли избежать того, чтобы быть охваченными подобным же образом. Теперь, если мы допустим предположение о сплошной массе льда, покрывающей север Англии, все наши трудности относительно переноса блоков Уэстдейла через Пеннинский хребет исчезают. Изучение вышеупомянутой карты покажет, что эти блоки следовали путями, которыми они должны были следовать при допущении, что они переносились материковым льдом.

То, что сам Уэстдейл-Крэг подвергся абразии льдом, движущимся над ним в направлении, указанном линиями на диаграмме, очевидно из того, что было зафиксировано доктором Николсоном и г-ном Макинтошем. Оба они обнаружили, что сам Крэг прекрасно «обаранен» (moutonnée) до самой вершины и изборожден в направлении с запад-юго-запада на восток-северо-восток. Г-н Макинтош утверждает, что эти штрихи проходят косо вверх по наклонной поверхности крэга. Ледниковые царапины, пересекающие долины и идущие вверх по наклонным поверхностям холмов и через их вершины, являются верными признаками материкового льда, которые повсюду встречаются в Шотландии. Доктор Николсон обнаружил в дрифте, покрывающем нижнюю часть крэга, гальку из конистонских флагов и песчаников с запада.

Тот факт, что в Уэстморленде направление ледниковых отметин, как правило, соответствует направлению главных долин, вовсе не является доказательством того, что страна не была в какой-то период покрыта сплошным ледяным покровом; потому что в течение долгих веков после периода материкового льда долины были бы заняты ледниками, и они, конечно, неизбежно оставили бы следы своего присутствия. Это именно то, что мы имеем повсюду в Шотландии. Именно на вершинах холмов и возвышенных хребтов, куда никакой ледник не мог бы добраться, мы находим верное доказательство материкового льда. Но то, что материковый лед должен был проходить через вершины холмов высотой 1000 или 2000 футов, — вещь, до сих пор считавшаяся геологами настолько маловероятной, что мало кто из них когда-либо думает искать в таких местах ледниковые отметины или перенесенные камни. Хотя по этому вопросу мало что было записано, я вряд ли думаю, что в Шотландии есть холм ниже 2000 футов, полностью лишенный доказательств того, что через него проходил лед. Если в Шотландии и были холмы, которые должны были избежать того, чтобы быть накрытыми льдом, то это, безусловно, Пентленд-Хиллс; но они, как было показано ранее, были полностью погребены под массой льда, покрывавшей плоскую окружающую местность. Я нисколько не сомневаюсь, что если бы вершины Пеннинского хребта были тщательно исследованы, скажем, под дерном, были бы найдены доказательства ледникового воздействия в виде перенесенных камней или царапин на скалах.

И тот факт, что валуны Уэстдейла не являются скругленными и не имеют ледниковых отметин, или не найдены в валунной глине, а лежат на поверхности, не является доказательством того, что они не были перенесены материковым льдом. Ибо не камни под льдом, а те, что падают на верхнюю поверхность покрова, имели бы наилучшие шансы быть перенесенными через горные хребты. Но такие блоки не были бы раздавлены и обточены льдом; и именно на поверхности глины, а не внутри нее, мы должны ожидать их найти.

Вполне возможно, что рассеяние валунов Уэстдейла происходило в разные периоды. В период местных ледников блоки переносились бы вдоль линии долин.

Все, что я хочу утверждать, это то, что перенос блоков через Пеннинский хребет легко объясняется, если мы допустим, что весьма вероятно, что великий ледяной покров Шотландии перекрывал возвышенности севера Англии. Явление одно и то же в обоих местах, и почему бы не приписать его одной и той же причине?

Существует еще одно любопытное обстоятельство, связанное с дрифтом Англии, которое, по-видимому, указывает на воздействие ледяного покрова.

Еще в 1819 году доктор Бакленд в своем мемуаре о кварцевой породе Лики-Хилл обратил внимание на тот факт, что на Котсуолд-Хилс находят гальку твердого красного мела, которая должна была прийти с возвышенностей Йоркшира и Линкольншира. Он также указал, что сланцевая и порфировая галька, вероятно, пришла из леса Чарнвуд, недалеко от Лестера. Профессор Халл из Геологической службы считает, что «почти весь северный дрифт этой части страны был получен из обломков пород Мидлендских графств». Он также пришел к выводу, что фрагменты сланца могли быть получены из леса Чарнвуд. В долине Мортон он нашел эрратические валуны диаметром от двух до трех футов. Тот же северный характер дрифта этого района отмечают профессор Рэмзи и г-н Авелин в своих мемуарах по геологии частей Глостершира. В Лестершире и Нортгемптоншире сотрудники Геологической службы обнаружили в изобилии дрифт, который должен был прийти из Линкольншира и Йоркшира на северо-востоке.

Г-н Люси, который также недавно обратил внимание на тот факт, что Котсуолд-Хилс усеяны валунами из леса Чарнвуд, также заявляет, что, посетив последнее место, он обнаружил, что многие камни, содержащиеся в нем, пришли из Йоркшира, еще дальше на северо-восток.

Г-н Сирлс Вуд-младший в своей интересной статье о валунной глине севера Англии заявляет, что огромное количество меловых обломков с Йоркширских возвышенностей найдено в Лестере, Ратленде, Уорике, Нортгемптоне и других местах на юге и юго-западе. Г-н Вуд справедливо заключает, что эти меловые обломки не могли быть перенесены водой. «Если мы примем во внимание, — говорит он, — растворимую природу мела, должно быть очевидно, что никакие из этих обломков не могли быть отделены от родительской массы ни действием воды, ни каким-либо иным атмосферным воздействием, кроме движущегося льда. Воздействие моря, рек или атмосферы на мел приняло бы форму растворения, при этом разрушенный мел поглощался бы в ничтожных количествах водой и удерживался ею во взвешенном состоянии, и в этой форме уносился бы прочь; так что кажется очевидным, что этот большой объем скатанного мела мог быть произведен не иначе, как воздействием движущегося льда; и для того, чтобы это воздействие действовало в степени, достаточной для производства количества, которое я оцениваю как превышающее слой в 200 футов над всей возвышенностью, не было бы достаточно ничего меньшего, чем полное покрытие большой части возвышенности льдом в течение длительного периода».

Я уже привел свои причины для недоверия мнению о том, что такие массы дрифта могли быть перенесены плавающим льдом; но если мы отнесем это к материковому льду, то очевидно, что лед не мог быть в форме местных ледников, а должен был существовать как покров, движущийся в южном и юго-западном направлении из Йоркшира через центральную часть Англии. Но как это гармонирует с теорией оледенения, которая выдвигается для объяснения переноса валунов Шапа?

Объяснение, я думаю, было указано автором в «Glasgow Herald» от 26 ноября 1870 года в рецензии на статью г-на Люси.

В своей статье о валунной глине Кейтнесса я представил лед, входящий в Северное море с восточного побережья Шотландии и Англии, как полностью огибающий север Шотландии. Но рецензент предполагает, что лед, входящий в местах к югу от, скажем, Фламборо-Хед, отклонялся бы на юг, а не на север, и таким образом проходил бы через Англию. «Однако маловероятно, — говорит автор, — что этот объединенный ледяной покров, как предполагает г-н Кролл, весь найдет свой путь вокруг севера Шотландии в глубокое море. Южные возвышенности Шотландии и, вероятно, также горы Нортумберленда продвигали во время самой холодной части ледникового периода материковый ледяной покров в восточном направлении. Этот покров встретился бы с другим, движущимся наружу из юго-западной части Норвегии — в диаметрально противоположном направлении. Другими словами, можно было бы провести воображаемую линию, представляющую курс какого-то конкретного валуна в основной морене из Англии, встреченного валуном из Норвегии, на той же прямой линии. С плотным ледяным покровом к северу от этой линии и открытой равниной к югу ясно, что весь лед, движущийся на восток или запад из точек к югу от отправных точек наших двух валунов, был бы «сброшен» на юг. Где-то вдоль линии была бы точка, в которой лед поворачивал бы, как на шарнире, — эта точка была бы ближе к Англии или Скандинавии, как определила бы степень давления, оказываемого соответствующими ледяными покровами. Очень мало сомнений в том, что рассматриваемая точка была бы ближе к Англии. Далее, направление объединенного ледяного покрова не могло бы быть строго южным, если бы давление составляющих ледяных покровов не было в точности равным. В случае, если покров из Скандинавии давил бы с большей силой, направление было бы на юго-запад. Это направление, в котором перемещались дрифты, описанные г-ном Люси».

Я не вижу никаких физических возражений против этой модификации теории. То, что ищет лед, — это путь наименьшего сопротивления, и вдоль этого пути он будет двигаться, лежит ли он на юг или на север. И вовсе не невероятно, что выход для льда был бы найден вдоль естественной ложбины, образованной долинами Трента, Эйвона и Северна. Лед, движущийся в этом направлении, несомненно, спускался бы по Бристольскому заливу, а оттуда в Атлантику.

Не могло ли сбрасывание ледяного покрова севера Англии на север и юг, где-то недалеко от Стейнмура, объяснить примечательный факт, указанный г-ном Сирлсом Вудом, что валунная глина с валунами Шапа к северу от возвышенности лишена мела; в то время как, с другой стороны, меловая валунная глина к югу от возвышенности лишена валунов Шапа? Лед, который прошел через Уэстдейл-Крэг, двигался на восток-северо-восток и не пересекал мел возвышенности; в то время как лед, который повернул на юг вдоль возвышенности, пришел из района, лежащего к югу от Уэстдейл-Крэг, и, следовательно, не нес с собой никакого гранита из этого Крэга. Фактически, г-н Сирлс Вуд сам изобразил на карте, прилагаемой к его мемуару, это сбрасывание льда на север и юг.

Эти теоретические соображения, конечно, выдвигаются с той степенью достоверности, которую они заслуживают. До сих пор геологи исходили из предположения о ледяном покрове и открытом Северном море; но последнее — невозможность. Но если мы предположим, что моря вокруг нашего острова были заполнены материковым льдом во время ледниковой эпохи, вся ледниковая проблема меняется, и тогда уже не кажется таким удивительным, что лед должен был проходить через Англию.

Note on the South of England Ice-sheet.

Если то, что уже было сказано относительно севера Англии, хоть сколько-нибудь верно, то очевидно, что юг Англии никак не мог избежать оледенения. Если Северное море было настолько полностью заблокировано скандинавским льдом, что огромная масса льда из Камберлендских гор, входящая в море на восточном побережье, была вынуждена изгибаться и искать путь к отступлению через центр Англии в направлении Бристольского залива, то едва ли возможно, чтобы огромная масса льда, заполняющая Балтийское море и переходящая через Данию, могла не пройти через хотя бы часть юга Англии. Северное море будучи заблокированным, его естественный выход в Атлантику был бы через пролив Ла-Манш; и маловероятно, что он мог пройти через него, не задев в некоторой степени сушу. Уже геологи начинают признавать свидетельства льда в этом регионе.

Г-н У. К. Люси в «Geological Magazine» за июнь 1874 года записывает обнаружение им самим свидетельств оледенения в Западном Сомерсете в виде «скругленных скалистых холмов» около Майнхеда, подобных тем, что встречаются в оледенелых районах; слоя гравия и глины глубиной 70 футов, который он счел валунной глиной. Он также упоминает о наличии около Портлока большой массы песчаника, хорошо изборожденного, лишь частично отделенного от родительской породы. В том же журнале за следующий месяц г-н Х. Б. Вудворд записывает открытие г-ном Ашером некоторого «странного материала» около Яркомба, в холмах Блэк-Даун в Девоншире, который при исследовании оказался валунной глиной; и далее, что это был не просто изолированный участок, а он встречался в нескольких других местах в том же районе. Г-н К. У. Пич сообщает мне, что на побережье Корнуолла, около Додман-Пойнт, на высоте около 60 футов над уровнем моря, он нашел поверхность скалы хорошо изборожденной и отполированной льдом. В статье о дрифтовых отложениях района Бата, прочитанной перед Батским клубом естественной истории и антиквариата 10 марта 1874 года, г-н К. Мур описывает поверхности скал как изборожденные, с глубокими и длинными бороздами, подобными тем, что обычно встречаются на оледенелых скалах, и заключает, что во время ледникового периода они подвергались ледниковому воздействию. Этот вывод подтверждается тем фактом, что непосредственно над этими оледенелыми скалами были найдены слои гравия с прослойками глины толщиной 30 футов, в которых в изобилии встречаются остатки млекопитающих арктических типов. Наиболее характерными из которых являются Elephas primigenius, E. antiquus, Rhinoceros tichorhinus, Bubalus moschatus и Cervus tarandus.

Мало сомнений в том, что когда местность будет лучше изучена, будет найдено много других примеров. Одной из причин, вероятно, того, почему было зафиксировано так мало свидетельств оледенения на юге Англии, является сравнительное отсутствие скалистых поверхностей, пригодных для сохранения ледниковых отметин. Существует, однако, один класс доказательств, который мог бы определить вопрос об оледенении юга Англии так же удовлетворительно, как и отметины на скалах. Доказательство, о котором я говорю, — это смятые слои песка или глины. В Англии смятия от оседания слоев, конечно, довольно обычны, но вдумчивый наблюдатель, имеющий небольшой опыт в ледниковых смятиях, может легко, без особого труда, отличить последние от первых. Смятия, возникающие в результате бокового давления льда, принимают иную форму, чем те, что производятся оседанием слоев. В Шотландии, например, есть одна хорошо выраженная форма смятия, которая не только доказывает существование материкового льда, но и направление, в котором он двигался. Форма смятия, о которой я говорю, — это загибание стратифицированных слоев обратно на самих себя, несколько в форме рыболовного крючка. Эта форма смятия будет лучше понятна из прилагаемого рисунка.

Fig. 11.

Section of Contorted Drift near Musselburgh.
a Boulder Clay; b Laminated Clay; c Sand, Gravel, and Clay, contorted.
Depth of Section, twenty-two feet.—H. Skae.

ГЛАВА XXIX. СВИДЕТЕЛЬСТВА ПОГРЕБЕННЫХ РЕЧНЫХ РУСЕЛ О МАТЕРИКОВОМ ПЕРИОДЕ В БРИТАНИИ.

Remarks on the Drift Deposits.—Examination of Drift by Borings.—Buried River Channel from Kilsyth to Grangemouth.—Channels not excavated by Sea nor by Ice.—Section of buried Channel at Grangemouth.—Mr. Milne Home’s Theory.—German Ocean dry Land.—Buried River Channel from Kilsyth to the Clyde.—Journal of Borings.—Marine Origin of the Drift Deposits.—Evidence of Inter-glacial Periods.—Oscillations of Sea-level.—Other buried River Channels.

Замечания о дрифтовых отложениях. — Дрифт и другие поверхностные отложения страны изучались главным образом по разрезам, наблюдаемым на берегах рек, железнодорожных выемках, канавах, фундаментах зданий и других раскопках. Большой недостаток таких разрезов заключается в том, что они не обнажают достаточную глубину поверхности. Они могут, несомненно, довольно точно представлять характер и порядок более недавних отложений, которые перекрывают валунную глину, но мы вряд ли вправе заключать, что последовательность отложений, принадлежащих к более ранней части ледниковой эпохи, периоду истинного тилла, полностью представлена в таких ограниченных разрезах.

Предположим, например, что ледниковая эпоха в собственном смысле слова — время нижней валунной глины — состояла из последовательности чередующихся холодных и теплых периодов, в таком случае существовал бы ряд отдельных формаций валунной глины; но мы вряд ли могли бы ожидать найти на плоской и открытой поверхности страны, где поверхностные отложения обычно не имеют большой глубины, те различные формации тилла, лежащие одна поверх другой. Ибо очевидно, что тилл, сформированный в течение одного ледникового периода, как правило, либо был бы смыт, либо перетерт и отложен льдом последующего периода. Если даже самые твердые породы не могли противостоять абразивной силе огромных масс льда, которые проходили по поверхности страны во время ледниковой эпохи, вряд ли можно ожидать, что сравнительно мягкая валунная глина была бы способна на это. Вероятно, валунная глина одного периода использовалась бы в качестве абразивного материала льдом последующих периодов. Валунная глина, которую мы находим в одной сплошной массе, может, следовательно, во многих случаях быть соскребенной со скал под ней в совершенно разные периоды.

Если мы хотим найти валунные глины, принадлежащие каждому из последовательных холодных периодов, лежащие одна поверх другой в порядке времени, в которое они были сформированы, мы должны пойти и искать в каком-нибудь глубоком ущелье или долине, где глина не только накопилась в огромных массах, но и была частично защищена от разрушительной силы льда. Но геолог редко имеет возможность увидеть полный разрез до коренной породы в таком месте. Фактически, за исключением бурения на полезные ископаемые или шахтных стволов, поверхность на глубину в сто или двести футов никогда не проходится и не обнажается.

Исследование дрифта путем бурения. — С целью выяснения, будет ли пролит дополнительный свет на последовательность событий во время формирования валунной глины путем изучения журналов скважин, пробуренных на большую глубину поверхностных отложений, была собрана коллекция из около 250 скважин, пробуренных во всех частях горнодобывающих районов Шотландии. Изучение этих скважин показывает совершенно убедительно, что мнение о том, что валунная глина, или нижний тилл, является одной большой неделимой формацией, совершенно ошибочно.

Эти 250 скважин, как уже было сказано, представляют общую толщину 21 348 футов, что дает 86 футов в качестве средней толщины пройденных отложений. Двадцать из этих скважин имеют одну валунную глину с пластами стратифицированного песка или гравия под глиной; 25 имеют 2 валунные глины со стратифицированными пластами песка и гравия между ними; 10 имеют 3 валунные глины; одна имеет 4 валунные глины; 2 имеют 5 валунных глин; и одна имеет не менее 6 отдельных масс валунной глины со стратифицированными пластами песка и гравия между ними; 16 имеют две или три отдельные валунные глины, совершенно различающиеся по цвету и твердости, без каких-либо стратифицированных пластов между ними. Мы имеем, следовательно, из 250 скважин 75, представляющих состояние вещей, совершенно отличное от того, которое демонстрируется геологу в обычных разрезах.

Эти скважины свидетельствуют в пользу вывода о том, что ледниковая эпоха состояла из последовательности холодных и теплых периодов, а не из одного непрерывного и неразрывного периода льда, как когда-то обычно предполагалось.

Полные детали характера отложений, пройденных этими скважинами, и их значение для истории ледниковой эпохи были даны г-ном Джеймсом Бенни в интересной статье, прочитанной перед Геологическим обществом Глазго, к которой я бы отослал всех, кто интересуется предметом геологии поверхности. Но не на простое содержание скважин я хочу в настоящее время обратить внимание, а на новый и важный результат, к которому они неожиданно привели.

Погребенное речное русло, Килсит — Грейнджмут, залив Ферт-оф-Форт. — Эти бурения выявляют существование глубокой доледниковой, или, возможно, межледниковой, впадины или ложбины, простирающейся от Клайда выше Боулинга через страну мимо Килсита, вдоль долины канала Форт-Клайд, до залива Ферт-оф-Форт у Грейнджмута. Эта впадина заполнена огромными отложениями ила, песка, гравия и валунной глины. Эти отложения не только заполняют ее, но и покрывают ее до такой степени, что совершенно невозможно найти на поверхности ни единого ее следа; и если бы не бурения и другие горные работы, ее существование, вероятно, никогда не было бы известно. В местах, где дно впадины находится, возможно, на 200 футов ниже уровня моря, мы находим на поверхности не впадину, а часто огромный гребень или эллиптический холм из песка, гравия или валунной глины, поднимающийся иногда на 150 или 200 футов над нынешним уровнем моря.

Мне нет нужды здесь вдаваться в какие-либо подробные детали относительно формы, глубины и общего очертания этой впадины или характера покрывающих ее отложений, поскольку они уже были описаны г-ном Бенни, но я перейду к рассмотрению обстоятельств, которые, по-видимому, проливают свет на физическое происхождение этой любопытной ложбины, и к доказательству, которое она неожиданно предоставляет, что Шотландия, вероятно, в течение ранней части ледниковой эпохи стояла выше по отношению к уровню моря, чем в настоящее время; или, скорее, как я был бы склонен выразиться, море стояло намного ниже, чем в настоящее время.

Из того факта, что вдоль всей линии этой впадины поверхность страны покрыта огромными пластами стратифицированных песков и гравия морского происхождения, что доказывает, что море должно было в недавний период занимать долину, моим первым впечатлением было то, что эта ложбина была вычерпана морем. Этот вывод на первый взгляд казался вполне естественным, ибо в то время, когда море заполняло долину, из-за воздействия Гольфстрима на наши западные берега сильное течение, вероятно, проходило бы тогда из Атлантики на западе в Немецкое море на востоке. Однако вскоре начали возникать соображения, совершенно несовместимые с этой гипотезой.

Сразу же возник вопрос: если тенденция моря, занимающего долину, состоит в том, чтобы углублять ее, размывая ее скалистое дно и удаляя абразивные материалы, то почему долина заполнена до такой колоссальной степени морскими отложениями? Разве тот факт, что вся долина заполнена от моря до моря морскими отложениями на глубину от 100 до 200 футов, а в некоторых местах даже до 400 футов, не показывает, что тенденция моря, заполняющего эту долину, состоит в том, чтобы заиливать ее, а не углублять? Какое мыслимое изменение условий могло бы объяснить столь разнообразные операции?

То, что море не могло прорезать эту впадину, однако, поддается прямому доказательству. Высота поверхности долины на водоразделе или в самой высокой ее части, примерно в миле к востоку от Килсайта, где берут начало Келвин и Бонни-Уотер, текущие в противоположных направлениях — один на запад в Клайд, а другой на восток в Каррон, — составляет 160 футов над уровнем моря. Следовательно, прежде чем море могло бы пройти через долину в настоящее время, уровень моря должен был бы подняться на 160 футов.

Но при обсуждении вопроса о происхождении этой доледниковой ложбины мы должны предположить, что все поверхностные отложения долины удалены, поскольку эта ложбина сформировалась до того, как эти отложения были отложены. Примем среднюю мощность этих отложений на водоразделе за 50 футов. Отсюда следует, что, если предположить, что рассматриваемая ложбина была сформирована морем, уровень моря в то время должен был быть как минимум на 110 футов выше, чем в настоящее время.

Если бы поверхностные отложения в этой местности были полностью удалены, район к западу и северо-западу от Глазго был бы занят морем, которое простиралось бы от холмов Килпатрик, к северу от Данточера, до Пейсли, на расстояние около пяти миль, и от окрестностей Хьюстона до небольшого расстояния от Керкинтиллоха, на расстояние более двенадцати миль. Этот бассейн содержал бы несколько небольших островов и подводных скал, но его средняя глубина, определенная по большому количеству поверхностных скважин, пробуренных по всей его площади, была бы не намного меньше 70 или 80 футов. Однако мы примем глубину всего за 50 футов. Теперь, если мы поднимем уровень моря так, чтобы вода едва могла перетекать через водораздел долины, море в этом бассейне имело бы глубину 160 футов. Посмотрим теперь, каково было бы состояние дел в восточной части долины. Долина на протяжении нескольких миль к востоку от Килсайта остается очень узкой, но, достигнув Ларберта, она внезапно расширяется в широкие и плоские земли карс, через которые протекают Форт и Каррон. Средняя глубина, на которой море стояло бы в настоящее время в этой части страны, если бы поверхностные отложения были удалены, как установлено по скважинам, составила бы не менее 100 футов, или примерно вдвое больше, чем в западном бассейне. Следовательно, когда море было достаточно высоким, чтобы перелиться через водораздел, вода здесь имела бы глубину 210 футов и ширину в несколько миль.

PLATE VII.

W. & A. K. Johnston Edinbr. and London.

Chart of the MIDLAND VALLEY, SHOWING BURIED RIVER CHANNELS.
The blue parts represent the area which would be covered by sea were the land submerged to the extent of 200 feet. The heavy black lines A and B represent the buried River Channels.

Но чтобы через долину проходило течение некоторой силы, предположим, что море в то время стояло на 150 футов выше по отношению к суше, чем в настоящее время. Это дало бы 40 футов глубины моря на водоразделе, 200 футов глубины в западном бассейне и 250 футов глубины в восточном.

Изучение карты Ordnance Survey этого района покажет, что 200-футовые горизонтали, проходящие по обеим сторонам долины от Килсайта до Каслкэри, в нескольких местах сближаются до одной трети мили друг от друга. При осмотре местности я обнаружил, что даже если бы поверхностные отложения были удалены из долины, это не оказало бы заметного влияния на горизонтали в этих местах. Поэтому очевидно, что, хотя море могло стоять даже на 200 футов выше, чем в настоящее время, ширина пролива на водоразделе и в нескольких других точках не могла превышать одной трети мили. Также очевидно, что в этих местах течение имело бы наибольшую скорость, так как здесь оно было не только самым узким, но и самым мелким. Ссылка на Таблицу VII покажет форму бассейнов. Заштрихованная часть, окрашенная в синий цвет, представляет собой область, которая была бы покрыта морем, если бы суша была погружена на 200 футов.

Примем ширину течения в западном бассейне, скажем, за три мили. Это на две мили меньше ширины самого бассейна. Предположим, что течение в узких местах между Килсайтом и Каслкэри имело скорость, скажем, пять миль в час. Теперь, поскольку средняя скорость течения на различных участках его пути была бы обратно пропорциональна площадям поперечного сечения этих участков, из этого следует, что средняя скорость течения в западном бассейне составляла бы лишь 1/45 часть от скорости в узком проходе между Килсайтом и Каслкэри. Это дало бы скорость воды в западном бассейне, равную одной миле за девять часов. В восточном бассейне средняя скорость течения, при условии, что его ширина такая же, как в западном, составила бы лишь одну милю за одиннадцать часов. В центральной части течения скорость у поверхности, вероятно, была бы значительно выше средней, но у берегов и на дне она, несомненно, была бы ниже средней. Фактически, в этих двух бассейнах течение было бы почти незаметным.

Эффект такого течения заключался бы просто в расширении и углублении долины на всем протяжении между Килсайтом и Каслкэри, где течение протекало бы со значительной скоростью. Но оно имело бы мало или вовсе не имело бы эффекта в углублении бассейнов на каждом конце, а скорее наоборот. Оно скорее способствовало бы их заилению. Если бы течение текло с запада на восток, материалы, вынесенные из узкой части между Килсайтом и Каслкэри, где скорость воды была велика, отлагались бы там, где течение почти исчезало в восточной части долины. Осадки, переносимые течением, движущимся со скоростью пять миль в час, не оставались бы во взвешенном состоянии, когда скорость уменьшалась бы до менее чем пяти миль в сутки.

Но даже если бы было показано, что море при таких условиях могло углубить долину на всем расстоянии от Клайда до Форта, это все равно не объяснило бы происхождение рассматриваемой ложбины. Мы ищем не происхождение самой долины, а происхождение глубокой и узкой впадины, проходящей по ее дну. Море, заполняющее всю долину и текущее со значительной скоростью, при определенных условиях, несомненно, углубило и расширило бы ее, но оно не прорезало бы вдоль ее дна глубокую, узкую ложбину с крутыми, а местами отвесными и даже нависающими склонами.

Эта ложбина, очевидно, является старым руслом реки, вымытым в скалистой долине потоком, протекавшим, вероятно, в раннюю часть ледникового периода.

Во второй половине лета 1868 года я провел две или три недели своего отпуска, прослеживая путь этой погребенной ложбины от Килсайта до реки Форт у Грейнджмута, и я нашел неопровержимые доказательства того, что ее восточная часть, простирающаяся от водораздела до Форта, была прорезана не морем, а потоком, который должен был следовать почти нынешнему руслу Бонни-Уотер.

Я обнаружил, что эта глубокая ложбина входит в Форт в нескольких сотнях ярдов к северу от гавани Грейнджмут на необычайной глубине 260 футов ниже нынешнего уровня моря. В период, когда море занимало долину канала Форт-Клайд, дно ложбины в этом месте, следовательно, находилось бы более чем на 400 футов ниже уровня моря.

На небольшом расстоянии к западу от Грейнджмута, а также у Каррона было пробурено несколько скважин по линиям, почти перпендикулярным ложбине, и благодаря этому мы смогли составить довольно точную оценку ее глубины, ширины и формы в этих местах. Я приведу детали одного из этих разрезов.

Между фермой Таункрофт и рекой Каррон была пробурена скважина на глубину 273 фута, прежде чем была достигнута скальная порода. Примерно в 150 ярдах к северу от этого места есть еще одна скважина, показывающая глубину до скалы 234 фута; еще в 150 ярдах дальше на север глубина поверхностных отложений, определенная третьей скважиной, составляет 155 футов. Эта последняя скважина, очевидно, находится за пределами ложбины, так как скважина примерно в 150 ярдах к северу от нее дает ту же глубину поверхности, которая, по-видимому, является средней глубиной для мили или двух вокруг. Примерно в полумиле к югу от ложбины в этом месте поверхностные отложения имеют глубину 150 футов. По ряду скважин, пробуренных в различных точках в радиусе 1,5 миль, поверхность, по-видимому, имеет довольно равномерную глубину около 150 футов. За сведения об этих «скважинах» я обязан любезности мистера Маккея из Грейнджмута.

К югу от ложбины (см. рис. 12) проходит сброс, почти параллельный ей, с падением на север, отсекающий уголь и сопутствующие пласты на юге. Но осмотр разреза покажет, что рассматриваемая ложбина никоим образом не связана со сбросом, а была вымыта в твердых пластах.

Fig. 12.

Section of buried River-bed near Towncroft Farm, Grangemouth.

Основной угольный пласт, интенсивно разрабатываемый здесь, перерезан ложбиной, как видно из разреза. Мистер Доусон из Карронского металлургического завода сообщает мне, что в шахте Карроншор, примерно в полутора милях выше места, где сделан этот разрез, было обнаружено, что уголь полностью перерезан этой ложбиной. В одной из выработок этой шахты, около сорока лет назад, горняки прорезали ложбину на глубине 40 саженей от поверхности, когда песок хлынул с непреодолимым давлением и заполнил выработку. Опять же, примерно в миле ниже места, где сделан разрез, или примерно в двух милях ниже Карроншора, и как раз в том месте, где ложбина входит в залив, она также была прорезана в одной из выработок шахты Хьюк на глубине 40 саженей от поверхности. К счастью, однако, в этой точке ложбина заполнена валунной глиной, а не песком, и никакого ущерба не было нанесено. Здесь, на протяжении двух миль, основной угольный пласт и «Верхний Коксроуд» перерезаны этой ложбиной; или, скорее, я должен сказать, что эта ложбина прорезала угольные пласты. «Нижний Коксроуд», залегающий примерно на 14 саженей ниже положения «Основного» угольного пласта, как видно из описательного разреза (рис. 12), не достигнут ложбиной и проходит под ней нетронутым.

Эта ложбина, по-видимому, значительно сужается по мере удаления на запад, так как у шахтного ствола Карроншор поверхность находится на глубине 138 футов; но не более чем в 150 ярдах к югу от этого места находится точка, где уголь был перерезан ложбиной на глубине 40 саженей, или 240 футов. Здесь она углубляется более чем на 100 футов на расстоянии немногим более 150 ярдов. То, что она узкая в этом месте, подтверждается тем фактом, что скважина, пробуренная недалеко от Карронбэнка, немного южнее, показывает, что поверхность находится на глубине всего 156 футов.

На разрезе (рис. 12) линия, обозначенная как «150 футов над уровнем моря», фиксирует высоту уровня моря в то время, когда центральная долина была занята морем глубиной 40 футов на водоразделе. Теперь, если бы эта ложбина, которая простирается вдоль всей длины долины, была прорезана морем, поверхность скалы на 150 футов ниже нынешней поверхности земли была бы морским дном в то время, а линия, обозначенная «150 футов над уровнем моря», была бы поверхностью моря. Таким образом, море здесь имело бы глубину 300 футов на протяжении нескольких миль вокруг. Нельзя предположить, что море, воздействуя на широкую плоскую равнину протяженностью в несколько миль, должно было прорезать глубокую, узкую ложбину, подобную той, что показана на разрезе, и оставить остальную часть равнины плоским морским дном.

И необходимо заметить, что это не ложбина, прорезанная просто в морском берегу, а ложбина, простирающаяся на запад до Килсайта. Теперь, если эта ложбина была прорезана морем, это должно было быть сделано не волнами, бьющими о берег, а течением, протекающим через долину. Самое сильное течение, которое могло бы пройти через узкую часть между Килсайтом и Каслкэри, было бы совершенно незаметным, когда оно достигало Грейнджмута, где вода имела глубину 300 футов и ширину в несколько миль. Следовательно, невозможно, чтобы течение могло вымыть ложбину, представленную на разрезе.

Опять же, если бы эта ложбина была вымыта морем, она должна была бы быть самой глубокой между Килсайтом и Каслкэри, где течение было самым узким; но на самом деле имеет место обратное. Она самая мелкая в том месте, где течение было самым узким, и самая глубокая на двух концах, где течение было самым широким. В случае ложбины, прорезанной морским течением, мы должны оценивать ее глубину от уровня моря. Ее глубина — это глубина воды в ней в то время, когда она вымывалась. Дно ложбины в самой высокой и узкой части долины к востоку от Килсайта находится на 40 футов выше нынешнего уровня моря. Следовательно, ее глубина в этой точке в рассматриваемый период, когда уровень моря был на 150 футов выше, чем в настоящее время, составляла бы 110 футов. Дно ложбины у Грейнджмута находится на 260 футов ниже нынешнего уровня моря; прибавим к этому 150 футов, и мы получим 410 футов как ее глубину здесь в рассматриваемое время. Если эта ложбина была вымыта морем, как же тогда получается, что в месте, где течение было самым сильным и ограничено узким каналом холмами с обеих сторон, оно прорезало свой канал на глубину всего 110 футов, тогда как в месте, где оно почти не имело движения, оно прорезало на плоской и открытой равнине шириной в несколько миль канал глубиной 410 футов?

Но предположим, что мы оценим относительный объем работы, выполненной морем у Килсайта и Грейнджмута, не по фактической глубине дна ложбины в этих двух местах ниже уровня моря в то время, когда выполнялась работа, а по нынешней фактической глубине дна ложбины ниже скалистой поверхности долины, это все равно не поможет нам выйти из затруднительного положения. Принимая, как и прежде, высоту скалистого ложа долины на водоразделе за 110 футов над нынешним уровнем моря, а дно ложбины за 40 футов, это дает 70 футов как глубину, вымытую в скале в этом месте. Глубина ложбины у Грейнджмута ниже скалистой поверхности составляет 118 футов. Здесь у нас вымыто всего 70 футов в единственном месте, где было хоть какое-то сопротивление течению, а также в месте, где оно обладало хоть какой-то силой; тогда как у Грейнджмута, где не было никакого сопротивления и никакой силы течения, было вымыто 118 футов. Такой результат диаметрально противоположен всему, что мы знаем о динамике текучей воды.

Мы можем, следовательно, заключить, что физически невозможно, чтобы эта ложбина могла быть прорезана морем.

Из-за существующей среди геологов тенденции приписывать эффекты такого рода океаническим течениям, я был вынужден вдаваться в факты и аргументы против возможности того, что ложбина была вырыта морем, гораздо более подробно, чем это было бы необходимо в противном случае. В данном случае дискуссия особенно необходима, так как здесь у нас есть положительные доказательства того, что море веками занимало долину, вдоль которой был прорезан этот канал. Следовательно, если не будет доказано, что море никак не могло вымыть этот канал, большинство геологов были бы склонны приписать его морскому течению, которое, как известно, проходило через долину, а не какой-либо другой причине.

Но то, что это ложбина денудации и она была вымыта каким-то агентом, совершенно точно. Каким же агентом была произведена эрозия? Единственная другая причина, к которой это можно приписать, — это либо материковый лед, либо действие реки.

Предположение, что эта ложбина была вымыта льдом, не более состоятельно, чем предположение, что работа была выполнена морем. Ледник, заполняющий всю долину и спускающийся в Немецкое море, несомненно, не только углубил бы долину, но и сошлифовал бы поверхность, по которой он проходил, на всем своем пути. Но такой ледник не прорезал бы глубокий и узкий канал вдоль дна долины. Ледник, который мог бы это сделать, был бы маленьким и узким, как раз достаточно большим, чтобы заполнить эту узкую ложбину; ибо если бы он был намного шире ложбины, он сошлифовал бы ее края и сделал бы широкую ложбину вместо узкой. Но ледник, настолько маленький и узкий, что он только заполняет ложбину, спускаясь с холмов у Килсайта к морю у Грейнджмута, на расстояние пятнадцати миль, очень маловероятен. Сопротивление продвижению льда вдоль такого склона привело бы к накоплению льда, пока, вероятно, не была бы заполнена вся долина.

Нет другого способа объяснить происхождение этой ложбины, кроме предположения, что это старое русло реки. Но, конечно, нет ничего удивительного в том, чтобы найти старое русло под валунной глиной и другими отложениями. Если только нынешний рельеф местности не сильно отличается от того, каким он был в ранней части ледникового периода, тогда должны были существовать водотоки, соответствующие Бонни-Уотер и реке Каррон наших дней; и то, что остатки их должны быть найдены под нынешними поверхностными отложениями, неудивительно, учитывая, что эти отложения имеют такую огромную мощность. Когда вода начала течь по нашим долинам после исчезновения льда в конце ледникового периода, Каррон и Бонни-Уотер не смогли бы вернуть свои старые скалистые русла, а были бы вынуждены прорезать, как они это и сделали, новые курсы для себя на поверхности отложений, под которыми были погребены их старые русла.

Хотя старое доледниковое или межледниковое русло реки само по себе является объектом большого интереса и любопытства, все же не по этой причине я был вынужден так подробно вдаваться в детали этой погребенной ложбины. С этой ложбиной связано нечто гораздо более важное, чем просто тот факт, что это старое русло реки. Ибо тот факт, что она входит в залив Ферт-оф-Форт на глубине 260 футов ниже нынешнего уровня моря, неопровержимо доказывает, что в то время, когда эта ложбина была занята потоком, суша должна была находиться по крайней мере на 200–300 футов выше по отношению к уровню моря, чем в настоящее время.

Мы видели, что старая поверхность страны в окрестностях Грейнджмута, в которой этот древний поток прорезал свой канал, находится по крайней мере на 150 футов ниже нынешнего уровня моря. Теперь, если бы эта поверхность не была выше уровня моря в то время, поток не прорезал бы в ней канал. Но он не просто прорезал канал, а прорезал его на глубину 120 футов. Невозможно, чтобы этот канал мог быть занят рекой, достаточной по объему, чтобы заполнить его. Вряд ли река, которая вымыла его, могла быть намного больше Каррона наших дней, ибо площадь водосбора, исходя из самого формирования страны, не могла быть намного больше выше Грейнджмута, чем в настоящее время. Поднятие суши, несомненно, увеличило бы площадь водосбора потока, измеренную от его истока до того места, где он мог тогда впадать в море, потому что это увеличило бы длину потока; но это не увеличило бы ни площадь водосбора, ни длину потока выше Грейнджмута. Килсайт был бы водоразделом тогда, как он является им сейчас.

То, что мы имеем здесь, — это не просто канал, который был занят древним Карроном, а долина, в которой лежал канал. Его, пожалуй, правильнее было бы назвать погребенной речной долиной; сформированной, несомненно, как и другие речные долины, денудирующим действием дождя и реки.

Река Каррон в настоящее время имеет глубину всего несколько футов. Предположим, что древний Каррон, который протекал в этом старом русле, имел глубину, скажем, 10 футов. Это показало бы, что суша по отношению к морю в то время должна была находиться по крайней мере на 250 футов выше, чем в настоящее время. Если 10 футов была глубиной этой старой реки, а Грейнджмут — местом, где она впадала в море, то 250 футов были бы величиной поднятия. Но вероятно, что Грейнджмут не был устьем реки; скорее всего, это было просто место, где она соединялась с рекой Форт того периода. У нас есть все основания полагать, что дно Немецкого моря было тогда сушей и что Форт, Тей, Тайн и другие британские реки, текущие на восток, как предполагает мистер Годвин-Остин, были притоками Рейна, который в то время был огромной рекой, проходившей по дну Немецкого моря и впадавшей в Атлантику к западу от Оркнейских островов. То, что Немецкое море, как и морское дно Западных Гебридских островов, было сушей в очень недавний геологический период, настолько хорошо известно, что по этому пункту мне не нужно вдаваться в детали. Мы можем, следовательно, заключить, что река Форт, пройдя Грейнджмут, продолжала бы спускаться, пока не достигла бы Рейна. Если бы с помощью бурения мы могли проследить старое русло Форта и Рейна до точки, где последний впадал в Атлантику, так же, как мы сделали это с Бонни-Уотер и Карроном, мы, несомненно, получили бы довольно точную оценку высоты, на которой находилась суша в тот отдаленный период. Ничего, полагаю, не известно о глубине отложений, покрывающих дно Немецкого моря вдоль того, что было тогда руслом Рейна. Она, несомненно, должна быть чем-то колоссальным. Мы также находимся в неведении относительно мощности отложений, покрывающих древнее русло Форта. Значительное количество скважин было пробурено в различных частях залива Ферт-оф-Форт в связи с предполагаемым железнодорожным мостом через залив, но ни в одной из этих скважин не была достигнута скала. Были сделаны скважины глубиной до 175 футов, даже не пройдя через отложения ила, которые, вероятно, перекрывают огромную толщу песка и валунной глины. Даже в местах, где вода имеет глубину 40 саженей и довольно узка, дно — это не скала, а ил.

Однако приятно найти на суше подтверждение того, во что давно верили на основании данных, найденных в морях вокруг нашего острова, что в очень недавний период уровень моря по отношению к суше должен был быть на несколько сотен футов ниже, чем в настоящее время, и что наш остров должен был в то время составлять часть великого восточного континента.

Любопытный факт был рассказан мне мистером Стерлингом, управляющим угольными шахтами Грейнджмута, который, по-видимому, подразумевает значительное поднятие суши в период, значительно более поздний, чем время, когда была вымыта эта ложбина.

При проходке шахты в Орчардхеде, примерно в миле к северу от Грейнджмута, рабочие наткнулись на валунную глину после прохождения около 110 футов песка, глины и гравия. На верхней поверхности валунной глины они обнаружили вымытое, как полагает мистер Стерлинг, старое русло реки. Оно было 17 футов глубиной и не намного шире. Склоны канала кажутся гладкими и обточенными водой, а все оно было заполнено мелким острым песком, прекрасно стратифицированным. Поскольку этот канал лежал примерно на 100 футов ниже нынешнего уровня моря, это показывает, что если это действительно старое русло реки, оно должно было быть вымыто в то время, когда суша по отношению к морю находилась по крайней мере на 100 футов выше, чем в настоящее время.

Погребенное русло реки от Килсайта до Клайда. — По всей вероятности, западная половина этой великой ложбины, простирающаяся от водораздела у Килсайта до Клайда, также является старым руслом реки, вероятно, древним руслом Келвина. Этот вопрос, однако, не может быть удовлетворительно решен до тех пор, пока не будет сделано достаточное количество скважин вдоль прямой линии ложбины, чтобы с уверенностью определить ее ширину, общую форму и протяженность. То, что западный канал такой же узкий, как и восточный, очень вероятно. Было обнаружено, что его склоны в некоторых местах, как, например, в Гарскаддене, очень крутые. В одном месте северный склон фактически является нависающей погребенной пропастью, дно которой находится примерно на 200 футов ниже уровня моря. Мы знаем также, что уголь и железная руда в том районе перерезаны ложбиной, и горняки там должны проявлять большую осторожность при ведении своих выработок, чтобы не прорезать ее. Ложбина вдоль этого района заполнена песком и известна местным горнякам как «песчаная дамба». Прорезать плывучий песок на глубине 40 или 50 саженей — очень опасная процедура, как видно из деталей, приведенных в статье мистера Бенни о катастрофе, которая произошла около двадцати лет назад на шахте недалеко от Данточера, где эта ложбина была прорезана на глубине 51 сажени от поверхности.

Глубина этой ложбины ниже нынешнего уровня моря у Драмри, как установлено пробуренной скважиной, составляет 230 футов. На протяжении нескольких миль к востоку глубина почти такая же. Следовательно, если эта ложбина является старым руслом реки, древняя река, которая протекала в ней, должна была впадать в Клайд на глубине более 200 футов ниже нынешнего уровня моря; и если это так, то из этого следует, что скалистое ложе древнего Клайда должно лежать погребенным под более чем 200 футами поверхностных отложений от Боулинга вниз к морю. Так ли это или нет, у нас пока нет средств определить. Управляющий попечителей Клайда сообщает мне, однако, что ни в одной из скважин или выработок, которые были сделаны, скала никогда не была достигнута от Боулинга вниз. Вероятно, что эта глубокая ложбина проходит непрерывно вниз к морю на западной стороне острова, как и на восточной.

Следующие журналы нескольких скважин дадут читателю представление о характере отложений, заполняющих каналы. Пласты, которые считаются валунной глиной, напечатаны курсивом:—

Borings made through the Deposits filling the Western Channel.

Bore, Drumry Farm, on Lands of Garscadden.

| ft. | ins.
Surface soil | 2 | 6
Sand and gravel | 3 | 6
Dry sand | 11 | 0
Blue mud | 8 | 6
Light mud and sand beds | 13 | 0
Sand | 31 | 6
Sand and mud | 8 | 0
Sand and gravel | 19 | 6
Sand | 8 | 6
Gravel | 24 | 4
Sand | 5 | 0
Gravel | 9 | 6
Sand | 71 | 6
Sand (coaly) | 1 | 0
Sand | 9 | 0
Sand (coaly) | 1 | 0
Sand | 10 | 3
Red clay and gravel | 4 | 8
Sand | 1 | 5
Gravel | 2 | 0
Sand | 2 | 8
Gravel | 10 | 6
Sand | 1 | 6
Gravel | 8 | 10
Clay stones and gravel | 33 | 3
| ———————
| 297 | 10

Bore on Mains of Garscadden, one mile north-east of Drumry.

| ft. | ins.
Surface soil | 1 | 0
Blue clay and stones | 60 | 1
Red clay and stones | 18 | 0
Soft clay and sand beds | 7 | 0
Gravel | 6 | 0
Large gravel | 9 | 0
Sand and gravel | 7 | 0
Hard gravel | 1 | 6
Sand and gravel | 16 | 6
Dry sand | 30 | 0
Black sand | 2 | 0
Dry sand | 33 | 0
Wet sand | 8 | 0
Light mud | 5 | 0
Sand | 3 | 0
Gravel | 5 | 6
Sandstone, black | 0 | 6
Blue clay and stones | 1 | 4
Whin block | 0 | 10
Sandy clay | 4 | 6
| ———————
| 219 | 8

Bore nearly half a mile south-west of Millichen.

| ft. | ins.
Sandy clay | 5 | 0
Brown clay and stones | 17 | 0
Mud | 6 | 0
Sandy mud | 31 | 0
Sand and gravel with water | 28 | 0
Sandy clay and gravel | 17 | 0
Sand | 5 | 0
Mud | 6 | 0
Sand | 14 | 0
Gravel | 30 | 0
Brown sandy clay and stones | 30 | 0
Hard red gravel | 4 | 6
Light mud and sand | 1 | 8
Light clay and stones | 6 | 6
Light clay and whin block | 26 | 0
Fine sandy mud | 36 | 0
Brown clay and gravel and stones | 14 | 4
Bark clay and stones | 68 | 0
| ———————
| 355 | 0

Bore at West Millichen, about 100 yards east of farm-house.

| ft. | ins.
Soil | 1 | 6
Muddy sand and stones | 4 | 6
Soft mud | 4 | 4
Sand and gravel | 45 | 0
Sandy mud and stones | 20 | 6
Coarse gravel | 11 | 6
Clay and gravel | 1 | 4
Fine mud | 7 | 0
Sand and gravel | 2 | 0
Sandy mud | 30 | 6
Brown sandy clay and stones | 25 | 0
Sand and gravel | 6 | 0
Brown sandy clay and stones | 12 | 0
Sand | 2 | 0
Brown sandy clay and stones | 4 | 0
Mud | 5 | 0
Mud and sand | 10 | 9
Sand and stones | 2 | 9
Blue clay and stones | 5 | 0
| ———————
| 200 | 4

Borings made through the Deposits filling the Eastern Channel.

No. 1. Between Towncroft Farm and Carron River—200 yards from river. Height of surface, 12 feet above sea-level.

| Feet.
Surface sand | 6
Blue mud | 4
Sand | 4
Gravel | 3
Sand | 33
Red clay | 46
Soft blue till | 17
Hard blue till | 140
Sand | 20
| ——
| 273

No. 2. About 150 yards north of No. 1. Height of surface, 12 feet above sea-level.

| Feet.
Surface sand | 6
Blue mud | 3
Shell bed | 1
Gravel | 2
Blue mud | 8
Gravel | 3
Blue muddy sand | 15
Red clay | 49
Blue till and stones | 20
Sand | 20
Hard blue till and stones | 24
Sand | 2
Hard blue till and stones | 40
Sand | 7
Hard blue till | 24
| ——
| 234

No. 3. About 150 yards north of No. 2. Height of surface, 12 feet above sea-level.

| Feet.
Surface sand | 6
Soft mud with shells | 11
Blue mud and sand (hard) | 3
Channel (rough gravel) | 3
Fine sand | 8
Running sand (red and fine) | 17
Red clay | 30
Soft till | 36
Sand (pure) | 2
Soft till and sand | 17
Gravel | 8
Hard blue till | 14
| ——
| 155

No. 4. About 100 yards from No. 1.

| Feet.
Surface | 5
Blue mud | 5
Black sand | 3
Gravel | 3
Red clay and stones | 34
Red clay | 44
Soft blue till | 32
Hard blue till and stones | 104
Grey sand not passed through | 22
| ——
| 252
     Rock-head not reached. |

No. 5. About 50 yards north of No. 4.

| Feet.
Surface | 6
Blue mud | 3
Shell bed | 1
Channel | 2
Blue mud | 8
Channel | 3
Blue mud and sand | 15
Red clay and sand | 10
Red clay | 49
Blue till and stones | 20
Sand | 20
Hard blue till and stones | 24
Sand | 2
Hard blue till and stones | 40
Sand | 7
Hard blue till | 24
| ——
| 211

No. 6. Between Heuck and Carron River.

| Feet.
Sandy clay | 7
Mud | 16
Brown sandy clay and stones | 3
Mud | 36
Brown clay | 39
Blue till and stones | 54
| ——
| 155

Возникает вопрос о том, каково происхождение стратифицированных песков и гравия, заполняющих погребенные речные каналы. Имеют ли они морское или пресноводное происхождение? Мистер Дугалд Белл и мистер Джеймс Гейки склонны полагать, что, что касается тех, что заполняют западный канал, они имеют озерное происхождение; что они сформировались в озерах, возникших из-за подпора воды в результате таяния льда. Я, однако, по следующим причинам склонен согласиться с мнением мистера Бенни, что они имеют морское происхождение. Из сравнения журналов скважин, пробуренных через отложения в восточном канале, с таковыми в западном, будет видно, что они имеют схожий характер; так что, если мы предположим, что те, что в западном канале, имеют пресноводное происхождение, мы можем по аналогии сделать тот же вывод в отношении происхождения тех, что в восточном канале. Но, как мы уже видели, отложения простираются до залива Ферт-оф-Форт у Грейнджмута, где они встречаются на глубине 260 футов ниже уровня моря. Следовательно, если мы заключим, что они имеют пресноводное происхождение, мы вынуждены принять предположение не о том, что вода, образованная талым льдом, была подперта, а о том, что само море было подперто, причем стеной, простирающейся на глубину не менее двух или трех сотен футов, чтобы позволить образоваться озеру, в котором могли бы накапливаться отложения; предполагая, конечно, что абсолютный уровень суши был тогда таким же, как сейчас.

Но что касается стратифицированных отложений Грейнджмута, у нас есть прямые доказательства их морского происхождения вплоть до дна Красной глины, которая непосредственно перекрывает тилл и его интеркалированные пласты, что в среднем составляет не менее 85 футов, а в некоторых случаях 100 футов ниже нынешней поверхности. Из этого отложения фораминиферы, указывающие на арктическое состояние моря, были определены мистером Дэвидом Робертсоном. Морские раковины также были найдены в этом пласте, а вместе с ними остатки тюленя, который был определен профессором Тернером как относящийся к чрезвычайно арктическому типу, тем самым доказывая, что эти отложения были не только морскими, но и ледниковыми.

Прямых ископаемых доказательств характера отложений, занимающих западный бассейн, однако, не так много, но это может быть связано с тем фактом, что во время проходки шахт особое внимание этому вопросу не уделялось. В Блэрдарди, при проходке шахтного ствола через эти отложения, раковины были найдены в пласте песка между двумя огромными массами валунной глины. Положение этого пласта будет лучше понятно из следующего разреза шахтного ствола:—

| Feet.
Surface soil | 4½
Blue clay | 9   
Hard stony clay | 69   
Sand with, a few shells | 3   
Stony clay and boulders | 46½
Mud and running sand | 11   
Hard clay, boulders, and broken rock | 27   
| ———
| 170   

Но так как раковины не были сохранены, у нас, конечно, нет средств определить, имели ли они морское или пресноводное происхождение.

В другой шахте, на небольшом расстоянии от вышеупомянутой, Cyprina Islandica была найдена в пласте на глубине 54 футов ниже поверхности.

В статье, прочитанной мистером Джеймсом Смитом из Джорданхилла в Геологическом обществе 24 апреля 1850 года, записано открытие стратифицированного пласта, содержащего Tellina proxima, интеркалированного между двумя отчетливыми валунными глинами. Пласт был обнаружен мистером Джеймсом Расселом при рытье колодца в Чапелхолле, близ Эрдри. Его высота над уровнем моря составляла 510 футов. Характер раковины не только доказывает морское происхождение пласта, но и существование погружения до такой степени в течение межледникового периода.

С другой стороны, трудность, связанная с теорией морского происхождения отложений, заключается в следующем. Интеркалированные валунные глины не несут никаких следов стратификации и, очевидно, являются настоящим нестратифицированным тиллом, сформированным, когда страна была покрыта льдом. Но тот факт, что эти пласты подстилаются и перекрываются стратифицированными отложениями, означал бы, согласно морской теории, не просто повторяющееся появление и исчезновение льда, но также повторяющееся погружение и поднятие суши. Если верно мнение, что погружения и поднятия ледникового периода были обусловлены опусканиями и поднятиями суши, а не колебаниями уровня моря, то рассматриваемая трудность действительно является серьезной. Но, с другой стороны, если теория погружений, изложенная в главах XXIII и XXIV, является верной, трудность полностью исчезает. Объяснение заключается в следующем: во время холодного периода ледникового периода, когда зимнее солнцестояние было в афелии, низменности были бы покрыты льдом, под которым сформировалась бы масса тилла. После того как холод начал уменьшаться, а лед исчезать с равнин, произошло бы наибольшее повышение уровня океана по причинам, уже указанным. Тилл, покрывающий низменности, был бы погружен на значительную глубину и вскоре был бы покрыт илом, песком и гравием, принесенными потоками с возвышенностей, которые в то время все еще были бы покрыты снегом и льдом. Со временем море начало бы опускаться, и последовал бы теплый и континентальный период, возможно, от 6000 до 10 000 лет, когда море стояло бы на гораздо более низком уровне, чем в настоящее время. За теплым периодом последовал бы второй холодный период, и лед снова покрыл бы сушу и сформировал бы вторую массу тилла, которая в некоторых местах лежала бы непосредственно на прежнем тилле, тогда как в других местах она была бы отложена на поверхности песков и гравия, перекрывающих первую массу. Опять же, после исчезновения льда вторая масса тилла была бы покрыта таким же образом илом, песком и гравием, и так далее, пока эксцентриситет орбиты Земли продолжал оставаться на высоком уровне. Таким образом, мы могли бы иметь три, четыре, пять или более масс тилла, разделенных пластами песка и гравия.

Из таблицы IV эксцентриситета орбиты Земли, приведенной в главе XIX, видно, что первая половина той долгой череды холодных и теплых периодов, известной как ледниковый период, была гораздо более суровой, чем вторая половина. То есть в первой половине накопление льда в холодные периоды и его исчезновение в полярных регионах в теплые периоды были бы больше, чем во второй половине. Вероятно, именно в теплые периоды ранней части ледникового периода два погребенных канала Мидлендской долины были заняты реками, и именно в течение более поздней и менее суровой части ледникового периода эти каналы заполнились той замечательной серией отложений, которую мы рассматривали.

Другие погребенные речные каналы. — Довольно много примеров погребенных речных каналов было найдено как в Шотландии, так и в Англии, хотя ни один из них не имеет такого замечательного характера, как два, занимающие долину канала Форт-Клайд, которые были только что описаны. Я могу, однако, кратко упомянуть одну или две местности, где встречаются некоторые из них.

(1.) Древний погребенный речной канал, подобный тому, что простирается от Килсайта до Грейнджмута, существует в угольных бассейнах Дарема и известен горнякам в этом районе как «Wash». Его курс был прослежен мистером Николасом Вудом, F.G.S., и мистером Э. Ф. Бойдом от Дарема до Ньюкасла, на расстояние четырнадцати миль. Он пересекает, после прохождения города Дарем, часть долины Уира, проходит Честер-ле-Стрит, а затем следует по долине реки Тим и заканчивается у реки Тайн. И что примечательно, он входит в Тайн на глубине 140 футов ниже нынешнего уровня моря. Эта любопытная ложбина лежит погребенной, как и шотландская, о которой только что упоминалось, под огромной массой ледниковых отложений, и только с помощью бурения и других горных работ ее характер был раскрыт. Дно и склоны этого канала повсюду несут следы длительного воздействия абразивного влияния движущейся воды; скалистое дно сглажено, изборождено и обточено водой. Река Уир в настоящее время течет к морю по поверхности ледниковых отложений на высоте более 100 футов над этим погребенным речным руслом. В то время, когда этот канал был занят текучей водой, уровень моря должен был быть по крайней мере на 140 футов ниже, чем в настоящее время. Эта старая река, очевидно, принадлежит к тому же континентальному периоду, что и реки Шотландии.

(2.) Из обширных бурений и раскопок, проведенных в доках Халла и Гримсби, установлено, что древнее русло Хамбера погребено под более чем 100 футами ила, глины и гравия. В Халле дно этой погребенной ложбины оказалось на 110 футов ниже уровня моря. И что наиболее интересно в обоих этих местах, остатки погребенного леса были найдены на глубине от тридцати до пятидесяти футов ниже уровня моря. В некоторых местах были найдены два леса, разделенные пластом листоватой глины мощностью от пяти до пятнадцати футов.

(3.) В долинах Норфолка мы также находим те же условия. Древнее русло Яра и других рек этого района входит в море на глубине более 100 футов ниже нынешнего уровня моря. В Ярмуте поверхность оказалась мощностью 170 футов, и глубокая поверхность простирается вдоль Яра до Норвича. Погребенные леса также найдены здесь, подобные тем, что на Хамбере.

Вероятно, что все наши британские реки впадают в море по своим старым погребенным каналам, за исключением случаев, когда они могли изменить свои русла с начала ледникового периода.

(4.) В угольном бассейне Санкуар, у подножия Келло-Уотер, старое погребенное речное русло было найдено мистером Б. Н. Пичем. Оно проходило под прямым углом к Келло и было заполнено валунной глиной, которая отсекала уголь; но при проходке шахты через глину уголь был найден в своем положении на другой стороне.

(5.) Старое речное русло под валунной глиной описано мистером Милном Хоумом в его мемуарах об угольных бассейнах Мидлотиана. Оно было прослежено от Ниддри в северо-восточном направлении через Нью-Крейхолл. У Ниддри ложбина имеет ширину около 100 ярдов и глубину от 60 до 70 футов. Она, по-видимому, углубляется и расширяется по мере приближения к морю, так как у Нью-Крейхолла она имеет ширину около 200 ярдов и глубину 97 футов. Этот старый канал, вероятно, входит в море около Масселбурга. Подобно каналам в Мидлендской долине Шотландии, которые уже описаны, он настолько полностью заполнен ледниковыми отложениями, что на поверхности не видно ни следа от него. И, подобно им, он также должен был принадлежать к периоду, когда уровень моря стоял гораздо ниже, чем в настоящее время.

(6.) В карьере Хейлс, недалеко от Эдинбурга, можно увидеть часть древнего водотока под валунными отложениями. Краткий отчет о нем был дан доктором Пейджем в статье, прочитанной перед Эдинбургским геологическим обществом. Перекрывающий песчаник, говорит он, был прорезан на глубину 60 футов. Ширина канала на поверхности варьируется от 12 до 14 футов, но постепенно сужается до 2 или 3 футов у дна. Склоны и дно сглажены и отполированы, и все это сейчас заполнено тиллом и валунами.

(7.) Одним из самых замечательных погребенных каналов является канал вдоль долины Стратмор, предполагаемое древнее русло Тея. Он простирается от Данкелда, к югу от Блэргоури, Рутвена и Форфара, и входит в Немецкое море в заливе Лунан-Бей. Его длина составляет около 34 миль.

«Ни одна большая река, — говорит сэр Чарльз Лайель, — не следует этим курсом, но он повсюду отмечен озерами или прудами, которые дают ракушечный мергель, болотами и торфяниками, обычно окруженными грядами детрита высотой от 50 до 70 футов, состоящими в нижней части из тилла и валунов, а в верхней — из стратифицированного гравия, песка, суглинка и глины, в некоторых случаях изогнутых или смятых в складки».

«Он, очевидно, отмечает древнюю линию, по которой, во-первых, великий ледник спускался с гор к морю, и по которой, во-вторых, в более поздний период осуществлялся основной водный дренаж этой страны».

(8.) Ряд примеров древних речных русел под валунной глиной подробно описан профессором Гейки в его работе о ледниковых отложениях Шотландии. Некоторые из описанных им случаев приобрели дополнительный интерес благодаря тому, что они являются убедительным свидетельством существования межледниковых теплых периодов. Я кратко упомяну несколько случаев, описанных им.

При проходке пробной шахты в Чапелхолле, близ Эрдри, рабочие наткнулись на то, что они считали старым речным руслом. В конце пробной шахты железная руда с сопутствующим углем и огнеупорной глиной были перерезаны под углом около 20° жесткой темноокрашенной землей, густо утыканной угловатыми кусками белого песчаника, угля и сланца, с окатанной галькой из гринстоуна, базальта, кварца и т. д. Над этим лежал прекрасный ряд пластов песка и глины. Над этими стратифицированными пластами лежал слой настоящей валунной глины мощностью 50 или 60 футов. Канал проходил в направлении с северо-востока на юго-запад. Мистер Рассел из Чапелхолла сообщает профессору Гейки, что другой канал того же типа, в миле дальше к северо-западу, был прослежен в некоторых шахтных выработках.

«Ясно, — говорит профессор Гейки, — что, каково бы ни было истинное объяснение этих каналов и бассейнов, они, несомненно, принадлежат к периоду валунной глины. Бассейн Чапелхолла действительно лежит в ложбине каменноугольных пород, но его стратифицированные пески и глины покоятся на неровном ложе настоящего тилла. Старый канал недалеко от берегов Калдера также вымыт в песчаниках и сланцах; но он имеет покрытие из валунной глины, на котором покоятся его тонкослоистые пески и глины, как если бы сам канал когда-то был заполнен валунной глиной, которая была вымыта повторно, чтобы позволить отложение стратифицированных осадков. Во всех случаях толстая мантия грубой, хаотичной валунной глины погребает все это».

Профессор Гейки обнаружил между устьем Пиз-Берн и Сент-Эббс-Хед, Бервикшир, несколько древних погребенных каналов. Один в Мензи-Клью, недалеко от берега Редхью, был заполнен до краев валунной глиной. Другой, Ламсден-Дин, в полумиле к востоку от Фаст-Касла, на берегу Кармайкл-Берн, недалеко от приходской церкви Кармайкла, — старый водоток периода валунной глины — можно увидеть. Долину Маус-Уотер он приводит как замечательный пример.

Один или два он нашел в Эйршире, а также один на берегах Лайн-Уотер, притока Твида.

(9.) В долине Клайда, выше Гамильтона, было замечено несколько погребенных речных каналов. Они описаны мистером Джеймсом Гейки следующим образом:—

«В районе Уишо в угольных разработках на значительной площади были прослежены два глубоких извилистых желоба, заполненных песком и мелким гравием. Эти желоба никак не проявляются на поверхности, будучи полностью скрыты под мощным слоем валунной глины. По-видимому, это старые русла рек, и с большой долей вероятности они представляют собой доледниковые овраги Колдер-Уотер и Тиллон-Берн. «Песчаная дамба», представляющая собой доледниковое русло Колдер-Уотер, тянется на некоторое расстояние параллельно современному руслу реки вниз до Уишо-Хаус, где пересекается с Колдером, а отложения, закупоривающие ее, хорошо видны на крутых лесистых берегах ниже дома и на утесе с противоположной стороны. Затем она поворачивает на юго-восток и снова хорошо обнажается на обочине дороги, ведущей из Уишо к Колдер-Уотер. От этой точки она была прослежена под землей, более или менее непрерывно, вплоть до металлургического завода Уишо. За этим местом угольные пласты опускаются на большую глубину и, следовательно, перестают пересекаться с древним оврагом, русло которого, однако, все еще можно предположить на основании данных, полученных при проходке шахт и разведочном бурении. По всей вероятности, оно идет на юг и входит в старое русло Клайда немного ниже Камбуснета-Хаус. На карте показана лишь часть старого оврага Тиллон-Берн. Впервые он встречается в угольных разработках Клеленд-Таунхед (лист 31). От этого места он извивается под землей в южном направлении, пока не пересекается с нынешним Тиллон-Берн, немного севернее Гленклеленда (лист 31). Теперь он течет на юго-запад, сохраняя параллельность ручью, и пересекает долину Колдера непосредственно над устьем Тиллона. От этой точки его можно проследить по шахтным стволам, обнажениям на открытом воздухе, буровым скважинам и угольным разработкам через Рейвенскрейг, Нетер-Джонстон и Робберхолл-Белтинг до Колдер-Уотер ниже Курсингтонского моста (лист 31). Таким образом, представляется, что в доледниковые времена Колдер и Тиллон были независимыми реками, и что после ледникового периода Колдер-Уотер, покинув свое доледниковое русло, проложил себе путь через промежуточную местность, прорезав глубокие овраги в твердых породах, пока в конечном итоге не соединился с Тиллоном. Подобные погребенные русла встречаются и в других местах. Так, в Фэрхолме, близ Ларкхолла, как уже упоминалось (пункт 94), доледниковое русло Эйвона было прослежено в шахтных стволах и скважинах на некоторое расстояние к северу. Еще одно старое русло, заполненное валунной глиной, обнажается в ручье близ Плоткока, в миле к юго-западу от Миллхью; и аналогичный доледниковый овраг был встречен при разработке цементного камня в Колдервуде. Действительно, можно с полным основанием сказать, что почти все скалистые овраги, по которым текут воды, особенно в каменноугольных районах, имеют послеледниковый возраст — доледниковые же русла лежат скрытыми под массами ледниковых отложений. Чаще всего, однако, современные русла рек являются частично доледниковыми, а частично послеледниковыми. В доледниковых частях реки текут через валунную глину, в послеледниковых участках их русло, как только что упоминалось, обычно проходит в скалистых оврагах. Эйвон и Колдер со своими притоками дают многочисленные примеры этих явлений».

Естественно возникает вопрос: когда были вымыты эти каналы? К какому геологическому периоду следует отнести эти древние реки? Нельзя делать вывод, что эти каналы должны быть доледниковыми только потому, что они содержат валунную глину. Если бы ледниковый период был одним непрерывным периодом холода, а валунная глина — одним сплошным образованием, то факт обнаружения валунной глины в этих каналах свидетельствовал бы о том, что они доледниковые. Но когда мы находим несомненные геологические доказательства длительного теплого состояния климата в течение самой суровой части ледникового периода, когда лед в значительной степени должен был исчезнуть и вода начала течь, как обычно, по нашим долинам, все, что можно разумно вывести из факта обнаружения тилла в этих каналах, — это то, что они должны быть древнее тилла, который они содержат. Мы не можем сделать вывод, что они древнее всего тилла, лежащего на поверхности страны. Вероятность, однако, заключается в том, что некоторые из них имеют доледниковое, а другие — межледниковое происхождение. То, что многие из этих каналов использовались в качестве водотоков в течение ледникового периода, или, вернее, в течение теплых периодов этого периода, несомненно, исходя из того факта, что они были заполнены валунной глиной, затем вновь вымыты и, наконец, снова заполнены глиной.

ГЛАВА XXX. ФИЗИЧЕСКАЯ ПРИЧИНА ДВИЖЕНИЯ ЛЕДНИКОВ. — ТЕОРИИ ДВИЖЕНИЯ ЛЕДНИКОВ.

Why the Question of Glacier-motion has been found to be so difficult.—The Regelation Theory.—It accounts for the Continuity of a Glacier, but not for its Motion.—Gravitation proved by Canon Moseley insufficient to shear the Ice of a Glacier.—Mr. Mathew’s Experiment.—No Parallel between the bending of an Ice Plank and the shearing of a Glacier.—Mr. Ball’s Objection to Canon Moseley’s Experiment.—Canon Moseley’s Method of determining the Unit of Shear.—Defect of Method.—Motion of a Glacier in some Way dependent on Heat.—Canon Moseley’s Theory.—Objections to his Theory.—Professor James Thomson’s Theory.—This Theory fails to explain Glacier-motion.—De Saussure and Hopkins’s “Sliding” Theories.—M. Charpentier’s “Dilatation” Theory.—Important Element in the Theory.

Причина движения ледников оказалась одним из самых трудных и запутанных вопросов во всей области физики. Основная трудность заключается в согласовании движения ледника с физическими свойствами льда. Ледник движется вниз по долине почти так же, как река: движение наименьшее по бокам и наибольшее в центре, и большее на поверхности, чем у дна. В поперечном сечении едва ли найдутся две частицы, движущиеся с одинаковой скоростью. Далее, ледник приспосабливается к неровностям канала, в котором он движется, точно так же, как это сделало бы полужидкое или пластичное вещество. Ледник настолько полно ведет себя как вязкое или пластичное тело, что профессор Форбс был склонен полагать, что вязкость является свойством льда, и что благодаря этому свойству он способен двигаться с дифференциальным движением и приспосабливаться ко всем неровностям своего канала, не теряя своей непрерывности, точно так же, как это сделала бы масса грязи или замазки. Но опыт доказывает, что лед — это твердое и хрупкое вещество, гораздо более напоминающее стекло, чем замазку. Фактически, это одно из самых хрупких и неуступчивых веществ в природе. Ледник настолько неуступчив, что он скорее сломается пополам, чем растянется на сколько-нибудь заметную величину. Это доказывается тем фактом, что трещины, возникающие в результате напряжения в леднике, состоят поначалу из простой щели, едва ли достаточно широкой, чтобы пропустить лезвие перочинного ножа.

Все эффекты, которые считались обусловленными вязкостью льда, были полностью объяснены и обоснованы принципом излома и регеляции, открытым Фарадеем. Принцип регеляции объясняет, почему лед, движущийся с дифференциальной скоростью и приспосабливающийся к неровностям своего канала, все же способен сохранять свою непрерывность, но он не объясняет причину движения ледника. Фактически, он скорее окутывает вопрос еще более глубокой тайной, чем прежде. Ибо гораздо труднее представить, как частицы твердого и хрупкого тела, подобного льду, могут двигаться с дифференциальной скоростью, чем представить, как это может происходить в случае мягкого и податливого вещества. Частицы льда должны быть смещены одна относительно другой и вдоль друг друга, и так как эти частицы жестко скреплены вместе, эта связь должна быть разорвана, прежде чем одна сможет скользить по другой. Сила сдвига, как показывает каноник Мозли, вступает в игру. Если бы лед был пластичным веществом, не было бы большой трудности в понимании того, как частицы должны двигаться одна относительно другой, но все совершенно иначе, когда мы представляем лед как твердое и неуступчивое вещество. Трудность в связи с движением ледника заключается не в том, чтобы объяснить непрерывность льда, ибо принцип регеляции полностью объясняет это, а в том, чтобы показать, как получается, что одна частица преуспевает в скольжении по другой. Принцип регеляции, вместо того чтобы помочь устранить эту трудность, увеличивает ее в десять раз. Регеляция не объясняет причину движения ледника, а наоборот. Она скорее стремится показать, что ледник не должен двигаться. В чем же тогда причина движения ледника? Согласно теории регеляции, движущей причиной является гравитация. Но достаточна ли гравитация, чтобы сдвинуть лед таким образом, как это фактически происходит в леднике?

Я полагаю, что немногие из тех, кто много размышлял о предмете движения ледников, не испытывали некоторых сомнений в отношении общепринятой теории. Есть некоторые факты, которые я никогда не мог согласовать с этой теорией. Например, валунная глина — гораздо более рыхлое вещество, чем лед; ее сила сдвига должна быть гораздо меньше, чем у льда; однако огромные массы валунной глины могут лежать неподвижно веками на склоне холма, настолько крутом, что едва можно решиться взобраться на него, в то время как ледник будет медленно сползать вниз по долине, которую мы на глаз едва ли могли бы определить как отклоняющуюся от горизонтали. Далее, ледник движется быстрее днем, чем ночью, и примерно в два раза быстрее летом, чем зимой. Профессор Форбс, например, обнаружил, что ледник Де-Буа вблизи своей нижней оконечности двигался иногда в декабре всего на 11,5 дюймов в сутки, тогда как в течение июля скорость его движения иногда достигала 52,1 дюйма в день. Почему такая разница в скорости движения между днем и ночью, летом и зимой? Ледник не тяжелее днем, чем ночью, или летом, чем зимой; также и сила сдвига большой массы льда ледника не становится заметно меньше днем, чем ночью, или летом, чем зимой; ибо температура большой массы льда не меняется заметно с временами года. Если это так, то гравитация должна быть столь же способна сдвигать лед ночью, как и днем, или зимой, как и летом. Во всяком случае, если и должна быть какая-то разница, она должна быть лишь незначительной. Правда, из-за таяния льда трещины ледника летом больше заполнены водой, чем зимой; и это, как утверждает профессор Форбс, может способствовать более быстрому движению ледника в первый сезон, чем во второй. Но сторонники теории регеляции не могут заключить, вместе с профессором Форбсом, что вода способствует движению ледника, делая лед более мягким и пластичным. Таяние льда, согласно теории регеляции, не может сколько-нибудь существенно помочь движению ледника.

Теория, которая привела к общему убеждению, что лед ледника сдвигается силой тяжести, по-видимому, заключается в следующем. Предполагается, что единственными силами, к которым можно отнести движение ледника, являются гравитация и тепло; но так как большая масса ледника постоянно остается при одной и той же равномерной температуре, делается вывод, что невозможно, чтобы движение ледника было обусловлено этой причиной, и поэтому, конечно, оно должно быть приписано гравитации, так как никакой другой причины нет.

То, что гравитации недостаточно для сдвига льда ледника, было ясно продемонстрировано каноником Мозли. Он определил экспериментально величину силы, необходимой для сдвига одного квадратного дюйма льда, и нашел ее равной примерно 75 фунтам. С помощью процесса вычислений, который будет подробно изложен в упомянутом мемуаре, он продемонстрировал, что для спуска под действием собственного веса со скоростью, с которой, как наблюдал профессор Тиндаль, лед Мер-де-Глас спускался у Такуля, единица силы сдвига льда не могла превышать 1,31931 фунта. Следовательно, потребуется сила, более чем в 34 раза превышающая вес ледника, чтобы сдвинуть лед и заставить его спускаться таким образом, каким он, как установлено, спускается.

Прошло уже шесть лет с тех пор, как результаты каноника Мозли были представлены публике, и никто, насколько мне известно, еще не пытался указать на какой-либо серьезный дефект в его математической трактовке вопроса. Видя большой интерес, проявленный к вопросу о движении ледников, я думаю, мы вправе заключить, что если бы математическая часть мемуара была неубедительной, ее недостатки были бы указаны еще до этого времени. Вопрос, следовательно, сводится к тому, верны ли экспериментальные данные, на которых основаны его расчеты. Или, другими словами, составляет ли единица сдвига льда целых 75 фунтов? Эта часть исследований г-на Мозли не осталась без вопросов. Г-н Болл и г-н Мэтьюз, оба из которых имеют большой опыт работы среди ледников и уделили значительное внимание предмету движения ледников, возражали против точности единицы сдвига г-на Мозли. Я внимательно прочитал интересные мемуары г-на Мэтьюза и г-на Болла в ответ канонику Мозли, но я не могу усмотреть, чтобы что-либо из того, что они выдвинули, существенно влияло на его общие выводы относительно общепринятой теории. Г-н Мэтьюз возражает против экспериментов каноника Мозли на том основании, что на вещество, подвергаемое воздействию, оказывают влияние посторонние силы, и что таким образом вводятся условия, которые не имеют места в случае реального ледника. «Это пролило бы, — говорит он, — большой свет на наше исследование, если бы мы изменили этот метод процедуры и просто наблюдали поведение масс льда под влиянием отсутствия каких-либо внешних сил, кроме гравитации их собственных частиц». Доска льда шириной шесть дюймов и толщиной 2⅜ дюйма была поддержана с каждого конца опорами на расстоянии шести футов друг от друга. С того момента, как доска была установлена в положение, она начала прогибаться и продолжала делать это до тех пор, пока не коснулась поверхности, над которой была поддержана. Г-н Мэтьюз отмечает, что с этим свойством льда, а именно его способностью изменять свою форму под воздействием напряжений, создаваемых его собственной гравитацией, в сочетании со скользящим движением, продемонстрированным Хопкинсом, мы имеем адекватную причину для движения ледника. Г-н Мэтьюз заключает из этого эксперимента, что единица сдвига во льду, вместо того чтобы составлять 75 фунтов, составляет менее 1¾ фунта.

Однако нет никакой параллели между изгибом ледяной доски и сдвигом ледника. Эксперимент г-на Мэтьюза, по-видимому, доказывает слишком много, как будет видно из следующего ответа каноника Мозли:—

«Теперь я, — говорит он, — предложу г-ну Мэтьюзу параллельный эксперимент и параллельное объяснение. Если бы стержень из кованого железа сечением 1 дюйм и длиной 20 футов был поддержан за свои концы, он бы согнулся под действием одного лишь своего веса и, следовательно, сдвинулся бы. Теперь вес такого стержня составил бы около 67 фунтов. Согласно объяснению г-на Мэтьюза в случае с ледяной доской, единица сдвига в кованом железе должна, следовательно, составлять 67 фунтов на квадратный дюйм. На самом деле она составляет 50 000 фунтов».

Какую бы теорию мы ни приняли относительно причины движения ледников, прогиб доски описанным г-ном Мэтьюзом способом следует как необходимое следствие. Хотя на доску не было помещено никакого груза, из этого не обязательно следует, что прогиб был вызван только весом льда; ибо, согласно собственной теории каноника Мозли о движении ледников под действием тепла, доска должна прогибаться посередине, точно так же, как это было в эксперименте г-на Мэтьюза. Твердое тело при воздействии изменений температуры будет расширяться и сжиматься как поперечно, так и продольно. Лед, согласно теории каноника Мозли, расширяется и сжимается под действием тепла. Тогда, если доска расширяется поперечно, верхняя половина доски должна подняться, а нижняя — опуститься. Но сторона, которая поднимается, должна совершать работу против гравитации, тогда как сторона, которая опускается, испытывает работу, совершаемую над ней гравитацией; следовательно, больше доски опустится, чем поднимется, и это, конечно, будет стремиться понизить или прогнуть доску посередине. Далее, когда доска сжимается, нижняя половина поднимется, а верхняя опустится; но так как гравитация и в этом случае благоприятствует опускающейся части и противодействует поднимающейся, больше доски опустится, чем поднимется, и, следовательно, доска будет опущена посередине как в результате сжатия, так и в результате расширения. Таким образом, по мере того как доска меняет свою температуру, она должна, согласно теории г-на Мозли, опускаться или прогибаться посередине, шаг за шагом — и это не только под действием гравитации, но главным образом под действием движущей силы тепла. Я, конечно, не намерен утверждать, что опускание доски было вызвано теплом; но я утверждаю, что эксперимент г-на Мэтьюза не доказывает с необходимостью (а это все, что требуется в настоящее время), что гравитация была единственной причиной прогиба доски. Также этот эксперимент не доказывает, что лед прогнулся без сдвига; ибо, хотя вес доски был недостаточен для сдвига льда, как, я полагаю, признает г-н Мэтьюз, г-н Мозли ответил бы, что веса льда, при содействии движущей силы тепла, было вполне достаточно.

Я теперь кратко коснусь основных возражений г-на Болла против доказательства каноника Мозли о том, что ледник не может сдвигаться только под действием своего веса. Одно из его главных возражений заключается в том, что г-н Мозли предположил, что лед однороден по структуре, и что давления и натяжения, действующие внутри него, не модифицируются изменяющимся строением массы. Хотя в этом возражении, без сомнения, есть некоторая сила (ибо у нас, вероятно, есть веские основания полагать, что лед будет сдвигаться, например, легче вдоль определенных плоскостей, чем вдоль других), все же я едва ли могу думать, что основной вывод каноника Мозли может быть когда-либо существенно затронут этим возражением. Главный вопрос таков: может ли лед ледника сдвигаться под действием собственного веса так, как это обычно предполагается? Теперь сила сдвига льда, в каком бы направлении мы ее ни брали, настолько колоссально превышает ту, которая требуется г-ну Мозли для того, чтобы позволить леднику спускаться только под действием своего веса, что безразлично, рассматривается ли лед как однородный по структуре или нет. Г-н Болл также возражает против воображаемого ледника г-на Мозли, лежащего на ровном склоне и в равномерном прямоугольном канале. Он думает, что нерегулярный канал и переменный склон были бы более благоприятны для спуска льда. Но, безусловно, если работа веса льда не равна работе сопротивления в леднике равномерной ширины и склона, она должна быть еще менее таковой в случае ледника нерегулярной формы и склона.

То, что относительное смещение частиц льда вовлечено в движение ледника, признается, конечно, г-ном Боллом; но он заявляет, что величина этого смещения невелика и что оно осуществляется с чрезвычайной медленностью. Это может быть так; но если вес льда не способен преодолеть взаимное сцепление частиц, то вес льда не может произвести требуемого смещения, как бы мало оно ни было. Г-н Болл затем возражает против метода определения единицы сдвига г-на Мозли на этом основании: — Сдвиг льда в леднике осуществляется с чрезвычайной медленностью; но сдвиг в эксперименте каноника Мозли осуществлялся быстро; и хотя для сдвига одного квадратного дюйма поверхности в его эксперименте потребовалось 75 фунтов, из этого не следует, что 75 фунтов потребовалось бы для сдвига льда, если бы это делалось медленным способом, каким это осуществляется в леднике. «Короче говоря, — говорит г-н Болл, — чтобы установить сопротивление, оказываемое очень медленным изменениям в относительных положениях частиц, настолько незначительным, что они нечувствительны на малых расстояниях, г-н Мозли измеряет сопротивление, оказываемое быстрому разрушению между смежными частями того же самого вещества».

В этом возражении есть сила; и здесь мы подходим к действительно слабому месту в рассуждениях каноника Мозли. Его эксперименты показывают, что если мы хотим сдвинуть лед быстро, требуется вес почти в 120 фунтов; но если это делать медленнее, будет достаточно 75 фунтов. Короче говоря, количество фунтов, необходимое для сдвига льда, в значительной степени зависит от продолжительности времени, в течение которого весу позволено действовать; чем дольше ему позволено действовать, тем меньше будет вес, необходимый для выполнения работы. «Мне любопытно узнать, — говорит г-н Мэтьюз, ссылаясь на этот момент, — какой вес сдвинул бы лед, если бы для его действия был предоставлен день». Я не знаю, какой вес потребовался бы для сдвига льда в экспериментах г-на Мозли, если бы был предоставлен день; но я чувствую себя довольно уверенным, что если бы лед остался нерастаявшим и было бы предоставлено достаточно времени, сдвиг был бы произведен без приложения какого-либо веса вообще. На ледник не помещаются никакие грузы, чтобы заставить его двигаться, и все же лед ледника сдвигается. Если сдвиг осуществляется весом, единственный приложенный вес — это вес льда; и если вес льда заставляет лед сдвигаться в леднике, почему он не может делать то же самое в эксперименте? Какова бы ни была причина, которая смещает частицы льда в леднике, они, как факт, смещаются без приложения какого-либо веса, кроме веса самого льда; и если так, почему частицы льда в эксперименте не могут также смещаться без приложения весов? Позвольте льду ледника идти своим временем и своим путем, и частицы будут двигаться одна по другой без помощи внешних весов, какова бы ни была причина этого; ну тогда, позвольте льду в эксперименте идти своим временем и своим путем, и он, вероятно, сделает то же самое. Здесь есть что-то неудовлетворительное. Если под единицей сдвига понимается давление в фунтах, которое должно быть приложено ко льду, чтобы разорвать соединение одного квадратного дюйма двух поверхностей, замороженных вместе, и заставить одну скользить по другой, то величина давления, необходимого для этого, будет зависеть от времени, которое вы отводите для выполнения этого дела. Если дело должно быть сделано быстро, как в некоторых экспериментах г-на Мозли, потребуется, как он показал, давление около 120 фунтов; но если дело должно быть сделано медленнее, как в некоторых других его экспериментах, будет достаточно 75 фунтов. И если будет предоставлено достаточно времени, как в случае с ледниками, дело может быть сделано без какого-либо веса вообще, приложенного ко льду, и, конечно, аргумент г-на Мозли о том, что ледник не может спускаться только под действием своего веса, рушится. Но если под единицей сдвига понимается не вес или давление, необходимые для сдвига льда, а количество работы, необходимое для сдвига квадратного дюйма поверхности за данное время или с данной скоростью, тогда он мог бы показать, что в случае ледника (скажем, Мер-де-Глас) работа всех сопротивлений, которые противодействуют его спуску со скоростью, с которой он спускается, больше, чем работа его веса, и что, следовательно, должна быть какая-то причина, в дополнение к весу, побуждающая ледник двигаться вперед. Но тогда он не имел бы права утверждать, что ледник не спускался бы только под действием своего веса; все, что он мог бы утверждать, просто заключалось бы в том, что он не мог бы спускаться только под действием своего веса со скоростью, с которой он спускается.

Единица сдвига г-на Мозли, однако, — это не количество работы, выполненной при сдвиге квадратного дюйма льда за данное время, а количество веса или давления, требующееся для приложения ко льду, чтобы сдвинуть квадратный дюйм. Но эта величина давления зависит от продолжительности времени, в течение которого давление приложено. Здесь кроется трудность в определении того, какая величина давления должна быть принята в качестве реальной единицы. И здесь также кроется радикальный дефект в результате каноника Мозли. Время, так же как и давление, входит как элемент в процесс. Ключ к объяснению этого любопытного обстоятельства будет, я думаю, найден в том факте, что скорость, с которой ледник спускается, зависит тем или иным образом от количества тепла, которое лед получает. Этот факт показывает, что тепло имеет отношение к сдвигу льда ледника. Но в передаче тепла ко льду время обязательно входит как элемент. Есть два разных способа, которыми тепло может, как можно предположить, помогать в сдвиге льда: (1) мы можем предположить, что тепло действует как сила вместе с гравитацией в производстве смещения частиц льда; или (2) мы можем предположить, что тепло не действует как сила, подталкивающая частицы одну по другой, но что оно помогает процессам сдвига, уменьшая сцепление частиц льда и тем самым позволяя гравитации производить смещение. Первое — это функция, приписываемая теплу в теории движения ледников каноника Мозли; второе — это функция, приписываемая теплу в теории движения ледников, которую я рискнул выдвинуть некоторое время назад. Из этого следует, следовательно, из собственной теории каноника Мозли, что чем дольше время, которое отведено для давления, чтобы сдвинуть лед, тем меньше будет требуемое давление; ибо, согласно его теории, очень большая доля смещения производится движущей силой тепла, входящего в лед; и, как следует, конечно, при прочих равных условиях, чем дольше время, в течение которого теплу позволено действовать, тем больше будет пропорциональная величина смещения, произведенного теплом; следовательно, тем меньше потребуется сделать приложенным весом. В случае ледника г-н Мозли заключает, что по крайней мере в тридцать или сорок раз больше работы совершается движущей силой тепла в плане сдвига льда, чем совершается простым давлением или весом. Тогда, если предоставлено достаточно времени, почему гораздо больше не может быть сделано теплом при сдвиге льда в его эксперименте, чем приложенным весом? В этом случае как ему знать, сколько сдвига осуществляется теплом, а сколько весом? Если большая часть сдвига льда в случае ледника производится не давлением, а теплом, которое обязательно входит в лед, было бы немыслимо, чтобы в его экспериментах тепло, входящее в лед, не производило, по крайней мере в некоторой степени, аналогичного эффекта. И если часть смещения частиц производится теплом, то приложенный вес не может рассматриваться как мера силы, используемой при смещении, не более чем можно было бы сделать вывод, что вес ледника является мерой силы, используемой при сдвиге его. Если вес — не вся сила, используемая при сдвиге, а только часть силы, то вес не может, как в эксперименте г-на Мозли, быть принят как мера силы.

Как же тогда нам определить, какова величина силы, необходимой для сдвига льда? другими словами, как определить единицу сдвига? Если мы собираемся измерять единицу сдвига весом, необходимым для производства смещения частиц льда, мы должны убедиться, что смещение полностью осуществляется весом. Мы должны быть уверены, что тепло не входит как элемент в процесс. Но если позволить времени пройти во время эксперимента, мы никогда не можем быть уверены, что тепло не было в работе. Невозможно предотвратить вход тепла во лед. Мы можем поддерживать лед при постоянной температуре, но это не предотвратило бы вход тепла во лед и производство молекулярной работы. Правда, согласно теории движения ледников Мозли, если температуре льда не позволено меняться, то никакое смещение частиц не может произойти от влияния тепла; но согласно молекулярной теории движения ледников, которая вскоре будет рассмотрена, тепло будет помогать смещению частиц, поддерживается ли температура постоянной или нет. Короче говоря, абсолютно невозможно в наших экспериментах быть уверенными, что тепло не замешано тем или иным образом в смещении частиц льда. Но мы можем сократить время и тем самым убедиться, что количество тепла, входящего во лед во время экспериментов, слишком мало, чтобы существенно повлиять на результат. Мы не можем в этом случае сказать, что все смещение было осуществлено приложенным ко льду весом, но мы можем сказать, что так мало было сделано теплом, что, практически, мы можем рассматривать это как все сделанное весом.

Это соображение, я надеюсь, показывает, что единица сдвига, принятая каноником Мозли в его расчетах, не слишком велика. Ибо если через полчаса, после всей работы, которая могла быть сделана теплом, давление в 75 фунтов все еще требуется для смещения частиц одного квадратного дюйма, совершенно очевидно, что если бы никакой работы не было сделано теплом в течение этого времени, сила, необходимая для производства смещения, не могла бы быть меньше 75 фунтов. Она могла бы быть больше этого; но она не могла бы быть меньше. Как бы то ни было, при определении единицы сдвига нам нельзя позволить продлевать эксперимент на сколько-нибудь значительное время, потому что вес, под которым лед мог бы тогда сдвинуться, не мог бы быть принят как мера силы, которая требуется для сдвига льда. Продлевая эксперимент, мы могли бы, возможно, получить единицу меньше той, которая требуется канонику Мозли для того, чтобы ледник спускался под действием собственного веса. Но было бы точно так же предрешением всего спорного вопроса предполагать, что, поскольку лед сдвинулся под таким весом, ледник мог бы спускаться только под действием своего веса, как было бы предполагать, что, поскольку ледник сдвигается без веса, помещенного на него, ледник спускается только под действием своего веса.

Но почему бы не определить единицу сдвига льда таким же образом, как мы определили бы единицу сдвига любого другого твердого вещества, такого как железо, камень или дерево? Если сила сдвига льда будет определена таким образом, она окажется слишком большой, чтобы позволить льду сдвигаться только под действием своего веса. Мы будем вынуждены признать либо то, что лед ледника не сдвигается (в обычном смысле этого термина), либо, если он все же сдвигается, что должна, как заключает каноник Мозли, существовать какая-то другая сила в дополнение к весу льда, побуждающая ледник двигаться вперед.

Тот факт, что скорость спуска ледника зависит от количества тепла, которое он получает, доказывает, что тепло должно рассматриваться либо как причина, либо как необходимое условие его движения; какова же тогда необходимая связь между теплом и движением ледника? Если тепло должно рассматриваться как причина, каким образом тепло производит движение? Я теперь кратко коснусь одной или двух теорий, которые были выдвинуты по этому предмету. Давайте рассмотрим сначала теорию каноника Мозли.

Теория каноника Мозли. — Он обнаружил из наблюдений и экспериментов, что листы свинца, помещенные на наклонную плоскость, при подвергании изменениям температуры стремятся спускаться, даже когда наклон гораздо меньше того, который позволил бы ему скользить вниз под влиянием гравитации. Причину спуска он показывает как таковую. Когда температура листа повышается, он расширяется, и при расширении его верхняя часть движется вверх по склону, а нижняя часть — вниз по склону; но так как гравитация противодействует движению вверх и благоприятствует движению вниз, больше листа движется вниз, чем вверх, и, следовательно, центр тяжести листа слегка понижается. Далее, когда лист охлаждается, он сжимается, и при сжатии верхняя часть движется вниз, а нижняя часть — вверх, и здесь снова, по той же причине, больше листа движется вниз, чем вверх. Следовательно, при каждом изменении температуры происходит небольшое смещение листа вниз. «Теперь теория спуска ледников, — говорит каноник Мозли, — которую я рискнул предложить сам, заключается в том, что они спускаются, как свинец в этом эксперименте, по причине прохождения в них и изъятия солнечных лучей, и что дилатация и сжатие льда, таким образом произведенные, являются непосредственной причиной их спуска, как это является причиной спуска свинца».

Фундаментальное условие в теории г-на Мозли о спуске твердых тел на наклоне заключается не в том, чтобы тепло поддерживало эти тела при высокой температуре, а в том, чтобы температура менялась. Скорость спуска пропорциональна не просто количеству полученного тепла, а степени и частоте изменений температуры. Как доказательство того, что ледники подвергаются большим изменениям температуры, он приводит следующее: — «Все альпийские путешественники, — говорит он, — от Де Соссюра до Форбса и Тиндаля, засвидетельствовали интенсивность солнечной радиации на поверхностях ледников. «Я едва ли когда-либо, — говорит Форбс, — помню, чтобы находил солнце более пронзительным, чем в Жардене». Это тепло переходит внезапно в состояние сильного холода, когда какая-либо часть ледника попадает в тень из-за изменения положения солнца или даже из-за прохождения над ним облака».

Г-н Мозли здесь повествует просто о том, что чувствует путешественник, а не о том, что испытывает ледник. Путешественник подвергается большим изменениям температуры; но нет доказательств из этого, что ледник испытывает какие-либо изменения температуры. Скорее потому, что температура ледника не затрагивается солнечным теплом, путешественник так сильно озябает, когда солнечные лучи отсекаются. Солнце светит пронзительными лучами, и путешественник опаляется; ледник тает на поверхности, но он все еще остается «холодным как лед». Солнце заходит за облако или исчезает за соседним холмом; опаляющие лучи тогда изымаются, и путешественник теперь подвергается радиации со всех сторон от поверхностей при точке замерзания.

Это также необходимое условие в теории г-на Мозли, чтобы тепло проходило легко в ледник и из него; ибо если бы это не было так, внезапные изменения температуры могли бы произвести мало или никакого эффекта на большую массу ледника. Как же тогда возможно, чтобы во время жары лета температура ледника могла сильно меняться? В течение этого сезона, в нижних долинах по крайней мере, все, за исключением ледника, выше точки замерзания; следовательно, когда ледник уходит в тень, нет ничего, чтобы понизить лед ниже точки замерзания; и так как солнечные лучи не поднимают температуру льда выше точки замерзания, температура ледника должна, следовательно, оставаться неизменной в течение этого сезона. Из этого поэтому следует, что вместо того, чтобы ледник двигался более быстро в середине лета, чем в середине зимы, он должен, согласно теории Мозли, не иметь никакого движения вообще в течение лета.

Следующее, написанное пятнадцать лет назад профессором Форбсом по этому самому пункту, является наиболее убедительным: — «Но как обстоит дело с фактом? Г-н Мозли цитирует из Де Соссюра следующие суточные диапазоны температуры воздуха в месяце июле на Коль-дю-Жеан и в Шамони, между которыми ледник лежит:

|     °
At the Col du Géant |   4·257 Réaumur.
At Chamouni | 10·092        〃

И он предполагает, что «такое же среднее суточное изменение температуры имеет место по всей длине» [и глубине?] «ледника дю Жеан, которое Де Соссюр наблюдал в июле на Коль-дю-Жеан». Но между какими пределами колеблется температура воздуха? Мы находим, обращаясь к третьему тому «Путешествий» Де Соссюра, что средняя температура самого холодного часа (4 часа утра) во время его пребывания на Коль-дю-Жеан составляла 33°·03 по Фаренгейту, а самого теплого (2 часа дня) 42°·61 по Фаренгейту. Так что даже на том открытом хребте, между 2000 и 3000 футов выше того места, где ледник может быть должным образом сказан начинаться, воздух не достигает, в среднем за месяц июль, точки замерзания в любой час ночи. Следовательно, диапазон температуры, приписываемый леднику, находится между пределами, абсолютно неспособными произвести расширение льда в малейшей степени».

Далее, в течение зимы, как отмечает г-н Болл, ледник полностью покрыт снегом и таким образом защищен как от влияния холода, так и от тепла, так что не может быть ничего, чтобы поднять температуру льда выше точки замерзания или довести ее ниже этой точки; и, следовательно, ледник должен оставаться неподвижным в течение этого сезона также.

«Нет сомнения, поэтому, — заявляет г-н Мозли, — что лучи солнца, которые в тех альпийских регионах имеют такую замечательную интенсивность, находят свой путь в глубины ледника. Они — сила, и нет такой вещи, как потеря силы. Механическая работа, которая является их эквивалентом, и в которую они превращаются, когда принимаются в вещество твердого тела, накапливается и сохраняется во льду под формой того, что мы называем упругой силой или тенденцией к дилатации, пока она не становится достаточной для производства фактической дилатации льда в направлении, в котором сопротивление самое слабое, и по ее изъятию — для производства сжатия. Из этого расширения и сжатия следует по необходимости спуск ледника». Когда температура льда ниже точки замерзания, лучи, которые поглощаются, будут, без сомнения, производить дилатацию; но в течение лета, когда лед не ниже точки замерзания, никакая дилатация не может возможно произойти. Все физики, насколько мне известно, согласны, что лучи, которые тогда поглощаются, идут на то, чтобы растопить лед, а не расширить его. Но на это г-н Мозли ответил следующим образом: — «На это есть очевидный ответ, что лучистое тепло находит свой путь во лед как дело обычного наблюдения, и что оно не плавит его, кроме как на его поверхности. Блоки льда могут быть увидены в окнах ледяных магазинов с солнцем, светящим вовсю на них, и тающими нигде, кроме как на их поверхностях. И эксперимент ледяной линзы показывает, что тепло может течь через лед в изобилии (из которого часть обязательно остановлена в прохождении), не плавя его, кроме как на его поверхности». Но какое доказательство есть, чтобы заключить, что если нет таяния льда во внутренности линзы, есть часть лучей, «обязательно остановленных» во внутренности? Не годится предполагать пункт, настолько противопоставленный всему, что мы знаем о физических свойствах льда, как это действительно есть. Абсолютно существенно для теории движения ледников г-на Мозли, в течение лета по крайней мере, чтобы лед продолжал расширяться после того, как он достигает точки таяния; и поэтому должно быть показано, что такой случай есть; или не нужно удивляться, что мы не можем принять его теорию, потому что она требует принятия заключения, противного всем нашим предыдущим концепциям. Но, как дело факта, не строго верно, что когда лучи проходят через кусок льда, нет таяния льда во внутренности. Эксперименты, сделанные профессором Тиндалем, показывают обратное.

Есть, однако, одно счастливое обстоятельство, связанное с теорией каноника Мозли. Оно таково: ее истинность может быть легко проверена прямым экспериментом. Лед, согласно этой теории, спускается не просто в силу тепла, а в силу изменения температуры. Попробуйте, тогда, знаменитый эксперимент Хопкинса, но держите лед при постоянной температуре; тогда, согласно теории Мозли, лед не спустится. Пусть будет замечено, однако, что хотя лед при этом условии должен спуститься (как есть мало сомнения, но он бы), это показало бы, что теория спуска ледников г-на Мозли неверна, все же это не затронуло бы в малейшей степени заключения, к которым он недавно пришел в отношении общепринятой теории движения ледников. Это не доказало бы, что лед сдвигается, способом, обычно предполагаемым, только под действием своего веса. Это могло бы быть тепло, в конце концов, входящее во лед, которое объясняло его спуск, хотя гравитация (вес льда) могла бы быть движущей причиной.

Согласно этой теории, ледник, как лист свинца, должен расширяться и сжиматься как одна целая масса, и трудно представить, как это могло бы объяснить дифференциальное движение частиц льда.

Теория профессора Джеймса Томсона. — Было обнаружено этим физиком, что точка замерзания воды понижается давлением. Степень понижения равна ·0075° по Цельсию на каждую атмосферу давления. Так как ледниковый лед обычно около точки таяния, из этого следует, что когда огромное давление приводится к действию на любую данную точку ледника, таяние льда в этом конкретном месте произойдет вследствие понижения точки таяния. Таяние льда будет, конечно, стремиться благоприятствовать спуску ледника, но я едва ли могу думать, что разжижение, произведенное давлением, может объяснить движение ледников. Оно поможет объяснить уступку льда в конкретных точках, подвергнутых большому давлению, но я неспособен понять, как оно может объяснить общий спуск ледника. Представьте прямоугольный ледник равномерной ширины и толщины, и лежащий на ровном склоне. В таком леднике давление в каждой конкретной точке оставалось бы постоянным, ибо не было бы причины, почему оно должно быть больше в одно время, чем в другое. Предположите ледник в 500 футов толщиной; лед на нижней поверхности ледника, вследствие давления, имел бы свою точку таяния постоянно пониженной на одну десятую градуса по Цельсию ниже, чем у верхней поверхности; но лед на нижней поверхности не был бы, по этой причине, в жидком состоянии. Это был бы просто лед при слегка более низкой температуре. Правда, когда давление оказывается, лед тает вследствие понижения точки таяния, но в рассматриваемом случае не было бы, собственно говоря, оказания давления, а постоянное статическое давление, проистекающее из веса льда. Но это статическое состояние давления не произвело бы текучести, не более чем статическое состояние давления произвело бы тепло, и, следовательно, движение не могло бы произойти как результат текучести. Короче говоря, движение само по себе требуется, чтобы произвести текучесть.

Мне не нужно здесь ждать, чтобы рассмотреть теории скольжения Де Соссюра и Хопкинса, так как они теперь почти повсеместно признаны неадекватными для объяснения явлений движения ледников, видя, что они не объясняют смещение частиц льда друг над другом.

Согласно теории дилатации М. Шарпантье, ледник побуждается силой, оказываемой водой, замерзающей в трещинах льда. Ледник, он считает, полон трещин, в которые вода постоянно инфильтрируется, и когда температура воздуха опускается ниже точки замерзания, она превращает воду в лед. Вода, переходя в лед, расширяется, и при расширении стремится побудить ледник в направлении наименьшего сопротивления. Эта теория, хотя она не объясняет движение ледника, как было ясно показано профессором Дж. Д. Форбсом, тем не менее содержит один важный элемент, который, как мы увидим, должен войти в истинное объяснение. Элемент, к которому я отсылаю, — это экспансивная сила, оказываемая на ледник замерзающей водой.

ГЛАВА XXXI. ФИЗИЧЕСКАЯ ПРИЧИНА ДВИЖЕНИЯ ЛЕДНИКОВ. — МОЛЕКУЛЯРНАЯ ТЕОРИЯ.

Present State of the Question.—Heat necessary to the Motion of a Glacier.—Ice does not shear in the Solid State.—Motion of a Glacier molecular.—How Heat is transmitted through Ice.—Momentary Loss of Shearing Force.—The Rationale of Regelation.—The Origin of “Crevasses.”—Effects of Tension.—Modification of Theory.—Fluid Molecules crystallize in Interstices.—Expansive Force of crystallizing Molecules a Cause of Motion.—Internal molecular Pressure the chief Moving Power.—How Ice can excavate a Rock Basin.—How Ice can ascend a Slope.—How deep River Valleys are striated across.—A remarkable Example in the Valley of the Tay.—How Boulders can be carried from a lower to a higher Level.

Положение, к которому пришел запутанный вопрос о причине спуска ледников, по-видимому, сводится к следующему. Лед ледника не находится в мягком и пластичном состоянии, а является твердым, жестким, хрупким и негнущимся. Тем не менее, в некоторых отношениях он ведет себя подобно мягкому и пластичному веществу, если его поместить в аналогичные условия, поскольку он приспосабливается ко всем неровностям русла, по которому движется. Лед ледника, хотя и твердый и плотный, движется с дифференциальным движением; частицы льда смещаются относительно друг друга, или, иными словами, лед подвергается сдвигу при спуске. Был сделан вывод, что одного веса ледника достаточно для сдвига льда. Канон Мозли исследовал этот вопрос и показал, что это не так. Он обнаружил, что для того, чтобы ледник подвергся сдвигу таким образом, как предполагается, потребовалась бы сила, в тридцать или сорок раз превышающая вес ледника. Следовательно, для спуска ледника требуется сила, помимо силы гравитации. Что же это за сила? Установлено, что скорость спуска ледника зависит от количества получаемого им тепла. Это показывает, что движение ледника так или иначе зависит от тепла. Является ли тогда тепло той силой, которую мы ищем? Ответ на это, конечно, таков: поскольку тепло является силой, безусловно необходимой, мы не имеем права предполагать наличие какой-либо другой, пока не увидим, достаточно ли тепла. Каким же образом тепло помогает гравитации при спуске ледника? Каким образом тепло способствует гравитации при сдвиге льда? Существует два способа, с помощью которых мы можем представить себе, как это происходит: тепло может помогать гравитации осуществлять сдвиг, подталкивая лед вперед, или оно может помогать гравитации, уменьшая сцепление частиц, и тем самым позволять гравитации производить движение, которое она иначе не могла бы произвести. Каждая попытка, предпринятая до сих пор для объяснения того, как тепло может действовать как сила, подталкивающая лед вперед, потерпела неудачу. Тот факт, что тепло не может расширить лед ледника, можно считать достаточным доказательством того, что оно не действует как сила, побуждающая ледник двигаться вперед; и мы, таким образом, вынуждены обратить наше внимание на другую концепцию, а именно: тепло помогает гравитации сдвигать лед не путем прямого давления, а путем уменьшения силы сцепления частиц, чтобы позволить гравитации протолкнуть одну частицу мимо другой. Но как это происходит? Уменьшает ли тепло сцепление, действуя как расширяющая сила, разделяющая частицы? Тепло не может этого сделать, потому что оно не может расширить лед ледника; и, кроме того, если бы оно это сделало, оно разрушило бы твердый и прочный характер льда, и лед ледника тогда не обладал бы, как единая масса, той огромной силой сдвига, которую показывают наблюдения и эксперименты. Короче говоря, именно потому, что частицы так прочно скреплены друг с другом в то время, когда ледник спускается, мы вынуждены прибегнуть к помощи какой-то другой силы в дополнение к весу ледника, чтобы сдвинуть лед. Тепло не вызывает смещения частиц, делая лед мягким и пластичным; ибо мы знаем, что лед ледника не является мягким и пластичным, а твердым и хрупким. Сила сдвига льда движущегося ледника оказывается по меньшей мере в тридцать-сорок раз больше той, которая позволила бы льду подвергнуться сдвигу под действием одной лишь силы гравитации; как же тогда гравитация, без прямой помощи какой-либо другой силы, может справиться со сдвигом льда? Или, выражаясь иначе: тепло не снижает силу сдвига льда ледника до величины около 1,3193 фунта на квадратный дюйм поверхности, единицы, требуемой г-ном Мозли для того, чтобы ледник мог подвергнуться сдвигу под действием своего веса; сила сдвига льда, несмотря на все полученное тепло, по-прежнему остается на уровне около 75 фунтов; как же тогда ледник может подвергаться сдвигу без какой-либо другой силы, кроме собственного веса, подталкивающего его вперед? Это фундаментальный вопрос; и истинный ответ на него должен раскрыть тайну движения ледников. Мы вынуждены в нынешнем состоянии проблемы признать, что ледники действительно спускаются с дифференциальным движением без какой-либо другой силы, кроме собственного веса, подталкивающего их вперед; и все же сила сдвига льда фактически оказывается в тридцать или сорок раз больше максимума, который позволил бы леднику подвергнуться сдвигу только под действием своего веса. Объяснение этого кажущегося парадокса устранит все наши трудности в отношении причины спуска ледников.

По-видимому, существует только одно объяснение (и оно весьма очевидно), а именно: движение ледника является молекулярным. Лед спускается молекула за молекулой. Лед ледника находится в твердом кристаллическом состоянии, но он не спускается в этом состоянии. Гравитация — это постоянно действующая сила; если частица льда теряет свою силу сдвига, пусть даже на мгновение, она спустится под действием одного лишь своего веса. Но частица льда потеряет свою силу сдвига на мгновение, если частица на мгновение потеряет свое кристаллическое состояние. Прохождение тепла через лед, будь то посредством теплопроводности или излучения, по всей вероятности, является молекулярным процессом; то есть форма энергии, называемая теплом, передается от молекулы к молекуле льда. Частица берет энергию от своего соседа А с одной стороны и передает ее своему соседу B с противоположной стороны. Но частица должна находиться в ином состоянии в тот момент, когда она обладает энергией, чем до того, как она получила ее от А, и чем после того, как она передала ее B. До того, как она овладела энергией, она находилась в кристаллическом состоянии — это был лед; и после того, как она теряет энергию, она снова будет льдом; но в тот момент, когда она обладает проходящей энергией, находится ли она в кристаллическом или ледяном состоянии? Если мы предположим, что нет, а что, овладевая энергией, она теряет свою кристаллическую форму и на мгновение становится водой, все наши трудности относительно причины движения ледников устраняются. Мы знаем, что лед ледника в массе не может овладеть энергией в форме тепла, не став жидким; если можно показать, что то же самое верно и для частицы льда, у нас есть ключ к тайне движения ледников. Мгновения размышления будет достаточно, чтобы убедить любого, что если ледяной ледник в массе не может получить энергию в форме тепла, не расплавившись, то же самое должно быть верно и для частиц льда, ибо немыслимо, чтобы лед в массе мог расплавиться, а сами частицы льда при этом оставались в твердом состоянии. Именно твердость частиц составляет твердость массы. Если частицы теряют свою твердую форму, масса теряет свою твердую форму, ибо масса не обладает иной твердостью, кроме той, которой обладают частицы.

Правильность вывода о том, что вес льда не является достаточной причиной, зависит от истинности определенного элемента, принятого как должное в рассуждении, а именно: что сила сдвига молекул льда остается постоянной. Если эта сила остается постоянной, то вывод канона Мозли, несомненно, верен, но в противном случае — нет; ибо если бы молекула потеряла свою силу сдвига, пусть даже на мгновение, и если бы перед молекулой не было препятствия, она спустилась бы в силу своего веса.

Тот факт, что сила сдвига массы льда оказывается постоянной, не доказывает, что то же самое имеет место в отношении отдельных молекул. Если мы возьмем массу молекул в совокупности, сила сдвига массы, взятой таким образом коллективно, может оставаться абсолютно постоянной, в то время как каждая отдельная молекула может испытывать повторяющиеся кратковременные потери силы сдвига. Это настолько очевидно, что не требует дальнейших разъяснений. Весь вопрос, следовательно, сводится к одному: остается ли постоянной сила сдвига кристаллической молекулы льда. В случае обычных твердых тел у нас нет оснований полагать, что сила сдвига молекул когда-либо исчезает, но в отношении льда все обстоит иначе.

Если мы проанализируем процесс, посредством которого тепло проводится через лед, мы обнаружим, что у нас есть основания полагать, что пока молекула льда находится в процессе передачи полученной энергии (скажем, от огня), она на мгновение теряет свою силу сдвига, если температура льда не ниже 32° F. Если мы приложим тепло к концу железного стержня, температура молекул на поверхности конца повысится. Молекула А на поверхности, чья температура повысилась, мгновенно начинает передавать B часть полученной энергии. Тенденция этого процесса состоит в том, чтобы понизить температуру А и повысить температуру B. Затем B, с повысившейся температурой, начинает передавать энергию C. Результат здесь тот же; температура B стремится упасть, а C — подняться. Этот процесс продолжается от молекулы к молекуле, пока не будет достигнут противоположный конец стержня. Здесь, в данном случае, энергия или тепло, приложенное к концу стержня, передается от молекулы к молекуле в форме тепла или температуры. Энергия, приложенная к стержню, не меняет своего характера; она проходит прямо от молекулы к молекуле в форме тепла или температуры. Но природа процесса должна быть совершенно иной, если перенос происходит через стержень льда при температуре 32°. Предположим, мы приложим тепло огня к концу стержня льда при 32°, температура молекул льда никак не может повыситься ни на малейшую степень. Как же тогда молекула А может принять в форме тепла энергию, полученную от огня, не нагреваясь или не повышая свою температуру? Это невозможно. Энергия огня должна проявляться в А в иной форме, чем тепло. Тот же ход рассуждений в равной степени применим и к B. Молекула B не может принять энергию от А в форме тепла; она должна получить ее в какой-то другой форме. То же самое должно быть в равной степени верно для всех остальных молекул, пока мы не достигнем противоположного конца стержня льда. И все же, как ни странно, последняя молекула передает свою энергию в форме тепла объектам за пределами стержня; ибо мы обнаруживаем, что тепло, приложенное к одной стороне куска льда, повлияет на термостолбик на противоположной стороне.

Вопрос поддается ясному и определенному ответу. Когда тепло прикладывается к молекуле льда при 32°, приложенное тепло не повышает температуру молекулы, оно расходуется на работу против сил сцепления, связывающих атомы или частицы вместе в кристаллическую форму. Энергия тогда должна существовать в растворенной кристаллической молекуле в статической форме сродства — кристаллического сродства или как бы мы это ни называли. То есть энергия тогда существует в частицах как сила или тенденция снова устремиться вместе в кристаллическую форму, и в тот момент, когда им позволяют это сделать, они отдают энергию, которая была затрачена на их разделение. Эта энергия, когда она таким образом снова отдается, принимает динамическую форму тепла; иными словами, молекула отдает тепло в процессе замерзания. Тепло, таким образом отданное, может быть использовано для расплавления следующей соседней молекулы. Молекулы льда принимают энергию от нагретого тела путем плавления. Та особая форма движения или энергии, называемая теплом, исчезает при принудительном разделении частиц кристаллической молекулы и на время существует в форме тенденции разделенных частиц снова соединиться в кристаллическую форму.

Но следует заметить, что хотя кристаллическая молекула, когда она действует как проводник, принимает энергию в этой форме от нагретого тела, она существует в молекуле в такой форме только в течение момента передачи; то есть молекула расплавляется, но только на мгновение. Когда B принимает энергию от А, молекула А мгновенно принимает кристаллическую форму. B теперь расплавлена; и когда C принимает энергию от B, тогда B также в свою очередь принимает твердое состояние. Этот процесс продолжается от молекулы к молекуле, пока энергия не передается на противоположную сторону, а лед остается в своем первоначальном твердом состоянии. Это, как будет показано в Приложении, является обоснованием свойства регеляции Фарадея.

Это не просто теория или гипотеза; это необходимое следствие известных фактов. Мы знаем, что лед при 32° не может принять энергию от нагретого тела, не расплавившись; и мы также хорошо знаем, что плита льда при 32°, несмотря на это, все же, как масса, сохраняет свое твердое состояние, пока тепло передается через нее. Это доказывает, что каждая молекула возобновляет свою кристаллическую форму в момент после того, как энергия передается соседней молекуле.

Поскольку этот момент установлен, всякая трудность относительно спуска ледника полностью исчезает; ибо молекула в тот момент, когда она принимает жидкое состояние, полностью освобождается от силы сдвига и может спускаться в силу собственного веса без какого-либо препятствия. Все, что требуется молекуле, — это просто место или пространство, в котором можно продвигаться. Если бы молекула находилась в абсолютном контакте с соседней молекулой внизу, она не спустилась бы, если бы не могла протолкнуть эту молекулу перед собой, чего она, вероятно, не смогла бы сделать. Но у молекулы фактически есть место, в котором она может продвигаться; ибо при переходе из твердого состояния в жидкое ее объем уменьшается примерно на 1/10, и, следовательно, она может спускаться. Правда, когда она снова принимает твердую форму, она восстановит свой прежний объем; но вопрос в том, вернется ли она в свое старое положение? Если мы тщательно изучим этот вопрос, мы обнаружим, что она не может. Если бы теплом была затронута только эта одна молекула, эта молекула, конечно, не спустилась бы; но все молекулы затронуты аналогичным образом, хотя и не все в один и тот же момент времени.

Давайте понаблюдаем, что происходит, скажем, у нижнего конца ледника. Молекула А у нижнего конца, скажем, поверхности, получает тепло от солнечных лучей; она плавится, и при плавлении не только теряет свою силу сдвига и спускается под действием собственного веса, но и сжимается. B непосредственно над ней теперь, насколько это касается А, свободна для спуска и сделает это в тот момент, когда она примет жидкое состояние. А к этому времени стала твердой и снова зафиксирована силой сдвига; но она зафиксирована не в своем старом положении, а немного ниже того, где она была раньше. Если B еще не перешла в жидкое состояние вследствие тепла, полученного от солнца, дополнительный запас, который она получит от затвердевания А, расплавит ее. В тот момент, когда B становится жидкой, она будет спускаться, пока не достигнет А. B затем затвердевает немного ниже своего прежнего положения. Тот же ход рассуждений аналогичным образом применим к каждой молекуле ледника. Каждая молекула ледника, следовательно, спускается шаг за шагом по мере того, как она плавится и затвердевает, и поэтому ледник, рассматриваемый как масса, находится в состоянии постоянного движения вниз. Факт, отмеченный профессором Тиндалем, что во льду существуют определенные плоскости, вдоль которых плавление происходит легче, чем в других, возможно, будет способствовать спуску ледника.

В этой теории мы имеем удовлетворительное объяснение происхождения «трещин» в ледниках. Возьмем, к примеру, поперечные трещины, образовавшиеся в точке, где происходит увеличение наклона ледника. Предположим изменение наклона, скажем, с 4° до 8° в русле ледника. Молекулы на склоне в 8° будут спускаться быстрее, чем те, что находятся выше на склоне в 4°. Таким образом, в точке, где происходит изменение наклона, возникнет состояние напряжения. Лед на склоне в 8° будет стремиться потянуть за собой массу ледника, движущуюся медленнее на склоне выше. Поскольку тяга продолжается, ледник разорвется в тот момент, когда будет преодолено сцепление льда. Чем больше изменение наклона, тем легче произойдет разрыв льда. Любой вид трещин можно объяснить на основе того же принципа. [309]

Эта теория объясняет также, почему ледник движется с большей скоростью летом, чем зимой; ибо, поскольку запас тепла, поступающий к леднику, больше в первый сезон, чем во второй, молекулы будут чаще переходить в жидкое состояние.

Что касается денудирующей силы ледников, я могу заметить, что, хотя ледник спускается молекула за молекулой, он будет истирать скалистое ложе, по которому движется, так же эффективно, как если бы он скользил вниз в виде жесткой массы, как это обычно предполагается; ибо истирающий эффект производится не льдом ледника, а камнями, песком и другими материалами, проталкиваемыми под ним. Но если все сопротивления, препятствующие спуску ледника, внутренние и внешние, преодолеваются одним лишь весом льда, можно доказать, что в случае спуска с заданной скоростью количество работы, выполненной при проталкивании истирающих материалов, лежащих под льдом, должно быть таким же, если предположить, что движение льда является молекулярным способом, который я объяснил, как если бы лед спускался способом, который обычно предполагается.

Конечно, ледник не мог бы спускаться под действием своего веса так быстро в последнем случае, как в первом; ибо, на самом деле, как показал канон Мозли, в последнем случае он вообще не спускался бы; но, предполагая ради аргумента, что скорость спуска в обоих случаях одинакова, следовал бы вывод, который я сформулировал. Следовательно, какие бы денудирующие эффекты ни приписывались леднику согласно обычной теории, они должны в равной степени приписываться ему согласно настоящему объяснению.

Эта теория, однако, объясняет то, что до сих пор всегда вызывало удивление, а именно: почему ледник может спускаться по склону, почти горизонтальному, или почему лед может двигаться с поверхности континента, совершенно ровного.

Это форма, в которой мое объяснение было впервые изложено около полудюжины лет назад. [310] Существует, однако, другой элемент, который необходимо принять во внимание. Это тот, который поможет пролить дополнительный свет на некоторые неясные моменты, связанные с ледниковыми явлениями.

Лед, очевидно, не является абсолютно твердым насквозь. Он состоит из кристаллических частиц, которые, хотя и находятся в контакте друг с другом, однако не упакованы так, чтобы занимать наименьшее возможное пространство, и, даже если бы они были, частицы не прилегали бы друг к другу так плотно, чтобы исключить промежутки. Кристаллические частицы, однако, соединены друг с другом в особых точках, определяемых их полярностью, и по этой причине они требуют больше места; и это, по всей вероятности, является причиной, как отмечает профессор Тиндаль, почему лед, объем к объему, менее плотен, чем вода.

«На них (молекулы), как и на магниты, — говорит профессор Тиндаль, — действуют две различные силы; в течение некоторого времени, пока жидкость охлаждается, они приближаются друг к другу, подчиняясь своему общему притяжению друг к другу. Но в определенной точке вступают в действие новые силы, некоторые притягивающие, некоторые отталкивающие, исходящие из особых точек молекул. Притянутые точки сближаются, оттолкнутые — отступают. Таким образом, молекулы поворачиваются и перестраиваются, требуя при этом больше места и преодолевая все обычное сопротивление энергией своего требования. Это, в общих чертах, объяснение расширения воды при затвердевании». [311]

Будет очевидно, тогда, что когда кристаллическая молекула плавится, она не просто спустится описанным образом, но капиллярное притяжение заставит ее течь в промежутки между соседними молекулами. В тот момент, когда она расстается с полученным теплом, она, конечно, снова затвердеет, как было показано, но она не затвердеет так, чтобы соответствовать полости, которую она занимала в жидком состоянии. Ибо жидкая молекула при затвердевании принимает кристаллическую форму, и, конечно, будет определенная пропорция между длиной, шириной и толщиной кристалла; следовательно, всегда будет случаться так, что промежуток, в котором она затвердевает, будет слишком узким, чтобы вместить ее. Результатом будет то, что жидкая молекула при переходе в кристаллическую форму будет раздвигать две соседние молекулы, чтобы освободить достаточно места для себя между ними, и это она сделает, независимо от того, каким количеством пространства она может обладать во всех других направлениях. Кристалл не будет формироваться, чтобы соответствовать полости, полость должна быть сделана так, чтобы вместить кристалл. И то, что верно для одной молекулы, верно для каждой молекулы, которая плавится и снова затвердевает. Этот процесс, следовательно, происходит непрерывно в каждой части ледника и пропорционально количеству тепла, которое получает ледник. Это внутреннее молекулярное давление, возникающее в результате затвердевания жидких молекул в промежутках льда, действует на массу льда как расширяющая сила, стремясь заставить ледник расширяться в стороны во всех направлениях.

Представьте себе массу льда, лежащую на плоской горизонтальной поверхности и получающую тепло на своей верхней поверхности, скажем, от солнца; по мере того как тепло проходит вниз через массу, молекулы, действуя как проводники, плавятся и снова затвердевают. Каждая жидкая молекула затвердевает в промежутке, который должен быть расширен, чтобы вместить ее. Давление, таким образом оказываемое постоянным затвердеванием молекул, заставит массу расширяться в стороны, и, конечно, по мере того как масса расширяется, она будет становиться все тоньше и тоньше, если не получит свежего притока на своей поверхности. В случае ледника, лежащего в долине, движение, однако, будет происходить только в одном направлении. Стены долины препятствуют расширению ледника; и поскольку гравитация противодействует движению льда вверх и благоприятствует его движению вниз по долине, путь наименьшего сопротивления молекулярному давлению всегда будет вниз по склону, и, следовательно, в этом направлении будет происходить молекулярное смещение. Молекулярное давление, следовательно, будет вызывать движение в том же направлении, что и гравитация. Иными словами, оно будет стремиться заставить ледник спускаться по долине.

Боковое расширение льда от внутреннего молекулярного давления объясняет ясным и удовлетворительным образом, как скальные бассейны могут быть вырыты с помощью наземного льда. Оно также устраняет трудности, которые ощущались при объяснении подъема льда вверх по крутому склону. Главная трудность, окружающая теорию вырывания скальных бассейнов льдом, заключается в объяснении того, как лед после входа в бассейн умудряется выйти снова — как лед на дне заставляют подниматься по наклонным сторонам бассейна. Давление, действующее сзади, утверждали некоторые; но если бассейн глубокий, а его стороны крутые, это просто заставит лед, лежащий выше уровня бассейна, двигаться вперед по поверхности массы, заполняющей его. Этот вывод, однако, неверен. Лед, заполняющий бассейн, и ледник, лежащий над ним, объединены в одну твердую массу, так что последний не может двигаться над первым без сдвига; и хотя сопротивление движению, предлагаемое наклонными сторонами бассейна, может быть намного больше, чем сопротивление сдвигу, все же лед будет медленно вытащен из бассейна. Однако, чтобы устранить это возражение, на которое я ссылаюсь, сторонники ледникового происхождения озерных бассейнов указывают, что длина этих бассейнов по отношению к их глубине настолько велика, что склон, по которому лед должен пройти, в действительности невелик. Это, несомненно, верно для озерных бассейнов в целом, но это не является универсально верным. Но теория не требует, чтобы образованный льдом озерный бассейн не мог иметь крутых сторон. У нас есть неоспоримые доказательства того, что лед будет подниматься вверх по крутому склону; и если лед может подниматься вверх по крутому склону, он может вырыть бассейн с крутым склоном. То, что лед будет подниматься вверх по крутому склону, доказывается тем фактом, что сравнительно глубокие и узкие речные долины часто оказываются исчерченными поперек, в то время как холмы, которые стояли прямо на пути льда ледниковой эпохи, иногда оказываются исчерченными вверх от своего основания до вершины. Некоторые поразительные примеры штрихов, идущих вверх по холму, приведены профессором Гейки в его «Ледниковых отложениях Шотландии». Я сам видел склон, исчерченный вверх, настолько крутой, что на него нельзя было взобраться.

Очень хороший пример речной долины, исчерченной поперек, попал под мое наблюдение прошлым летом. Тей, между Каргиллом и Стэнли (в центре широкой равнины Стратмор), вырыла через Старый Красный Песчаник русло глубиной от 200 до 300 футов. Русло здесь проходит под прямым углом к пути, пройденному во время ледниковой эпохи большой массой льда, идущей с Северо-западного нагорья. На небольшом расстоянии ниже Каргилла трапп, поднимающийся из русла реки, красиво исчерчен и отшлифован льдом под прямым углом к потоку. Трапповая дайка, длиной в несколько миль, пересекает реку примерно в миле выше Стэнли, образуя порог, известный как Линн-оф-Кэмпси. Эта дайка является «бараньим лбом» и исчерчена от места около Линна вверх по наклонному берегу до уровня окружающей местности, показывая, что лед должен был подняться по градиенту один к семи на высоту 300 футов.

Из того, что уже было сказано относительно повторного затвердевания молекул в промежутках льда, применение молекулярной теории к объяснению рассматриваемых эффектов, несомненно, будет очевидным. Возьмем случай прохождения ледяного щита через речную долину. Поскольку верхняя поверхность ледяного щита постоянно получает тепло от солнца и воздуха, контактирующего с ним, происходит, следовательно, перенос тепла сверху вниз к основанию щита. Этот перенос тепла от молекулы к молекуле сопровождается плавлением и повторным затвердеванием последовательных молекул способом, уже подробно описанным. Поскольку жидкие молекулы стремятся течь в соседние промежутки перед затвердеванием и принятием кристаллической формы, промежутки льда на дне долины постоянно заполняются жидкими молекулами сверху. Эти молекулы, как только они входят в промежутки, переходят в кристаллическую форму и становятся, конечно, отделенными от своих соседей свежими промежутками, которые новые промежутки заполняются жидкими молекулами, которые, в свою очередь, кристаллизуются, образуя свежие промежутки, и так далее. Лед на дне долины, пока этот процесс продолжается, постоянно получает свежие добавки сверху. Лед, следовательно, должен расширяться в стороны, чтобы освободить место для этих добавок, что он должен делать, если только сопротивление боковому расширению не больше силы, оказываемой молекулами при кристаллизации. Но сопротивление, достаточное для этого, должно быть огромным. Лед на дне долины не может расширяться в стороны, не поднимаясь вверх по наклонным сторонам. При расширении он выберет путь наименьшего сопротивления, но путь наименьшего сопротивления всегда будет на стороне долины, в сторону которой движется общая масса льда выше.

Было показано (Глава XXVII), что лед, проходящий над Стратмором, должен был иметь толщину более 2000 футов. Ледяной щит толщиной 2000 футов оказывает на свое ложе давление свыше 51 тонны на квадратный фут. Когда мы размышляем, что лед под таким огромным давлением, с истирающими материалами, лежащими под ним, был вынужден непреодолимой молекулярной энергией подняться по уклону один к семи, совсем не удивительно, что твердый трапп должен быть стерт и исчерчен.

Мы также можем понять, как более мягкие части скалистой поверхности, по которой двигался лед, должны были быть вырыты в полые бассейны. У нас также есть объяснение переноса валунов с более низкого на более высокий уровень, ибо если лед может двигаться с более низкого на более высокий уровень, он, конечно, может переносить валуны вместе с собой.

Значение, которое вышеизложенные соображения о способе передачи тепла через лед имеют для вопроса о причине регеляции, будет рассмотрено в Приложении.

ПРИЛОЖЕНИЕ.

I.

OPINIONS EXPRESSED PREVIOUS TO 1864 REGARDING THE INFLUENCE OF THE ECCENTRICITY OF THE EARTH’S ORBIT ON CLIMATE.[312]

М. ДЕ МЕРЕН.

М. де Мерен в статье в «Мемуарах Королевской академии Франции» [313] «Об общей причине тепла летом и холода зимой, насколько это зависит от внутреннего и постоянного тепла Земли», делает следующие замечания о влиянии разницы расстояния солнца в апогее и перигее:—

«Этот элемент постоянен для обоих солнцестояний; в то время как другие (высота солнца и наклон его лучей) варьируются там в зависимости от местных широт; и есть еще одна особенность, что он стремится уменьшить значение нашего лета и увеличить значение нашей зимы в северном полушарии, где мы находимся, и все наоборот в южном. Заметим, однако, что из этих же расстояний, которые составляют этот третий элемент, рождается отчасти другой принцип тепла, совершенно противоположный, и который, кажется, должен смягчать эффекты предыдущего; а именно, медленность и скорость взаимного видимого годового движения, в силу которого и реального, которое смешивается с ним, солнце тратит на 8 дней больше, чтобы пройти северные знаки. То есть, солнце проводит 186½ дней в нашем полушарии и только 178½ в противоположном полушарии. Что, в общем, не может не распространить немного больше тепла на лето первого и немного меньше на его зиму».

Г-Н РИЧАРД КИРВАН.

«Эпинус [314], рассуждая на астрономических принципах, приписывает более низкую температуру южного полушария более короткому пребыванию солнца в южном тропике, более короткому на семь дней, что создает разницу в четырнадцать дней в пользу северного полушария, в течение которых накапливается больше тепла, и отсюда он делает вывод, что температура северного полушария относится к температуре южного как 189,5 к 175,5, или как 14 к 13». — Труды Королевской ирландской академии, том viii., стр. 417. 1802.

СЭР ЧАРЛЬЗ ЛАЙЕЛЬ.

«До того, как была установлена величина разницы между температурой двух полушарий, она приписывалась астрономами ускорению движения Земли в ее перигелии; вследствие чего весна и лето южного полушария короче почти на восемь дней, чем эти сезоны к северу от экватора. Ощутимый эффект, вероятно, производится этим источником возмущения, но он совершенно недостаточен для объяснения всех явлений. Однако геологу важно помнить, что вследствие прецессии равноденствий два полушария получают попеременно, каждое на период свыше 10 000 лет, большую долю солнечного света и тепла. Эта причина может иногда стремиться уравновесить неравенства, возникающие из других обстоятельств гораздо более влиятельного характера; но, с другой стороны, она иногда должна стремиться увеличить предел отклонения, который производят определенные комбинации причин в отдаленные эпохи». — Принципы, Первое издание, 1830, стр. 110, том i.

СЭР ДЖОН Ф. ГЕРШЕЛЬ, баронет.

Следующее, насколько оно относится к эффектам эксцентриситета, является копией мемуаров сэра Джона Гершеля «Об астрономических причинах, которые могут влиять на геологические явления», прочитанных перед Геологическим обществом 15 декабря 1830 г. — Труды Геол. об-ва, том iii., стр. 293, Вторая серия:—

«... Давайте теперь рассмотрим изменения, возникающие в орбите самой Земли вокруг Солнца от возмущающего действия планет. При этом будет очевидно ненужным рассматривать эффект, произведенный на солнечные приливы, к которым вышеприведенное рассуждение применяется гораздо более убедительно, чем в случае лунных. Поэтому нам остается рассмотреть только вариации в поставке света и тепла, получаемых от Солнца.

Геометры, доказав абсолютную неизменность среднего расстояния Земли от Солнца, казалось бы, должны были сделать вывод, что средняя годовая поставка света и тепла, получаемая от этого светила, была бы такой же неизменной; но более близкое рассмотрение предмета покажет, что это не было бы законным выводом, а что, напротив, среднее количество солнечной радиации зависит от эксцентриситета орбиты и, следовательно, подвержено вариации. Не вдаваясь в настоящее время в геометрические исследования, для целей здесь будет достаточно заявить это как теорему, в которой каждый может легко убедиться с помощью не очень абстрактных геометрических рассуждений, что «эксцентриситет орбиты варьируется, общее количество тепла, получаемого Землей от Солнца за один оборот, обратно пропорционально малой оси орбиты». Теперь, поскольку большая ось, как отмечено выше, неизменна, и, следовательно, конечно, абсолютная длина года, будет следовать, что среднее годовое среднее значение тепла также будет в том же обратном отношении малой оси; и таким образом мы видим, что само обстоятельство, которое при беглом взгляде мы сочли бы доказательством постоянства нашей поставки солнечного тепла, образует существенное звено в цепи строгих рассуждений, которыми доказывается его изменчивость.

«Эксцентриситет земных орбит фактически уменьшается, и так было веками, за пределами записей истории. Вследствие этого эллипс находится в состоянии приближения к кругу, и его малая ось, будучи, следовательно, в состоянии увеличения, годовое среднее значение солнечной радиации фактически находится в состоянии уменьшения.

«Пока это согласуется со свидетельством геологических данных, которые указывают на общее охлаждение климата; но когда мы переходим к рассмотрению величины уменьшения, которое эксцентриситет должен был претерпеть, чтобы дать отчет о вариации, которая имела место, мы должны учесть, что, во-первых, требуется большое уменьшение эксцентриситета, чтобы произвести какое-либо ощутимое увеличение малой оси. Это чисто геометрический вывод, и лучше всего он показан следующей таблицей:—

Eccentricity. | Minor Axis. | Reciprocal or Ratio of Heat received.
0·00 | 1·000 | 1·000
0·05 | 0·999 | 1·002
0·10 | 0·995 | 1·005
0·15 | 0·989 | 1·011
0·20 | 0·980 | 1·021
0·25 | 0·968 | 1·032
0·30 | 0·954 | 1·048

Из этого следует, что вариация эксцентриситета орбиты от круговой формы к форме эллипса, имеющего эксцентриситет в одну четверть большой оси, произвела бы только вариацию в 3 процента от среднего годового количества солнечной радиации, и эта вариация охватывает весь диапазон планетных эксцентриситетов, от эксцентриситета Паллады и Юноны и ниже.

«Я не знаю, был ли когда-либо определен предел увеличения эксцентриситета орбиты Земли. То, что он имеет предел, было удовлетворительно доказано; но знаменитая теорема Лапласа, которая обычно цитируется как доказывающая, что ни одна из планетных орбит никогда не может существенно отклониться от круговой формы, не приводит к такому выводу, за исключением случая больших преобладающих планет Юпитера и Сатурна, в то время как, насколько теорема доказывает обратное, орбита Земли может стать эллиптической в любой степени.

«В отсутствие расчетов, которые, хотя и выполнимы, я полагаю, никогда не были сделаны [315], и были бы нелегким делом, мы можем предположить, что эксцентриситеты, которые существуют в орбитах планет, как внутренних, так и внешних по отношению к орбите Земли, возможно, были достигнуты, и могут быть достигнуты снова самой Землей. Ясно, что такие эксцентриситеты, существуя, они не могут быть несовместимы с устойчивостью системы в целом, и что, следовательно, вопрос о возможности такой величины в конкретном случае орбиты Земли будет зависеть от конкретных данных, относящихся к этому случаю, и может быть определен только путем выполнения упомянутых расчетов, принимая во внимание одновременные эффекты по крайней мере четырех наиболее влиятельных планет, Венеры, Марса, Юпитера и Сатурна, не только на орбиту Земли, но и на орбиты друг друга. Принципы этого расчета подробно изложены в статье цитируемой работы Лапласа. Но прежде чем приступать к работе, требующей столько труда, совершенно необходимо спросить, какая перспектива выгоды есть, чтобы побудить кого-либо взяться за нее.

«Теперь, конечно, на первый взгляд кажется ясным, что вариация только в 3 процента от среднего годового количества солнечной радиации, и возникающая из крайнего предположения, не дает такой перспективы. Тем не менее, можно было бы утверждать, что эффекты тепла Солнца состоят в поддержании температуры поверхности Земли на ее фактической средней высоте, не выше нуля по Фаренгейту или любому другому термометру, а выше температуры небесных пространств, вне досягаемости влияния Солнца, и какова эта температура — может быть предметом многих дискуссий. М. Фурье считал доказанным, что она не намного ниже температуры полярных регионов нашего собственного земного шара, но основания этого решения кажутся мне открытыми для значительных возражений [316]. Если эти регионы действительно лишены материи, их температура может возникать только, согласно собственному взгляду М. Фурье на предмет, от излучения звезд. Она должна, следовательно, быть настолько ниже той, что обусловлена солнечной радиацией, насколько свет звездной ночи отличается от света самого яркого полудня, иными словами, это должно быть почти полное лишение тепла — почти абсолютный ноль, относительно которого существует так много разногласий, некоторые помещают его на 1000°, некоторые на 5000° по Фаренгейту ниже точки замерзания, и некоторые еще ниже, в каком случае одного процента в среднем годовом количестве радиации было бы достаточно, чтобы произвести изменение климата, полностью соразмерное требованиям геологов [317].

«Не пытаясь, однако, входить далее в запутанные трудности, в которые вовлечен этот вопрос, которые гораздо больше, чем кажутся при беглом взгляде, давайте теперь рассмотрим не средние, а крайние эффекты, которые вариация в эксцентриситете орбиты Земли может, как ожидается, произвести в летнем и зимнем климатах в конкретных регионах ее поверхности, и под влиянием обстоятельств, благоприятствующих разнице эффекта. И здесь, если я не ошибаюсь, окажется, что величина вариации, которую мы не должны колебаться признать (по крайней мере, предварительно) как возможную, может быть продуктивной значительного разнообразия климата, и может действовать в течение больших периодов времени либо для смягчения, либо для преувеличения разницы зимних и летних температур, чтобы производить попеременно, в одной и той же широте любого полушария, вечную весну или крайние превратности палящего лета и суровой зимы.

«Чтобы показать это, давайте сразу возьмем крайний случай орбиты, такой же эксцентричной, как у Юноны или Паллады, в которой наибольшие и наименьшие расстояния Солнца относятся друг к другу как 5 к 3, и, следовательно, радиации на этих расстояниях как 25 к 9, или очень близко как 3 к 1. Чтобы представить, каковы были бы крайние эффекты этой большой вариации тепла, получаемого в разные периоды года, давайте сначала представим в нашей широте место перигея Солнца, совпадающее с летним солнцестоянием. В этом случае разница между летней и зимней температурой была бы преувеличена в той же степени, как если бы три солнца были помещены бок о бок на небесах в первый сезон и только одно во втором, что произвело бы климат, совершенно невыносимый. С другой стороны, если бы перигей был расположен в зимнем солнцестоянии, наши три солнца объединились бы, чтобы согреть нас зимой, и обеспечили бы такой избыток зимней радиации, который, вероятно, более чем противодействовал бы эффекту коротких дней и косого солнечного света, и перебросил бы летний сезон в зимние месяцы.

«Фактическое уменьшение эксцентриситета настолько медленно, что переход от состояния орбиты, такого как мы предположили, к нынешней почти круговой фигуре занял бы свыше 600 000 лет, предполагая, что она равномерно изменяема — это, конечно, не было бы так; когда близко к максимуму, однако, она варьировалась бы еще медленнее, так что в этой точке очевидно, что период в 10 000 лет прошел бы без какого-либо заметного изменения в состоянии данных случая, который мы рассматриваем.

«Теперь это, приняв очень остроумную идею г-на Лайеля [318], было бы достаточно, по причине комбинированного эффекта прецессии равноденствий и движения апсид самой орбиты, чтобы перенести перигей из летнего в зимнее солнцестояние, и таким образом произвести переход от одного к другому виду климата в период, достаточно большой, чтобы дать место для материального изменения в ботаническом характере страны.

«Предположение, сделанное выше, является крайним, но оно не доказано как невозможное, и если бы даже приближение к такому состоянию вещей было возможно, те же последствия, в смягченной степени, последовали бы. Но если, при выполнении расчетов, окажется, что пределы эксцентриситета орбиты Земли действительно узки, и если, при полном обсуждении очень трудного и деликатного вопроса о фактическом эффекте солнечной радиации, окажется, что средняя, а также крайняя температура наших климатов не была бы существенно затронута, — будет по крайней мере удовлетворительно знать, что причины рассматриваемых явлений следует искать в другом месте, чем в отношениях нашей планеты к системе, к которой она принадлежит, поскольку не кажется, что существуют какие-либо другие мыслимые связи между этими отношениями и фактами геологии, кроме тех, которые мы перечислили, наклон эклиптики, как мы знаем, ограничен слишком узкими пределами для того, чтобы его вариация могла иметь какое-либо ощутимое влияние». — Дж. Ф. У. Гершель.

Влияние, которое эта статья могла бы оказать на вопрос о том, можно ли рассматривать эксцентриситет как причину изменений в геологическом климате, по-видимому, было полностью нейтрализовано следующим, которое появилось вскоре после этого как в его «Трактате», так и в «Очерках астрономии», показывая очевидно, что он изменил свое мнение по этому предмету.

«Оказывается, следовательно, из того, что было показано, поставки тепла, получаемые от Солнца, будут равны в двух сегментах, в каком бы направлении ни была проведена линия PTQ. Они будут, действительно, описаны в неравные времена: то, в котором перигей А лежит, в более короткое, а другое в более длинное, пропорционально их неравной площади; но большая близость Солнца в меньшем сегменте компенсирует точно его более быстрое описание, и таким образом равновесие тепла, как бы, поддерживается».

«Если бы не это, эксцентриситет орбиты существенно влиял бы на смену времен года. Колебание расстояния составляет почти 1/30 от среднего значения, и, следовательно, колебание прямой нагревающей способности солнца — вдвое больше, или 1/15 от общего количества... Если бы не компенсация, которую мы только что описали, результатом было бы усиление разницы между летом и зимой в южном полушарии и ее смягчение в северном; таким образом, в одном полушарии возникало бы более резкое чередование климата, а в другом — приближение к вечной весне. Однако в действительности такого неравенства не существует, а обоим полушариям отведено равное и беспристрастное распределение тепла и света». — «Трактат по астрономии», Cabinet Cyclopædia, § 315; Outlines of Astronomy, § 368.

«Поскольку геологами на основании изучения остатков животных и растений прошлых эпох, заключенных в пластах, был признан факт значительного изменения общего климата обширных участков земного шара, если не всей Земли, и уменьшения общей температуры, были предложены различные причины такого снижения температуры... Очевидно, что средняя температура всей поверхности земного шара, поскольку она поддерживается воздействием солнца на более высоком уровне, чем была бы в случае погасания солнца, должна зависеть от среднего количества солнечных лучей, которые она получает, или, что сводится к тому же, от общего количества, полученного за данное неизменное время; а поскольку продолжительность года неизменна при всех колебаниях планетной системы, отсюда следует, что общее годовое количество солнечной радиации будет определять, cæteris paribus, общий климат Земли. Теперь нетрудно показать, что эта величина обратно пропорциональна малой оси эллипса, описываемого Землей вокруг солнца, если рассматривать ее как медленно изменяющуюся; и что, следовательно, при постоянстве большой оси, как нам известно, и при орбите, фактически находящейся в состоянии приближения к кругу, и, следовательно, при увеличении малой оси, среднее годовое количество солнечной радиации, получаемое всей Землей, должно фактически уменьшаться. Таким образом, мы имеем здесь очевидную реальную причину, обладающую достаточной универсальностью и действующую в нужном направлении, чтобы объяснить это явление. Ее адекватность — это другой вопрос». [319] — «Рассуждение об изучении натурфилософии», стр. 145–147 (1830).

СЭР ЧАРЛЬЗ ЛАЙЕЛЬ, баронет.

«Астрономические причины колебаний климата. — Сэр Джон Гершель недавно задался вопросом, существуют ли какие-либо астрономические причины, которые могли бы дать возможное объяснение разницы между фактическим климатом земной поверхности и теми, которые, по-видимому, преобладали в прошлом. Он приступил к этой теме, говорит он, «впечатленный грандиозностью того взгляда на геологические революции, который рассматривает их скорее как закономерные и необходимые следствия великих и общих причин, чем как результат ряда потрясений и катастроф, не подчиняющихся никаким законам и не сводимых к каким-либо твердым принципам». Геометры, добавляет он, доказали абсолютную неизменность среднего расстояния Земли от солнца; откуда, казалось бы, следует, что среднее годовое поступление света и тепла, получаемое от этого светила, должно быть столь же неизменным; но более внимательное рассмотрение предмета покажет, что это не было бы законным выводом, а что, напротив, среднее количество солнечной радиации зависит от эксцентриситета земной орбиты и, следовательно, подвержено изменениям.

«Теперь эксцентриситет орбиты, продолжает он, фактически уменьшается, и так продолжается на протяжении веков, выходящих за пределы исторических записей. В результате эллипс находится в состоянии приближения к кругу, и среднее годовое количество солнечного тепла, излучаемого на Землю, фактически уменьшается. Насколько это согласуется с геологическими данными, указывающими на общее похолодание климата; но остается вопрос, можно ли считать величину уменьшения, которое когда-либо претерпевал эксцентриситет, достаточной для объяснения какого-либо заметного похолодания. [320] Расчеты, необходимые для определения этого пункта, хотя и выполнимы, до сих пор не были сделаны и были бы чрезвычайно трудоемкими; ибо они должны охватывать все возмущения, которые наиболее влиятельные планеты — Венера, Марс, Юпитер и Сатурн — вызвали бы в орбите Земли и в движениях друг друга вокруг солнца.

«Проблема также очень сложна, поскольку она зависит не только от эллиптичности земной орбиты, но и от предполагаемой температуры небесных пространств за пределами земной атмосферы; вопрос, все еще открытый для обсуждения, по которому М. Фурье и сэр Дж. Гершель пришли к совершенно разным мнениям. Но если, говорит Гершель, мы предположим крайний случай, как если бы земная орбита когда-либо стала такой же эксцентричной, как орбита планеты Юнона или Паллада, можно было бы представить, что это приведет к большому изменению климата, при этом зимние и летние температуры в одних и тех же широтах иногда смягчались бы, а в других — усиливались.

«Весьма желательно, чтобы упомянутые расчеты были выполнены, так как даже если бы они доказали, как считает М. Араго весьма вероятным, что среднее значение солнечной радиации никогда не может быть существенно затронуто нерегулярностями в движении Земли, все равно было бы удовлетворительно установить этот факт». — «Основы геологии», девятое издание, 1853 г., стр. 127.

М. АРАГО.

«Могут ли изменения, которым подвергаются некоторые астрономические элементы, заметно изменять земной климат?

«Солнце не всегда находится на одинаковом расстоянии от Земли. В настоящее время его наименьшее расстояние наблюдается в первые дни января, а наибольшее — шесть месяцев спустя, или в первые дни июля. Но, с другой стороны, придет время, когда минимум будет приходиться на июль, а максимум — на январь. Здесь и возникает этот интересный вопрос: — Должно ли лето, подобное тем, что мы имеем сейчас, в котором максимум соответствует солнечному расстоянию, заметно отличаться от лета, с которым совпадал бы минимум этого расстояния?

«На первый взгляд каждый, вероятно, ответил бы утвердительно; ибо между максимумом и минимумом расстояния солнца от Земли существует заметная разница, разница в круглых числах в одну тридцатую от целого. Однако пусть в проблему будет введено рассмотрение скоростей — элементов, которыми нельзя справедливо пренебречь, — и результат окажется противоположным тому, который мы первоначально предполагали.

«Часть орбиты, где солнце находится ближе всего к Земле, является в то же время точкой, где светило движется наиболее быстро. Полуорбита, или, другими словами, 180°, заключенные между двумя равноденствиями весны и осени, будет тогда пройдена за кратчайшее возможное время, когда, двигаясь от одной из конечностей этой дуги к другой, солнце пройдет, вблизи середины этого шестимесячного пути, в точке наименьшего расстояния. Подытожим — гипотеза, которую мы только что приняли, дала бы, из-за меньшего расстояния, весну и лето более жаркие, чем они есть в наши дни; но из-за большей быстроты сумма двух сезонов была бы короче примерно на семь дней. Таким образом, при всех соображениях, компенсация математически точна. После этого излишне добавлять, что точка орбиты солнца, соответствующая наименьшему расстоянию Земли, меняется очень постепенно; и что с самых отдаленных периодов светило всегда проходило через эту точку либо в конце осени, либо в начале зимы.

«Мы таким образом увидели, что изменения, которые происходят в положении солнечной орбиты, не имеют силы изменять климат нашего земного шара. Мы можем теперь спросить, обстоит ли так же дело с изменениями, которые эта орбита испытывает в своей форме...

«Гершель, который недавно занимался этой проблемой в надежде найти объяснение нескольким геологическим явлениям, допускает, что смена эпох могла бы привести эксцентриситет земной орбиты к пропорции орбиты планеты Паллада, то есть к 25/100 большой полуоси. Чрезвычайно маловероятно, чтобы в этих периодических изменениях эксцентриситет нашей орбиты когда-либо испытывал такие огромные колебания, и даже тогда эти двадцать пять сотых (25/100) не увеличили бы среднюю годовую солнечную радиацию более чем примерно на одну сотую часть (1/100). Повторим, эксцентриситет 25/100 не изменил бы каким-либо заметным образом среднее термометрическое состояние земного шара...

«Изменения формы и положения земной орбиты математически неэффективны, или, по крайней мере, их влияние настолько ничтожно, что оно не фиксируется самыми чувствительными приборами. Для объяснения изменений климата, следовательно, нам остаются либо местные обстоятельства, либо некоторое изменение в нагревающей или освещающей способности солнца. Но из этих двух причин мы можем продолжать отвергать последнюю. И таким образом, фактически, все изменения стали бы приписываться сельскохозяйственным работам, расчистке равнин и гор от леса, осушению болот и т. д.

«Таким образом, одним махом ограничить весь земной шар, изменения климатов, прошлые и будущие, пределами естественно очень узкого влияния, которое может оказать труд человека, было бы метеорологическим результатом самой последней важности». — стр. 221–224, Мемуар о «Термометрическом состоянии земного шара», в Edinburgh New Philosophical Journal, том xvi., 1834 г.

БАРОН ГУМБОЛЬДТ.

«Был поднят вопрос, — говорит он, — о том, способно ли возрастающее значение этой эллиптичности в течение тысяч лет изменять в какой-либо значительной степени температуру Земли в отношении суточного и годового количества и распределения тепла? Не может ли частичное решение великой геологической проблемы залегания тропических растительных и животных остатков в ныне холодных зонах быть найдено в этих астрономических причинах, протекающих регулярно в соответствии с вечными законами?... На первый взгляд можно было бы предположить, что наступление перигелия в противоположное время года (вместо зимы, как это имеет место сейчас, летом) должно обязательно вызывать большие климатические изменения; но при вышеуказанном предположении солнце больше не будет оставаться на семь дней дольше в северном полушарии; больше не будет, как это имеет место сейчас, проходить ту часть эклиптики от осеннего равноденствия до весеннего равноденствия за промежуток времени, который на одну неделю короче того, за который оно проходит другую половину своей орбиты от весеннего до осеннего равноденствия.

«Разница температур, которая рассматривается как последствие, ожидаемое от поворота большой оси, в целом исчезнет, главным образом из-за того обстоятельства, что точка орбиты нашей планеты, в которой она находится ближе всего к солнцу, в то же время всегда является той, над которой она проходит с наибольшей скоростью...

«Поскольку измененное положение большой оси способно оказывать лишь очень незначительное влияние на температуру Земли; так же и предел вероятных изменений в эллиптической форме земной орбиты, согласно Араго и Пуассону, настолько узок, что эти изменения могли бы лишь очень незначительно изменять климаты отдельных зон, и то в очень длительные периоды». [321] — «Космос», том iv., стр. 458, 459. Издание Bohn. 1852 г.

СЭР ГЕНРИ Т. ДЕ ЛА БЕШ.

«Мистер Гершель, рассматривая этот предмет глазами астронома, считает, что уменьшение температуры поверхности может возникнуть из-за изменения эллиптичности земной орбиты, которая, хотя и медленно, постепенно становится более круговой. Поскольку до сих пор не было произведено никаких расчетов относительно вероятной величины понижения температуры по этой причине, это в настоящее время может рассматриваться лишь как возможное объяснение тех геологических явлений, которые указывают на значительные изменения климата». — «Геологическое руководство». Третье издание. 1833 г., стр. 8.

ПРОФЕССОР ФИЛЛИПС.

«Температура земного шара. — Влияние солнца. — Нет более верного положения, чем фундаментальная зависимость температуры поверхности земного шара от солнечного влияния.

«Поэтому для геологов очень важно исследовать, является ли оно переменным или постоянным; является ли количество солнечного тепла, передаваемого Земле, всегда одинаковым в каждом годовом периоде, или какую широту допускают в этом отношении законы планетных движений.

«Сэр Джон Гершель исследовал этот вопрос удовлетворительным образом в статье, прочитанной в Геологическом обществе Лондона. Общее количество солнечной радиации, которое определяет общий климат Земли, при неизменной продолжительности года, обратно пропорционально малой оси эллипса, описываемого Землей вокруг солнца, если рассматривать ее как медленно изменяющуюся; при постоянстве большой оси и при орбите, фактически находящейся в состоянии приближения к кругу, и, следовательно, при увеличении малой оси, следует, что среднее годовое количество солнечной радиации, получаемое всей Землей, должно фактически уменьшаться. Пределы изменения эксцентриситета земной орбиты неизвестны. Поэтому невозможно точно сказать, каково могло быть количество солнечной радиации в прошлые периоды времени; однако несомненно, что если эллиптичность когда-либо была такой же большой, как у орбиты Меркурия или Паллады, температура Земли должна была быть заметно выше, чем она есть в настоящее время. Но разница в несколько градусов температуры, вызванная таким образом, слишком мала, чтобы ее можно было использовать для объяснения роста тропических растений и кораллов в полярных или умеренных зонах и других великих явлений геологии». — Из «Трактата по геологии», стр. 11, составляющего статью под этим заголовком в седьмом издании Encyclopædia Britannica. 1837 г.

МИСТЕР РОБЕРТ БЕЙКУЭЛЛ.

«Изменение формы земной орбиты, если оно значительно, могло бы изменить температуру Земли, приблизив ее к солнцу в одной части ее пути. Орбита Земли — это эллипс, почти приближающийся к кругу; расстояние от центра орбиты до любого из фокусов эллипса называется астрономами «эксцентриситетом орбиты». Этот эксцентриситет веками медленно уменьшался, или, другими словами, орбита Земли приближалась к форме идеального круга; через долгий период он снова увеличится, и возможный предел этого изменения еще не установлен. Из того, что известно об орбитах Юпитера и Сатурна, представляется весьма вероятным, что эксцентриситет земной орбиты ограничен пределами, которые исключают веру в то, что какое-либо значительное изменение средней годовой температуры земного шара когда-либо было вызвано этой причиной». — «Введение в геологию», стр. 600. 1838 г. Пятое издание.

МИССИС СОМЕРВИЛЛЬ.

«Сэр Джон Гершель показал, что эллиптическая форма земной орбиты имеет лишь ничтожную долю в создании вариации температуры, соответствующей разнице времен года». — «Физическая география», том ii., стр. 20. Третье издание.

МИСТЕР Л. У. МИЧ, магистр искусств.

«Давайте, таким образом, оглянемся на ту первобытную эпоху, когда Земля находилась в афелии в середине лета, а эксцентриситет был на своем максимальном значении — определенном Леверье близким к 0,0777. Не вдаваясь в сложные вычисления, легко увидеть, что экстремальные значения суточной интенсивности в Разделе IV изменились бы с множителем (1 ± e / 1 ± e′)², то есть 1 − 0,11 летом и 1 + 0,11 зимой. Это уменьшило бы интенсивность в середине лета примерно на 9° и увеличило бы интенсивность в середине зимы на 3° или 4°; температура весны и осени осталась бы почти неизменной. Но это само по себе не представляется адекватным для рассматриваемых геологических эффектов.

«В наши намерения здесь не входит входить в исследование того, была ли атмосфера когда-то более плотной, чем сейчас, имела ли ось Земли когда-то другой наклон к орбите, или солнце имело большую излучательную способность тепла и света. Мы также не будем пытаться спекулировать на тему первобытного тепла Земли, или планетного пространства, или предполагаемой связи земного тепла и магнетизма; или исследовать, насколько существование угольных пластов в этой широте, окаменелостей и других геологических остатков зависело от существующих причин. Предшествующее обсуждение, по-видимому, доказывает просто то, что при нынешней системе физической астрономии интенсивность солнца никогда не могла существенно отличаться от той, которая проявляется на Земле в настоящее время. Причины заметных геологических изменений должны быть иными, чем относительное положение солнца и Земли при их нынешних законах движения». — «Об относительной интенсивности тепла и света солнца». Smithsonian Contributions to Knowledge, том ix.

М. ЖАН РЕНО.

«Революция, которая могла бы вызвать в нем величайшие термометрические изменения, та, которая заставляет орбиту попеременно расширяться и сужаться и, следовательно, планету проходить в эпохи перигелия более или менее близко к солнцу, охватывает период более ста тысяч земных лет и остается заключенной в столь узких пределах, что жители должны едва замечать, что тепло убывает по этой причине с глубокой древности и будет убывать еще в течение веков, варьируясь в то же время в своем распределении в зависимости от различных времен года... Наконец, вращение оси земного шара также накладывает особый отпечаток на установление времен года, которые по очереди в каждом из двух полушарий становятся постепенно, в течение периода около двадцати пяти тысяч лет, все более единообразными или, наоборот, все более несходными. В настоящее время именно в северном полушарии царит единообразие, и хотя лето и зима там уже сейчас стремятся становиться все более резкими, не кажется сомнительным, что умеренность времен года будет производить там еще долгое время заметные эффекты. В итоге, из всех этих изменений нет ни одного, которое следовало бы стремительным курсом, ни такого, которое когда-либо достигало бы значительных величин; все они регулируются почти незаметным способом развития, и из этого следует, что годы Земли, несмотря на их виртуальную сложность, отличаются постоянством своих характеристик не только от того, что может происходить в силу тех же принципов в других планетных системах вселенной, но даже от того, что наблюдается в нескольких мирах, составляющих наш». — Philosophie Religieuse: Terre et Ciel.

М. АДЕМА.

Адема не рассматривает эффекты, которые должны были бы возникнуть в результате изменения эксцентриситета земной орбиты; он заботится только о тех, которые, по его мнению, возникают из-за нынешней величины такого эксцентриситета. Он признает, конечно, что оба полушария получают от солнца равные количества тепла в год; но, поскольку южное полушарие имеет зиму, более длинную на 168 часов, чем соответствующий сезон в северном полушарии, в последнем неизбежно происходит накопление тепла, а в первом — накопление холода. Адема также измеряет потерю тепла, понесенную южным полушарием за год, количеством часов, на которое южная зима превышает северную. «Южный полюс, — говорит он, — теряет за один год больше тепла, чем получает, потому что общая продолжительность его ночей превышает продолжительность дней на 168 часов; и обратное происходит для северного полюса. Если, например, мы возьмем за единицу среднее количество тепла, которое солнце излучает за один час, тепло, накопленное к концу года на северном полюсе, будет выражено числом 168, в то время как тепло, потерянное южным полюсом, будет равно 168 умноженным на то, насколько радиация уменьшает его за один час; так что к концу года разница в тепле двух полушарий будет представлена 336 умноженными на то, что Земля получает от солнца или теряет за час в результате радиации», [322] и к концу 100 лет разница составит 33 600 раз, а к концу 1000 лет — 336 000 раз, или равно тому, что Земля получает от солнца за 38½ лет, и так далее в течение 10 000 лет, на которые южная зима превышает по продолжительности северную. Это, по его мнению, все, что требуется, чтобы растопить лед в арктических регионах и покрыть антарктические регионы огромной ледяной шапкой. Он далее предполагает, что примерно через 10 000 лет, когда наша северная зима будет приходиться на афелий, а южная — на перигелий, климатические условия двух полушарий поменяются местами; то есть лед растает на южном полюсе, а северное полушарие окажется окутанным одной сплошной массой льда толщиной в лиги, простирающейся до умеренных широт.

Эта теория, как показано в Главе V, основана на неверном представлении о законах лучистого тепла. Потеря тепла, понесенная южным полушарием в результате радиации, вызванная большей продолжительностью южной зимы, сильно переоценена М. Адема и не могла бы привести к тем эффектам, которые он предполагает. Но мне нет нужды вдаваться в этот предмет здесь, так как читатель найдет весь вопрос подробно обсужденным в главе, упомянутой выше. Однако, безусловно, самой важной частью теории Адема является его концепция погружения суши под воду посредством полярной ледяной шапки. Он, по-видимому, был первым, кто выдвинул идею о том, что масса льда, помещенная на земной шар, скажем, например, на южный полюс, сместит центр тяжести Земли немного к югу от его прежнего положения и, таким образом, как физическое следствие, заставит море опуститься на северном полюсе и подняться на южном. Согласно Адема, по мере того как одно полушарие охлаждается, а другое становится теплее, лед на полюсе первого будет увеличиваться в толщине, а на полюсе второго — уменьшаться.

Море, как следствие, опустится в теплом полушарии, где лед уменьшается, и поднимется в холодном полушарии, где лед увеличивается. И, опять же, через 10 000 лет, когда климатические условия двух полушарий поменяются местами, море опустится в полушарии, где оно ранее поднималось, и поднимется в полушарии, где оно ранее опускалось, и так далее подобным образом на протяжении неопределенных веков.

Адема, однако, признает, что почерпнул великую концепцию погружения суши из смещения центра тяжести Земли из следующей дикой спекуляции некоего Бертрана из Гамбурга:—

«Бертран из Гамбурга, в труде, напечатанном в 1799 году и озаглавленном: Renouvellement périodique des Continents, уже высказал ту идею, что масса вод может попеременно увлекаться из одного полушария в другое перемещением центра тяжести земного шара. Но, чтобы объяснить это перемещение, он предполагал, что Земля полая и что внутри нее находится большое ядро из магнита, которому кометы своим притяжением сообщали движение туда-сюда, аналогичное движению маятника». — Révolutions de la Mer, стр. 41.

Несколько экстравагантные представления, которые Адема выдвинул в связи со своей теорией погружения, очень сильно задержали ее принятие. Среди других примечательных взглядов он предполагает, что полярная ледяная шапка покоится на дне океана и поднимается над водой на огромную высоту в двадцать лиг. Далее, он утверждает, что по мере приближения зимы к перигелию и нагревания полушария лед становится мягким и дряблым от накопленного тепла, и море, теперь начинающее подтачивать основание шапки, подмывает ее настолько, что она, наконец, остается стоять на своего рода гигантском пьедестале. Этот процесс разрушения продолжается до тех пор, пока, наконец, не наступает роковой момент, когда вся масса обрушивается в море огромными фрагментами, которые становятся плавающими айсбергами. Притяжение противоположной ледяной шапки, которая к этому времени почти достигла своей максимальной толщины, становится теперь преобладающим. Центр тяжести Земли внезапно пересекает плоскость экватора, увлекая за собой океан и неся смерть и разрушение всему на поверхности земного шара. И эти катастрофы, утверждает он, происходят попеременно в двух полушариях каждые 10 000 лет. — Révolutions de la Mer, стр. 316–328.

Теория Адема была поддержана М. Ле Оном из Брюсселя в работе под названием Périodicité des Grands Déluges. Брюссель и Лейпциг, 1858 г.

II.

ON THE NATURE OF HEAT-VIBRATIONS.[323]

From the Philosophical Magazine for May, 1864.

В весьма интересной статье о «Лучистом тепле», написанной профессором Тиндалем и прочитанной в Королевском обществе в марте прошлого года, убедительно показано, что период тепловых колебаний не зависит от состояния агрегации молекул нагретого тела; то есть, находится ли вещество в газообразном, жидком или, возможно, твердом состоянии, тенденция его молекул вибрировать в соответствии с заданным периодом остается неизменной. Сила сцепления, связывающая молекулы вместе, не оказывает никакого влияния на быстроту вибрации.

Я пришел к такому же выводу из теоретических соображений несколько лет назад, а также сделал некоторые дальнейшие выводы относительно природы тепловых колебаний, которые, по-видимому, в некоторой мере подтверждаются экспериментальными результатами профессора Тиндаля. Одним из этих выводов было то, что тепловое колебание состоит не в движении совокупной массы молекул, а в движении самих отдельных молекул. Каждая молекула, или, скорее, мы должны сказать, каждый атом, действует так, как если бы не существовало ничего другого, кроме него самого. Стоит ли атом сам по себе, как в газообразном состоянии, или связан с другими атомами, как в жидком или твердом состоянии, он ведет себя точно таким же образом. Тогда возник более глубокий вопрос, а именно: какова природа того таинственного движения, называемого теплом, принимаемого атомом? Состоит ли оно в экскурсиях через центры равновесия, внешние по отношению к самому атому? Среди физиков общепринято мнение, что это так. Но я думаю, что экспериментальные результаты, полученные профессором Тиндалем, а также некоторые другие, которые будут замечены в ближайшее время, полностью враждебны такому мнению. Отношение атома к его центру равновесия полностью зависит от состояния агрегации. Теперь, если тепловые колебания состоят в экскурсиях туда-сюда через эти центры, то период должен зависеть от состояния агрегации. Чем выше напряжение атома по отношению к центру, тем быстрее должно быть его движение. Это имеет место в отношении вибраций, составляющих звук. Чем тверже становится тело, или, другими словами, чем прочнее связаны его молекулы, тем выше высота тона. Две арфовые струны, ударенные с равной силой, будут вибрировать с равной силой, как бы они ни различались по быстроте своих вибраций. Живая сила вибрации зависит от силы удара; но быстрота зависит не от удара, а от натяжения струны.

То, что тепловые колебания не состоят в экскурсиях молекул или атомов через центры равновесия, следует также как необходимое следствие из того факта, что реальная удельная теплоемкость тела остается неизменной при любых условиях. Все изменения в удельной теплоемкости тела обусловлены различиями в количестве тепла, потребляемого на молекулярную работу против сцепления или других сил, связывающих молекулы вместе. Или, другими словами, чтобы произвести в теле не что иное, как заданное повышение температуры, требуется то же количество силы, каким бы ни было физическое состояние тела. Находится ли тело в твердом, жидком или газообразном состоянии, одно и то же повышение температуры всегда указывает на одно и то же количество силы, потребленной в простом производстве этого повышения. Теперь, если тепловые колебания состоят в экскурсиях атома туда-сюда через центр равновесия, внешний по отношению к самому себе, как обычно предполагается, то реальная удельная теплоемкость твердого тела, например, должна уменьшаться с твердостью тела, потому что увеличение силы, связывающей молекулы вместе, в таком случае имело бы тенденцию способствовать повышению быстроты вибраций.

Эти выводы не только дают нам представление о скрытой природе тепловых колебаний, но также, по-видимому, проливают некоторый свет на физическое строение самого атома. Они, по-видимому, ведут к заключению, что сам предельный атом является существенно упругим. [324] Ибо если тепловые колебания не состоят в экскурсиях атома, то они должны состоять в чередующихся расширениях и сжатиях самого атома. Это опять же противоречит обычному представлению о том, что атом является существенно твердым и непроницаемым. Но это благоприятствует современной идее о том, что материя состоит из сил сопротивления, действующих из центра.

Профессор Тиндаль в мемуаре, прочитанном в Королевском обществе «О новой серии химических реакций, производимых светом», впоследствии пришел к аналогичному выводу в отношении атомной природы тепловых колебаний. Ниже приведены его взгляды на этот предмет:—

«Здесь возникает вопрос чрезвычайной важности в молекулярной физике: — Каков реальный механизм этого поглощения и где его место?

«Я представляю, как и другие, молекулу как группу атомов, удерживаемых вместе их взаимными силами, но все еще способных к движению между собой. Пар нитрита амила следует рассматривать как совокупность таких молекул. Вопрос, который сейчас перед нами, таков: — В акте поглощения эффективны молекулы или их составляющие атомы? Передается ли живая сила перехваченных волн молекуле как целому или ее составным частям?

«Молекула как целое может вибрировать только в силу сил, действующих между ней и соседними молекулами. Интенсивность этих сил, и, следовательно, скорость вибрации, была бы в этом случае функцией расстояния между молекулами. Теперь идентичное поглощение жидкого и парообразного нитрита амила указывает на идентичный период вибрации со стороны жидкости и пара, и это, на мой взгляд, равносильно экспериментальной демонстрации того, что поглощение происходит в основном внутри молекулы. Ибо вряд ли можно предположить, если бы поглощение было актом молекулы как целого, что оно могло бы продолжать воздействовать на волны того же периода после того, как вещество перешло из парообразного в жидкое состояние». — Proc. of Roy. Soc., № 105. 1868 г.

Профессор У. А. Нортон в своем мемуаре о «Молекулярной физике» [325] также пришел к результатам, несколько схожим в отношении природы тепловых колебаний. «Будет видно, — говорит он, — что эти (мистера Кролла) идеи согласуются с концепцией строения молекулы, принятой в начале настоящего мемуара (стр. 193), и с теорией тепловых колебаний или тепловых импульсов, выведенной из нее (стр. 196)». [326]

III.

ON THE REASON WHY THE DIFFERENCE OF READING BETWEEN A THERMOMETER EXPOSED TO DIRECT SUNSHINE AND ONE SHADED DIMINISHES AS WE ASCEND IN THE ATMOSPHERE.[327]

From the Philosophical Magazine for March, 1867.

Мистером Глейшером был замечен замечательный факт, что разница в показаниях между термометром с черным шариком, подвергнутым воздействию прямых лучей солнца, и термометром в тени уменьшается по мере нашего подъема в атмосфере. При рассмотрении этого вопроса в свете важного открытия профессора Тиндаля относительно влияния водяного пара на лучистое тепло, факт, изложенный мистером Глейшером, представляется в полной гармонии с теорией. Следующие соображения, возможно, сделают это ясным.

Затененный термометр отмечает температуру окружающего воздуха; но открытый термометр отмечает не температуру воздуха, а температуру шарика, нагретого прямыми лучами солнца. Температура шарика зависит от двух элементов: (1) скорости, с которой он получает тепло путем прямой радиации от солнца сверху, земли снизу и всех окружающих объектов, а также путем контакта с воздухом; (2) скорости, с которой он теряет тепло путем радиации и контакта с воздухом. Что касается тепла, полученного и потерянного путем контакта с окружающим воздухом, оба термометра находятся в одинаковых условиях, или почти в одинаковых. Поэтому нам нужно рассмотреть только элемент радиации.

Мы начинаем со сравнения двух термометров на поверхности Земли и обнаруживаем, что они различаются на весьма значительное число градусов. Теперь мы поднимаемся на несколько миль в воздух и при повторном сравнении термометров обнаруживаем, что разница между ними значительно уменьшилась. Прямыми наблюдениями часто доказывалось, что интенсивность солнечных лучей увеличивается по мере нашего подъема в атмосфере. Как же тогда открытый термометр опускается быстрее, чем затененный, по мере нашего подъема? Причина очевидно в этом. Температура термометров зависит в такой же степени от скорости, с которой они теряют тепло, как и от скорости, с которой они его получают. Более высокая температура открытого термометра является результатом прямой радиации от солнца. Теперь, хотя этот термометр получает путем радиации больше тепла от солнца в верхнем положении, чем в нижнем, из этого не обязательно следует, что его температура должна быть выше. Предположим, что в верхнем положении он должен получать на одну четверть больше тепла от солнца, чем в нижнем, однако если скорость, с которой он теряет свое тепло путем радиации в пространство, скажем, на одну треть больше в верхнем положении, чем в нижнем, температура шарика опустилась бы в значительной степени, несмотря на дополнительное количество полученного тепла. Давайте теперь поразмышляем о том, как обстоят дела в этом отношении применительно к фактическому случаю, который мы рассматриваем. Когда открытый термометр находится в более высоком положении, он получает больше тепла от солнца, чем в нижнем, но он получает меньше от земли; ибо значительная часть радиации от земли отсекается экраном из водяного пара, находящимся между термометром и землей. Но, в целом, вероятно, что общее количество лучистого тепла, достигающего термометра, больше в более высоком положении, чем в нижнем. Сравните теперь два положения в отношении скорости, с которой термометр теряет свое тепло путем радиации. Когда термометр находится в нижнем положении, у него есть теплая поверхность земли, против которой он излучает свое тепло вниз. Высокая температура земли, таким образом, имеет тенденцию уменьшать скорость радиации. Выше находится экран из водяного пара, отбрасывающий обратно на термометр очень значительную часть тепла, которое инструмент излучает вверх. Это, конечно, имеет тенденцию значительно уменьшить потерю от радиации. Но в верхнем положении этот самый экран, который препятствовал термометру выбрасывать свое тепло в холодное пространство выше, теперь воздействует на инструмент противоположным образом; ибо термометр теперь должен излучать свое тепло вниз, не на теплую поверхность земли, как раньше, а на холодную верхнюю поверхность водного экрана, находящегося между инструментом и землей. Это, конечно, имеет тенденцию понижать ртуть. Мы теперь в значительной степени находимся выше водного экрана, и ничто не защищает термометр от влияния холодного звездного пространства. Правда, воздух выше имеет температуру немного ниже температуры самого термометра; но тогда воздух сухой, и, благодаря своей диатермичности, он не поглощает тепло, излучаемое термометром, и, следовательно, инструмент излучает свое тепло прямо в холодное звездное пространство выше, на сотни градусов ниже нуля, почти так же, как он делал бы, если бы воздух был полностью удален. Огромная потеря тепла, которую термометр теперь испытывает, заставляет его температуру значительно упасть. Молекулы сравнительно сухого воздуха на этой высоте, будучи очень плохими излучателями, не выбрасывают свое тепло в пространство так быстро, как шарик открытого термометра; следовательно, их температура не имеет (по этой причине) тенденции падать так быстро, как температура шарика. Отсюда затененный термометр, который указывает температуру этих молекул, не подвергается такому воздействию, как открытый. Отсюда также разница в показаниях между двумя инструментами должна уменьшаться по мере нашего подъема в атмосфере.

Эта разница между температурой двух термометров, очевидно, не продолжает уменьшаться до бесконечности. Если бы мы могли продолжить наш подъем в атмосфере, мы бы, безусловно, обнаружили, что была бы достигнута точка, за которой разница в показаниях начала бы увеличиваться и продолжала бы это делать до тех пор, пока не были бы достигнуты внешние пределы атмосферы. Разница между температурами двух термометров за пределами атмосферы, безусловно, была бы огромной. Термометр, подвергнутый воздействию прямых лучей солнца, несомненно, был бы намного холоднее, чем когда он находился на поверхности Земли; но затененный термометр теперь указывал бы температуру пространства, которая, согласно сэру Джону Гершелю и М. Пуйе, составляет более 200° по Фаренгейту ниже нуля.

Из сказанного также следует, что даже при прямом солнечном свете удаление атмосферы Земли имело бы тенденцию значительно понизить температуру поверхности Земли. Этот вывод также следует как непосредственное следствие из того факта, что атмосфера Земли, как она существует в настоящее время, заряженная водяным паром, влияет на земную радиацию больше, чем на радиацию от солнца; ибо удаление атмосферы увеличило бы скорость, с которой Земля выбрасывает свое тепло в пространство, больше, чем оно увеличило бы скорость, с которой она получает тепло от солнца; поэтому ее температура неизбежно падала бы до тех пор, пока скорость радиации от поверхности Земли не сравнялась бы точно со скоростью радиации к поверхности. Пусть атмосфера снова окутает Землю, и земная радиация мгновенно уменьшится; температура поверхности Земли, следовательно, неизбежно начала бы расти и продолжала бы это делать до тех пор, пока скорость радиации от поверхности не сравнялась бы со скоростью радиации, получаемой поверхностью. Равновесие таким образом восстановилось бы, и температура осталась бы стационарной. Совершенно очевидно, что если мы окутаем Землю веществом, таким как наша атмосфера, которое предлагает большее сопротивление земной радиации, чем солнечной, температура поверхности Земли неизбежно должна расти до тех пор, пока тепло, которое излучается, не сравняется с тем, которое получается от солнца. Удалите воздух и таким образом избавьтесь от сопротивления, и температура поверхности упала бы, потому что в этом случае более низкая температура поддерживала бы равновесие.

Следовательно, следует, что Луна, у которой нет атмосферы, должна быть намного холоднее нашей Земли, даже на стороне, обращенной к солнцу. Если бы наша Земля с ее атмосферой, как она существует в настоящее время, была перенесена на орбиту Венеры или Марса, например, она, безусловно, не была бы обитаемой из-за большого изменения температуры, которое бы последовало. Но изменение физического строения атмосферной оболочки — это действительно все, что потребовалось бы для сохранения температуры поверхности Земли на ее нынешнем уровне в любом положении.

IV.

REMARKS ON MR. J. Y. BUCHANAN’S THEORY OF THE VERTICAL DISTRIBUTION OF TEMPERATURE OF THE OCEAN.[328]

С тех пор как вышеизложенное было набрано, в Королевском обществе была прочитана весьма интересная статья о «Вертикальном распределении температуры океана», написанная мистером Дж. И. Бьюкененом, химиком на борту «Челленджера». [329] В этой статье мистер Бьюкенен пытается объяснить большую глубину теплой воды в середине Северной Атлантики по сравнению с таковой на экваторе, не прибегая к горизонтальной циркуляции какого-либо рода.

Ниже приводится теория, как она изложена мистером Бьюкененом:—

«Предположим, что зимняя температура поверхностных вод составляет 60° F, а летняя — 70° F. Если мы начнем отсчет с середины зимы, то обнаружим, что по мере приближения лета поверхностные воды должны постепенно нагреваться, а температура нижележащих слоев должна снижаться очень быстро, пока не будет достигнут слой с зимней температурой, или 60° F; на языке изотермических карт это означает, что изотермы для значений между 70° F (если предположить, что мы достигли середины лета) и 60° F расходятся или увеличивают расстояние друг от друга по мере увеличения глубины. Рассмотрим теперь условия после того, как летний зной начал спадать. В течение всего периода нагревания вода из-за повышения температуры постоянно становилась легче, так что теплообмен путем конвекции с нижележащими слоями воды был полностью приостановлен на протяжении всего этого периода. Однако нагревание поверхностных вод имело и другой эффект, помимо увеличения их объема: из-за испарения они стали плотнее, чем были прежде при той же температуре. Учитывая это двойное воздействие летнего тепла на поверхностные воды, рассмотрим влияние на них зимнего холода. Поверхностная вода, приняв атмосферную температуру, скажем, 60° F, будет опускаться сквозь более теплую воду под ней, пока не достигнет слоя воды, имеющего ту же температуру, что и она сама. Достигнув его, однако, хотя она и имеет ту же температуру, что и окружающая вода, они больше не находятся в равновесии, ибо вода, пришедшая с поверхности, обладает большей плотностью, чем вода ниже при той же температуре. Поэтому она не остановится на слое с такой же температурой, как это было бы в случае с пресной водой; но она продолжит опускаться, конечно, унося с собой свою более высокую температуру и распределяя ее среди нижних слоев более холодной воды. Таким образом, в конце зимы, непосредственно перед возобновлением летнего нагревания, мы будем иметь на поверхности более или менее толстый слой воды с почти равномерной температурой 60° F, а под ним — температуру, снижающуюся со значительной, но менее быстрой скоростью, чем по окончании летнего нагревания. Если мы проведем различие между поверхностной водой, температура которой повышается вместе с атмосферной температурой (следуя, таким образом, по крайней мере по направлению, за изменением времен года), и подповерхностной водой, или слоем непосредственно под ней, то для последней мы получим, на первый взгляд, парадоксальный эффект летнего охлаждения и зимнего нагревания. Действие этого фактора заключается в распространении того же тепла на большую глубину в океане, чем больше годовой диапазон атмосферной температуры на поверхности. Этот эффект хорошо виден на карте изотерм в вертикальном разрезе между Мадейрой и точкой с координатами 3° 8′ с. ш. и 14° 49′ з. д. Изотерма 45° F поднимается с глубины 740 морских саженей у Мадейры до 240 морских саженей в вышеупомянутой точке. В экваториальных регионах почти нет колебаний температуры поверхности моря; следовательно, мы обнаруживаем холодную воду очень близко к поверхности вдоль всей этой линии. Обращаясь к температурному разрезу между точкой 3° 8′ с. ш., 14° 49′ з. д. и скалами Святого Павла, можно увидеть, что при температуре поверхности от 75° F до 79° F вода с температурой 55° F встречается на глубине менее 100 морских саженей от поверхности. На полпути между Азорскими островами и Бермудами, при температуре поверхности 70° F, вода с температурой 55° F достигается только на глубине 400 морских саженей».

То, что утверждает г-н Бьюкенен, объясняет, почему среднегодовая температура воды на поверхности распространяется на большую глубину в средней части Северной Атлантики, чем на экваторе. Это также объясняет, почему температура от поверхности вниз убывает быстрее на экваторе, чем в средней части Северной Атлантики; но, если я правильно понимаю теорию, она не объясняет (и это является спорным моментом), почему на заданной глубине температура воды в Северной Атлантике должна быть выше, чем температура на соответствующей глубине на экваторе. Если бы не было горизонтальной циркуляции, наибольшая толщина теплой воды, безусловно, наблюдалась бы на экваторе, а наименьшая — у полюсов. В таком случае изотермы постепенно наклонялись бы вниз от полюсов к экватору. Наклон мог бы быть неравномерным, но все же это был бы непрерывный нисходящий наклон.

V.

ON THE CAUSE OF THE COOLING EFFECT PRODUCED ON SOLIDS BY TENSION.[330]

From the Philosophical Magazine for May, 1864.

Из серии экспериментов, проведенных д-ром Джоулем с присущей ему точностью, он установил, что при воздействии на тела растяжением возникает охлаждающий эффект. «Количество холода», — говорит он, — «произведенного приложением растяжения, было заметно равно теплу, выделяющемуся при его снятии; и далее, что тепловые эффекты были пропорциональны приложенному весу». [331] Он обнаружил, что когда для сжатия тела применялся груз, выделялось определенное количество тепла; но тот же груз, если его применить для растяжения тела, производил соответствующее количество холода.

Это, хотя, по-видимому, и не было замечено, является весьма примечательным результатом. Если мы используем силу для сжатия тела, а затем спросим, что стало с приложенной силой, то вполне удовлетворительным ответом будет сказать, что сила превратилась в тепло и вновь проявилась в молекулах тела как таковая; но если та же сила используется для растяжения тела, ответом не будет утверждение, что сила превратилась в холод. Холод не может быть силой в другой форме, ибо холод есть лишение силы. Если тело, например, сжимается грузом, живая сила (vis viva) опускающегося груза передается молекулам тела и вновь проявляется в той форме силы, которая называется теплом; но если тот же груз приложен так, чтобы растянуть или расширить тело, не только исчезает сила груза, не производя тепла, но и молекулы, получающие эту силу, теряют часть той, которой они уже обладали. Исчезает не только сила груза, но вместе с ней и часть силы, ранее существовавшей в молекулах в форме тепла. Поэтому мы должны исследовать не только то, что становится с силой, сообщенной грузом, но и то, что становится с силой в форме тепла, которая исчезает из самих молекул тела. То, что живая сила опускающегося груза исчезает, не увеличивая теплоту молекул, не так удивительно, поскольку она может быть преобразована в какую-то иную форму силы, отличную от тепловой. Ибо отнюдь не очевидно априори, что тепло должно быть единственной формой, в которой она может существовать. Но несколько странно, что это заставляет силу, ранее существовавшую в молекулах в форме тепла, также превращаться в какую-то иную форму.

Когда, например, груз используется для растяжения твердого тела, очевидно, что сила, приложенная грузом, расходуется на работу против сцепления частиц, ибо вся сила направлена на то, чтобы разорвать их друг с другом. Но охлаждающий эффект, который при этом происходит, показывает, что исчезает больше силы, чем просто та, что приложена грузом; ибо охлаждающий эффект вызван исчезновением силы в виде тепла из самого тела. Сила, приложенная грузом, исчезает при совершении работы против сцепления частиц растягиваемого тела. Но что становится с энергией в форме тепла, которая в то же время исчезает из тела? Она должна быть израсходована на совершение работы того или иного рода. Сила, приложенная грузом, не может быть причиной охлаждающего эффекта. Передача силы от груза к телу может быть причиной нагревающего эффекта — увеличения силы в теле; но эта передача силы телу не может быть причиной уменьшения силы в теле. Если уменьшение силы действительно следует за приложением растяжения, груз может быть лишь поводом, а не причиной этого уменьшения.

Каким же образом растяжение тела грузом становится поводом для потери им энергии в виде тепла? Или, другими словами, какова причина охлаждающих эффектов, возникающих в результате растяжения? Вероятное объяснение этого явления представляется следующим: если молекулы тела удерживаются вместе какой-либо силой, любого рода, которая препятствует дальнейшему разделению, то все тепло, подведенное к такому телу, проявится как температура; но если эта связующая сила ослабевает, позволяя дальнейшее расширение, то часть подведенного тепла будет потеряна на совершение расширения. Все твердые тела при любой заданной температуре расширяются до тех пор, пока расширяющая сила их тепла точно не уравновесит силу сцепления их молекул, после чего никакое дальнейшее расширение при той же температуре невозможно, пока сила сцепления молекул остается неизменной. Но если каким-либо образом сила сцепления молекул уменьшается, то тело мгновенно расширяется под действием тепла, которым оно обладает, и, конечно, часть тепла будет израсходована на расширение, в результате чего возникнет охлаждающий эффект. Теперь растяжение, хотя оно и не уменьшает фактически силу сцепления молекул растянутого тела, тем не менее производит, противодействуя этой силе, тот же эффект; ибо оно дает молекулам возможность совершить работу расширения, и следствием этого является охлаждающий эффект. Если поршень паровой машины, например, нагружен до такой степени, что пар не в состоянии сдвинуть его, пар внутри цилиндра не потеряет никакого тепла; но если поршень поднят какой-то внешней силой, молекулы пара будут помогать этой силе и, следовательно, понесут потерю тепла пропорционально количеству работы, которую они совершают. То же самое происходит, когда к твердому телу прикладывается растяжение. До приложения растяжения тепло, существующее в молекулах, не способно произвести какое-либо расширение против силы сцепления. Но когда влияние сцепления частично нейтрализуется приложенным растяжением, тепло получает возможность совершить работу расширения, и результатом является охлаждающий эффект.

VI.

THE CAUSE OF REGELATION.[332]

Существуют две теории, выдвинутые для объяснения регеляции: одна профессором Фарадеем, а другая профессором Джеймсом Томсоном.

Согласно профессору Джеймсу Томсону, причиной регеляции является давление. Давление, приложенное к льду, стремится понизить точку плавления и, таким образом, вызвать разжижение; но образующаяся вода холоднее льда и замерзает вновь, как только с нее снимается давление. Когда два куска льда прижимаются друг к другу, в точках соприкосновения происходит плавление, вызванное понижением точки плавления; образовавшаяся вода, замерзая вновь, соединяет два куска вместе.

Возражение, которое было выдвинуто против этой теории, заключается в том, что регеляция происходит в обстоятельствах, когда трудно представить, как давление может рассматриваться в качестве причины. Два куска льда, например, подвешенные на шелковых нитях в атмосфере с температурой выше точки плавления, если им просто позволить коснуться друг друга, смерзнутся вместе. Профессор Дж. Томсон, однако, приписывает замерзание давлению, возникающему в результате капиллярного притяжения двух влажных поверхностей в контакте. Но когда мы задумываемся о том, что требуется давление столба льда высотой в милю — 135 тонн на квадратный фут — чтобы понизить точку плавления на один градус, становится очевидным, что эффект понижения, возникающий в результате капиллярного притяжения в рассматриваемом случае, должен быть поистине бесконечно малым.

Следующее ясное и краткое изложение теории Фарадея я цитирую из книги профессора Тиндаля «Формы воды»:

«Фарадей пришел к выводу, что внутри любого тела, будь то твердое или жидкое, где каждая частица, так сказать, захвачена окружающими частицами и в свою очередь захватывает их, связь сцепления настолько сильна, что для изменения состояния агрегации требуется более высокая температура, чем необходимо на поверхности. На поверхности куска льда, например, молекулы свободны с одной стороны от контроля других молекул; и поэтому они поддаются воздействию тепла легче, чем внутри. Пузырек воздуха или пара в перегретой воде также освобождает молекулы с одной стороны; отсюда и кипение, следующее за его введением. Практически говоря, точка разжижения внутреннего льда выше, чем поверхностного...»

«Когда поверхности двух кусков льда, покрытые пленкой воды разжижения, приводятся в соприкосновение, покрывающая пленка переносится с поверхности в центр льда, где точка разжижения, как было показано ранее, выше, чем на поверхности. Особая способность льда к затвердеванию воды теперь вступает в действие по обе стороны пленки. В этих обстоятельствах Фарадей полагал, что пленка должна застыть и заморозить две поверхности вместе». — The Forms of Water, стр. 173.

Нижеследующее представляется более простым объяснением явлений, чем любое из предыдущих:

Точка замерзания воды и точка плавления льда, как отмечает профессор Тиндаль, соприкасаются, так сказать, при этой температуре. На волосок ниже — вода замерзает; на волосок выше — лед тает. Теперь, если мы хотим, например, заморозить воду, уже находящуюся около точки замерзания, или расплавить кусок льда, уже находящийся около точки плавления, мы можем сделать это либо путем изменения температуры, либо путем изменения точки плавления. Но всегда будет гораздо легче осуществить это первым способом, чем вторым. Возьмем уже упомянутый случай двух кусков льда, подвешенных в атмосфере с температурой выше точки плавления. Куски на своих поверхностях находятся в состоянии таяния и окружены тонкой пленкой воды, температура которой лишь на бесконечно малую долю выше точки замерзания. Пленка имеет с одной стороны твердый лед при точке замерзания, а с другой — теплую атмосферу значительно выше точки замерзания. Тенденция льда заключается в понижении температуры пленки, в то время как тенденция воздуха — в ее повышении. Когда два куска приводятся в контакт, две пленки объединяются и образуют одну пленку, разделяющую два куска льда. Эта пленка уже не соприкасается, как прежняя, со льдом с одной стороны и теплым воздухом с другой. Она окружена с обеих сторон твердым льдом. Тенденция льда, конечно, заключается в понижении температуры пленки до температуры самого льда и, таким образом, в вызове затвердевания. Очевидно, что пленка должна либо расплавить лед, либо лед должен заморозить пленку, если они должны принять одну и ту же температуру. Но способность льда вызывать затвердевание, благодаря его большей массе, несоизмеримо выше способности пленки вызывать текучесть, следовательно, результатом является регеляция.

VII.

LIST OF PAPERS WHICH HAVE APPEARED IN DR. A. PETERMANN’S GEOGRAPHISCHE MITTHEILUNGEN RELATING TO THE GULF-STREAM AND THERMAL CONDITION OF THE ARCTIC REGIONS.

Наиболее важным мемуаром, который мы имеем о Гольфстриме и его влиянии на климат арктических регионов, является работа д-ра А. Петермана под названием «Der Golfstrom und Standpunkt der thermometrischen Kenntniss des nord-atlantischen Oceans und Landgebiets im Jahre 1870». Geographische Mittheilungen, Band XVI. 1870.

Д-р Петерман в этом мемуаре, используя иной ход рассуждений, нежели тот, которого придерживался я в этом томе, самым ясным и убедительным образом показал, что аномально высокая температура северо-западных берегов Европы и морей вокруг Шпицбергена обязана исключительно Гольфстриму, а не какой-либо общей циркуляции, подобной той, которую отстаивает д-р Карпентер. На основе серии из не менее чем 100 000 наблюдений температуры в Северной Атлантике и арктических морях он смог с точностью проследить на своих картах самые следы тепла при его прохождении от Мексиканского залива до берегов Шпицбергена.

Ниже приводится список наиболее важных статей, касающихся данного предмета, которые недавно появились в Geogr. Mittheilungen д-ра Петермана:

Английский перевод мемуара д-ра Петермана и нескольких других из нижеприведенного списка был опубликован в томе с дополнениями Гидрографическим департаментом Соединенных Штатов под руководством коммодора Р. Х. Уаймена.

Статьи, названия которых приведены на английском языке, появились в американском томе. В этом томе также были перепечатаны основные английские статьи по данному вопросу, в той мере, в какой они относятся к северо-восточному продолжению Гольфстрима.

Система океанических течений в приполярном бассейне Северного полушария. Д-р А. Мюри. Том XIII, часть II. 1867.

Научные результаты первой немецкой Северополярной экспедиции. Д-р В. фон Фриден. Том XV, часть VI. 1869.

Гольфстрим и знания о тепловых свойствах Северной Атлантики и ее континентальных границ до 1870 года. Д-р А. Петерман. Geographische Mittheilungen, том XVI, часть VI. 1870.

Температура Северной Атлантики и Гольфстрим. Контр-адмирал К. Ирмингер. Том XVI, часть VI. 1870.

Метеорологические наблюдения во время зимовки на Медвежьем острове, 1865–1866 гг. Сиверт Тобисен. Том XVI, часть VII. 1870.

Температурные условия в арктических регионах. Д-р Петерман. Том XVI, выпуск VII. 1870.

Предварительные отчеты Второй немецкой Северополярной экспедиции и малых экспедиций в 1870 году. Том XVII.

Предварительный отчет экспедиции по исследованию моря Новой Земли (моря между Шпицбергеном и Новой Землей), лейтенантов Вайпрехта и Пайера, июнь–сентябрь 1871 г. Д-р А. Петерман. Том XVII. 1871.

Гольфстрим к востоку от Нордкапа. А. Миддендорф. Том XVII, выпуск I. 1871.

Плавание капитана Э. Х. Йоханнесена вокруг Новой Земли летом 1870 года и норвежский промысел финвалов к востоку от Нордкапа. Т. фон Хойглин. Том XVII, выпуск I. 1871.

Северополярные экспедиции, легендарная Земля Гиллиса и Гольфстрим в Полярном море. Д-р А. Петерман. 5 ноября 1870 г.

Съемки Т. фон Хойглина в Восточном Шпицбергене. Сопроводительные слова к новой карте этой области. Таблица 9. 1870. Том XVII, выпуск V. 1871.

Вторая немецкая Северополярная экспедиция, 1869–1870 гг. Санная поездка вдоль побережья Гренландии на север, 8 марта – 27 апреля 1870 г. Обер-лейтенант Юлиус Пайер. Том XVII, выпуск V. 1871.

Открытие фьорда Кайзера Франца-Иосифа в Восточной Гренландии, август 1870 г. Обер-лейтенант Юлиус Пайер. Том XVII, выпуск V. 1871.

Открытие части северного Ледовитого океана благодаря плаваниям и наблюдениям норвежских мореплавателей Торкильдсена, Ульве, Мака, Квале и Недреваага в Карском море, 1870 г. Д-р А. Петерман. Том XVII, выпуск III. 1871.

Вторая немецкая Северополярная экспедиция, 1869–1870 гг. Санная поездка в Арденкапл-Инлет, 8–29 мая 1870 г. Обер-лейтенант Юлиус Пайер. Том XVII, выпуск XI. 1871.

Зима за полярным кругом. Обер-лейтенант Юлиус Пайер. Том XVII, выпуск XI. 1871.

Открытие открытого Полярного моря Пайером и Вайпрехтом в сентябре 1871 года. Д-р А. Петерман. Том XVII, выпуск XI. 1871.

Северное плавание Джеймса Ламонта, май–август 1871 г. Открытия Вайпрехта, Пайера, Тобисена, Мака, Карлсена, Ульве и Смита летом 1871 года.

Состояние северополярного вопроса к концу 1871 года. Д-р А. Петерман. Том XVII, выпуск XII. 1871.

Внутренняя часть Гренландии. Д-р Роберт Браун. Том XVII, выпуск X. 1871.

Плавание капитана Т. Торкильдсена из Тромсё на Шпицберген, с 26 июля по 26 сентября 1871 г. Том XVIII. 1872.

Море к северу от Шпицбергена и самые северные метеорологические наблюдения. Том XVIII. 1872.

Результаты наблюдений температуры глубоководных слоев в море между Гренландией, Северной Европой и Шпицбергеном. Профессор Х. Мён. Том XVIII. 1872.

Норвежские плавания к Новой Земле и в Карское море в 1871 году. Том XVIII. 1872.

Плавания в Полярном море в 1872 году. Том XVIII. 1872.

Плавание Смита и Ульве, с 19 июня по 27 сентября 1871 г. Том XVIII. 1872.

Пятимесячная судоходность сибирского Ледовитого океана вокруг Новой Земли, доказанная норвежскими мореплавателями в 1869 и 1870 годах, но особенно в 1871 году. Д-р А. Петерман. Том XVIII, выпуск X. 1872.

Новые норвежские съемки северо-восточной части Новой Земли Маком, Дёрмой, Карлсеном и др., 1871 г. Д-р Петерман. Том XVIII, выпуск X. 1872.

Сообщения о семи вернувшихся экспедициях под руководством графа Вильчека, Альтмана, Йонсена, Нильсена, Смита, Грея, Уимпера; трех зимовочных экспедициях; американской, шведской, австро-венгерской; и двух новых: норвежской зимней экспедиции и экспедиции под руководством капитана Мака. Д-р А. Петерман. Том XVIII, выпуск XII. 1872.

Земля Короля Карла к востоку от Шпицбергена, ее достижение и съемка норвежскими шкиперами летом 1872 года. Профессор Х. Мён. Том XIX, выпуск IV. 1873.

Результаты наблюдений, проведенных во время плавания парохода «Альберт» на Шпицберген в ноябре и декабре 1872 года. Профессор Мён. Том XIX, выпуск VII. 1873.

Американская Северополярная экспедиция под руководством К. Ф. Холла, 1871–1873 гг. Д-р А. Петерман. Том XIX, выпуск VIII. 1873.

Дрейф Северополярной экспедиции Холла, с 16 августа по 15 октября 1872 г., и плавание на льдине с 20 по 30 апреля 1873 г. Д-р А. Петерман. Том XIX, выпуск X. 1873.

Открытое Полярное море, подтвержденное плавником на северо-западном побережье Гренландии. Д-р А. Петерман. Том XX, выпуск V. 1874.

Арктический материк и Полярное море. Д-р Йозеф Шаванн. Том XX, выпуск VII. 1874.

Возвращение Полярной экспедиции Холла по показаниям офицеров. Д-р А. Петерман. Том XX, выпуск VII. 1874.

Вторая австро-венгерская Северополярная экспедиция под руководством Вайпрехта и Пайера, 1872–1874 гг. Д-р А. Петерман. Том XX, выпуск X. 1874.

Материалы к климатологии и метеорологии Восточно-Полярного моря. Профессор Мён. Том XX, выпуск V. 1874.

Путешествие и наблюдения капитана Дэвида Грея в восточно-гренландском море, 1874 г., и его взгляды на лучший путь к Северному полюсу. Оригинальные сообщения А. Петерману, Питерхед, декабрь 1874 г. Том XXI, выпуск III. 1875.

VIII.

LIST OF PAPERS BY THE AUTHOR TO WHICH REFERENCE IS MADE IN THIS VOLUME.

О влиянии приливной волны на вращение Земли и на ускорение среднего движения Луны. — Phil. Mag., апрель 1864 г.

О природе тепловых вибраций. — Phil. Mag., май 1864 г.

О причине охлаждающего эффекта, производимого на твердые тела растяжением. — Phil. Mag., май 1864 г.

О физической причине изменения климата в геологические эпохи. — Phil. Mag., август 1864 г.

О физической причине погружения суши во время ледниковой эпохи. — The Reader, 2 сентября и 14 октября 1865 г.

О ледниковом погружении. — The Reader, 2 и 9 декабря 1865 г.

Об эксцентриситете земной орбиты. — Phil. Mag., январь 1866 г.

Ледниковое погружение при допущении, что недра земного шара находятся в жидком состоянии. — The Reader, 13 января 1866 г.

О физической причине погружения и поднятия суши в ледниковую эпоху, с примечанием профессора сэра Уильяма Томсона. — Phil. Mag., апрель 1866 г.

О влиянии приливной волны на движение Луны. — Phil. Mag., август и ноябрь 1866 г.

О причине, по которой изменение климата в Канаде после ледниковой эпохи было менее полным, чем в Шотландии. — Trans. Geol. Soc. of Glasgow, 1866 г.

Об эксцентриситете земной орбиты и его физических связях с ледниковой эпохой. — Phil. Mag., февраль 1867 г.

О причине, по которой разница в показаниях термометра, подверженного прямому солнечному свету, и термометра в тени уменьшается по мере подъема в атмосфере. — Phil. Mag., март 1867 г.

Об изменении наклона эклиптики; его влияние на климат полярных регионов и уровень моря. — Trans. Geol. Soc. of Glasgow, том ii., стр. 177. Phil. Mag., июнь 1867 г.

Замечания об изменении наклона эклиптики и его влиянии на климат. — Phil. Mag., август 1867 г.

О некоторых гипотетических элементах в теории гравитации и общепринятых представлениях о строении материи. — Phil. Mag., декабрь 1867 г.

О геологическом времени и вероятной датировке ледникового и верхнемиоценового периодов. — Phil. Mag., май, август и ноябрь 1868 г.

О физической причине движения ледников. — Phil. Mag., март 1869 г. Scientific Opinion, 14 апреля 1869 г.

О влиянии Гольфстрима. — Geol. Mag., апрель 1869 г. Scientific Opinion, 21 и 28 апреля 1869 г.

О теории г-на Мерфи относительно причины ледникового климата. — Geol. Mag., август 1869 г. Scientific Opinion, 1 сентября 1869 г.

О мнении, что Южное полушарие теряет путем излучения больше тепла, чем Северное, и предполагаемом влиянии этого на климат. — Phil. Mag., сентябрь 1869 г. Scientific Opinion, 29 сентября и 6 октября 1869 г.

О двух речных руслах, погребенных под ледниковыми отложениями, относящихся к периоду, когда суша находилась на несколько сотен футов выше, чем в настоящее время. — Trans. Geol. Soc. of Edinburgh, том i., стр. 330.

Об океанических течениях: океанические течения в связи с распределением тепла по земному шару. — Phil. Mag., февраль 1870 г.

Об океанических течениях: океанические течения в связи с физической теорией вековых изменений климата. — Phil. Mag., март 1870 г.

Валунная глина Кейтнесса как продукт материкового льда. — Geol. Mag., май и июнь 1870 г.

О причине движения ледников. — Phil. Mag., сентябрь 1870 г.

Об океанических течениях: о физической причине океанических течений. Исследование теории Мэтью Фонтейна Мори. — Phil. Mag., октябрь 1870 г.

О переносе гранитных эрратических валунов Уостдейла. — Geol. Mag., январь 1871 г.

О методе определения средней мощности осадочных пород земного шара. — Geol. Mag., март 1871 г.

Средняя мощность осадочных пород. — Geol. Mag., июнь 1871 г.

О возрасте Земли, определенном на основе приливного замедления. — Nature, 24 августа 1871 г.

Океанические течения: о физической причине океанических течений. Исследование теории Уильяма Карпентера. — Phil. Mag., октябрь 1871 г.

Океанические течения: дальнейшее исследование теории гравитации. — Phil. Mag., февраль 1874 г.

Океанические течения: ветровая теория океанической циркуляции. — Phil. Mag., март 1874 г.

Океанические течения. — Nature, 21 мая 1874 г.

Физическая причина океанических течений. — Phil. Mag., июнь 1874 г. American Journal of Science and Art, сентябрь 1874 г.

О физической причине погружения и поднятия суши в ледниковую эпоху. — Geol. Mag., июль и август 1874 г.

УКАЗАТЕЛЬ.

Absolute heating-power of ocean-currents, 23

〃   amount of heat received from the sun per day, 26

Adhémar, M., theory founded upon a mistake in regard to radiation, 81, 85

〃   on submergence, 368

〃   on influence of eccentricity on climate, 542

Aërial currents increased in action by formation of snow and ice, 76

〃   function of, stated, 51

〃   heat conveyed by, 27

Africa, South, glacial and inter-glacial periods of, 242

〃   boulder clay of Permian age, 300

Age and origin of the sun, 346

Air, on absorption of rays by, 59

〃   when humid, absorbs rays which agree with it in period, 59

〃   when perfectly dry incapable of absorbing radiant heat, 59

Airy, Professor, earth’s axis of rotation permanent, 7

Aitken’s, Mr., experiment on density of polar water, 129

Aland islands, striation of, 447

Alternate cold and warm periods, 236

Allermuir, striations on summit of, 441

America, low temperature in January, 72

〃   thickness of ice-sheet of North, 381

Anderson, Captain Sir James, never observed a stone on an iceberg, 282

Antarctic ice-cap, probable thickness of, 375

〃   diagram representing thickness of, 377

〃   thickness of, estimated from icebergs, 384

Antarctic regions, mean summer temperature of, below freezing-point, 63

Antarctic snowfall, estimates of, 382

Aphelion, glacial conditions at maximum when winter solstice is at, 77

Arago, M., on influence of eccentricity on climate, 536

Arctic climate, influence of ocean-currents on, during glacial period, 260

Arctic regions, influence of Gulf-stream on climate of, 45

〃   mean summer temperature of, 63

Arctic regions, amount of heat received by, per unit surface, 195

〃   warm periods best marked in, 258

〃 теплые межледниковые периоды в, 258−265

〃   state of, during glacial period, 260

〃   evidence of warm periods in, 261

〃   occurrence of recent trees in, 261, 265

〃   evidence of warm inter-glacial periods, 293

〃   warm climate during Old Red Sandstone period in, 295

〃   glacial period during Carboniferous age in, 297

〃   warm climate during Permian period in, 301

〃   list of papers relating to, 556

Arctic Ocean, area of, 195

〃   according to gravitation theory ought to be warmer than Atlantic in torrid zone, 195

〃   heat conveyed into, by currents, compared with that received by it from the sun, 195

〃   blocked up with polar ice, 444

Armagh, boulder beds of, 299

Arran, Island of, glacial conglomerate of Permian age in, 299

Astronomical causes of change of climate, 10

Astronomy and geology, supposed analogy between, 355

Atlantic, atmospheric pressure on middle of, 33

〃   inability of, to heat the south-west winds without the Gulf-stream, 34

〃   mean annual temperature of, 36

〃   mean temperature of, raised by Gulf-stream, 36, 40

〃   isothermal lines of, compared with those of the Pacific, 46

〃   area of, from equator to Tropic of Cancer, 194

〃   inquiry whether the area of, is sufficient to supply heat according to Dr. Carpenter’s theory, 194

Atlantic, North, heat received by, from torrid zone by currents, 194

〃   according to Dr. Carpenter’s theory ought to be warmer in temperate regions than in the torrid zone, 195

〃   great depth of warm water in, 198

〃   North, an immense whirlpool, 216

〃   above the level of equator, 221

〃   probable antiquity of, 367

〃   from Scandinavia to Greenland probably filled with ice, 451

Atmosphere-pressure in Atlantic a cause of south-west winds, 33

Atmosphere, on difference between black-bulbed and shaded thermometer in upper strata of, 547

Australia, evidence of ice-action in conglomerate of, 295

Ayrshire, ice-action during Silurian period in, 293

Bakewell, Mr. R., on influence of eccentricity on climate, 540

Banks’s Land, discovery of ancient forest in, 261

〃   Professor Heer, on fossilized wood of, 309

Ball, Mr., objection to Canon Moseley’s results, 501

Baltic current, 171

Baltic, glaciation of islands in, 448

Baltic glacier, passage of, over Denmark, 449

Bath, grooved rock surfaces of, 464

Bay-ice grinds but does not striate rocks, 277

Belcher, Sir E., tree dug up by, in latitude 75° N., 263

〃   carboniferous fossils found in arctic regions by, 298

Belle-Isle, Strait of, observations on action of icebergs in, 276

Bell, Mr. A., on Mediterranean forms in glacial bed at Greenock, 254

Belt, Mr. Thomas, theory of the cause of glacial epochs, 415

Bennie, Mr. James, on surface geology, 468

〃   on deposits filling buried channel, 486

Blanford, Mr., on ice-action during Carboniferous age in India, 297

Borings, evidence of inter-glacial beds from, 254

〃   examination of drift by, 467

〃   journals of, 483, 484

Boulder clays of former glacial epochs, why so rare, 269

〃   a product of land-ice, 284

〃   if formed from icebergs must be stratified, 284

〃   scarcity of fossils in, 285

〃   formed chiefly from rock on which it lies, 285

〃   of Caithness a product of land-ice, 435

〃   on summit of Allermuir, 441

Boulders, how carried from a lower to a higher level, 527

Boussingault on absorption of carbon by vegetation, 428

Britain, climate of, affected most by south-eastern portion of Gulf-stream, 33

Brown, Dr. R., cited on Greenland ice-sheet, 378, 380

〃   on inland ice of Greenland, 284

〃   on cretaceous formation of Greenland, 305

〃   on Miocene beds of the Disco district, 310

Brown, Mr. Robert, on growth of coal plants, 421

Brown and Dickeson, on sediment of Mississippi, 330

Buchan, Mr., on atmosphere-pressure in the Atlantic, 33

〃   on force of the wind, 220

Buchanan, Mr. J. Y., on vertical distribution of heat of the ocean, 550

Buckland, Dr., observations by, on occurrence of red chalk on Cotteswold hills, 459

Buff, Professor, on oceanic circulation, 145

Buried river channels, 466

〃   channel from Kilsyth to Grangemouth, 468

〃   section at Grangemouth, 474

〃   from Kilsyth to Clyde, 481

〃   not excavated by sea nor by ice, 469

〃 другие примеры, 488−494

Caithness, difficulty of accounting for the origin of the boulder clay of, 435

Caithness, boulder clay of, a product of land-ice, 435

〃   boulder clay not formed by icebergs, 437

〃   theories regarding the origin of the boulder clay of, 437

〃   why the ice was forced over it, 444

〃   Professor Geikie and B. N. Peach on path of ice over, 453

Cambrian conglomerate of Islay, 292

Campbell, Mr., observations of, on icebergs, 276

〃   on supposed striation of rocks by large icebergs, 278

〃   evidence that river-ice does not striate rocks, 279

Canada, change of climate less complete than in Scotland, 71

Carboniferous period of arctic regions, 298

〃 свидетельства ледниковой эпохи в течение, 296−298

〃   temperate climate of, 422

Carboniferous limestone, mode of formation, 433

Carpenter’s, Dr., objections examined, 141

〃   theory, mechanics of, 145

〃   idea of a 〃vertical circulation〃   stated, 153

Carpenter’s, Dr., radical error in theory of, 155

〃   on difference of density between waters of Atlantic and Mediterranean, 168

〃   theory, inadequacy of, 191

〃   estimate of thermal work of Gulf-stream, 199

Charpentier’s, M., theory of glacier-motion, 513

Carse clays, date of, 405

Cattegat, ice-markings on shore of, 446

Cave and river deposits, 251

Chalk, erratic blocks found in, 304

〃   débris, conclusion of Mr. Searles Wood, 460

Challenger’s temperature-soundings at equator, 119

〃   crucial test of the wind and gravitation theories, 220

Chambers, Dr. Robert, on striated pavements, 255

〃   observations on glaciation of Gothland, 446

Champlain Lake, inter-glacial bed of, 241

Chapelhall, ancient buried channel at, 491

〃   inter-glacial sand-bed, 244

Chart showing the agreement between system of currents and system of winds, 212

Christianstadt, crossed by Baltic glacier, 450

Circulation without difference of level, 176

Climate, Secular changes of, intensified by reaction of physical causes, 75, 76

〃   affected most by temperature of the surface of ground, 88

〃   ocean-currents in relation to, 226

〃   cold conditions of, inferred from absence of fossils, 288

〃   cold condition of, difficulty of determining, from fossil remains, 289

〃   warm, of arctic regions during Old Red Sandstone period, 295

〃   rough sketch of the history of, during the last 60,000 years, 409

〃   of Coal period inter-glacial in character, 420

〃   alternate changes of, during Coal period, 426

Climates, Mr. J. Geikie on difficulty of detecting evidence of ancient glacial conditions, 289

〃   evidence of, from ancient sea-bottoms, 289

Coal an inter-glacial formation, 420

Coal beds, alternate submergence and emergence during formation of, 424

〃   preservation of, by submergence, 426

Coal period, flatness of the land during, 430

Coal plants, conditions necessary for, preservation of, 423

Coal seams, thickness of, indicative of length of inter-glacial periods, 428

Coal seams, time occupied in formation of, 429

Coal strata, on absence of ice-action in, 429

Coal measures, oscillations of sea-level during formation of, 425

Cold periods best marked in temperate regions, 258

Colding, Dr., oceanic circulation, 95

Confusion of ideas in reference to the agency of polar cold, 179

Continental ice, inadequate conceptions of, 385

〃   absence of, during glacial epochs of Coal period, 432

Contorted drift near Musselburgh, 465

Cook, Captain, description of Sandwich Land by, 60

〃   on South Georgia, 60

Cornwall, striated rocks of, 464

Cotteswold hills, red chalk from Yorkshire found on, 459

Couthony, Mr., on action of icebergs, 275

Coutts, Mr. J., on buried channel, 493

Craig, Mr. Robert, on inter-glacial beds at Overton Hillhead and Crofthead, 247

Craiglockhart hill, inter-glacial bed of, 245

“Crawling” theory considered, 507

“Crevasses,” origin of, according to molecular theory, 521

Меловой период, свидетельства ледникового воздействия в течение, 303−305

Cretaceous age, evidence of warm periods during, 304

Cretaceous formation of Greenland, 305

Crofthead, inter-glacial bed at, 248

Cromer forest bed, 250

Crosskey, Rev. Mr., comparison of Clyde and Canada shell beds, 71

〃   on southern shells in Clyde beds, 253

Croydon, block of granite found in chalk at, 303

Crucial test of the wind and gravitation theories, 220

Crystallization, force of, a cause of glacier-motion, 523

Currents, effects of their stoppage on temperatures of equator and poles, 42

〃   produced by saltness neutralize those produced by temperature, 106

Dalager, excursion in Greenland by, 378

Dana, Professor, on action of icebergs, 275

〃   on striations by icebergs, 275

〃   on thickness of ice-sheet of North America, 381

Darwin, Mr., on alternate cold and warm periods, 231

〃   on migration of plants and animals during glacial epoch, 395

〃   on peat of Falkland Islands, 422

Date of the 40-foot beach, 409

Date when conditions were favourable to formations of the Carse clay, 409

Davis’ Straits, current of, 132

Dawkins, Mr. Boyd, on the animals of cave and river deposits, 251

Dawson, Principal, on esker of Carboniferous age, 296

〃   on habitats of coal plants, 424

Deflection of ocean-currents chief cause of change of climate, 68

De la Beche, Sir H. T., on influence of eccentricity on climate, 539

De Mairan, on influence of eccentricity on climate, 528

Дания, пересеченная балтийским ледником, 449−452

Denudation, method of measuring rate of, 329

〃   as a measure of geological time, 329

〃   measured by sediment of Mississippi, 330

〃   subaërial rate of, 331

〃   law which determines rate of, 333

〃   marine, trifling, 337

Deposition, rates of, generally adopted, quite arbitrary, 360

〃   rate of, determined by rate of denudation, 362

〃   range of, restricted to a narrow fringe surrounding the continents, 364

〃   area of, 365

〃   during glacial epoch probably less than present, 366

Deposits from icebergs cannot be wholly unstratified, 437

Despretz, tables by, of temperature of maximum density of sea-water, 117

Desor, M., on tropical fauna of the Eocene formation in Switzerland, 306

Derbyshire, breaks in limestone of, marks of cold periods, 434

Derbyshire limestone a product of inter-glacial periods, 434

Devonshire, boulder clay discovered in, 463

Diagram illustrating descent of water from equator to poles, 155

〃   showing variations of eccentricity, 313

〃   illustrative of fluidity of interior of the earth, 396

〃   showing formation of coal beds, 426

Dick, Mr., chalk flints in boulder clay, 454

Dick, Mr. R., on buried channel, 491

Difference of level essential to gravitation theory, 176

Dilatation of sea-water by increase of temperature calculated by Sir John Herschel, 116

Disco district, Dr. R. Brown cited on Miocene beds of, 310

Остров Диско, верхнемиоценовый период, 307−308

Distribution, how effected by ocean-currents, 231

Dove, Professor, method of constructing normal temperature tables by, 40

〃   on mean annual temperature, 401

Dover, mass of coal imbedded in chalk found at, 303

Drayson, Lieutenant-Colonel, on obliquity of ecliptic, 410

Drayson, Lieutenant-Colonel, theory of the cause of the glacial epoch, 410

Drift, examination by borings, 467

Drumry, deep surface deposits at, 482

Dubuat’s, M., experiments, 182

〃   experiments by, on water flowing down an incline, 120

Duncan, Captain, on under current in Davis’ Strait, 134

Dürnten lignite beds, 240

Dürnten beds an example of inter-glacial coal formation, 433

Durham, buried river channel at, 488

Earth’s axis of rotation permanent, 7

Earth, mean temperature of, increased by water at equator, 30

〃   not habitable without ocean-currents, 54

〃   mean temperature of, greatest in aphelion, 77, 78

〃   centre of gravity of, effects of ice-cap on, 370, 371

Eccentricity of the earth’s orbit, Mr. Stockwell’s researches regarding, 54

〃   primary cause of change of climate, 54

〃   primary cause of glacial epochs, 77

〃   how it affects the winds, 228

〃 таблицы, 314−321

〃   its influence on temperature, 323

〃   explanation of tables of, 324

〃   De Marian, on influence of, on climate, 528

〃   Sir J. F. Herschel, on influence of, on climate, 529

〃   Œpinus, on influence of, on climate, 529

〃   R. Kirwan, on influence of, on climate, 529

〃   of planetary orbits, superior limits as determined by Lagrange, Leverrier, and Mr. Stockwell, 531

〃   Sir Charles Lyell, on influence of, on climate, 529, 535

〃   M. Arago, on influence of, on climate, 536

〃   Baron Humboldt, on influence of, on climate, 538

〃   Sir H. T. de la Beche, on influence of, on climate, 539

〃   Professor Phillips, on influence of, on climate, 539

〃   Mrs. Somerville, on influence of, on climate, 540

〃   L. W. Meech, on influence of, on climate, 540

〃   Mr. R. Bakewell, on influence of, on climate, 540

〃   M. Jean Reynaud, on influence of, on climate, 541

〃   M. Adhémar, on influence of, on climate, 542

Equator, reduction of level by denudation, 336

Ecliptic, supposed effect of a change of obliquity of, 8

〃 изменения, влияние на климат, 398−417

〃   obliquity of, Lieutenant-Colonel Drayson on, 410

Emergence, physical cause of, 368

England, inter-glacial beds of, 249

〃   glacial origin of Old Red Sandstone of, 294

〃   ice-action during Permian period in, 298

〃   North of, ice-sheet of, 456

〃   ice-sheet of South of, 463

Eocene period, total absence of fossils in flysch, 286

〃   glacial epoch of, 305

Eocene and Miocene periods, date of, 357

Equator, heat received per square mile at, 26

〃   temperature of earth increased by water at, 30

〃   and poles, effects of stoppage of currents on temperature of, 42

〃   surface-currents warmer than the under currents, 92

〃   heat transferred by currents from southern hemisphere compared with that received by land at, 93

〃   temperature soundings at, 119

〃   temperature of sea at, decreases most rapidly at the surface, 119

〃   heat received by the three zones compared with that received by the, 194

〃   migration across, 234

〃   glaciation of, 234

Equatorial current, displacement of, 229

Erratic blocks in stratified rocks, evidence of former land-ice, 269

〃   in chalk, 304

〃   why not found in coal strata, 432

Erratics extend further south in America than in Europe, 72

Etheridge, R., jun., on glacial conglomerate in Australia of Old Red Sandstone age, 295

Europe, influence of Gulf-stream on climate of, 31

〃   effect of deflection of Gulf-stream on condition of, 68

〃   glacial condition of, if Gulf-stream was stopped, 71

〃   river systems of, unaltered since glacial period, 393

Faraday, Professor, on cause of regelation, 554

Faroe Islands glaciated by land-ice from Scandinavia, 450

Ferrel, Mr., on Dr. Carpenter’s theory, 126

〃   argument from the tides, 184

Findlay, Mr. A. G., objection by, considered, 31, 203

〃   estimate of heat conveyed by Gulf-stream, 206

Fisher, Rev. O., on the 〃trail〃   of Norwich, 251

〃   on glacial submergence, 387

Fitzroy, Admiral, on temperature of Atlantic, 36

Fluid molecules crystallize in interstices, 523

Fluvio-marine beds of Norwich, 250

“Flysch” of Eocene period, absence of fossils in, 286

〃   of Switzerland of glacial origin, 306

Fogs prevent the sun’s heat from melting ice and snow in arctic regions, 60

Forbes, Professor J. D., method adopted by, of ascertaining temperatures, 48

〃   on temperature of equator and poles, 48

〃   on the conductivity of different kinds of rock, 86

〃   on underground temperature, 86

〃   experiments by, on the power of different rocks to store up heat, 86

Forest bed of Cromer, 250

Прежние ледниковые периоды, 266−310

〃   why so little known of, 266

〃   geological evidence of, 292

France, evidence of ice-action during Carboniferous period in, 296

Fraserburgh, glaciation of, 450

〃   crossed by North Sea ice, 454

Fundamental problem of geology, 1

Ganges, amount of sediment conveyed by, 331

Gases, radiation of, 38

Gastaldi, M., on the Miocene glacial epoch of Italy, 306

Geikie, Professor, on geological agencies, 1

〃   on inter-glacial beds of Scotland, 243

〃   remarks on inter-glacial beds, 245

〃   on striated pavements, 256

〃   on ice-markings on Scandinavian coast, 281

〃   striated stones found in carboniferous conglomerate by, 296

〃   on sediment of European rivers, 332

〃   on modern denudation, 332

〃   suggestion regarding the loess, 452

〃   on striation of Caithness, 453

〃   on buried channel at Chapelhall, 491

〃   and Mr. James, on glacial conglomerate of Lower Carboniferous age, 296

Geikie, Mr. James, on Crofthead inter-glacial bed, 248

〃   on the gravels of Switzerland, 268

〃   on difficulty of recognising former glacial periods, 289

〃   on Cambrian conglomerate of north-west of Scotland, 293

〃   on ice-action in Ayrshire during Silurian period, 293

〃   on boulder conglomerate of Sutherland, 301

〃   on buried channels, 492

Geogr. Mittheilungen, list of papers in, relating to arctic regions, 556

Geological agencies climatic, 2

Geological principle, nature of, 4

Geological climates, theories of, 6

Геологическое время, 311−359

〃   measurable from astronomical data, 311

〃   why it has been over-estimated, 325

〃   method of measuring, 328, 329

〃   Professor Ramsay on, 343

Geology, fundamental problem of, 1

〃   a dynamical science, 5

〃   and astronomy, supposed analogy between, 355

German Polar Expedition on density of polar water, 151

〃   list of papers relating to, 556

German Ocean once dry land, 479

Germany, Professor Ramsay on Permian breccia of, 300

Gibraltar current, Dr. Carpenter’s theory of, 167

〃   cause of, 215

Glacial conditions increased by reaction of various physical causes, 75

〃   reach maximum when winter solstice arrives at aphelion, 77

Glacial epoch, date of, 327

〃   circumstances which show recent date of, 341

〃   Mr. Belt’s theory of cause of, 415

Glacial epochs dependent upon deflection of ocean-currents, 68

〃   caused primarily by eccentricity, 77

〃   why so little known of, formerly, 266

〃   boulder clays of former, why so rare, 269

〃   geological evidence of former, 292

Glacial period in America more severe than in Western Europe, 73

〃   mean temperature of the earth greatest at aphelion during, 78

〃   records of, fast disappearing, 270

〃   of the Eocene formation, 305

Glacial periods, indirect evidence of, in Eocene and Miocene formations, 287

〃   difficulty of determining, from fossil remains, 289

Glacial submergence resulting from displacement of the earth’s centre of gravity, 389

Glaciation a cause of submergence, 390

〃   remains of, found chiefly on land surfaces, 267

〃   of Scandinavia inexplicable by theory of local glaciers, 448

Glacier des Bois, 497

Glacier-motion, Canon Moseley’s theory of, 507

〃   Professor James Thomson’s theory of, 512

〃   M. Charpentier’s theory of, 513

〃   molecular, 516

Glacier-motion, present state of the question, 514

〃 молекулярная теория, 514−527

〃   heat necessary to, 515

〃   due to force of crystallization, 523

〃   due chiefly to internal molecular pressure, 523

Glaciers, pressure exerted by, 274

〃 физическая причина движения, 495−527

〃   difficulties in accounting for motion of, 495

Glasgow, actual January temperature of, 28° above normal, 72

Godwin-Austen, Mr., on ice-action during the Carboniferous period in France, 296

〃   on evidence of ice-action during Cretaceous period, 303

〃   on mass of coal found in chalk at Dover, 304

〃   on the flatness of the land during Coal period, 430

Gothland, glaciation of, 446

Grangemouth, buried river channel at, 468

〃   surface-drift of, 484

Gravitation, the whole work of, performed by descent of water down the slope, 154

〃   of sun’s mass, 348

〃   insufficient to account for sun’s heat, 349, 350

Gravitation theory, its relation to the theory of Secular changes of climate, 97

〃   three modes of determining it, 115

〃   mechanics of, 145

〃   of the Gibraltar current, 167

〃   inadequacy of, 191

〃   crucial test of, 220

〃 солнечного тепла, 346−355

Gravity, force of, impelling water from equator to poles, 119, 120

〃   force of, insensible at a short distance below the surface, 120

〃   work performed by, 150

〃   diagram illustrating the action of, in producing currents, 155

〃   amount of work performed by, due solely to difference of temperature between equatorial and polar waters, 164

〃   specific difference in, between water of Atlantic and Mediterranean insufficient to produce currents, 169

〃   centre of, displacement, by polar ice-cap, 368

Greenland, summer warm if free from ice, 59

〃   receives as much heat in summer as England, 66

〃   continental ice free from clay or mud, 284

〃   North, warm climate during Oolitic period in, 302

〃   Cretaceous formation of, 305

Greenland, evidence of warm conditions during Miocene period in, 307

〃   Professor Heer cited on Miocene flora of, 308, 309

〃   state of, during glacial period, 259

〃   effect of removal of ice from, 260

Greenland ice-sheet, probable thickness of, 378

〃   invaded the American continent, 445

Greenland inland ice, 379

Gulf-stream, estimate of its volume, 24

〃   United States’ coast survey of, 24

〃   absolute amount of heat conveyed by, 25, 26

〃   heat conveyed by, compared with that carried by aërial currents, 27

〃   heat conveyed by, compared with that received by the frigid zone from the sun, 27

〃   influence on climate of Europe, 31

〃   efficiency of, due to the slowness of its motion, 32

〃   climate of Britain influenced by south-eastern portion of, 33

〃   heat conveyed by, compared with that derived by temperate regions from the sun, 34

〃   heat of, expressed in foot-pounds of energy, 35

〃   mean temperature of Atlantic increased one-fourth by, 36

〃   the only current that can heat arctic regions, 45

〃   influence of, on climate of arctic regions, 45

〃   the compensating warm current, 46

〃   palæontological objections to influence of, 53

〃   agencies which deflect the, in glacial periods, 69

〃   result, if stopped, 71

〃   large portion of the heat derived from southern hemisphere, 94

〃   Lieut. Maury on propulsion of, by specific gravity, 102

〃   contradictory nature of, the causes supposed by Lieut. Maury for the, 110

〃   higher temperature of, considered by Lieut. Maury as the real cause of its motion, 111

〃   amount of heat conveyed by, not over-estimated, 197

〃   amount of heat conveyed by, 192

〃   amount of heat conveyed by, compared with that by general oceanic circulation, 194

〃   heat conveyed by, compared with that received by torrid zone from the sun, 194

〃   heat conveyed by, into Arctic Ocean compared with that received by it from the sun, 195

〃   Capt. Nares’s observations of, 198

〃   Dr. Carpenter’s estimate of the thermal work of, 199

Gulf-stream, volume and temperature of, according to Mr. A. G. Findlay, 203, 206

〃   erroneous notion regarding depth of, 207

〃   list of papers relating to, 556

Haughton, Professor, on recent trees in arctic regions, 263

〃   on fragments of granite in carboniferous limestone, 296

〃   on coal beds of arctic regions, 298

〃   on Ammonites of Oolitic period in arctic regions, 303

Hayes, Dr., on Greenland ice-sheet, 379

Heat received from the sun per day, 26

〃   received by temperate regions from the sun, 34

〃   radiant, absorbed by ice remains insensible, 60

〃   sun’s, amount of, stored up in ground, 87

〃   transferred from southern to northern hemisphere, 93

〃   internal, supposed influence of, 176

〃   received by the three zones compared with that received by the equator, 194

〃   amount radiated from the sun, 346

〃   received by polar regions 11,700 years ago, 403

〃   necessary to glacier-motion, 515

〃   how transmitted through ice, 517

Heat-vibrations, nature of, 544

Heath, Mr. D. D., on glacial submergence, 387

Heer, Professor, on Dürnten lignite beds, 241

〃 о миоценовой флоре Гренландии, 308−310

〃   on Miocene flora of Spitzbergen, 309

Hills, ice-markings on summits of, as evidence of continental ice, 458

Helmholtz’s gravitation theory of sun’s heat, 348

Henderson, Mr. John, on inter-glacial bed at Redhall quarry, 247

Herschel, Sir John, on influence of eccentricity, 11

〃   estimate of the Gulf-stream by, 25

〃   on the amount of the sun’s heat, 26

〃   on inadequacy of specific gravity to produce ocean-currents, 116

〃   his objections to specific gravity not accepted, 117

〃   on influence of eccentricity on climate, 529

Home, Mr. Milne, on buried river channels, 478

Hooker, Sir W., on tree dug up by Capt. Belcher, 264

Hooker, Dr., on preponderance of ferns among coal plants, 421

Horne, Mr. J., on conglomerates of Isle of Man, 295

Hoxne, inter-glacial bed of, 241

Hudson’s Bay, low mean temperature of, in June, 62

Hull, Professor, on ice-action during Permian age in Ireland, 299

〃   on equable temperature of Coal period, 421

〃   on estuarine origin of coal measures, 424

Hull, buried channel at, 489

Humboldt, Baron, on loss of heat from radiation, 82

〃   on rate of growth of coal, 429

〃   on influence of eccentricity on climate, 538

Humphreys and Abbot on sediment of Mississippi, 330

Ice, latent heat of, 60

Ice, effects of removal of, from polar regions, 64

〃   heat absorbed by, employed wholly in mechanical work, 60

〃   slope necessary for motion of continental, 375

〃   does not shear in the solid state, 516

〃   how heat is transmitted through, 517

〃   how it can ascend a slope, 525

〃   how it can excavate a rock basin, 525

Icebergs do not striate sea-bottom, 272

〃   markings made by, are soon effaced, 273

〃   exerting little pressure perform little work, 273

〃   behaviour of, when stranded, 274

〃   action of, on sea-bottoms, 274

〃   rocks ground smooth, but not striated by, 276

〃   stones seldom seen on, 281

〃   evidence of, in Miocene formation of Italy, 307

〃   comparative thickness of arctic and antarctic, 381

〃   great thickness of antarctic, 382

Ice-cap, effects of, on the earth’s centre of gravity, 369

〃   probable thickness of antarctic, 375

〃 свидетельства айсбергов о мощности антарктического, 383−385

Ice-markings, modern, observed by Sir Charles Lyell, 280

Ice-sheet, probable thickness of in Greenland, 380

〃   of north of England, 456

Ice-worn pebbles found on summit of Allermuir, 441

Iceland, lignite of Miocene age in, 308

〃   probably glaciated by land-ice from North Greenland, 451

India, evidences of glacial action of Carboniferous age in, 297

Indian Ocean, low temperature at bottom, 123

Internal heat, no influence on climate, 6

〃   supposed influence of, 176

Inter-tropical regions, greater portion of moisture falls as rain, 29

Inter-glacial bed at Slitrig, 243

〃   at Chapelhall, 244

〃   of Craiglockhart hill, 245

〃   at Kilmaurs, 248

Inter-glacial beds, Professor Geikie on, 243

〃   of Dürnten, 240

〃   of Scotland, 243

〃   of England, 249

〃   at Norwich, 250

〃   evidence of, from borings, 254

Inter-glacial character of cave and river deposits, 251

Inter-glacial climate during Old Red Sandstone period in arctic regions, 295

Inter-glacial periods, 236

〃   reason why overlooked, 237

〃   of Switzerland, 239

〃   evidence of, from shell-beds, 252

〃   evidence from striated pavements of, 255

〃   reasons why so few vestiges remain of, 257

〃 в арктических регионах, 258−265

〃   of Silurian age in arctic regions, 293

〃   of Carboniferous age in arctic regions, 297

〃   of Eocene formation in Switzerland, 306

〃   formation of coal during, 420

〃   length of, indicated by thickness of coal-seams, 428

Inglefield, Captain, erect trees found in Greenland by, 309

Ireland, on ice-action during Permian age in, 299

Isbister, Mr., on carboniferous limestone of arctic regions, 297

Islay, Cambrian conglomerate of, 292

Italy, glacial epoch of Miocene period in, 306

Jack, Mr. R. L., on deflection of ice across England, 461

Jamieson, Mr. T. F., on boulder clay of Caithness, 435

〃   opinion that Caithness was glaciated by floating ice, 437

〃   on thickness of ice in the north Highlands, 439

〃   glaciation of headland of Fraserburgh, 450, 455

January temperature of Glasgow and Cumberland, difference between, 72

Jeffreys, Mr. Gwyn, on Swedish glacial shell beds, 253

Johnston, Dr. A. Keith, on coast-line of the globe, 337

Joule’s, Dr., experiments on the thermal effect of tension, 552

Judd, Mr., on boulders of Jurassic age in the Highlands, 302

Jukes, Mr., on warm climate of North Greenland during Oolitic period, 302

July, why hotter than June, 89

Kane, Dr., on mean temperature of Von Rensselaer Harbour, 62

Karoo beds, glacial character of, 301

〃   evidence of subtropical during deposition of, 301

Kelvin, ancient bed of, 481

Kielsen, Mr., excursion upon Greenland ice-sheet, by, 378

Kilmours, inter-glacial bed at, 248

Kirwan, Richard, on influence of eccentricity on climate, 529

Kyles of Bute, southern shell bed in, 253

Labrador, mean temperature of, for January, 72

〃   Mr. Packard on glacial phenomena of, 282

Lagrange, M., on eccentricity of the earth’s orbit, 54

〃   table of superior limits of eccentricity, 531

Land at equator would retain the heat at equator, 30

〃   radiates heat faster than water, 91

〃   elevation of, will not explain glacial epoch, 391

〃 погружение и поднятие в ледниковую эпоху, 368−397

〃   successive upheavals and depressions of, 391

Land-ice necessarily exerts enormous pressure, 274

〃   evidence of former, from erratic blocks on stratified deposits, 269

Land-surfaces, remains of glaciation found chiefly on, 267

〃   (ancient) scarcity of, 268

Laplace, M., on obliquity of ecliptic, 398

Laughton, Mr., on cause of Gibraltar current, 215

Leith Walk, inter-glacial bed at, 246

Leverrier, M., on superior limit of eccentricity, 54

〃   on obliquity of ecliptic, 398

〃   table, by, of superior limits of eccentricity, 531

〃   formulæ, of, 312

Lignite beds of Dürnten, 240

Loess, origin of, 452

London, temperature of, raised 40° degrees by Gulf-stream, 43

Lomonds, ice-worn pebbles found on, 439

Lubbock, Sir J., on cave and river deposits, 252

Lucy, Mr. W. C., on glaciation of West Somerset, 463

〃   on northern derivation of drift on Cotteswold hills, 460

Lyell’s, Sir C., theory of the effect of distribution of land and water, 8

〃   on action of river-ice, 280

〃   on tropical character of the fauna of the Cretaceous formation, 305

〃   on warm conditions during Miocene period in Greenland, 307

〃   on influence of eccentricity, 324

〃   on sediment of Mississippi, 331

〃   on comparison of existing rocks with those removed, 362

〃   on submerged areas during Tertiary period, 392

〃   on change of obliquity of ecliptic, 418

〃   on climate best adapted for coal plants, 420

〃   on influence of eccentricity on climate, 529, 535

Mackintosh, Mr., observations on the glaciation of Wastdale Crag, 457

Magellan, Straits of, temperature at midsummer, 61

Mahony, Mr. J. A., on Crofthead inter-glacial bed, 248

Mälar Lake crossed by ice, 447

Man, Isle of, Mr. Cumming on glacial origin of Old Red Sandstone of, 294

Mars, uncertainty as to its climatic condition, 80

〃   objection from present condition of, 79

Marine denudation trifling, 337

Markham, Clements, on density of Gulf-stream water, 129

〃   on motion of icebergs in Davis’ Straits, 133

Martins’s, Professor Charles, objections, 79

Mathews, Mr., on Canon Moseley’s experiment, 499

Maury, Lieutenant, his estimate of the Gulf-stream, 25

〃   his theory examined, 95

〃   on temperature as a cause of difference of specific gravity, 102

〃   on difference of saltness as a cause of ocean-currents, 103

〃   discussion of his views of the causes of ocean-currents, 104

〃   his objection to wind theory of ocean-currents, 211

McClure, Captain, discovery of ancient forest in Banks’s Land, 261

Mecham, Lieutenant, discovery of recent trees in Prince Patrick’s Island, 261

Mechanics of gravitation theory, 145

Mediterranean shells in glacial shell bed of Udevalla, 253

〃   shells in glacial beds at Greenock, 254

Meech, Mr., on amount of sun’s rays cut off by the atmosphere, 26

〃   on influence of eccentricity on climate, 540

Melville Island, summer temperature of, 65

〃   discovery of recent trees in, 262

〃   plants found in coal of, 298

Mer de Glace, Professor Tyndall’s observations on, 498

Meteoric theory of sun’s heat, 347

Method of measuring rate of denudation, 329

Miller, Hugh, on absence of hills in the land of the Coal period, 431

Migration of plants and animals, how influenced by ocean-currents, 231

〃   across equator, 234

Millichen, remarkable section of drift at, 483

Miocene glacial period, 286

Miocene period, glacial epoch of, in Italy, 306

Miocene, warm period of, in Greenland, 307

Miocene and Eocene periods, date of, 357

Mississippi, amount of sediment in, 330

〃   volume of, 330

Mitchell, Mr., on cause of Gulf-stream, 131

Молекулярная теория происхождения «трещин», 521

〃   modification of, 523

Moore, Mr. J. Carrick, on ice-action of Silurian age in Wigtownshire, 293

Moore, Mr. Charles, on grooved rocks in Bath district, 464

Morlot, M., on inter-glacial periods of Switzerland, 240

Moseley, Canon, experiment to determine unit of shear, 498

〃   on motion of glaciers, 498

〃   unit of shear uncertain, 504

〃   his theory examined, 507

Motion of the sea, how communicated to a great depth, 136

Motion in space, origin of sun’s heat, 353

Mühry, M., on circumpolar basin, 133, 556

Mundsley, freshwater beds of, 250

Muncke on the expansion of sea-water, 118

Murchison, Sir R., on southern shells at Worcester, 253

〃   on trees in arctic regions, 262

〃   on striation of islands in the Baltic, 448

Murphy’s, Mr., theory, 66

Musselburgh, section of contorted drift near, 465

Nares, Captain, on low temperature of antarctic regions, 64

〃   discovery of great depth of warm water in North Atlantic, 198

〃   estimate of volume and temperature of Gulf-stream, 198

〃   temperature soundings by, 119, 222

〃   thermal condition of Southern Ocean, 225

Natal, boulder clay of, 300

Newberry, Professor, on inter-glacial peat-bed of Ohio, 249

〃   on boulder of quartzite found in seam of coal, 296

Nicholson, Dr., on Wastdale Crag, 457

Nicol, Professor, on inter-glacial buried channel, 244

Nordenskjöld, Professor, on inland ice of Greenland, 379

North Sea rendered shallow by drift deposits, 443

Northern seas probably filled with land-ice during glacial period, 438

Northern hemisphere, condition of, when deprived of heat from ocean-current, 68

Norway, southern species in glacial shell beds, 253

Norwich Crag, its glacial character, 249

Norwich fluvio-marine beds, 250

Norwich inter-glacial beds, 250

Наклон эклиптики, его влияние на климат, 398−419

〃   change of, influence on sea-level, 403

〃   Lieutenant-Colonel Drayson on, 410

〃   Mr. Belt on change of, 415

〃   Sir Charles Lyell on change of, 418

Ocean, imperfect conception of its area, 135

〃   condition of, inconsistent with the gravitation theory, 136

〃   low temperature at bottom a result of under currents, 142

〃   circulation, pressure as a cause of, 187

〃   antiquity of, 367

Ocean-currents, absolute heating power of, 23

〃   influence of, on normal temperatures overlooked, 40

〃   maximum effects of, reached at equator and poles, 49

〃   compensatory at only one point, 49

〃   heating effects of, greatest at the poles, 50

〃   cooling effects of, greatest at equator, 50

〃   earth not habitable without, 51

〃   result of deflection into Southern Ocean, 68

〃   palæontological objections against influence of, 53

〃   deflection of, the chief cause of changes of climate, 68

〃   how deflected by eccentricity, 69

〃   deflected by trade-winds, 70

〃   temperature of southern hemisphere lowered by transference of heat to northern hemisphere by, 92

〃   take their rise in the Southern Ocean, 92

〃   cause of, never specially examined by physicists, 95

〃   if due to specific gravity, strongest on cold hemisphere, 97

〃   if due to eccentricity, strongest on warm hemisphere, 97

〃   if due to specific gravity, act only by descent, 99

〃   mode by which specific gravity causes, 100, 101

〃   the true method of estimating the amount of heat conveyed by, 207

〃   due to system of winds, 212

〃   system of, agrees with the system of the winds, 213

〃   how they mutually intersect, 219

〃   in relation to climate, 226

〃   direction of, depends on direction of winds, 227

〃   causes which deflect, affect climate, 228

〃   in relation to distribution of plants and animals, 231

〃   effects of, on Greenland during glacial period, 260

Œpinus on influence of eccentricity on climate, 529

Ohio inter-glacial beds, 249

Old Red Sandstone, evidence of ice-action in conglomerate of, 294, 295

Oolite of Sutherlandshire, 454

Оолитовый период, свидетельства ледникового воздействия в течение, 301−303

〃   warm climate in North Greenland during, 302

Organic remains, absence of, in glacial conglomerate of Upper Miocene period, 286

Organic life, paucity of, a characteristic of glacial periods, 287

Orkney Islands, glaciated by land-ice, 444

Osborne, Captain, remarks on recent forest trees in arctic regions, 262, 263

Oudemans, Dr., on planet Mars, 80

Overton Quarry, inter-glacial bed in, 247

Pacific Ocean, depth of, 147

Packard, Mr., on glacial phenomena of Labrador, 282

Page, Professor, on temperate climate of Coal period, 422

〃   on character of coal plants, 421

〃   on old watercourse at Hailes quarry, 490

Palæontological objections against influence of ocean-currents, 53

Palæontological evidence of last glacial period, 285

Parry, Captain, discovery of recent trees in Melville Island by, 262

Peach, Mr. C. W., on inter-glacial bed at Leith Walk, 246

〃   on boulder clay of Caithness, 436

〃   on striated rock surfaces in Cornwall, 464

Peach, Mr. B. N., on striation of Caithness, 453

Pengelly, Mr. W., on raised beaches, 407

Perigee, nearness of sun in, cause of snow and ice, 74

Perihelion, warm conditions at maximum when winter solstice is at, 77

Пермский период, свидетельства ледникового воздействия в, 298−303

Perthshire hills, ice-worn surfaces at elevations of 2,200 feet on the, 440

Petermann, Dr. A., on Dr. Carpenter’s theory, 138

〃   on thermal condition of the sea, 138

〃   chart of Gulf-stream and Polar current, 219

〃   Geogr. Mittheilungen of, list of papers in relation to arctic regions, 556

Phillips, Professor, on influence of eccentricity on climate, 539

Poisson’s theory of hot and cold parts of space, 7

Polar regions, effect of removal of ice from, 64

〃   influence of ice on climate, 64

〃   low summer temperature of, 66

Polar cold considered by Dr. Carpenter the primum mobile of ocean-currents, 173

〃   confusion of ideas regarding its influence, 180

〃   influence of, according to Dr. Carpenter, 180

Polar ice-cap, displacement of the earth’s centre of gravity by, 368

Port Bowen, mean temperature of, 63

Portobello, striated pavements near, 255, 256

Post-tertiary formations, hypothetical thickness of, 366

Pouillet, M., on the amount of the sun’s heat, 26

〃   on amount of sun’s rays cut off by the atmosphere, 26

Pratt, Archdeacon, on glacial submergence, 387

Prestwich, Professor, on Hoxne inter-glacial bed, 241

Pressure as a cause of circulation, 187

Principles of geology, nature of, 4

Prince Patrick’s Island, discovery of recent tree in, 261

Radiation, rate of, increases with increase of temperature, 37

〃   of gases, 38

〃   the way by which the earth loses heat, 39

〃   how affected by snow covering the ground, 58

〃   how affected by humid air, 59

〃   accelerated by increased formation of snow and ice, 75

Raised beaches, date of, 407

〃   Mr. Pengelly on, 407

Ramsay, Professor, on glacial origin of Old Red Sandstone of North of England, 294

〃   on Old Red Sandstone, 367

〃   on geological time, 343

〃   on ice-action during Permian period, 298

〃   on boulders of Permian age in Natal, 301

〃   on thickness of stratified rocks of Britain, 267, 361

Redhall Quarry, inter-glacial bed in, 247

Red Sea, why almost rainless, 30

Regelation, rationale of, 520, 554

〃   Professor James Thomson on cause of, 554

〃   Professor Faraday on cause of, 554

Regnault, M., on specific heat of sandstone, 86

Reynaud, Jean, on influence of eccentricity on climate, 541

Rhine, ancient, bed in German Ocean, 480

Ridge between Capes Trafalgar and Spartel, influence of, 167

Rink, Dr., on inland ice of Greenland, 380

River-ice, effect of, 279

River-ice does not produce striations, 279

River systems, carrying-power measure of denudation, 336

River valleys, how striated across, 525

Robertson, Mr. David, on Crofthead and Hillhead inter-glacial beds, 247, 248

〃   on foraminifera in red clay, 485

Rock-basins, how excavated by ice, 525

Rocks removed by denudation, 361

Ross, Capt. Sir James, on South Shetland, 61

〃   on temperature of antarctic regions in summer, 63

Sandwich Land, description by Capt. Cook, 60

〃   cold summers of, not due to latitude, 64

Salter, Mr., on carboniferous fossils of arctic regions, 298

〃   on warm climate of North Greenland during Oolitic period, 302

Saltness of the ocean, difference of, as a cause of motion, 103

〃   in direct opposition to temperature in producing ocean-currents, 104

Scandinavian ice, track of, 447

Scandinavian ice-sheet in the North Sea, 444

Scoresby, Dr., on condition of arctic regions in summer, 58, 62

〃   on density of Gulf-stream water, 129

Шотландия, межледниковые слои, 243−249

〃   evidence of ice-action in carboniferous conglomerate of, 296

〃   buried under ice, 439

〃   ice-sheet of, in North Sea, 442

〃   why ice-sheet was so thick, 452

Sea, height of, at equator above poles, 119

〃   rise of, due to combined effect of eccentricity and obliquity, 403

〃   bottoms not striated by icebergs, 272

Sea and land, present arrangement indispensable to life, 52

Sea-level, oscillations of, in relation to distribution, 394

〃   oscillations of, during formation of coal measures, 424

〃   raised, by melting of antarctic ice-cap, 388

〃   influence of obliquity of ecliptic on, 403

Section of Mid-Atlantic, 222

Section across antarctic ice-cap, 377

Sedimentary rocks existing fragmentary, 361

〃   of the globe, mean thickness of, hitherto unknown, 361

〃   how mean thickness might be determined, 362

〃   mean thickness of, over-estimated, 364

Shearing-force of ice, 496

〃   momentary loss of, 518

Shetland islands glaciated by land-ice from Scandinavia, 450

Shetland, South, glacial condition of, 61

Shell-beds, evidence of warm inter-glacial periods from, 252

Shells of the boulder clay of Caithness, 450

Shore-ice, striations produced by, in Bay of Fundy, 280

Silurian period, ice-action in Ayrshire during, 293

〃   evidence in Wigtownshire of ice-action during, 293

Slitrig, inter-glacial bed of, 243

Slope of surface of maximum density has no power to produce motion, 120

〃   from equator to pole, erroneous view regarding, 120

Smith, Mr. Leigh, temperature soundings, 129

Smith, Mr., of Jordanhill, on striated pavements, 256

Snow, how radiation is affected by, 58

〃   common in summer in arctic regions, 62

〃   rate of accumulation of, increased by sun’s rays being cut off by fogs, 75

〃   formation increased by radiation, 75

Somerset, West, glaciation of, 463

Somerville, Mrs., on influence of eccentricity on climate, 540

South Africa, glaciation of, 242

〃   boulder clay of Permian age in, 300

South of England ice-sheet, 463

South Shetland, glacial condition of, at mid summer, 61

South-west winds, heat conveyed by, not derived from equatorial regions, 28

〃   heat conveyed by, derived from Gulf-stream, 28

Southern hemisphere, present extension of ice on, due partly to eccentricity, 78

〃 почему холоднее, чем северная, 81−92

〃   absorbs more heat than the northern, 90

〃   lower temperature of, due to ocean-currents, 92

〃   surface currents from, warmer than under currents to, 92

〃   glacial and inter-glacial periods of, 242

Southern Ocean, thermal condition of, 225

Specific gravity can act only by causing water to descend a slope, 99

〃   mode of action in causing ocean-currents, 100

〃   inadequacy of, to produce ocean-currents demonstrated by Sir John Herschel, 116

Spitzbergen, Gulf-stream and under current at, 134

〃   Miocene flora of, 309

Stellar space, temperature of, 35

〃   received temperature of, probably too high, 39

Stewart, Professor Balfour, experiment on radiation, 37

〃   on cause of glacial cold, 79

Stirling, Mr., on old watercourse near Grangemouth, 481

St. John’s River, action of ice on banks of, 279

St. Lawrence, action of ice on bank of river, 279

Stockwell, Mr., on eccentricity of earth’s orbit, 54

〃   on obliquity of ecliptic, 399

〃   table of superior limits of eccentricity, 531

Stone, Mr., on eccentricity of the earth’s orbit, 322

Stow, G. W., on glacial beds of South Africa, 242

〃   on Karoo beds, 301

Striæ, direction of, show the clay of Caithness came from the sea, 436

Striations obliterated rather than produced by icebergs, 274

Striated pavements why so seldom observed, 256

〃   evidence of inter-glacial periods from, 255

Striated stones found in conglomerate of Lower Carboniferous age by Professor Geikie, 296

〃   in Permian breccias, 299

〃   in the glacial conglomerate of the Superga, Turin, 306

Stratified rocks may be formed at all possible rates, 360

〃   rate of formation of, as estimated by Professor Huxley, 363

Struve, M., formula of obliquity of ecliptic, 404

Subaërial denudation, rate of, 331

Submarine forests, 409

〃   (ancient), coal seams the remains of, 428

Submergence, physical causes of, 368

〃   coincident with glaciation, 389

〃   of land resulting from melting of antarctic ice-cap, 389

〃   how affected by fluidity of interior of the earth, 395

〃   necessary for preservation of coal plants, 423

〃   frequent during formation of coal beds, 426

Subsidence insufficient to account for general submergence, 390

〃   necessary to accumulation of coal seams, 427

Sun supposed by some to be a variable star, 8

〃   maximum and minimum distance of, 55

〃   rays of, cut off by fogs in ice-covered regions, 60

〃   nearness in perigee a cause of snow and ice, 74

〃   total amount of heat radiated from, 346

〃   age and origin of, 346

〃   source of its energy, 347

〃   heat of, origin and chief source of, 349

〃   originally an incandescent mass, 350

〃   energy of, may have originally been derived from motion in space, 355

Surface currents which cross the equator warmer than the compensatory under currents, 92

Surface currents from poles to equator, according to Maury, produced by saltness, 108

Sutherland, Dr., observations by, on stranding of icebergs, 275

〃   testimony, that icebergs do not striate rocks, 278

〃   on the boulder clay of Natal, 300

Sutherland, boulder conglomerate of Oolitic period of, 302

Sweden, Southern, shells in glacial shell beds of, 253

Switzerland, inter-glacial period of, 239

〃   M. Morlat on inter-glacial periods of, 240

〃   gravels of, by Mr. James Geikie, 268

〃   Eocene glacial epoch in, 305

Table of June temperatures in different latitudes, 65

〃   soundings in temperate regions, 222

Таблицы эксцентриситета, 314−321

〃   of eccentricity, explanation of, 322

Tay, valley of, striated across, 526

〃   ancient buried channel of, 490

Temperate regions, cold periods best marked in, 258

Temperature of space, 532

〃   reasons why it should be reconsidered, 39

Temperature (mean) of equator and poles compared, 41

〃   why so low in polar regions during summer, 66

〃   how difference of specific gravity is caused by, 102

〃   higher, of the waters of Gulf-stream considered by Lieutenant Maury as the real causes of its motion, 111

〃   of sea at equator decreases most rapidly at the surface, 119

〃   of Greenland in Miocene period, 310

〃   of poles when obliquity was at its superior limit, 402

Tension, effect of, on ice, 522

〃   the cause of the cooling effect produced by, 552

Tertiary period, climate of, error in regard to, 288

Thermal condition of Southern Ocean, 225

Thibet, table-land of, 418

Thomson, Professor James, on cause of regelation, 554

〃   theory of glacier-motion, 512

Thomson, Mr. James, on glacial conglomerate in Arran, 299

〃   on ice-action in Cambrian conglomerate of Islay, 292

Thomson, Professor Wyville, on Dr. Carpenter’s theory, 129

〃   cited, 130

〃   thermal condition of the sea, 138

Thomson, Sir W., amount of internal heat passing through earth’s crust, 142

〃   on limit to age of the globe, 343

〃   on influence of ice-cap on sea-level, 372

〃   climate not affected by internal heat, 6

〃   earth’s axis of rotation permanent, 7

〃   on volume and mass of the sun, 347

Tidal wave, effect of friction, 336

Tides, supposed argument from, 184

Время, геологическое, 311−359

〃   as represented by geological phenomena, 326

〃   represented by existing rocks, 361

Torrid zone, annual quantity of heat received by, per unit of surface, 194

Towncroft farm, section of channel at, 474

Towson, Mr., on icebergs of Southern Ocean, 383

Trade-winds (anti), heat conveyed by, over-estimated, 28

〃   (anti) derive their heat from the Gulf-stream, 32

〃   of warm hemisphere overborne by those of cold hemisphere, 70

〃   causes which determine the strength of, 70

〃   strongest on glaciated hemisphere, 70

〃   reaction upon trade-winds by formation of snow and ice, 76

〃   influence of, in turning ocean-currents on warm hemisphere, 97

〃   do not explain the antarctic current, 211

Tiddeman on North of England ice-sheet, 458

〃   displacement of, 230

Transport of boulders and rubbish the proper function of icebergs, 281

Trafalgar, effect of ridge between Capes Spartel and on Gibraltar current, 167

Turner, Professor, on arctic seal found at Grangemouth, 485

Tylor, Alfred, on denudation of Mississippi basin, 333

Tyndall, Professor, on heat in aqueous vapour, 29

〃   on sifted rays, 47

〃   on diathermancy of air, 59

〃   on glacial epoch, 78

Udevalla, Mediterranean shell in glacial shells, bed of, 253

Under currents to southern hemisphere colder than surface currents from, 92

〃   produced by saltness, flow from equator to poles, 106

〃   account for cold water at equator, 124, 142

〃   in Davis’ Strait, 134

〃   take path of least resistance, 130

〃   why considered improbable, 135

〃   difficulty regarding, obviated, 217

〃   theory of, 217

Underground temperature, Professor J. D. Forbes on, 86

Underground temperature exerts no influence on the climate, 88

〃   absolute amount of heat derived from, 142

〃   supposed influence of, 176

Uniformity, modern doctrine of, 325

United States’ coast survey of Gulf-stream, 24

〃   hydrographic department, papers published by, 556

Unstratified boulder clay must be the product of land-ice, 437

Upsala and Stockholm striated by Baltic glacier, 447

Vertical circulation, Lieutenant Maury’s theory of, 108

〃   according to Dr. Carpenter, 153

Vertical descent of polar column caused by extra pressure of water upon it, 154

〃   effects of, and slope, the same, whether performed simultaneously or alternately, 159

〃   of polar column illustrated by diagram, 160

Vertical distribution of heat in the ocean, Mr. Buchanan’s theory, 550

Vogt, Professor, on Dürnten lignite bed, 241

Warm hemisphere made warmer by increased reaction of physical causes, 76

Warm periods best marked in arctic regions, 258

〃   in arctic regions, evidence of, 261

〃   better represented by fossils than cold periods, 288

〃   evidence of, during Cretaceous age, 304

Теплые межледниковые периоды в арктических регионах, 258−265

Water at equator the best means of distributing heat derived from the sun, 30

Water, a worse radiator than land, 91

Wastdale granite boulders, difficulty of accounting for transport of, 456

Wastdale Crag glaciated by continental ice, 457

Weibye, M., striation observed by, 280

Wilkes, Lieutenant, on cold experienced in antarctic regions in summer, 63

Wellington Sound, ancient trees found at, 265

Winter-drift of ice on coast of Labrador, 276

West winds, moisture of, derived from Gulf-stream, 29

Wind, work in impelling currents, 219

Winds, ocean-currents produced by, 212

〃   system of, agrees with the system of ocean-currents, 213

Wind theory of oceanic circulation, 210

〃   crucial test of, 220

Wigtownshire, ice-action during Silurian age, 293

Work performed by descent of polar column, 157

Wood, Mr. Nicholas, on buried channel, 488

Wood, Jun., Mr. Searles, middle drift, 250

〃   on occurrence of chalk débris in south-west of England, 460

Woodward, Mr. H. B., on boulder clay in Devonshire, 463

Wunsch, Mr. E. A., on glacial conglomerate in Arran, 299

Yare, ancient buried channel of, 489

Young, Mr. J., objection considered, 482

Yorkshire drift common in south of England, 460

Zenger, Professor, on the moon’s influence on climate, 324

THE END.

PRINTED BY VIRTUE AND CO., CITY ROAD, LONDON.

THE GREAT ICE AGE,

AND ITS RELATION TO THE ANTIQUITY OF MAN.

By JAMES GEIKIE, F.R.S.E., F.G.S., &c., of H.M. Geological Survey.

With Maps, Charts, and numerous illustrations. Demy 8vo, 24s.

«В хорошо сбалансированном сочетании развитых способностей к наблюдению и аналитического метода, со значительным воображением и глубоким поэтическим чувством, пронизывающим страницы этого тома, есть огромное очарование... Мы лишь несовершенно обозначили философский дух, который отмечает каждый шаг исследования чудес этого "Великого ледникового периода", и мы настоятельно рекомендуем этот том всем, кто готов читать вдумчиво и тщательно взвешивать доказательства истины, в уверенности, что они действительно найдут "проповеди в камнях"». — Athenæum.

«Каждый шаг процесса прослежен г-ном Гейки с удивительной ясностью и полнотой... Эта книга ознаменует эпоху в научном изучении ледникового периода». — Saturday Review.

«Книга повсюду демонстрирует признаки острого наблюдения, широких исследований и здравого рассуждения. Она представляет в доступной форме главные черты великого ледникового периода и иллюстрирует их весьма полно на примере тех обширных областей Шотландии, в которых оледенение оставило свои наиболее отчетливые и наиболее долговечные следы». — Spectator.

«Никто не может прочесть эту интереснейшую книгу, не почувствовав благодарности г-ну Гейки за его мастерское подведение итогов доказательств и не оценив дух научной откровенности, с которой он излагает свои выводы. Как по своему содержанию, так и по тону, работа представляет собой ценный вклад в нашу научную литературу». — Scotsman.

«Безусловно, самый важный вклад в главу геологических исследований, который когда-либо появлялся. Мы можем заверить наших читателей, что они найдут в книге г-на Гейки превосходное и удовлетворительное резюме современного состояния мнений по некоторым из наиболее интересных геологических вопросов, которые здесь обсуждаются в приятной и доступной манере». — Westminster Review.

«Эта работа, без какой-либо жертвы научной точностью и полнотой, настолько ясна и свободна от технических сложностей, что понятна любому читателю с обычным образованием. За знания и владение своим предметом, за мастерство в расположении фактов и за ясность, с которой он обосновывает свои выводы, г-н Гейки занимает высокое место как научный писатель». — Academy.

«Самая всесторонняя и ясная интерпретация, которая была дана Великому ледниковому периоду». — Edinburgh Courant.

«Она предлагает студенту геологии, безусловно, самый полный отчет об этом периоде из всех опубликованных, и характеризуется повсюду освежающей энергией изложения и оригинальностью мысли». — Glasgow Herald.

«Может быть сердечно рекомендована как геологу, так и широкому кругу читателей. Объяснения настолько полны, а метод изложения настолько свободен от техничности, что при умеренном внимании книга может быть понята, а ее рассуждения прослежены теми, кто ранее имел мало или совсем не имел геологических знаний». — Nature.

DALDY, ISBISTER, & CO., 56, LUDGATE HILL, LONDON.

WORKS OF TRAVEL, SCIENCE,
AND PHILOSOPHY.

Letters from Abroad.

Декана Элфорда. Второе издание. Crown 8vo, 7 с. 6 п.

«По мере приближения сезона, когда шоссе итальянских путешествий снова будет переполнено, мы уверены, что читатели, планирующие поездку в Рим и на Юг, в Центральную или Северную Италию, найдут в нем доброго, приветливого и занимательного спутника, который покажет им, что посмотреть и как это увидеть. В любое время домоседы-путешественники прочтут этот том с интересом, а описания грехов и позоров Рима — все еще языческого Рима — мы надеемся, укрепят во многих умах твердую решимость противостоять приходу римского обмана в нашей собственной стране». — Eclectic Review.

The Reign of Law.

Герцога Аргайла. Crown 8vo, 6 с. Народное издание (шестнадцатое), в мягком переплете, 2 с. 6 п.

«Мало книг, в которых вдумчивый читатель найдет больше того, что он захочет запомнить». — Times.

«Демонстрирует широту мысли, свободу от предрассудков и силу ясного изложения, редкие во все времена и во всех странах. Она столь же неопровержима, сколь и привлекательна». — Pall Mall Gazette.

«Мастерская книга... Сильная, здравая, зрелая, способная мысль от первой до последней страницы». — Spectator.

Primeval Man.

Исследование некоторых недавних предположений. Герцога Аргайла. Третье издание. Crown 8vo, 4 с. 6 п.

«Это, пожалуй, самое ясное, изящное, острое и точное этическое рассуждение, опубликованное за четверть века. Его великая цель — показать, что невозможно проводить какое-либо исследование истории человека с чисто физической стороны. Его рассуждения кажутся абсолютно убедительными против сторонников теории "естественного отбора". Книга достойна места в каждой библиотеке как умело популяризирующая науку, и при этом не жертвующая ни ее достоинством, ни ее полезностью». — Nonconformist.

Iona.

Герцога Аргайла. С иллюстрациями. Третье издание. Crown 8vo, 3 с. 6 п.

«Приятно и непринужденно написанная, она хорошо приспособлена для выполнения того, что мы считаем главной целью такой работы, — направлять людей к предмету и заставлять их думать о нем. Мы не стыдимся признаться, что отложили маленькую книгу герцога с желанием узнать об Ионе и святом Колумбе больше, чем знали, когда начинали ее. Мы благодарим его за хорошенькую маленькую книгу». — Saturday Review.

Walks about the City and Environs of Jerusalem.

У. Х. Бартлетта. С 25 стальными гравюрами и многочисленными иллюстрациями на дереве. Small 4to, в позолоченном переплете, 10 с. 6 п.

The Science of Gems, Jewels, Coins, and Medals, Ancient and Modern.

Арчибальда Биллинга, доктора медицины, магистра искусств, члена Королевского общества. С иллюстрациями. Новое и более дешевое издание, пересмотренное и исправленное. Demy 8vo, в позолоченном переплете, 21 с.

Holiday Letters.

М. Бетам-Эдвардс, автора «Зимы с ласточками» и др. Crown 8vo, 7 с. 6 п.

«Письма мисс Эдвардс составляют восхитительный том. Ее стиль живой и яркий, тронутый кое-где определенным причудливым и пикантным юмором, и инстинктивно пронизан сильной признательностью к великому и прекрасному, будь то в природных пейзажах или произведениях искусства». — Daily News.

Sundays Abroad.

Томаса Гатри, доктора богословия. Второе тысячное издание. Crown 8vo, 3 с. 6 п.

«Многие приветствуют том, который дает нам, в убедительном языке д-ра Гатри, историю Савонаролы, удивительное избавление Медичи, заметки об евангелических проповедниках, таких как д-р Де Санктис во Флоренции и Комба в Венеции, и несколько очень интересных глав, относящихся к церквям вальденских долин». — Graphic.

Walks in Rome.

Огастеса Дж. К. Хейра. Четвертое издание. 2 тома, crown 8vo, 21 с.

«Лучший путеводитель по городу и окрестностям Рима из когда-либо опубликованных... Его нельзя слишком сильно рекомендовать». — Pall Mall Gazette.

BY THE SAME AUTHOR.

DAYS NEAR ROME.

С более чем 100 иллюстрациями автора. Второе издание. 2 тома, crown 8vo, 24 с.

«Г-н Хейр — настоящий образец чичероне, а его сочинения — истинная модель той описательной литературы, которая призвана радовать и поучать. Количество информации, которое втиснуто в эти два восхитительных тома, просто поразительно». — Hour.

«Г-н Хейр, вероятно, знает Италию лучше, чем почти любой живущий англичанин... Информация, которую она предоставляет, позволит любому, кто заботится увидеть больше подлинной местной жизни Италии за месяц, чем большинство паломников на полуостров видят за всю жизнь». — World.

WANDERINGS IN SPAIN.

С иллюстрациями автора. Третье издание. Crown 8vo, 10 с. 6 п.

«Мы не припомним книги, которая так живо напоминала бы страну тем, кто посетил ее, и мы рекомендуем будущим туристам брать ее с собой как спутника в путешествии». — Times.

«Вот идеальная книга о путешествии по Испании, которая точно предвосхищает требования каждого, кому посчастливилось отправиться в эту зачарованную страну, и которая умело утешает тех, кто не столь счастлив, снабжая воображение из самых изысканных и восхитительных своих запасов». — Spectator.

A Year at the Shore.

Филипа Генри Госсе, члена Королевского общества. С 36 иллюстрациями, напечатанными в цветах. Третье тысячное издание. Crown 8vo, 9 с.

«Восхитительная книга, восхитительно иллюстрированная». — Illustrated London News.

Walks in Florence.

Сьюзан и Джоанны Хорнер. С иллюстрациями. Третье издание. 2 тома, crown 8vo, 21 с.

«Никто не может прочесть ее, не пожелав посетить Флоренцию, и никто не должен посещать Флоренцию, не прочитав ее». — Times.

«Работа, которая благодаря точности своей информации, дотошности своих деталей и утонченному вкусу, заметному на каждой странице, доказывает, что ее авторы являются достойными наследниками чтимого имени, которое они носят. Отныне она будет столь же незаменимой для каждого интеллигентного посетителя "Города цветов", как книга г-на Хейра для "Вечного города"». — Guardian.

The Regular Swiss Round.

В трех поездках. Преподобного Гарри Джонса, магистра искусств. С иллюстрациями Уимпера. Small 8vo, 3 с. 6 п.

«Содержит много ценной информации для неопытного туриста». — Patriot.

«Книга г-на Джонса, несомненно, найдет и порадует многих читателей; бойкий и острый стиль книги доставит удовольствие сам по себе». — Pall Mall Gazette.

Popular Lectures on Scientific Subjects.

Сэра Джона Ф. У. Гершеля, баронета. Восьмое тысячное издание. Crown 8vo, 6 с.

«Книга глубочайшего и романтического научного очарования». — Spectator.

Town Geology.

Чарльза Кингсли. Четвертое тысячное издание. Crown 8vo, 5 с.

«Шедевр популярного научного изложения». — Echo.

«Автор здесь сжимает в кратчайший объем результаты многих лет размышлений и наблюдений и иллюстрирует свои факты и предположения с исключительным изяществом языка. Даже профессор Хаксли не смог бы передать научную информацию в стиле более прямолинейном и прозрачном». — Pall Mall Gazette.

God’s Glory in the Heavens.

Обзор недавних астрономических открытий и предположений в связи с религиозными вопросами, к которым они приводят. Уильяма Лейтча, доктора богословия, бывшего директора Королевского колледжа, Канада. С многочисленными иллюстрациями. Четвертое издание. Crown 8vo, в дополнительном переплете, 4 с. 6 п.

«Мы не можем закончить наше уведомление о книге д-ра Лейтча, не остановившись на том восхитительном способе, которым содержащиеся в ней астрономические факты смешаны с практическими наблюдениями и самыми высокими и облагораживающими чувствами. Именно так всегда должны писаться книги по популярной науке». — Reader.

The Egyptian Sketchbook.

Чарльза Г. Лиланда. Post 8vo, 7 с. 6 п.

«Она подтверждает своего автора как главного из всех живущих юмористов, и первое, что читатель, вероятно, сделает после окончания последней главы, будет перечитать очерки снова». — Hour.

Eastward:

Путешествия по Египту, Палестине и Сирии. Нормана Маклеода, доктора богословия. С многочисленными иллюстрациями. Пятое тысячное издание. Crown 8vo, 6 с.

«Самая приятная книга о Святой Земле, которую мы когда-либо читали». — Nonconformist.

«Этот красивый том, хотя и не роман, является новинкой среди книг о путешествиях. Приветливый, мужественный дух автора придает человеческую окраску каждой сцене и поддерживает в нас, пока мы сопровождаем его, растущее сочувствие». — Daily News.

Peeps at the Far East.

Знакомый отчет о визите в Индию. Нормана Маклеода, доктора богословия. С многочисленными иллюстрациями. Второе тысячное издание. Small 4to, в позолоченном переплете, 21 с.

«Было бы трудно указать в нашей популярной литературе книгу, которая в чем-то подобном объеме передает столь полное или столь поучительное знание о Британской Индии. Д-р Маклеод обладает даром проникновения в характер, и в своем общении как с туземцами, так и с европейскими жителями никогда не упускает возможности установить своего рода масонство и извлечь материал для мысли и последующего размышления. Его работа, таким образом, имеет внутреннюю глубину и философскую ценность, выходящую за рамки простого отчета о путешествии». — Saturday Review.

Through Normandy.

Миссис Маккуойд, автора «Пэтти» и др. С 90 иллюстрациями. Второе издание. Crown 8vo, 12 с.

«Написанная в бодром духе, она оставляет яркое и приятное впечатление в уме; и в то время как те, кто уже знает Нормандию, узнают правдивость ее описаний и посочувствуют ее энтузиазму, те, кто еще в неведении о ее привлекательности, могут быть побуждены пропагандой миссис Маккуойд к исправлению своего образования». — Saturday Review.

«Иллюстрации превосходны». — Athenæum.

The Philosophy of the Conditioned:

Сэр Уильям Гамильтон и Джон Стюарт Милль. Покойного Г. Л. Мансела, доктора богословия, декана собора Святого Павла. Post 8vo, 6 с.

«Этот том отличается той же ясностью стиля, убедительностью аргументации, точностью информации и мастерством владения предметами, которые характеризуют все другие ценные произведения автора, и является по критикуемым пунктам наиболее успешным, а также наиболее беспощадным разоблачением многочисленных ошибок Милля». — British Quarterly Review.

The Human Intellect.

С введением по психологии и душе. Ноа Портера, доктора богословия, доктора права, президента Йельского колледжа. Demy 8vo, 16 с.

«В этой книге можно сказать, что лучшая философская мысль нашего дня достигает кульминации. Это не только, безусловно, самая способная психологическая работа, которую Америка до сих пор произвела, она уникальна среди нас по своей полноте и способностям. Это работа, которой могла бы гордиться любая школа или страна, и ее форма как руководства делает ее бесценной для студентов». — British Quarterly Review.

«Работа д-ра Портера представляет нам более полный и беспристрастный обзор всей этой области исследований, чем когда-либо ранее предлагалось студенту. Человек мог бы апеллировать к такой работе как к достойному продукту жизни». — Blackwood’s Magazine.

Westward by Rail.

Путешествие в Сан-Франциско и обратно, и визит к мормонам. У. Ф. Рэя, автора «Уилкса, Шеридана, Фокса» и др. С картой. Третье и более дешевое издание. Small 8vo, 4 с. 6 п.

«Г-н Рэй объединяет силу острого и вдумчивого наблюдателя с мастерством и тактом графического описателя. Очевидная откровенность и целеустремленность, с которыми он пишет, делают его заслуживающим доверия проводником для тех, кто хотел бы правильно взвесить стимулы за или против самого длинного непрерывного сухопутного путешествия, открытого до сих пор на нашей планете». — Saturday Review.

«Одновременно самый современный и самый надежный авторитет по все более важным темам, с которыми она имеет дело». — Westminster Review.

A Summer in Skye.

Покойного Александра Смита, автора «Жизненной драмы», «Дримторпа» и др. С иллюстрациями Р. Т. Притчетта. Четвертое тысячное издание. Crown 8vo, 6 с.

«Г-н Александр Смит говорит о "Журнале" Босуэлла как о "восхитительном чтении"; его собственная работа, хотя и в очень другой манере, также доставляет восхитительное чтение. Его эгоизм никогда не бывает оскорбительным; он часто очень очарователен. Если путешественник иногда теряется в эссеисте, кто не предпочтет Элиа Пеннанту?» — Daily News.

Lewsiana;

или, Жизнь на Внешних Гебридах. У. Андерсона Смита, автора «Off the Chain». С иллюстрациями. Post 8vo, 10 с. 6 п.

«Те, кто не может посетить эти Внешние Гебриды и открыть еще неизвестные красоты своими собственными глазами, должны, как следующее лучшее дело, увидеть их глазами автора "Льюисианы"». — Scotsman.

«Он так же полон энтузиазма по поводу "Льюиса", как и сам автор "Принцессы Туле". Он пишет в легком, приятном и графическом стиле и обладает даром карандаша, так же как и пера». — World.

Our Inheritance in the Great Pyramid.

Профессора К. Пьяцци Смита, королевского астронома Шотландии. Новое и расширенное издание, включающее все самые важные открытия до настоящего времени. С 17 пояснительными таблицами. Post 8vo, 18 с.

Man and Beast, Here and Hereafter.

С иллюстративными анекдотами. Преподобного Дж. Г. Вуда, магистра искусств, автора «Домов без рук» и др. 2 тома, post 8vo, 21 с.

«Книга восхитительна». — British Quarterly Review.

«Она наполнена анекдотами, которые очень занимательны». — Saturday Review.

«Чрезвычайно читабельна и интересна... Если разговор заходит о собаках, кошках, канарейках, лошадях, слонах или даже свиньях или утках, тот, у кого "Человек и зверь" под рукой, может быть уверен в истории, достаточно хорошей, чтобы перекрыть лучшую из тех, что, вероятно, будут рассказаны». — Pall Mall Gazette.

FOOTNOTES:

[1] Trans. of Edin. Geol. Soc., vol. ii. p. 252.

[2] Phil. Mag., January, 1863.

[3] Athenæum, September 22, 1860.

[4] Trans. Glasgow Geol. Soc., vol. iv., p. 313.

[5] See Mr. Hopkin’s remarks on this theory, Quart. Journ. Geol. Soc., vol. viii.

[6] See Chap. xxv.

[7] See Chap. iv.

[8] “Treatise on Astronomy,” § 315; “Outlines,” § 368.

[9] Annuaire for 1834, p. 199. Edin. New Phil. Journ., April, 1834, p. 224.

[10] “Cosmos,” vol. iv. p. 459 (Bohn’s Edition). “Physical Description of the Heavens,” p. 336.

[11] Phil. Mag. for February, 1867, p. 127.

[12] The Gulf-stream at the narrowest place examined by the Coast Survey, and where also its velocity was greatest, was found to be over 30 statute miles broad and 1,950 feet deep. But we must not suppose that this represents all the warm water which is received by the Atlantic from the equator; a great mass flows into the Atlantic without passing through the Straits of Florida.

[13] It is probable that a large proportion of the water constituting the south-eastern branch of the Gulf-stream is never cooled down to 40°; but, on the other hand, the north-eastern branch, which passes into the arctic regions, will be cooled far below 40°, probably below 30°. Hence I cannot be over-estimating the extent to which the water of the Gulf-stream is cooled down in fixing upon 40° as the average minimum temperature.

[14] “Physical Geography of the Sea,” § 24, 6th edition.

[15] “Physical Geography,” § 54.

[16] Trans. of Roy. Soc. of Edin., vol. xxi., p. 57. Phil. Mag., § 4, vol. ix., p. 36.

[17] “Smithsonian Contributions to Knowledge,” vol. ix.

[18] “Heat as a Mode of Motion,” art. 240.

[19] Trans. Roy. Soc. of Edin., vol. xxv., part 2.

[20] See “Smithsonian Contributions to Knowledge,” vol. ix.

[21] “Meteorology,” section 36.

[22] Comptes-Rendus, July 9, 1838. Taylor’s “Scientific Memoirs,” vol. iv., p. 44 (1846).

[23] The mean temperature of the Atlantic between the tropics and the arctic circle, according to Admiral Fitzroy’s chart, is about 60°. But he assigns far too high a temperature for latitudes above 50°. It is probable that 56° is not far from the truth.

[24] The probable physical cause of this will be considered in the Appendix.

[25] The mean temperature of the equator, according to Dove, is 79°·7, and that of the north pole 2°·3. But as there is, of course, some uncertainty regarding the actual mean temperature of the poles, we may take the difference in round numbers at 80°.

[26] Trans. of Roy. Soc. Edin., vol. xxii., p. 75.

[27] Connaissance des Temps for 1863 (Additions). Lagrange’s determination makes the superior limit 0·07641 (Memoirs of the Berlin Academy for 1782, p. 273). Recently the laborious task of re-investigating the whole subject of the secular variations of the elements of the planetary orbits was undertaken by Mr. Stockwell, of the United States. He has taken into account the disturbing influence of the planet Neptune, the existence of which was not known when Leverrier’s computations were made; and he finds that the eccentricity of the earth’s orbit will always be included within the limits of 0 and 0·0693888. Mr. Stockwell’s elaborate Memoir, extending over no fewer than two hundred pages, will be found in the eighteenth volume of the “Smithsonian Contributions to Knowledge.”

[28] When the eccentricity is at its superior limit, the absolute quantity of heat received by the earth during the year is, however, about one three-hundredth part greater than at present. But this does not affect the question at issue.

[29] Scoresby’s “Arctic Regions,” vol. ii., p. 379. Daniell’s “Meteorology,” vol. ii., p. 123.

[30] Tyndall, “On Heat,” article 364.

[31] Tyndall, “On Heat,” article 364.

[32] See Phil. Mag., March, 1870, p.

[33] Captain Cook’s “Second Voyage,” vol. ii., pp. 232, 235.

[34] “Antarctic Regions,” vol. ii., pp. 345−349.

[35] Ibid., vol. i., p. 167.

[36] Ibid., vol. ii., p. 362.

[37] Edinburgh Philosophical Journal, vol. iv., p. 266.

[38] Scoresby’s “Arctic Regions,” vol. i., p. 378.

[39] Ibid., p. 425.

[40] See Meech’s memoir “On the Intensity of the Sun’s Heat and Light,” “Smithsonian Contributions,” vol. ix.

[41] “Antarctic Regions,” vol. i., p. 240.

[42] Challenger Reports, No. 2, p. 10.

[43] See “Smithsonian Contributions,” vol. ix.

[44] Quart. Journ. Geol. Soc., vol. xxv., p. 350.

[45] Trans. of Glasgow Geol. Soc. for 1866.

[46] Revue des Deux Mondes for 1867.

[47] Letter to the author, February, 1870.

[48] “Révolutions de la Mer,” p. 37 (second edition).

[49] Edin. Phil. Journ., vol. iv., p. 262 (1821).

[50] Phil. Mag., § 4, vol. xxviii., p. 131. Reader, December 2nd, 1865.

[51] This point will be found discussed at considerable length in the Phil. Mag. for September, 1869.

[52] See Phil. Mag. for October, 1870, p. 259.

[53] Proceedings of the Royal Society, No. 138, p. 596, foot-note.

[54] The edition from which I quote, unless the contrary is stated, is the one published by Messrs. T. Nelson and Sons, 1870, which is a reprint of the new edition published in 1859 by Messrs. Sampson Low and Co.

[55] “Physical Geography,” article 57.

[56] Philosophical Magazine, vol. xii. p. 1 (1838).

[57] “Mémoires par divers Savans,” tom. i., p. 318, St. Petersburgh, 1831. See also twelfth number of Meteorological Papers, published by the Board of Trade, 1865, p. 16.

[58] Dubuat’s “Hydraulique,” tom. i., p. 64 (1816). See also British Association Report for 1834, pp. 422, 451.

[59] See Proceedings of the Royal Society for December, 1868, November, 1869. Lecture delivered at the Royal Institute, Nature, vol. i., p. 490. Proceedings of the Royal Geographical Society, vol. xv.

[60] Trans. of Glasgow Geol. Soc. for April, 1867. Phil. Mag. for February, 1867, and June, 1867 (Supplement).

[61] Phil. Mag. for February, 1870.

[62] “The Depths of the Sea,” pp. 376 and 377.

[63] “The Threshold of the Unknown Region,” p. 95.

[64] See “Physical Geography of the Sea,” chap. ix., new edition, and Dr. A. Mühry “On Ocean-currents in the Circumpolar Basin of the North Hemisphere.”

[65] “Depths of the Sea,” Nature for July 28, 1870.

[66] “Memoir on the Gulf-stream,” Geographische Mittheilungen, vol. xvi. (1870).

[67] Dr. Carpenter “On the Gulf-stream,” Proceedings of Royal Geographical Society for January 9, 1871, § 29.

[68] Dr. Petermann’s Mittheilungen for 1872, p. 315.

[69] Proceedings of the Royal Society, vol. xvii., p. 187, xviii., p. 463.

[70] The average depth of the Pacific Ocean, as found by the soundings of Captain Belknap, of the U.S. steamer Tuscarora, made during January and February, 1874, is about 2,400 fathoms. The depth of the Atlantic is somewhat less.

[71] Proceedings of Royal Geographical Society, vol. xv., § 22.

[72] It is a well-established fact that in polar regions the temperature of the sea decreases from the surface downwards; and the German Polar Expedition found that the water in very high latitudes is actually less dense at the surface than at considerable depths, thus proving that the surface-water could not sink in consequence of its greater density.

[73] Proceedings of the Royal Society, vol. xix., p. 215.

[74] Nature for July 6, 1871.

[75] Since the above objection to the Gravitation Theory of the Gibraltar Current was advanced three years ago, Dr. Carpenter appears to have abandoned the theory to a great extent. He now admits (Proceedings of Royal Geographical Society, vol. xviii., pp. 319−334, 1874) that the current is almost wholly due not to difference of specific gravity, but to an excess of evaporation in the Mediterranean over the return by rain and rivers.

[76] Proceedings of Royal Society, No. 138, § 26.

[77] Proceedings of Royal Geographical Society, January 9, 1871.

[78] Ibid.

[79] See §§ 20, 34; also Brit. Assoc. Report for 1872, p. 49, and other places.

[80] See also to the same effect Brit. Assoc. Report, 1872, p. 50.

[81] Phil. Mag. for Oct. 1871.

[82] The actual slope, however, does not amount to more than 1 in 7,000,000.

[83] Proc. of Roy. Geog. Soc., January 9, 1871, § 29.

[84] Trans. of Geol. Soc. of Glasgow for April, 1867; Phil. Mag. for June, 1867.

[85] Nature, vol. i., p. 541. Proc. Roy. Soc., vol. xviii., p. 473.

[86] Chapter II.

[87] Chapter II.

[88] Chapter II.

[89] Mr. Findlay considers that the daily discharge does not exceed 333 cubic miles (Brit. Assoc. Rep., 1869, p. 160). My estimate makes it 378 cubic miles. Mr. Laughton’s estimate is 630 cubic miles (Paper “On Ocean-currents,” Journal of Royal United-Service Institution, vol. xv.).

[90] Proceedings of the Royal Geographical Society, vol. xviii., p. 393.

[91] Phil. Mag. for October, 1871, p. 274.

[92] Proceedings of the Royal Geographical Society, vol. xv.

[93] Phil. Mag., February, 1870.

[94] Brit. Assoc. Report, 1869, Sections, p. 160.

[95] Journal of Royal United-Service Institute, vol. xv.

[96] Dr. Carpenter (Proc. of Roy. Geog. Soc., vol. xviii., p. 334) misapprehends me in supposing that I attribute the Gibraltar current wholly to the Gulf-stream. In the very page from which he derives or could derive his opinion as to my views on the subject (Phil. Mag. for March, 1874, p. 182), I distinctly state that “the excess of evaporation over that of precipitation within the Mediterranean area would of itself produce a considerable current through the Strait.” That the Gibraltar current is due to two causes, (1) the pressure of the Gulf-stream, and (2) excess of evaporation over precipitation in the Mediterranean, has always appeared to me so perfectly obvious, that I never held nor could have held any other opinion on the subject.

[97] Paper read to the Edinburgh Botanical Society on January 8, 1874.

[98] Proc. Roy. Geog. Soc., vol. xviii., p. 362. A more advantageous section might have been chosen, but this will suffice. The section referred to is shown in Plate III. The peculiarity of this section, as will be observed, is the thinness of the warm strata at the equator, as compared with that of the heated water in the North Atlantic.

[99] The temperature of column C in Dr. Carpenter’s section is somewhat less than that given in the foregoing table; so that, according to that section, the difference of level between column C and columns A and B would be greater than my estimate.

[100] Captain Nares’s Report, July 30, 1874.

[101] See Chapter IV.

[102] Phil. Mag. for August, 1864, February, 1867, March, 1870; see Chap. IV.

[103] Quarterly Journal of Science for October, 1874.

[104] See a paper by M. Morlot, on “The Post-Tertiary and Quaternary Formations of Switzerland.” Edin. New Phil. Journal, New Series, vol. ii., 1855.

[105] Edin. New Phil. Journ., New Series, vol. ii., p. 28.

[106] Vogt’s “Lectures on Man,” pp. 318−321.

[107] See Mr. Prestwich on Flint Implements, Phil. Trans. for 1860 and 1864. Lyell’s “Antiquity of Man,” Second Edition, p. 168.

[108] Edin. New Phil. Journ., New Series, vol. ii., p. 28. Silliman’s Journ., vol. xlvii., p. 259 (1844).

[109] Quart. Journ. Geol. Soc., vol. xxvii., p. 534.

[110] Ibid., vol. xxviii., p. 17.

[111] “Glacial Drift of Scotland,” p. 54.

[112] “Glacial Drift of Scotland,” p. 58.

[113] Quart. Journ. Geol. Soc., vol. v., p. 22.

[114] “Glacial Drift of Scotland,” p. 64.

[115] Trans. Edin. Geol. Soc., vol. ii., p. 391.

[116] Trans. of Geol. Soc. of Glasgow, vol. iv., p. 146.

[117] Geol. Mag., vi., p. 391.

[118] See “Memoirs of Geological Survey of Scotland,” Explanation of sheet 22, p. 29. See also Trans. Glasgow Geol. Soc., iv., p. 150.

[119] “Great Ice Age,” p. 374.

[120] “Great Ice Age,” p. 384.

[121] “Geological Survey of Ohio, 1869,” p. 165. See also “Great Ice Age,” chap. xxviii.

[122] Quart. Journ. Geol. Soc., xxviii., p. 435.

[123] Brit. Assoc. Report, 1863.

[124] Trans. Glasgow Nat. Hist. Soc., vol. i., p. 115.

[125] Trans. of the Geol. Soc. of Glasgow, vol. iii., p. 133. See also “Great Ice Age,” chaps. xii. and xiii.

[126] Chap. XXIX.

[127] Edin. New Phil. Journ., vol. liv., p. 272.

[128] “Newer Pliocene Geology,” p. 129. John Gray & Co., Glasgow.

[129] “Glacial Drift of Scotland,” p. 67.

[130] “Glacial Drift of Scotland,” p. 12.

[131] See Chapter IV.

[132] “Discovery of the North-West Passage,” p. 213.

[133] “Voyage of the Resolute,” p. 294.

[134] Quart. Journ. Geol. Soc., vol. xi., p. 540.

[135] “McClure’s North-West Passage,” p. 214. Second Edition.

[136] “British Association Report for 1855,” p. 381. “The Last of the Arctic Voyages,” vol. i., p. 381.

[137] Mr. James Geikie informs me that the great accumulations of gravel which occur so abundantly in the low grounds of Switzerland, and which are, undoubtedly, merely the re-arranged materials originally brought down from the Alps as till and as moraines by the glaciers during the glacial epoch, rarely or never yield a single scratched or glaciated stone. The action of the rivers escaping from the melting ice has succeeded in obliterating all trace of striæ. It is the same, he says, with the heaps of gravel and sand in the lower grounds of Sweden and Norway, Scotland and Ireland. These deposits are evidently in the first place merely the materials carried down by the swollen rivers that issued from the gradually melting ice-fields and glaciers. The stones of the gravel derived from the demolition of moraines and till, have lost all their striæ and become in most cases well water-worn and rounded.

[138] Report on Icebergs, read before the Association of American Geologists, Silliman’s Journal, vol. xliii., p. 163 (1842).

[139] “Manual of Geology,” p. 677.

[140] Quart. Journ. Geol. Soc., vol. ix., p. 306.

[141] Dana’s “Manual of Geology,” p. 677.

[142] Quart. Journ. Geol. Soc., vol. ix., p. 306.

[143] “Journal,” vol. i., p. 38.

[144] “Short American Tramp,” pp. 168, 174.

[145] “Short American Tramp,” pp. 239−241.

[146] “Travels in North America,” vol. ii., p. 137.

[147] Ibid., vol. ii., p. 174.

[148] Proceedings of the Royal Society of Edinburgh, Session 1865−66, p. 537.

[149] “Short American Tramp,” pp. 77, 81, 111.

[150] “Second Visit,” vol. ii., p. 367.

[151] “Memoirs of Boston Society of Natural History,” vol. i. (1867), p. 228.

[152] “Antiquity of Man,” p. 268. Third Edition.

[153] “Great Ice Age,” p. 512.

[154] Brit. Assoc., 1870, p. 88.

[155] Quart. Journ. Geol. Soc., vol. v., p. 10. Phil. Mag. for April, 1865, p. 289.

[156] “Great Ice Age,” p. 512.

[157] Jukes’ “Manual of Geology,” p. 421.

[158] See also Quarterly Journal Geological Society, vol. xi., p. 510.

[159] The Reader for August 12, 1865.

[160] “History of the Isle of Man,” p. 86. My colleague, Mr. John Horne, in his “Sketch of the Geology of the Isle of Man,” Trans. of Edin. Geol. Soc., vol. ii., part iii., considers this conglomerate to be of Lower Carboniferous age.

[161] See Selwyn, “Phys. Geography and Geology of Victoria.” 1866. pp. 15−16; Taylor and Etheridge, Geol. Survey Vict., Quarter Sheet 13, N.E.

[162] Report on the Geology of the District of Ballan, Victoria. 1866. p. 11.

[163] Atrypa reticularis.

[164] Quart. Journ. Geol. Soc., vol. xii., p. 58.

[165] “Great Ice Age,” p. 513.

[166] “Great Ice Age,” p. 513.

[167] Brit. Assoc. Report for 1873.

[168] Quart. Journ. Geol. Soc., vol. xi., p. 519.

[169] Orthis resupinata.

[170] Prod. semireticulatus var. Martini. Sow.

[171] “Belcher’s Voyage,” vol. ii., p. 377.

[172] “Journal of a Boat Voyage through Rupert-Land,” vol. ii., p. 208.

[173] Quart. Journ. Geol. Soc., vol. xi., p. 197.

[174] Explanation Memoir to Sheet 47, “Geological Survey of Ireland.”

[175] Phil. Mag., vol. xxix., p. 290.

[176] “Memoirs of the Geological Survey of India,” vol. i., part i.

[177] Quart. Journ. Geol. Soc., vol. xxvi., p. 514.

[178] Ibid., vol. xxvii., p. 544.

[179] Phil. Mag., vol. xxix., p. 290.

[180] Journal of the Royal Dublin Society for February, 1857.

[181] Quart. Journ. Geol. Soc., vol. xi., p. 519.

[182] “The Last of the Arctic Voyages,” by Captain Sir E. Belcher, vol. ii., p. 389. Appendix Brit. Assoc. Report for 1855, p. 79.

[183] Ibid., vol. ii., p. 379. Appendix.

[184] “Manual of Geology,” pp. 395, 493.

[185] Appendix to McClintock’s “Arctic Discoveries.”

[186] Quart. Journ. Geol. Soc., vol. xiv., p. 262. Brit. Assoc. Report for 1857, p. 62.

[187] Quart. Journ. Geol. Soc., vol. xvi., p. 327. Geologist, 1860, p. 38.

[188] Phil. Mag., vol. xxix., p. 290.

[189] Trans. Geol. Soc. of Glasgow, vol. v., p. 64.

[190] “Principles,” vol. i., p. 209. Eleventh Edition.

[191] “Memoirs of the Royal Academy of Science of Turin,” Second Series, vol. xx. I am indebted for the above particulars to Professor Ramsay, who visited the spot along with M. Gastaldi.

[192] “Antiquity of Man,” Second Edition, p. 237.

[193] Dr. Robert Brown, in a recent Memoir on the Miocene Beds of the Disco District (Trans. Geol. Soc. Glasg., vol. v., p. 55), has added considerably to our knowledge of these deposits. He describes the strata in detail, and gives lists of the plant and animal remains discovered by himself and others, and described by Professor Heer. Professor Nordenskjöld has likewise increased the data at our command (Transactions of the Swedish Academy, 1873); and still further evidence in favour of a warm climate having prevailed in Greenland during Miocene times has been obtained by the recent second German polar expedition.

[194] The following are M. Leverrier’s formulæ for computing the eccentricity of the earth’s orbit, given in his “Memoir” in the Connaissance des Temps for 1843:—

Eccentricity in (t) years after January 1, 1800 = √h² + l² where

h = 0·000526 Sin (gt + ß) + 0·016611 Sin (g1t + ß1) + 0·002366 Sin (g2t + ß2) + 0·010622 Sin (g3t + ß3) − 0·018925 Sin (g4t + ß4) + 0·011782 Sin (g5t + ß5) − 0·016913 Sin (g6t + ß6)

и

l = 0·000526 Cos (gt + ß) + 0·016611 Cos (g1t + ß1) + 0·016611 Cos (g2t + ß2) + 0·010622 Cos (g3t + ß3) − 0·018925 Cos (g4t + ß4) + 0·011782 Cos (g5t + ß5) − 0·016913 Cos (g6t + ß6)

g  =  2″·25842 |  ß   = 126° 43′ 15″
g₁ =  3″·71364 | ß₁ =   27   21  26 
g₂ = 22″·4273   | ß₂ = 126   44    8  
g₃ =  5″·2989   | ß₃ =   85   47  45 
g₄ =  7″·5747   | ß₄ =   35   38  43 
g₅ = 17″·1527   | ß₅ = −25   11   33 
g₆ = 17″·8633   | ß₆ = −45   28   59 

[195] See Professor C. V. Zenger’s paper “On the Periodic Change cf Climate caused by the Moon,” Phil. Mag. for June, 1868.

[196] Phil. Mag. for February, 1867.

[197] Phil. Mag. for May, 1868.

[198] Student’s “Elements of Geology,” p. 91. Second Edition.

[199] In an interesting memoir, published in the Phil. Mag. for 1850, Mr. Alfred Tylor estimated that the basin of the Mississippi is being lowered at the rate of one foot in 10,000 years by the removal of the sediment; and he proceeds further, and reasons that one foot removed off the general surface of the land during that period would raise the sea-level three inches. Had it not been that Mr. Tylor’s attention was directed to the effects produced by the removal of sediment in raising the level of the ocean rather than in lowering the level of the land, he could not have failed to perceive that he was in possession of a key to unfold the mystery of geological time.

[200] Proc. Roy. Soc., No. 152, 1874.

[201] I have taken for the volume and mass of the sun the values given in Professor Sir William Thomson’s memoir, Phil. Mag., vol. viii. (1854).

[202] Phil. Mag., § 4, vol. xi., p. 516 (1856).

[203] Phil. Mag. for July, 1872, p. 1.

[204] “Principles,” p. 210. Eleventh Edition.

[205] “Principles,” vol. i., p. 107. Tenth Edition.

[206] The conception of submergence resulting from displacement of the earth’s centre of gravity, caused by a heaping up of ice at one of the poles, was first advanced by M. Adhémar, in his work “Révolutions de la Mer,” 1842. When the views stated in this chapter appeared in the Reader, I was not aware that M. Adhémar had written on the subject. An account of his mode of viewing the question is given in the Appendix.

[207] Petermann’s Geog. Mittheilungen, 1871, Heft. x., p. 377.

[208] Geol. Mag., 1872, vol. ix., p. 360.

[209] “Open Polar Sea,” p. 134.

[210] Journal of the Royal Geographical Society, 1853, vol. xxiii.

[211] “Physics of Arctic Ice,” Quart. Journ. Geol. Soc. for February, 1871.

[212] Some writers have objected to the conclusion that the antarctic ice-cap is thickest at the pole, on the ground that the snowfall there is probably less than at lower latitudes. The fact is, however, overlooked, that the greater thickness of an ice-cap at its centre is a physical necessity not depending on the rate of snowfall. Supposing the snowfall to be greater at, say, lat. 70° than at 80°, and greater at 80° than at the pole; nevertheless, the ice will continue to accumulate till it is thicker at 80° than at 70°, and at the pole than it is at 80°.

[213] It is a pity that at present no record is kept, either by the Board of Trade or by the Admiralty, of remarkable icebergs which may from time to time be met with. Such a record might be of little importance to navigation, but it would certainly be of great service to science.

[214] See Chapter XXVII., and also Geol. Mag. for May and June, 1870, and January, 1871.

[215] Phil. Mag. for April, 1866, p. 323.

[216] Ibid., for March, 1866, p. 172.

[217] Reader, February 10, 1866.

[218] In a former paper I considered the effects of another cause, viz., the melting of polar ice resulting from an increase of the Obliquity of the Earth’s Orbit.—Trans. Glasgow Geol. Soc., vol. ii., p. 177. Phil. Mag., June, 1867. See also Chapter XXV.

[219] Phil. Mag. for November, 1868, p. 376.

[220] Phil. Mag., November, 1868.

[221] “Origin of Species,” chap. xi. Fifth Edition.

[222] Lieutenant-Colonel Drayson (“Last Glacial Epoch of Geology”) and also Mr. Belt (Quart. Journ. of Science, October, 1874) state that Leverrier has lately investigated the question as to the extent of the variation of the plane of the ecliptic, and has arrived at results differing considerably from those of Laplace; viz., that the variation may amount to 4° 52′, whereas, according to Laplace, it amounts to only 1° 21′. I fear they are comparing things that are totally different; viz., the variation of the plane of the ecliptic in relation to its mean position with its variation in relation to the equator. Laplace estimated that the plane of the ecliptic would oscillate to the extent of 4° 53′ 33″ on each side of its mean position, a result almost identical with that of Leverrier, who makes it 4° 51′ 42″. But neither of these geometricians ever imagined that the ecliptic could change in relation to the equator to even one-third of that amount.

Лаплас продемонстрировал, что изменение плоскости эклиптики влияет на положение экватора, заставляя его изменяться вместе с ней, так что экватор никогда не мог бы отклониться более чем на 1° 22′ 34″ от своего среднего положения по отношению к эклиптике («Mécanique Céleste», том ii., стр. 856, перевод Боудича; см. также мемуар Лапласа «Sur les Variations de l’Obliquité de l’Écliptique», Connaissance des Temps за 1827 г., стр. 234), и мне не известно, чтобы Леверье пришел к иному выводу.

[223] Memoir on the Secular Variations of the Elements of the Orbits of the Planets, “Smithsonian Contributions to Knowledge,” vol. xvii.

[224] “Smithsonian Contributions to Knowledge,” vol. ix.

[225] “Distribution of Heat on the Surface of the Globe,” p. 14.

[226] Chapter IV.

[227] Quart. Journ. Geol. Soc., June, 1866, p. 564.

[228] Quart. Journ. Geol. Soc., vol. xxi., p. 186.

[229] “Geological Observer,” p. 446. See also Mr. James Geikie’s valuable Memoir, “On the Buried Forests and Peat Mosses of Scotland.” Trans. of the Royal Society of Edinburgh, vol. xxiv., and Chambers’ “Ancient Sea-Margins.”

[230] See Lyell’s “Antiquity of Man,” Second Edition, p. 282; “Elements,” Sixth Edition, p. 162.

[231] In order to determine the position of the solstice-point in relation to the aphelion, it will not do to assume, as is commonly done, that the point makes a revolution from aphelion to aphelion in any regular given period, such as 21,000 years; for it is perfectly evident that owing to the great irregularity in the motion of the aphelion, no two revolutions will probably be performed in the same length of period. For example, the winter solstice was in the aphelion about the following dates: 11,700, 33,300, and 61,300 years ago. Here are two consecutive revolutions, the one performed in 21,600 years and the other in 28,000 years; the difference in the length of the two periods amounting to no fewer than 6,400 years.

[232] Quart. Journ. Geol. Soc., vol. xxvii., p. 232. See also “The Last Glacial Epoch of Geology,” by the same author.

[233] Quart. Journ. of Science, October, 1874.

[234] The longer diameter passes from long. 14° 23′ E. to long. 165° 37′ W.

[235] “Principles,” vol. i., p. 294. Eleventh Edition.

[236] Phil. Mag. for August, 1864.

[237] “Elementary Geology,” p. 399.

[238] “The Past and Present Life of the Globe,” p. 102.

[239] “Memoirs of the Geological Survey,” vol. ii., Part 2, p. 404.

[240] “Coal Fields of Great Britain,” p. 45. Third Edition.

[241] “Journal of Researches,” chap. xiii.

[242] “Coal Fields of Great Britain,” p. 67.

[243] See “Smithsonian Report for 1857,” p. 138.

[244] Quart. Journ. Geol. Soc., May, 1865, p. civ.

[245] “Geology of Fife and the Lothians,” p. 116.

[246] “Life on the Earth,” p. 133.

[247] Quart. Journ. Geol. Soc., vol. xi., p. 535.

[248] Ibid., vol. xii., p. 39.

[249] Miller’s “Sketch Book of Practical Geology,” p. 192.

[250] From Geological Magazine, May and June, 1870; with a few verbal corrections, and a slight re-arrangement of the paragraphs.

[251] See Phil. Mag. for November, 1868, p. 374.

[252] See Phil. Mag. for November, 1868, pp. 366−374.

[253] Journ. Geol. Soc., vol. xxi., p. 165.

[254] Specimens of the striated summit and boulder clay stones are to be seen in the Edinburgh Museum of Science and Art.

[255] Phil. Mag. for April, 1866.

[256] “Tracings of the North of Europe,” 1850, pp. 48−51.

[257] Quart. Journ. Geol. Soc., vol. ii., p. 364.

[258] “Tracings of the North of Europe,” by Robert Chambers, pp. 259, 285. “Observations sur les Phénomènes d’Erosion en Norvège,” by M. Hörbye, 1857. See also Professor Erdmann’s “Formations Quaternaires de la Suède.”

[259] “Glacial Drift of Scotland,” p. 29.

[260] Geological Magazine, vol. ii., p. 343. Brit. Assoc. Rep., 1864 (sections), p. 59.

[261] Trans. Roy. Soc. Edin., vol. vii., p. 265.

[262] “Tracings of Iceland and the Faroe Islands,” p. 49.

[263] See Chap. XXIII.

[264] Mr. Thomas Belt has subsequently advanced (Quart. Jour. Geol. Soc., vol. xxx., p. 490), a similar explanation of the steppes of Siberia. He supposes that an overflow of ice from the polar basin dammed back all the rivers flowing northward, and formed an immense lake which extended over the lowlands of Siberia, and deposited the great beds of sand and silt with occasional freshwater shells and elephant remains, of which the steppes consist.

[265] Proc. Roy. Phys. Soc., Edin., vols. ii. and iii.

[266] From Geol. Mag. for January, 1871.

[267] Quart. Journ. Geol. Soc., xxvi., p. 517.

[268] British Assoc. Report for 1864 (sections), p. 65.

[269] Quart. Journ. Geol. Soc., xxvi., p. 90.

[270] Geol. Mag., vii., p. 349.

[271] Trans. Edin. Geol. Soc., vol. i., p. 136.

[272] Geol. Mag. for June, 1870. See Chap. XXVII.

[273] This was done by Mr. R. H. Tiddeman of the Geological Survey of England (Quart. Journ. Geol. Soc. for November, 1872), and the result established the correctness of the above opinion as to the existence of a North of England ice-sheet. Additional confirmation has been derived from the important observations of Mr. D. Mackintosh, and also of Mr. Goodchild, of the Geological Survey of England.

[274] Trans. Geol. Soc., vol. v., p. 516 (first series).

[275] Quart. Journ. Geol. Soc., vol. xi., p. 492. “Memoir of the Country around Cheltenham,” 1857. “Geology of the Country around Woodstock,” 1859.

[276] Geol. Mag., vol. vii., p. 497.

[277] Quart. Journ. Geol. Soc., vol. xxvi., p. 90.

[278] My colleague, Mr. R. L. Jack.

[279] The greater portion of this chapter is from the Trans. of Geol. Soc. of Edinburgh, for 1869.

[280] Chapter XV., p. 253.

[281] Trans. of the Geol. Soc. of Glasgow, vol. iii., part i., page 133.

[282] Mr. Milne Home has advanced, in his “Estuary of the Firth of Forth,” p. 91, the theory that this trough had been scooped out during the glacial epoch by icebergs floating through the Midland valley from west to east when it was submerged. The bottom of the trough, be it observed, at the watershed at Kilsyth, is 300 feet above the level of its bottom at Grangemouth; and this Mr. Milne Home freely admits. But he has not explained how an iceberg, which could float across the shallow water at Kilsyth, say, 100 feet deep, could manage to grind the rocky bottom at Grangemouth, where it was not less than 400 feet deep. “The impetus acquired in the Kyle at Kilsyth,” says Mr. Milne Home, “would keep them moving on, and the prevailing westerly winds would also aid, so that when grating on the subjacent carboniferous rocks they would not have much difficulty in scooping out a channel both wider and deeper than at Kilsyth.” But how could they “grate on the subjacent carboniferous rocks” at Grangemouth, if they managed to float at Kilsyth? Surely an iceberg that could “grate” at Grangemouth would “ground” at Kilsyth.

[283] Trans. of the Geol. Soc. of Glasgow, vol. iii., p. 141.

[284] Mr. John Young and Mr. Milne Home advanced the objection, that several trap dykes cross the valley of the Clyde near Bowling, and come to so near the present surface of the land, that the Clyde at present flows across them with a depth not exceeding 20 feet. I fear that Mr. Young and Mr. Milne Home have been misinformed in regard to the existence of these dykes. About a mile above Bowling there are one or two dykes which approach to the river-bank, and may probably cross, but these could not possibly cut off a channel entering the Clyde at Bowling. In none of the borings or excavations which have been made by the Clyde Trustees has the rock been reached from Bowling downwards. I may also state that the whole Midland valley, from the Forth of Clyde to the Firth of Forth, has been surveyed by the officers of the Geological Survey, and only a single dyke has been found to cross the buried channels, viz., one (Basalt rock) running eastward from Kilsyth to the canal bridge near Dullatur. But as this is not far from the watershed between the two channels it cannot affect the question at issue. See sheet 31 of Geological Survey Map of Scotland.

[285] Trans. Geol. Soc. Glasgow, vol. iv., p. 166.

[286] “Great Ice Age,” chap. xiii.

[287] See further particulars in Mr. Bennie’s paper on the Surface Geology of the district around Glasgow, Trans. Geol. Soc. of Glasgow, vol. iii.

[288] See also Smith’s “Newer Pliocene Geology,” p. 139.

[289] British Association Report for 1863, p. 89. Geologist for 1863, p. 384.

[290] See Geological Magazine, vol. ii., p. 38.

[291] Proc. Geol. Soc., vol. iii., 1840, p. 342.

[292] “Antiquity of Man” (Third Edition), p. 249.

[293] “Glacial Drift of Scotland,” p. 65. Trans. Geol. Soc. Glas., vol. i., part 2.

[294] “Memoir, Geological Survey of Scotland,” Sheet 23, p. 42.

[295] Mr. Robert Dick had previously described, in the Trans. Geol. Soc. Edinburgh, vol. i., p. 345, portions of these buried channels. He seems, however, to have thought that they formed part of one and the same channel.

[296] A description of this channel was read to the Natural History Society of Glasgow by Mr. James Coutts, the particulars of which will appear in the Transactions of the Society.

[297] “Occasional Papers,” pp. 166, 223.

[298] Memoir read before the Royal Society, January 7, 1869.

[299] “Alpine Journal,” February, 1870.

[300] Phil. Mag., January, 1872.

[301] Phil. Mag., July, 1870; February, 1871.

[302] Philosophical Magazine for January, 1870, p. 8; Proceedings of the Royal Society for January, 1869.

[303] Philosophical Magazine for March, 1869.

[304] Proceedings of Bristol Naturalists’ Society, p. 37 (1869).

[305] Ibid., vol. iv., p. 37 (new series).

[306] Phil. Mag., S. 4, vol. x., p. 303.

[307] Proceedings of the Bristol Naturalists’ Society, vol. iv., p. 39 (new series).

[308] See Philosophical Transactions, December, 1857.

[309] There is one circumstance tending slightly to prevent the rupture of the glacier, when under tension, which I do not remember to have seen noticed; that is, the cooling effect which is produced in solids, such as ice, when subjected to tension. Tension would tend to lower the temperature of the ice-molecules, and this lowering of temperature would have the tendency of freezing them more firmly together. The cause of this cooling effect will be explained in the Appendix.

[310] Phil. Mag., March, 1869; September, 1870.

[311] “Forms of Water,” p. 127.

[312] See text, p. 10.

[313] Mathematical and Physical Series, vol. xxxvi. (1765).

[314] “Memoirs of St. Petersburg Academy,” 1761.

[315] The calculations here referred to were made by Lagrange nearly half a century previous to the appearance of this paper, and published in the “Mémoires de l’Académie de Berlin,” for 1782, p. 273. Lagrange’s results differ but slightly from those afterwards obtained by Leverrier, as will be seen from the following table; but as he had assigned erroneous values to the masses of the smaller planets, particularly that of Venus, the mass of which he estimated at one-half more than its true value, full confidence could not be placed in his results.

Верхние пределы эксцентриситета, определенные Лагранжем, Леверье и г-ном Стоквеллом:—

| By Lagrange. | By Leverrier. | By Mr. Stockwell.
Mercury | 0·22208 | 0·225646 | 0·2317185
Venus | 0·08271 | 0·086716 | 0·0706329
Earth | 0·07641 | 0·077747 | 0·0693888
Mars | 0·14726 | 0·142243 | 0·139655
Jupiter | 0·06036 | 0·061548 | 0·0608274
Saturn | 0·08408 | 0·084919 | 0·0843289
Uranus | — | 0·064666 | 0·0779652
Neptune | — | — | 0·0145066

[J. C.]

[316] “Mém. de l’Acad. royale des Sciences.” 1827. Tom. vii., p. 598.

[317] Absolute zero is now considered to be only 493° Fah. below the freezing-point, and Herschel himself has lately determined 271° below the freezing-point to be the temperature of space. Consequently, a decrease, or an increase of one per cent. in the mean annual amount of radiation would not produce anything like the effect which is here supposed. But the mean annual amount of heat received cannot vary much more than one-tenth part of one per cent. In short, the effect of eccentricity on the mean annual supply of heat received from the sun, in so far as geological climate is concerned, may be practically disregarded.—[J. C.]

[318] “Principles of Geology,” p. 110. “Mr. Lyell, however, in stating the actual excess of eight days in the duration of the sun’s presence in the northern hemisphere over that in the southern as productive of an excess of light and heat annually received by the one over the other hemisphere, appears to have misconceived the effect of elliptic motion in the passage here cited, since it is demonstrable that whatever be the ellipticity of the earth’s orbit the two hemispheres must receive equal absolute quantities of light and heat per annum, the proximity of the sun in perigee exactly compensating the effect of its swifter motion. This follows from a very simple theorem, which may be thus stated: ‘The amount of heat received by the earth from the sun while describing any part of its orbit is proportional to the angle described round the sun’s centre,’ so that if the orbit be divided into two portions by a line drawn in any direction through the sun’s centre, the heats received in describing the two unequal segments of the ellipse so produced will be equal.”

[319] When the eccentricity of the earth’s orbit is at its superior limit, the absolute quantity of heat received by the globe during one year will be increased by only 1/300th part; an amount which could produce no sensible influence on climate.—[J. C.]

[320] Sir Charles has recently, to a certain extent, adopted the views advocated in the present volume, viz., that the cold of the glacial epoch was brought about not by a decrease, but by an increase of eccentricity. (See vol. i. of “Principles,” tenth and eleventh editions.) The decrease in the mean annual quantity of heat received from the sun, resulting from the decrease in the eccentricity of the earth’s orbit—the astronomical cause to which he here refers—could have produced no sensible effect on climate.—[J. C.]

[321] It is singular that both Arago and Humboldt should appear to have been unaware of the researches of Lagrange on this subject.

[322] “Révolutions de la Mer,” p. 37. Second Edition.

[323] See text, p. 37.

[324] See Philosophical Magazine for December, 1867, p. 457.

[325] Silliman’s American Journal for July, 1864. Philosophical Magazine for September, 1864, pp. 193, 196.

[326] Philosophical Magazine for August, 1865, p. 95.

[327] See text, p. 80.

[328] See text, p. 222.

[329] Proc. Roy. Soc., No. 157, 1875.

[330] See text, p. 522.

[331] Phil. Trans. for 1859, p. 91.

[332] See text, p. 527.

Transcriber’s Notes:

Пустые страницы были удалены.

Очевидные опечатки были молчаливо исправлены.

Рекламные объявления были перемещены в конец.