«Климат и время в их геологических отношениях»

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.