ПРИМЕЧАНИЕ ПЕРЕВОДЧИКА
Оглавление было добавлено для удобства навигации по книге.
В электронный текст были внесены исправления опечаток.
Сноски были перенесены в конец электронного текста.
Некоторые незначительные изменения в тексте отмечены в конце книги.
Геологические и солнечные климаты. Их причины и вариации.
ДИССЕРТАЦИЯ.
АВТОР:
Марсден Мэнсон, гражданский инженер.
Геология и физика: Калифорнийский университет, май 1893 г.
Зарегистрировано в соответствии с Актом Конгресса в 1893 году Марсденом Мэнсоном в офисе Библиотекаря Конгресса в Вашингтоне, округ Колумбия.
САН-ФРАНЦИСКО: Типография Джорджа Сполдинга и Ко., Клэй-стрит, 414.
CONTENTS
Page
Errata. ii
Preface. iii
Geological and Solar Climates, their Causes and Variations. 5
The Cause of the Ice Age. 5
The General Proposition. 14
A General Comparison of the Demonstration with the Facts of Geology. 24
Palæozoic Glaciation. 34
Mathematical Calculations as to the Duration of Earth Heat. 37
Astronomical Causes and Their Influence. 40
The Establishment of Solar Climates. 43
Footnotes.
ОПЕЧАТКИ.
Предисловие, предпоследняя строка: вместо «waiver» читать «waver».
Стр. 5, сноска, 7-я строка снизу: вместо «Hetvetic» читать «Helvetic».
Стр. 14, в сноске, 6-я строка сверху: вместо «Zenographic» читать «Zenographical».
Стр. 17, последняя строка: вместо «area» читать «era».
Стр. 20, 14-я строка сверху: вместо «wherever» читать «whenever».
Стр. 23, 3-я строка снизу: вместо «area» читать «era».
Стр. 23, 4-я строка снизу: вместо «merging» читать «emerging».
Стр. 41, 15-я строка сверху: после «necessary for the» вставить «removal of glacial conditions, and for the».
Стр. 44, второй абзац должен гласить: «Процесс удержания тепла, не являясь функцией орбитального расстояния или фактического количества полученного тепла, а зависящий от состава атмосферы, этот подъем и т. д.»
Стр. 47, 6-я строка сверху: вставить кавычку ” в конце абзаца после слова «out».
Там же, 6-я строка снизу: заменить * на †.
ПРЕДИСЛОВИЕ.
Поклонники истины трудятся в каждом селении — многие несут на себе ежедневное бремя жизни, от которого могут выкроить лишь несколько часов в день, чтобы посвятить их своей избранной вере.
Время от времени кто-то выходит вперед с искусно вырезанной драгоценностью, которую он придал форму, чтобы украсить свой алтарь. Иногда это лишь маленький кусочек, пригодный только для инкрустации стен, но он хорошо подходит к своему месту и укрепляет веру других тружеников. Иногда это великий краеугольный камень для какой-нибудь массивной арки, другие камни которой были заложены в прошлые времена. А иногда это могучая истина, которая вовсе не впишется в великое здание, пока не будет разрушена неверная работа, и тогда она образует основание для одной из непоколебимых и вечных башен. Столь чистой должна быть вера тех, кто склоняется перед освященными алтарями истины, что они скорее разрушили бы эти алтари, чем позволили бы им стоять на ошибке или даже укрывать ее.
Автор дает в этой небольшой книге краеугольный камень, который, как он знает, не подойдет к нынешнему зданию, если не будут устранены некоторые ошибки. Те, чья вера истинна, не будут колебаться и не приступят с неохотой к работе по перестройке.
ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ И СОЛНЕЧНЫЕ КЛИМАТЫ, ИХ ПРИЧИНЫ И ВАРИАЦИИ.
Причина Ледникового периода.
«Самая важная проблема в земной физике * * и та, которая в конечном итоге окажется наиболее далеко идущей по своим последствиям, заключается в следующем: каковы физические причины, приведшие к Ледниковой эпохе и ко всем тем великим вековым изменениям климата, которые, как известно, происходили в течение геологических эр?» (Д-р Кролл, «Климат и космология».)
«Внимательное изучение физической географии Земли и ее влияния на климат, вместе с разумным применением простейших физических теорий, позволит нам со временем получить лучшее знание о геологических климатах». (Проф. А. Воейков, Nature, 2 марта 1882 г., стр. 426.)
С тех пор как Агассис объявил [1] о существовании в прошлом эпохи, во время которой лед покрывал умеренные и тропические области суши, причина этого удивительного явления стала проблемой глубокого интереса. От правильного ее решения зависит также причина геологических климатов.
Интерес к этой теме настолько велик, что за последние пятьдесят лет ей было посвящено больше исследований, чем, пожалуй, любой другой в геологии; едва ли найдется ведущий научный журнал, в котором за год не вышло бы одной или нескольких статей на эту тему; и нет ни одного Геологического общества без усердных исследователей ледниковых явлений. Некоторые настолько поглощены этой темой, что, ведомые повторением определенных незначительных астрономических влияний, они признают ледниковый период на основании слабых и широко разбросанных свидетельств возможного раннего локального оледенения, забывая о том факте, что эра холодного климата не могла возникнуть между двумя эрами тропического климата без вмешательства эр умеренного климата.
Свидетельства, подтверждающие реальность Ледникового периода [2] в четвертичный период, теперь не подлежат сомнению. Однако трудно установить с помощью геологических данных синхронное оледенение всех континентальных областей, которые, как известно, были сильно оледенелы. Эта трудность возникает из-за того, что идентичность различных пластов должна быть установлена по ископаемым остаткам различных условий и характеристик; также редко случается, чтобы один и тот же геолог посетил и сравнил свидетельства более чем на двух континентах, тем самым исключая вероятные ошибки из-за неравномерной субаэральной денудации и воздействия в различных зонах нынешних климатов и на разных континентах. Опять же, доказательство одновременного существования соответствующих пластов на разных континентах в одной и той же широте иногда предпринимается путем сравнения наземной фауны и флоры с морской фауной и флорой, или даже путем более сложных сравнений. Ископаемая растительная жизнь гораздо более надежна, чем животная, для сравнительных целей.
Еще один вводящий в заблуждение фактор заключается в интерпретации великих трансконтинентальных линий конечных морен как абсолютных пределов оледенения. Учитывая большой промежуток времени с момента устранения ледниковых условий в умеренных и тропических широтах, более чем вероятно, что существующие нестертые свидетельства отнюдь не отмечают крайние пределы более легкого и более обширного оледенения, следы которого были уничтожены, но которое справедливо может быть интерполировано между существующими очень заметными следами огромного ледникового распространения в четвертичные времена. Не невозможно и не совсем невероятно, что раннее локальное оледенение не происходило в начале Кайнозойской эры или даже раньше, но данные, на которых можно установить возникновение такого раннего локального оледенения, скудны и неясны. Если свидетельства такого раннего локального оледенения будут развиты вне всякого сомнения, они никоим образом не помешают данной интерпретации, но они решительно подтвердят определенные части этой интерпретации. Насколько автору удалось изучить такие свидетельства, они были найдены между пластами, содержащими ископаемую жизнь жаркого характера, без признаков постепенного перехода к умеренному климату выше и ниже них, как при четвертичном оледенении. [3]
Прежде чем углубляться в эту дискуссию, возможно, будет уместно кратко рассмотреть основные теории, выдвинутые для объяснения Ледникового периода. Будет видно, что физики и астрономы соревновались с геологами в усердии поиска причины этой эпохи, и их умы были столь же плодовиты в количестве причин, приписанных как истинная. Ни одна из всех предложенных причин не была подкреплена аргументами без изъяна в рассуждениях, и не было сделано никакой демонстрации, которая убедила бы научный мир.
Не было бы поучительно пытаться рассмотреть все теории, которые были выдвинуты. Тенденция приписывать отдаленные, неадекватные или неясные причины, вместо того чтобы интерпретировать факты и явления в соответствии с известными законами, очевидна во многих из них. Некоторые авторы приписывали причины, основывающиеся только на гипотезах, выходящих за рамки анализа или исследования; такие гипотезы могут стоять только при отсутствии или неудаче всех других возможных причин. Поэтому будут кратко упомянуты только ведущие причины.
В недавней монографии по этому предмету приведены следующие: [4]
Уменьшение первоначального тепла земного шара.
Изменения в высоте суши и, как следствие, вариации в распределении суши и воды.
Изменения в наклоне земной оси.
Период большей влажности в атмосфере.
Вариации в количестве тепла, излучаемого солнцем.
Вариация в теплопоглощающей способности солнечной атмосферы.
Вариации в температуре космического пространства.
Совпадение афелийной зимы с периодом максимального эксцентриситета земной орбиты.
Комбинация 8 и 2.
Взгляды сэра Роберта Болла, доктора права и т. д., выраженные в его недавней работе «Причина Ледникового периода». [5]
Первая из этих теорий общепризнана и преподается даже в элементарных учебниках по физической географии, но она не объясняет все явления, сопровождающие Ледниковый период, или исчезновение этой эпохи, и, насколько известно автору, не была представлена в такой форме, чтобы удовлетворительно объяснить геологические и нынешние климаты в строгом соответствии с фактами и известными законами. Она также не была представлена в такой форме, чтобы объяснить ту эру геологических климатов, известную как Ледниковый период; более того, она не объясняет исчезновение этой эпохи.
Вторая оказалась локальным и коррелированным явлением, но не может быть принята как причина, поскольку оледенение в одних и тех же широтах зависело не только от высоты над уровнем моря.
Что касается третьей, хотя незначительные изменения наклона происходили и должны продолжать происходить, результаты слишком незначительны, а распределение ледниковых явлений слишком общее, чтобы оправдать принятие такого изменения в качестве первопричины.
Четвертая является необходимым следствием первой, но, как и первая, терпит неудачу, когда применяется решающий тест объяснения исчезновения континентальных ледяных щитов.
Пятая, шестая и седьмая теории — это лишь гипотезы, не подкрепленные ни демонстрацией, ни наблюдаемыми фактами.
Восьмая была представлена научному миру благодаря трудам и исследованиям того выдающегося геолога и физика, д-ра Джеймса Кролла, в его различных статьях в ведущих научных журналах и, наконец, в его великих вкладах в обсуждаемую тему: «Климат и время» и «Климат и космология».
Девятая поддерживалась одним из величайших английских натуралистов, г-ном Альфредом Расселом Уоллесом. Он объединяет теорию д-ра Кролла с теорией сэра Чарльза Лайеля и очень умело излагает свои взгляды в «Жизни островов».
Десятая — это представление д-ром Боллом, членом Королевского общества и т. д., интересной демонстрации того, что 63 процента солнечного тепла достигают каждого полушария во время его летнего воздействия, а остальные 37 процентов — во время зимнего воздействия. Ничего не добавлено к физической теории д-ра Кролла, и эта демонстрация никоим образом не устраняет серьезные возражения, которые были выдвинуты против взглядов д-ра Кролла.
Наибольшая поддержка, которая была оказана любой из вышеперечисленных теорий, сделана аргументами и дедукциями д-ра Кролла и г-на Уоллеса; однако они не смогли вызвать убеждение, ибо в недавней работе по геологии автор, после обзора различных теорий о причине Ледникового периода, использует такое выражение: «Это кажется наиболее вероятной из всех представленных до сих пор». [6]
Это мнение прямо высказано только об одной — девятой; но его формулировки таковы, что оно охватывает все. Если девятая «наиболее вероятна», было бы трудно определить степень вероятности или невероятности остальных.
Единственное объяснение, которое может быть принято, — это то, которое допускает определенное доказательство, удовлетворяет всем условиям и не требует искажения известных фактов путем насильственного втискивания их в произвольные формы. Оно должно исходить из общепризнанных предпосылок и в строгом согласии с известными законами правильно интерпретировать великие эры климата, которые ознаменовали геологическую историю нашего земного шара, и, далее, оно должно указать и полностью разъяснить, в чем и почему нынешние климаты нашего земного шара так радикально отличаются от тех обширных вековых вариаций, зафиксированных ископаемой жизнью — да, более того, оно должно быть настолько общим, чтобы иметь универсальную силу и быть применимым к другим членам солнечной системы, устроенным так же, как наш земной шар.
В кратком обзоре, только что сделанном по основным теориям, выдвинутым различными учеными как причины, вызывающие Ледниковый период, было отмечено относительно первой, что она общепризнана как истинная и даже преподается в элементарных работах по физической географии, но что она не объясняет все факты, выявленные Ледниковым периодом. Эта первая теория заключалась в уменьшении первоначального тепла земного шара, истинность чего установлена массой неоспоримых геологических свидетельств.
Нынешние условия настолько радикально отличаются от любой из эр климата, которые, как известно, существовали, что объяснение этого диапазона вековых изменений становится величайшей проблемой в земной физике и имеет важное значение для решения существующих условий на других планетах.
Общепризнано, что это первоначальное тепло было настолько утрачено, что оно больше не является фактором температуры поверхности Земли, и что солнечная энергия в настоящее время является контролирующим источником тепла.
Тогда не может быть ошибки ни в первом, ни в нынешнем состоянии Земли в отношении ее воздействия на два единственных источника тепла — (1) солнечное и звездное [7] тепло, и (2) резидентное, внутреннее или земное тепло. Поэтому не может быть ошибки относительно главных особенностей проблемы.
Должно было быть две отмеченные эры климатического контроля — (A) прошлая эра, во время которой оба источника были активны; (B) и нынешняя эра, в которой остается только больший внешний источник, так как локальный и меньший источник был практически исчерпан.
Или, другими словами, мы имеем, во-первых, нагретый земной шар, имеющий в своей массе резидентное конечное количество тепла, подвергающийся потере и подверженный воздействию внешнего источника тепла и света, который может быть либо постоянным, либо уменьшающимся в своей энергии, но настолько медленно, что его можно считать ощутимо постоянным в течение рассматриваемых эр; во-вторых, тот же земной шар, лишенный своего тепла до такой степени, что образовалась кора из непроводящего материала, внешняя поверхность которой подвержена только солнечному теплу, и чьи климаты полностью контролируются им. Цели заключаются в том, чтобы объяснить (1) своеобразную однородность климатов до исчерпания первого источника, и (2) возникновение эпохи общего оледенения во всех широтах до установления единоличного контроля внешнего источника; (3) причины различий между распределением тепла во время геологических и нынешних климатов. Такие объяснения должны быть в строгом соответствии с признанными фактами и известными законами, не опуская одного и не искажая другого.
Чтобы быть точными, мы заявим, что главные цели состоят в том, чтобы продемонстрировать —
1. Что при переходе Земли из эры, во время которой ее климаты контролировались внутренним теплом, в эру, во время которой ее климаты контролируются солнечным теплом, должны были быть пройдены эры однородных климатов, во время которых изотермы были независимы от широты.
2. Что прежде чем климаты могли перейти под солнечный контроль, должна была наступить эпоха, во время которой континентальные области должны быть оледенелы; и что это колоссальное явление, происходящее до солнечного климатического контроля, было также независимо от широты.
3. Что прямой причиной Ледникового периода была комбинация замечательных свойств, в отношении тепла и холода, которыми обладают различные формы воды. Как пар, в виде туманов и облаков, он предотвращал потерю или получение тепла путем излучения; как вода, благодаря своей высокой удельной теплоемкости, она удерживала до последнего момента эффективный остаток земного тепла; как лед, она принимала твердую форму, накапливая максимальное количество холода.
4. Указать в общем виде на заблуждения предыдущих попыток объяснить геологические и нынешние климаты.
Проблема будет дана в общем предложении, которое поддается демонстрации в полном согласии с известными законами.
[Эта демонстрация была впервые дана автором в сентябре 1891 года и воспроизведена здесь слегка измененной и расширенной из Том VIII Трудов Технического общества Тихоокеанского побережья.]
Общее предложение. [8]
ДАНО. — Нагретый земной шар, устроенный и находящийся в обстоятельствах, как Земля, и чьи температуры поверхности, по причине внутреннего тепла, выше точки кипения воды, доказать, что прежде чем температуры его поверхности могут перейти под контроль солнечного тепла (1) что климатические изменения должны быть независимы от широты, и (2) что континентальные области [9] должны быть оледенелы.
Будет замечено, что температуры поверхности земного шара, находящегося в таком положении, полностью контролируются его собственным внутренним или земным теплом; ибо между такой поверхностью и любым внешним источником должно существовать плотное облако пара. Тот факт, что прямые или лучистые тепловые лучи не могут проходить сквозь плотные туманы и облака, хорошо известен; [10] следовательно, земной шар, находящийся в таком положении, не может ни отдавать, ни получать лучистое тепло. Своеобразная функция солнечного тепла во время существования ощутимых количеств земного тепла заключалась в том, чтобы согревать верхние области атмосферы и внешнюю поверхность облаков, подверженных его силе, тем самым частично заменяя тепло, потерянное путем излучения в космос, и заставляя запас земного тепла длиться дольше.
Согласно условиям представленной проблемы, мы, таким образом, имеем земной шар, имеющий в своей массе резидентное конечное количество тепла, подверженное потере только посредством постепенного расширения воды в пар и воздействия этого пара на потерю тепла путем излучения с его верхней поверхности в космос. Этот пар затем конденсировался и в виде дождя, снега или града опускался весь или часть пути к Земле, получал еще один прирост тепла и поднимался, как прежде. Медленный процесс, но исчерпывающий во времени.