«Температура земли также имеет некоторую зависимость от нашей атмосферы. Можешь ли ты сказать нам, Ансел, как температура земли зависит от атмосферы?»
«Вы уже сказали нам, что атмосфера диатермична, позволяя теплоте солнца падать на землю почти без уменьшения силы. Если бы воздух был устроен так, чтобы перехватывать солнечные лучи, ясно, что земля получала бы меньше теплоты».
«Эта адаптация нашей атмосферы к передаче солнечных лучей, — сказал мистер Уилтон, — более тонкая, чем кажется на первый взгляд. Это не просто вопрос глубины и плотности, хотя это важные соображения, и это не просто вопрос элементов, из которых состоит атмосфера. Простые газы диатермичны. Атмосфера поэтому состоит из двух простых газов, кислорода и азота, не химически соединенных, а смешанных вместе. Сложные газы перехватывают прохождение теплоты. Аммиак, состоящий из водорода и азота, химически соединенных, почти полностью останавливает ее. Даже озон, который есть не что иное, как кислород в измененном или аллотропном состоянии, не является диатермичным. Диатермическое качество воздуха зависит, следовательно, не только от того факта, что он состоит из простых элементов, смешанных, но не химически соединенных, но также от состояния, или условия, этих простых элементов».
«Другой момент заслуживает внимания. Кислород — это элемент, имеющий широкий спектр очень сильных и активных сродств. Он готов соединиться с каждым известным веществом, за исключением фтора. Что, если бы какой-то другой столь же активный элемент был смешан с кислородом, чтобы сформировать атмосферу? Что, если бы вместо азота был подставлен пар серы? Что, если бы водород был поставлен на место азота? Два элемента соединились бы во внезапном горении или взрыве, и сама атмосфера погибла бы. Но азот — это вещество настолько вялое и инертное, что оно может быть приведено в соединение с кислородом только косвенными процессами. Поскольку воздух состоит из одного столь инертного элемента, как азот, атмосфера сохраняется, и, что почти так же важно, она сохраняется, как сейчас, состоящей из простых элементов, и, следовательно, диатермичной. Если бы наша атмосфера была сложным газом, мир погиб бы от холода».
«Температура Земли также зависит от определенных свойств земной поверхности. Я был бы рад, если бы мистер Хьюм объяснил это».
«Полагаю, — ответил мистер Хьюм, — вы имеете в виду свойства Земли как поглотителя и проводника теплоты. Земля непременно должна обладать способностью принимать и удерживать тепло, падающее на нее от Солнца. Если бы поверхность Земли была отполированной и блестящей, солнечное тепло отражалось бы в пространство, как от поверхности зеркала, и Земля получала бы весьма малую пользу от солнечного тепла. Темная почва поглощает тепло охотнее, чем почва более светлого цвета, а влажная почва из-за высокой удельной теплоемкости воды требует больше тепла для повышения своей температуры, чем сухая. Минеральные элементы почвы, а также ее плотность или пористость также способствуют формированию ее способности принимать и удерживать тепло. Цвет и состав почвы порой в значительной степени определяют климат региона. Проводящие свойства земной коры на самых глубоких ее уровнях также должны быть приняты во внимание. Если бы земная кора состояла из серебра или любого другого вещества с подобной проводящей способностью, а недра Земли были бы расплавленной породой, как это есть сейчас, внутреннее тепло проводилось бы к поверхности так быстро, что все на Земле было бы поглощено».
«От столь многих мудро отрегулированных и тонко сочетающихся обстоятельств, — сказал мистер Уилтон, — зависит температура Земли. Интенсивность солнечного тепла, размеры земной орбиты, состав нашей атмосферы в тончайших свойствах и отношениях ее элементов, а также материал, структура и цвет земной коры — от всего этого и многих других вещей, которые я не могу сейчас перечислять, зависит температура, необходимая для благополучия обитателей этого земного шара. Прошу прощения, мистер Хьюм, но позвольте мне спросить: не кажется ли вам такое сочетание сил и условий, объединяющихся ради блага человека, совершенно сверхчеловеческим и достойным мудрого и благого Творца?»
«Я не могу этого отрицать, сэр, — ответил он, — я не готов выдвигать какие-либо возражения. В превратностях жары и холода есть много болезненного для человека, и если бы я создавал мир, полагаю, я бы исключил их или, возможно, создал бы мир по совершенно иному плану. Но я не готов утверждать, что любые изменения, которые я мог бы внести, были бы улучшениями, хотя до недавнего времени я думал, что в творениях Природы проявляется больше знания и силы, а возможно, и случая, чем мудрости и благости. Но должен признаться, мое мнение сильно изменилось».
«Я думаю, что ваша перемена во взглядах направлена в верную сторону, и я рад этому. Мы познаем тайны Природы и гораздо лучше понимаем ее дух, когда приходим как благоговейные вопрошающие, а не с предвзятыми мнениями и покровительственным тоном. Я хорошо понимаю ваши чувства и состояние, ибо сам прошел тот же путь. Мои глаза когда-то были ослеплены славой науки; я поклонялся алтарю естественных законов. Но я узнал, что Бог больше Природы, Творец могущественнее творения. У Природы нет разума или цели вне плана и воли верховного Архитектора и Правителя, и этот внутренний план и цель Природы видны лишь в управлении и дисциплине нашего грешного рода. Я буду очень рад за вас и вместе с вами, если вы продолжите путь к той же цели, которой достиг я».
«Я буду очень рад, если приду к какому-то удовлетворительному и мирному заключению».
«Чтобы понять управление теплотой, — сказал мистер Уилтон, — мы должны принять к сведению различия и колебания земной температуры. Источники тепла постоянны. Солнце посылает свой поток тепла непрерывно и неизменно во веки веков. Внутренние огни Земли дают ровное внутреннее тепло. Механические и химические силы активны повсюду. Эти источники тепла не колеблются, не вспыхивают и не угасают, однако температура — самая изменчивая из всех непостоянных вещей. Переходя от экватора к полюсу, мы движемся от жаркого к холодному, от вечного лета к вечной зиме. И не только это, но и в одном и том же регионе температура никогда не остается прежней даже в течение двадцати четырех часов. Термометр может пройти путь от сорока градусов выше нуля до тридцати ниже нуля всего за несколько часов. Мы должны сначала рассмотреть силы, которыми порождаются эти неравенства. Ансел может упомянуть первую из них».
«Форма Земли», — сказал Ансел.
«Каким образом форма Земли действует, порождая неравенство температуры?»
«Земля — это сфера, и солнечные лучи падают на нее почти параллельными линиями. На центр полушария, обращенного к Солнцу, лучи падают перпендикулярно, Солнце находится прямо над головой, в то время как к краям полушария, из-за кривизны земной поверхности, лучи падают все более наклонно, как будто Солнце опускается к горизонту».
«Что это за неравенство температуры, порождаемое формой Земли?»
«Пять поясов», — ответил Питер.
«Этот предмет настолько хорошо понят, — сказал мистер Уилтон, — что мне не нужно тратить время на его объяснение. Каждый мальчик знает разницу между тем, чтобы поставить свою мокрую грифельную доску перед огнем сушиться так, чтобы тепло падало прямо и перпендикулярно на нее, и тем, чтобы поставить ее ребром к огню. На жаркий пояс Солнце светит перпендикулярно, на умеренные пояса — наклонно, а на холодные пояса — еще более наклонно, а в течение части года Солнце и вовсе скрыто. По мере того как лучи тепла падают наклонно, любое данное количество тепла распределяется, так сказать, по большей поверхности, и чем больше пространство, по которому оно распределено, тем слабее оно становится. Какова еще одна причина неравенства температуры?» Никто не ответил. «Сэмюэл, какова причина дня и ночи?»
«Вращение Земли вокруг своей оси».
«И вращение Земли вокруг своей оси, — продолжил мистер Уилтон, — приносит не только чередование света и тьмы, но также жары и холода. Тепло Солнца удаляется вместе со светом. Тепло Солнца не уходит с Земли, но одна половина земной поверхности постоянно отвернута от его влияния. Это должно порождать суточное изменение температуры. Это суточное колебание температуры может быть очень малым или может достигать семидесяти или восьмидесяти градусов. Сэмюэл, какова третья причина неравной температуры?»
«Наклонное положение земной оси и обращение Земли вокруг Солнца вызывают смену времен года».
«Если бы не это, Земля все равно имела бы свои пояса времен года; часть Земли имела бы бесконечное лето, часть — бесконечную весну, а остальная — непрерывную зиму, но чередование времен года в одном и том же месте было бы неизвестно. Ось Земли сейчас наклонена примерно на двадцать три градуса, двадцать семь минут, двадцать три секунды к плоскости земной орбиты, и поскольку эта ось постоянно сохраняет одно и то же положение, будучи параллельной в одной части земной орбиты своему положению в любой другой ее части, в течение одной части года северный полюс повернут на двадцать три с половиной градуса к Солнцу, в то время как в противоположной части года южный полюс таким же образом приводится к свету и теплу. Это заставляет Солнце казаться движущимся туда и обратно, на север и на юг, на двадцать три градуса, двадцать семь минут и двадцать три секунды от экватора в любом направлении. Тропики, или точки поворота, отмечают пределы северного и южного пути Солнца. Повсюду между тропиками Солнце в определенный период года проходит через зенит, то есть находится прямо над головой в полдень. К северу и югу от тропиков Солнце, кажется, поднимается выше летом и опускается ниже зимой. Летом Солнце в полдень примерно на сорок семь градусов ближе к зениту, чем зимой. В пределах полярных кругов, которые находятся на том же расстоянии от полюсов, что и тропики от экватора, тепло Солнца полностью удаляется в течение части года, а в течение другой части примерно такой же продолжительности Солнце не заходит. Крайности температуры, вызванные наклоном земной оси и ее обращением вокруг Солнца, очень велики. В северной части Миннесоты температура поднимается летом до ста градусов, а зимой опускается до пятидесяти градусов ниже нуля, давая таким образом чередование в сто пятьдесят градусов».
«В этой связи вы также можете вспомнить, что Солнце находится ближе к Земле в одной части своей орбиты, чем в другой. Эта разница составляет около 3 000 000 миль. Солнце также остается на восемь дней дольше к северу от экватора, чем к югу от него. Наше лето, следовательно, на восемь дней длиннее, чем лето южных полушарий, а наши зимы соответственно короче. Эти различия, однако, стремятся уравновесить друг друга, ибо, хотя южное лето короче, Солнце в это время находится ближе, а в то время как наше лето длиннее, Солнце находится дальше. Питер, вы можете объяснить нам влияние на температуру, вызванное разделением земной поверхности на сушу и воду».
«Я узнал во время изучения физической географии, что температура более ровная на море, чем на суше. Но почему, я не знаю».
«Гладкая поверхность моря отражает тепло лучше, чем неровная суша: по этой причине большая часть тепла, падающего на море, не поглощается, а отражается и теряется, насколько это касается температуры этого мира. Вода также является очень плохим проводником тепла и, кроме того, обладает очень высокой удельной теплоемкостью. По этим причинам море получает и отдает тепло медленнее, чем суша, и его поглощение или излучение вызывает меньшее изменение температуры. Результат, следовательно, заключается в том, что море прохладнее летом и теплее зимой, чем суша, и средняя температура океана ниже, чем средняя континентальная температура. Суша получает тепло охотнее и расстается с ним быстрее; колебания температуры, следовательно, должны быть больше. Отсюда следует, что во внутренних частях континентов гораздо большие крайности температуры, чем на побережье. Но о влиянии воды на выравнивание температуры у меня будет случай поговорить еще более подробно, и пока я пропущу это. Какой эффект, Питер, оказывает неровность земной поверхности на температуру?»
«Чем выше мы поднимаемся на горы, тем холоднее становится».
«То есть, Питер, чем больше высота любого места или страны над уровнем моря, тем ниже температура. Почти вся поверхность Земли представляет собой чередование гор и холмов, долин и равнин. Один континент имеет гораздо большую среднюю высоту, чем другой. Один регион или участок страны лежит с наклоном к Солнцу, другой наклонен от него. Эффект в первом случае такой же, как если бы Солнце было приведено ближе к положению над головой; в другом случае Солнце опущено к горизонту. Все это то же самое, как если бы регион страны был приближен к экватору или удален дальше от него. Эффекты кривизны Земли устраняются или преувеличиваются. Склонны ли облака порождать неравенства температуры?»
«Я думаю, они должны это делать, — ответил Сэмюэл. — Облака покрывают одну часть земной поверхности и закрывают тепло Солнца, в то время как другие части хорошо освещены солнечными лучами».
«Это верно, Сэмюэл. Кто-нибудь думает о другой причине неравенства температуры?»
Наступила пауза. Затем мистер Хьюм ответил: «Учитывая неизмеримые циклы прошлого, постепенное остывание Земли принесло большое изменение температуры».
«И это изменение, — продолжил мистер Уилтон, — было очень важным для благополучия человеческого рода. При нынешней температуре Земли угольные пласты, столь необходимые для культуры и прогресса человечества, едва ли могли бы сформироваться, а при температуре каменноугольных периодов, когда откладывались угольные пласты, человеческий род с трудом мог бы выжить. Высокая температура, необходимая для подготовки Земли для человека, теперь больше не нужна, но оказалась бы разрушительной. И это великое изменение температуры, несомненно, было вызвано остыванием Земли».
«Результат всех этих сил — формы Земли, ее суточных и годовых движений, наклона ее оси, эксцентриситета ее орбиты, разделения ее поверхности на сушу и воду, меняющейся высоты ее поверхности, а также облаков и штормов, которые скрывают Солнце, — заключается в том, что мы имеем большие крайности и быстрые переходы жары и холода, и всякое разнообразие климата. Эти изменения температуры часто болезненны и, если не остерегаться, опасны. И все же, взятые в целом, можно ли сомневаться, что разнообразие климата и изменение температуры полезны для человека? Какую усталость и вялость принесла бы неизменная температура! Как прохладный воздух ночи приходит как тонизирующее средство после расслабления жаркого полудня! Кто может оценить ценность наших северных зим, не только в создании энергичного и нервного физического строения, но и в помощи культуре людей и воспитании домашних добродетелей? Мы могли бы почти сказать, что ее зимние вечера были созданием Новой Англии. Но периоды жары необходимы для доведения фруктов и зерна до зрелости. Какое разнообразие и богатство продукции для использования человеком предоставляют различные пояса! Снабжение нужд человека было бы сравнительно скудным, если бы у нас был только один пояс, даже если бы у нас был выбор поясов. Но каждый пояс необходим для совершенства умеренных поясов. Чтобы мы могли иметь тепло лета в умеренных поясах, мы должны иметь жаркий пояс. Чтобы мы могли иметь тонизирующий холод умеренных поясов, мы должны иметь суровость полярных зим. Я не имею в виду, что Творец не мог бы придумать мир, который не имел бы этих болезненных крайностей, но наслаждался бы преимуществами умеренных регионов. Но это явно потребовало бы мира, устроенного на принципах, очень непохожих на те, что преобладают сейчас. С Богом это, несомненно, возможно, но способ для нас непостижим. Но мы можем легко увидеть, что нынешним устройством вещей Бог обеспечил много великих преимуществ для человека — как много и как велики, мы едва ли можем понять — и очевидные недостатки мы не можем положительно утверждать как реальные зло. Мы можем безопасно заявить, что этот мир хорошо приспособлен к нуждам человека. Но эти неравенства температуры модифицируются и смягчаются самой всеобъемлющей и благотворной системой сил, с помощью которых крайности предотвращаются от становления разрушительными. В этой системе компенсирующих сил ясно развиты две великие божественные идеи: экономия в расходовании тепла и благожелательность к человеку. К этой теме мы теперь готовы приступить».
ГЛАВА VIII.
МОДИФИКАЦИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ.
Возобновляя тему с того места, где она была оставлена в предыдущий день Господень, мистер Уилтон сказал:
«Мы видели на нашем последнем занятии, что самые заметные и постоянные черты Земли стремятся порождать различия и большие крайности температуры. Эти вариации температуры в должных пределах должны рассматриваться как полезные, если не абсолютно необходимые для благополучия человеческого рода. Различные пояса дают миру более богатое и разнообразное снабжение пищей, а также более прекрасные и разнообразные растения и животных. Смена времен года дает разнообразие в опыте жизни; тепло лета созревает фрукты и зерно, а холод зимы тонизирует физическую силу; более того, зимний мороз — это естественный глубокий рыхлитель, разрыхляющий твердую землю и способствующий росту растений. Что касается высших интересов человека, никто не может сказать, чем мир обязан зимним вечерам, периоду темноты, более долгому, чем нужно для сна, и периоду холода, в течение которого работа земледелия может в значительной степени прекратиться. Знание, домашние добродетели и религия в значительной степени обязаны нашим зимам. Но если бы этим силам, которые стремятся порождать неравенство температуры, позволили действовать без противодействующих влияний, крайности жары и холода перестали бы быть приятными и здоровыми и стали бы разрушительными. Мы теперь должны начать рассмотрение тех противодействующих сил, с помощью которых крайности температуры смягчаются».
«Давайте посмотрим сначала на суточное колебание температуры, вызванное вращением Земли вокруг своей оси. Вращение Земли приводит каждое место по очереди под влияние солнечных лучей и в свою очередь удаляет его от тепла Солнца, таким образом порождая ежедневное изменение температуры. Как это суточное изменение температуры облегчается?»