Страница 8 из 9
Но сама же Земля предоставляла и противоположные свидетельства. В железнодорожных откосах и туннелях угольных шахт геологи делали находки, подтверждавшие ледниковую теорию Агассиса. Возникал вопрос: как примирить эти кажущиеся несовместимыми данные о прошлом Земли? Одно из предложенных объяснений гласило, что в прошлом континенты были намного выше, чем сегодня, в результате чего на более холодных возвышенностях формировались ледяные щиты, тогда как на остальной части Земли преобладал теплый климат. Но по мере накопления геологических данных о том, насколько обширную площадь занимали такие ледяные щиты, становилась очевидной несостоятельность и этой гипотезы. Уильям Хопкинс – талантливый математик, взрастивший в Кембриджском университете целую плеяду выдающихся ученых, – рассчитал, что такое оледенение могло наступить только в том случае, если бы весь Европейский континент был поднят на 10 000 м по сравнению с нынешним уровнем. Однако, добавлял он, «весь геологический опыт убеждает нас в том, что это [обстоятельство] не могло не оставить многочисленные красноречивые следы, кои в настоящее время не существуют»[19]. Пытаясь дать новое объяснение противоречивым данным о более холодном и более теплом прошлом планеты, Хопкинс предложил математический ответ: его расчеты показали, что если внутренняя часть Земли действительно остывает, то она уже остыла до такой степени, что центральное или «первозданное» тепло Земли (оставшееся от ее огненного рождения) вносит ничтожно малый тепловой вклад в температуру земной поверхности – всего 1/20 градуса[20]. Если доля остаточного тепла в температуре поверхности Земли столь мала, это фактически устраняет «проблему» тепловой смерти как фактора, влияющего на земной климат. Следовательно, геологам больше не нужно пытаться связать изменения климата на Земле с медленным охлаждением ее некогда расплавленного ядра. Подводя итог своим выкладкам, Хопкинс решительно, хотя и несколько беспомощно, заявлял: «Очевидно, что нам следует искать другие причины для объяснения тех температурных изменений, которые происходили в более поздние геологические периоды»[21]. Другими словами, эффект остывающего ядра Земли не мог вызывать эти относительно недавние климатические скачки. Оставалось узнать: что же могло?
Итак, Хопкинс опроверг утверждение, что в недавнем прошлом климат на Земле не мог быть холоднее, чем сегодня. К 1859 г., когда Тиндаль и его помощники сражались с метелью на Мер-де-Глас, ледниковая теория Агассиса была в целом принята научным сообществом, но два ключевых вопроса все еще требовали ответа. Во-первых, нужно было объяснить, каким образом перемещались ледяные щиты, которые, как утверждал Агассис, покрывали значительную часть Северного полушария. А во-вторых, ученые не понимали, что именно могло привести к столь резкому похолоданию в прошлом. Чтобы ответить на первый вопрос, необходимо было изучить движение существующих ледников, чем и занимался Тиндаль. Ответ же на второй вопрос, как оказалось, следовало искать за пределами Земли – в космосе.
В конце 1850-х – начале 1860-х гг. шотландец по имени Джеймс Кролл работал скромным смотрителем в университетском музее в Глазго. В отличие от своего современника Тиндаля, который к 30 годам стал профессором и получил определенное признание в научных кругах, Кролл был неизвестен. Он родился в бедной семье, которая не могла дать ему образование, однако еще в детстве открыл для себя книги, и его страстью стали естественные науки. Все последующие годы он отдавался этой страсти, зарабатывая на жизнь чем придется – плотничал, работал в чайной лавке, хотя для торговца был слишком уж молчалив… Почти три десятилетия Кролл занимался самообразованием, много читая и развивая интерес к теоретическим, а не эмпирическим исследованиям. Факты как таковые интересовали его мало: он мечтал разработать фундаментальную теорию, которая объяснила бы их все – весь мир. В начале 1860-х гг., поскольку обязанности смотрителя были не слишком обременительны, он с головой погрузился в изучение «современного на тот момент принципа преобразования и сохранения энергии и динамической теории тепла», читая труды Тиндаля, Фарадея, Джоуля и Уильяма Томсона, посвященные тепловой энергии, электричеству и магнетизму. Он также пристально следил за жаркими дебатами по «вопросу о причинах наступления ледникового периода»[22].
Самоучка с неординарным складом ума, не имевший формального образования и никак не связанный с научным сообществом, Кролл мог наблюдать за этими дебатами лишь со стороны. Но возможно, именно это дало ему необходимую широту взгляда – и свободу, – чтобы совершить величайший научный прорыв. В 1864 г. он опубликовал статью, в которой утверждал, что причины изменений климата – и, следовательно, ледниковых периодов – нужно искать не на Земле. По его мнению, все дело было в прихотливом танце Земли вокруг Солнца. Причем он настаивал на существовании в прошлом не одного, а именно множества ледниковых периодов, чередовавшихся с потеплениями (свидетельство чего в виде пластов органических веществ в гляциальных отложениях не так давно было обнаружено Арчибальдом Гейки). До Кролла некоторые именитые ученые, включая Александра фон Гумбольдта, Чарльза Лайеля и авторитетного астронома Джона Гершеля, уже рассматривали возможность влияния астрономических факторов. Гершель показал, что под действием гравитационных сил орбита Земли с определенной долгосрочной цикличностью меняет свой эксцентриситет, становясь чуть более эллиптической (сплюснутой), что приводит к более долгой зиме и короткому лету. Однако этот факт, по его мнению, не мог объяснить наступление ледниковых периодов, поскольку общее количество солнечного излучения, попадавшего на Землю, всегда оставалось одинаковым – проще говоря, более долгие зимы компенсировались более жаркими летними сезонами.
Подход Кролла был необычен в двух отношениях. Во-первых, он фактически отвергал материальные свидетельства, предоставленные геологической наукой, и не скрывал отсутствия интереса к научным «фактам и данным», полученным эмпирическим путем. (Заняв в конце концов место секретаря в Шотландской геологической службе, Кролл с удовлетворением отмечал, что эта работа «не требует глубокого знакомства с геологией», поэтому «избавляет мой разум от необходимости изучать науку, к которой я не имею большого пристрастия, и дает возможность посвятить все часы моего досуга занятию теми физическими вопросами, которые меня столь увлекают».)[23] А во-вторых, Кролл был мыслителем, стремившимся видеть общую картину. Отбросив груз разрозненных геологических данных вкупе с призванными объяснить их гипотезами, сводившимися к поднятию и опусканию континентов и наводнениям, он обратил свой взор на самый масштабный фактор, какой только можно было представить, – переменный эксцентриситет земной орбиты. И вот тут-то ему и удалось совершить настоящий прорыв: вместо того чтобы согласиться с утверждением Гершеля, что изменения климата на Земле нельзя объяснить изменениями ее орбиты, Кролл предположил, что этот астрономический фактор может влиять на климат через «вторичные причины», действующие на поверхности Земли и вполне способные приводить к ледниковым периодам.
Согласно Кроллу, тепло распространяется по земному шару посредством воды, а «вторичные причины», на которые он указал, возникали в результате сложного взаимодействия ее форм и происходили из ее физических свойств. Даже если общее количество солнечного света в году оставалось постоянным, в более холодные зимы выпадало больше снега. Не успевая растаять за короткое лето, он постепенно накапливался и начинал отражать все больше солнечного излучения обратно в космос, в результате чего Земля получала все меньше тепла и остывала. Увеличение площади снежного покрова способствовало образованию туманов, что создавало дополнительный барьер для солнечного тепла. С возрастанием перепада температур между холодными полюсами и теплыми тропиками пассаты начинали сильнее дуть в направлении экватора, отклоняя Гольфстрим на север, а родственное ему Южное экваториальное течение – на юг, что только усиливало тепловой дисбаланс. Таким образом запускался механизм положительных обратных связей (хотя сам Кролл не использовал этот термин), конечным результатом которого было погружение планеты в ледниковый период. Так продолжалось до тех пор, пока из-за влияния гравитационных сил орбита Земли не сжималась. Летом начинало таять все больше снега, океанические течения возвращались в прежние русла, и механизм положительных обратных связей раскручивался в обратном направлении, ускоряя таяние льдов и повышение температуры.
19
William Hopkins, "On the Causes which may have produced changes in the Earth's superficial temperature," Quarterly Journal of the Geological Society 8 (1 February 1852): 88.
20
В 1851 г. Хопкинс зачитал в Геологическом обществе статью, в которой привел оценку Пуассона, согласно которой вклад так называемого первобытного тепла в среднюю температуру Земли составлял не более 1/20 градуса. Этот вклад был не только незначительным, но и уменьшался такими медленными темпами, что потребовалось бы «сто тысяч миллионов лет», чтобы сократить его вдвое. Это было огромным временем даже по меркам тех геологов, которые были убеждены в длительности истории Земли. См.: Rosbie Smith, "William Hopkins and the Shaping of Dynamical Geology: 1830–1860," British Journal for the History of Science 22, no. 1 (March 1989): 41.
21
Hopkins, "On the Causes," 59. Хопкинс отметил, что, тогда как ранее геологи представляли «изменения климатических условий» только как переход «от более высокой к более низкой общей температуре на поверхности Земли», более «точные геологические исследования» показали, что «эти изменения в значительной степени носили колебательный характер» и, «будучи охарактеризованными как таковые, разумеется, не могут быть объяснены внутренним теплом Земли».
22
James Campbell Irons, Autobiographical Sketch of James Croll, with Memoir of his Life and Work (London: Edward Stanford, 1896), 32. Более подробно о Кролле см.: James Fleming, "James Croll in Context: The Encounter between Climate Dynamics and Geology in the Second Half of the Nineteenth Century," History of Meteorology 3 (2006): 43–54.
23
Irons, Croll, 228.