Я не посещал Гебридские острова, но любопытная аналогия их положения с положением Лофотенских островов предполагает желательность проведения наблюдений, подобных тем, что я сделал на последних. Если лед между материком и Внешними Гебридами был, как утверждает мистер Гейки, «безусловно более 2000 футов толщиной» и простирался до Ирландии, помимо соединения с еще более толстым ледяным щитом Скандинавии, то все эти острова должны быть оледеневшими, особенно мелкие скалы. Если я прав, то мелкие отдаленные острова, те, что к югу от Барры, должны, подобно соответствующим скалам Лофотенских островов, не обнаруживать никаких признаков того, что они были охвачены глубоким «ледяным морем» (mer de glace).
Я допускаю вероятность существования ледяного щита, простирающегося так, как описывает мистер Гейки, но утверждаю, что он быстро истончался в сторону моря и там превращался в простой ледяной припай, подобный тому, который сейчас препятствует судоходству в проливе Смит и других частях Северного Ледовитого океана. Оркнейские и Шетландские острова, с которыми я также не знаком, должны давать подобные решающие примеры, всегда принимая во внимание тот факт, что более крупные острова могли быть независимо оледенены за счет накоплений, обусловленных их собственными ледниковыми ресурсами. Именно мелкие скалы, стоящие на значительном расстоянии от берегов более крупных массивов суши, обеспечивают необходимые условия для проверки.
Из вышесказанного видно, что я согласен с мистером Гейки в том, что рассматриваю тилл как «донную морену» (moraine profonde), но расхожусь во мнениях относительно способа и места его отложения. Он утверждает, что он образовался под ледниками той толщины, которую он описывает, в то время как весь их вес давил на него.
Это представляется мне физически невозможным. Если такие ледники способны размывать твердые скалы, то слизистая грязь их собственных отложений никак не могла бы им противостоять. Единственный случай, когда это могло произойти, — это когда горная стена преграждала дальнейшее движение ледника вниз, или в карманах, или крутых впадинах, которые ледник мог перекрыть и заполнить; но такие карманы отнюдь не являются характерными местами залегания тилла, хотя тилл Швейцарии, возможно, и может служить примером первого случая. Большая глубина внутренних озер Норвегии, дно которых обычно находится далеко ниже дна нынешнего моря, находится в прямом противоречии с этим. Они должны были бы, прежде всего, быть заполнены тиллом, если бы тилл был донной мореной, образовавшейся на суше; но все, что мы знаем о них, подтверждает убеждение, что ледники углубляли их путем эрозии, а не делали их более мелкими путем отложения.
Умелая защита мистера Гейки теории эрозии озерных котловин Рэмзи странным образом не согласуется с его аргументами в пользу донной морены.
Я полностью согласен с аргументами мистера Гейки против теории айсбергов формирования тилла. Это, я думаю, он полностью опроверг.
Прежде чем закончить, я должен сказать несколько слов об этих любопытных линзовидных пластах песка и гравия в тилле, которые кажутся такими загадочными. Простое объяснение предлагается в связи с вышеприведенным эскизом формирования тилла. Все ледники, будь то в арктическом или умеренном климате, летом промываются ручьями, и они обычно заканчиваются в виде потока или каскада, низвергающегося в «мулен» — колодец, пробуренный ими самими и достигающий дна ледника. Каково же должно быть действие такого потока воды на мое предполагаемое подводное ложе тилла, едва касающееся дна ледника? Очевидно, вымыть мелкие глинистые частицы и оставить более крупный песок или гравий. Это должно образовать именно такой бассейн или линзовидную полость, которую описывает мистер Гейки. Их продолговатая форма, при которой их длинная ось совпадает с общим направлением ледника, была бы создана поступательным движением мулена. Соответствие их других особенностей этому объяснению будет видно при чтении описания мистера Гейки (стр. 18, 19 и т. д.).
Общее отсутствие морских животных и их случайное исключительное появление в прослойках — это именно то, чего можно было ожидать при условиях, которые я обрисовал. В мрачных подледниковых глубинах моря, пропитанных постоянными притоками пресной воды и охлажденных ниже точки замерзания действием соленой воды на лед, обычная морская жизнь была бы невозможна; в то же время, с другой стороны, любое отступление ледниковой границы восстановило бы условия для арктической животной жизни, чтобы снова быть уничтоженной с возобновлением внешнего роста плавающих окраин материкового ледяного покрова.
Но я должен воздержаться от дальнейшего обсуждения этих и других сопутствующих деталей, однако надеюсь вернуться к ним в другой статье.
В книге «По Норвегии с дамами» я слегка коснулся некоторых из них и более подробно описал некоторые любопытные и очень обширные свидетельства вторичного оледенения, которые ускользнули от моего внимания во время моего первого визита и которые также были упущены из виду другими наблюдателями. В вышеизложенном я старался как можно ближе придерживаться основной темы происхождения тилла и характера древнего ледяного щита.
БАРОМЕТР И ПОГОДА.
Барометр был изобретен Торричелли, итальянским философом XVII века. Он по существу состоит из длинной трубки, открытой с одного конца и закрытой с другого, частично заполненной ртутью; но вместо того, чтобы быть наполненной, как обычные сосуды, открытым концом или горлышком вверх, а закрытым концом или дном вниз, трубка барометра перевернута и имеет открытое горлышко, направленное вниз. Это открытое горлышко либо погружено в небольшую чашку с ртутью, либо слегка загнуто вверх.
Почему ртуть не вытекает из этого нижнего открытого конца и не переливается через край маленькой чашки, когда ее переворачивают после наполнения?
Ответ на этот вопрос включает в себя всю тайну и принцип работы барометра. Ртуть не выпадает, потому что нечто толкает ее вверх и поддерживает с определенной степенью давления, и этим «нечто» является атмосфера, которая простирается вокруг всего земного шара и давит вниз, в стороны и вверх — фактически во всех направлениях — с силой, равной ее весу, т. е. с давлением, равным примерно 15 фунтам на каждый квадратный дюйм. Столб или перпендикулярная квадратная палка воздуха толщиной в один дюйм с каждой стороны, простирающаяся от поверхности моря до вершины атмосферы, весит около 15 фунтов; другие столбы или палки рядом с ним со всех сторон весят столько же, и так далее с каждой частью; и все они вечно давят вниз и друг на друга, и, будучи текучими, передают свое давление во всех направлениях, против земли и всего, что на ней находится, а следовательно, и на ртуть в трубке барометра.
Мы предположили, что воздух состоит из столбов или палок воздуха размером в один дюйм с каждой стороны, но могли бы взять любой другой размер, и вес и давление были бы пропорциональны. Теперь ртуть, объем к объему, настолько тяжелее воздуха, что палка или столб этого жидкого металла высотой около 30 дюймов весит столько же, сколько палка или столб воздуха той же толщины, достигающий от поверхности земли до вершины атмосферы; следовательно, 30-дюймовый столб ртути уравновешивает давление многих миль атмосферы и поддерживается ею. Таким образом, столб ртути может быть использован для уравновешивания атмосферы и показа нам ее веса; и такой столб ртути является барометром, или «измерителем веса». Слово барометр составлено из двух греческих слов — baros, вес, и metron, мера.
Если вы возьмете стеклянную трубку длиной в ярд, закрытую с одного конца и открытую с другого, наполните ее ртутью, заткнете открытый конец большим пальцем, затем перевернете трубку и просто погрузите открытый конец в маленькую чашку с ртутью, часть ртути в трубке выльется в чашку, но не вся; только шесть дюймов выльются, остальные 30 дюймов останутся, с пустым пространством между ними и закрытым концом трубки. Когда вы это сделаете, вы создадите грубый барометр. Если вы подопрете трубку и будете внимательно наблюдать за ней изо дня в день, вы обнаружите, что высота столба ртути будет постоянно меняться. Если вы живете на уровне моря или около того, он иногда будет подниматься более чем на 30 дюймов над уровнем ртути в чашке и часто падать ниже этой высоты. Если вы живете на вершине высокой горы или на любой возвышенности, он никогда не достигнет 30 дюймов, будет по-прежнему изменчив, его средняя высота будет меньше, чем если бы вы жили на более низкой местности; и чем выше вы поднимаетесь, тем меньше будет эта средняя высота ртути.
Причина этого легко понятна. Когда мы поднимаемся на гору, мы оставляем некоторую часть атмосферы под собой, и, конечно, меньше остается наверху; это меньшее количество должно иметь меньший вес и давить на ртуть с меньшей силой. Если барометр говорит правду, он должен показать эту разницу; и он делает это с такой точностью, что с помощью барометра, или, скорее, двух барометров — одного у подножия горы и одного на ее вершине — мы можем по их разнице измерить высоту горы, при условии, что мы знаем правила для выполнения необходимых расчетов.
Старомодный барометр с большим циферблатом и стрелками, как у часов, называется «колесным барометром», потому что ртуть при подъеме и опускании перемещает маленький стеклянный поплавок, покоящийся на ртути открытого загнутого конца трубки; к этому поплавку и его противовесу прикреплен тонкий шнур; и этот шнур идет вокруг маленького желобчатого колеса, к которому прикреплены стрелки. Таким образом, подъем и опускание ртути перемещают поплавок, шнур поплавка поворачивает колесо, а колесо перемещает стрелку, которая указывает на слова и цифры на циферблате. Когда эта стрелка движется вправо, или в направлении движения часовой стрелки, барометр поднимается; когда она идет назад, или противоположно движению часовой стрелки, ртуть падает. Открыв маленькую дверцу на задней стороне такого барометра, можно увидеть вышеописанный механизм. Делая это или иным образом перемещая ваш барометр, будьте осторожны, всегда держите его в вертикальном положении.
Иногда случается, что эти колесные барометры внезапно перестают работать; и в большинстве случаев владелец барометра может сэкономить хлопоты и расходы на отправку его оптику, наблюдая, не соскочил ли шнур с маленького колеса, и если так, то просто вернув его в желоб на его краю. Если, однако, неисправность вызвана поломкой трубки, что сразу видно по вытекшей ртути, дело серьезное и требует профессиональной помощи.
Вертикальный барометр, который показывает поверхность самой ртути, является наиболее точным инструментом, при условии, что его внимательно читают. Эта форма инструмента всегда используется в метеорологических обсерваториях, где вносятся минутные поправки на расширение и сжатие, которые изменения температуры производят на длину ртути, не изменяя ее веса, и на небольшие колебания уровня ртутного резервуара. С такими инструментами, оснащенными аппаратом, называемым «верньер», высоту ртути можно прочитать с точностью до сотых долей дюйма.
Необходимость в 30 дюймах ртути делает ртутный барометр довольно громоздким инструментом: он должен быть более 30 дюймов в длину и подвержен поломкам из-за проливания ртути. По этой причине были изобретены портативные барометры совершенно другой конструкции. «Анероидный» барометр — один из них, единственный, который практически используется в какой-либо значительной степени. Он содержит металлическую коробку, частично заполненную воздухом; одна сторона коробки гофрирована и настолько тонка, что может подниматься и опускаться, как растянутое покрытие из индийской резины. По мере того как давление наружного воздуха меняется, она поднимается и опускается, и с помощью прекрасно сконструированного аппарата этот подъем и опускание увеличиваются и отображаются на циферблате. Такие барометры делаются достаточно маленькими, чтобы их можно было носить в кармане, и они очень полезны для измерения высоты гор; но они не совсем так точны, как ртутный барометр, и поэтому не используются для строго научных измерений; но для всех обычных целей они достаточно точны, при условии, что их время от времени сравнивают со стандартным ртутным барометром и регулируют с помощью оси для часового ключа, предусмотренной для этой цели и видимой на задней стороне инструмента. Они достаточно чувствительны, чтобы сказать путешественнику в поезде, поднимается он или спускается по склону, и укажут разницу в высоте между верхним и нижним этажами трехэтажного дома. С должной поправкой на изменения уровня путешественник может использовать их как индикаторы погоды; тем более что именно направление, в котором движется барометр (поднимается или падает), а не его абсолютная высота, указывает на изменения погоды. Таким образом, поместив анероид в своей комнате по прибытии в отель на ночь, тщательно отметив его высоту тогда и там, и сравнив это с другим наблюдением, сделанным на следующее утро, он может использовать его как барометр, несмотря на холмы и долины.
Водяные барометры были изготовлены по тому же принципу, что и ртутный барометр; но поскольку вода в 13½ раз легче, объем к объему, чем ртуть, высота столба должна быть в 13½ раз больше 30 дюймов, или, с учетом изменений, не менее 34 футов. Это, конечно, очень громоздко; испарение воды представляет собой еще одну значительную трудность, тем не менее такой барометр является очень интересным инструментом, так как он показывает атмосферные колебания в 13½ раз большем масштабе, чем обычный барометр. Таким образом, получается диапазон около пяти футов; и не только великие волны, но даже сравнительно небольшие ряби атмосферного океана отображаются им. В штормовую погоду можно видеть, как он поднимается, опускается и пульсирует, как живое существо, настолько чувствительно он реагирует на каждое атмосферное колебание.
Но почему высота барометра должна меняться, пока он остается на одном и том же месте?
Если количество воздуха, окружающего землю, остается прежним, и если барометр измеряет его вес правильно, почему барометр должен меняться?
Становится ли атмосфера больше и меньше, легче и тяжелее время от времени?
Это справедливые вопросы, и они сразу подводят нас к некоторым из главных применений барометра. Атмосфера — это великий газообразный океан, окружающий землю, и мы ползаем по дну этого океана. У него есть свои приливы, валы и вихревые потоки, но все они значительно больше, чем у океана водного. В одно время мы находимся под гребнем или округлой частью мощной атмосферной волны, в другое — впадина между двумя такими волнами находится над нашими головами, и, таким образом, глубина атмосферы, или количество воздуха над нами, изменчива. Это изменение является совокупным результатом многих взаимодействующих причин. Во-первых, существуют великие атмосферные приливы, вызванные, подобно морским, притяжением солнца и луны; но они не влияют непосредственно на барометр, потому что притягивающее тело поддерживает все, что оно поднимает. Изменения температуры также вызывают важные колебания в высоте и плотности атмосферы, некоторые из которых указываются барометром, другие — нет. Таким образом, простое расширение или сжатие сухого воздуха, увеличивающее глубину или плотность атмосферного океана, не повлияло бы на барометр, так как простое расширение и сжатие изменяют только объем, не влияя на вес воздуха. Но наша атмосфера состоит не только из постоянных газов, азота и кислорода; она содержит, помимо них и углекислого газа, значительное количество газообразного вещества, которое не является постоянным, но которое может быть газом в один момент — внося свой полный вес в вес общей атмосферы — а в другой момент часть его может конденсироваться в жидкие частицы, которые падают через нее более или менее быстро, и, таким образом, не вносят никакого вклада в ее вес.
Что же тогда представляет собой этот переменный компонент, который иногда добавляет к весу атмосферы и, как следствие, к высоте барометра, а в другое время может внезапно перестать вносить свой полный вклад в атмосферное давление?
Это просто вода, которая, как мы все знаем, существует в виде твердого тела, жидкости или газа, в зависимости от температуры и давления, которым она подвергается. Мы все знаем, что пар, когда он впервые выходит из носика чайника, является прозрачным газом, или истинным паром, но что вскоре, при контакте с прохладным воздухом, он становится белым, облачным веществом, или мельчайшими частицами воды; и что, если их еще больше охладить, они станут инеем, снегом или твердым льдом. Искусственный иней и снег могут быть образованы путем выброса струи пара в очень холодный, морозный воздух. Если вы возьмете жестяную канистру или другой металлический сосуд, наполните его смесью соли с толченым льдом или снегом, а затем приложите внешнюю сторону канистры к струе пара, такой как выходит из носика чайника, снежный налет инея покроет внешнюю сторону жести. Теперь давайте рассмотрим, что происходит, когда теплый юго-западный ветер, пронесшийся над тропическими регионами Атлантического океана, достигает сравнительно холодных берегов Британии. Он охлаждается при этом, и часть его газообразной воды конденсируется, образуя туманы, облака, дождь, иней или снег. Большая часть этого образуется и выпадает на западных побережьях, в Корнуолле, Ирландии, Западном нагорье Шотландии. Ирландия получает львиную долю этой влажности, отсюда и ее «изумрудная» зелень. Западный склон горы, подобным образом, получает больше дождя, чем сторона, обращенная на восток.
Как эта конденсация влияет на барометр?
Она должна, очевидно, заставить его упасть, поскольку воздух должен стать легче ровно на столько, сколько из него изымается и выпадает в виде осадков. Но осадки не завершаются сразу же после того, как происходит конденсация. Требуется некоторое время, чтобы мельчайшие облачные частицы собрались в капли дождя и упали на землю, в то время как влияние конденсации на барометр мгновенно; воздух начинает становиться легче, как только газ превращается в облако или туман, и барометр падает как раз в то же время и с той же скоростью, с какой это происходит; но дождь приходит некоторое время спустя. Отсюда и использование барометра как «барометра погоды». При разумном и правильном использовании он очень ценен в этом качестве; но, как и большинство вещей, его легко неправильно понять и использовать не по назначению.