ВРЕМЯ РОЖДЕНИЯ МИРА И ДРУГИЕ НАУЧНЫЕ ЭССЕ

автор:

ДЖ. ДЖОЛИ, магистр искусств, доктор естественных наук, член Королевского общества, ПРОФЕССОР ГЕОЛОГИИ И МИНЕРАЛОГИИ В ДУБЛИНСКОМ УНИВЕРСИТЕТЕ

E. P. DUTTON AND COMPANY 681 ПЯТАЯ АВЕНЮ, НЬЮ-ЙОРК

Produced by Hugh Rance, 2005

Обложка

Титульный лист

СОДЕРЖАНИЕ

I. ВРЕМЯ РОЖДЕНИЯ МИРА ————————————————— 1

II. ДЕНУДАЦИЯ ———————————————————————— 30

III. ИЗОБИЛИЕ ЖИЗНИ ——————————————————— 60

IV. ЯРКИЕ ЦВЕТА АЛЬПИЙСКИХ РАСТЕНИЙ ————— 102

V. ГЕНЕЗИС ГОР ——————————————————————— 116

VI. СТРУКТУРА АЛЬП ——————————————————— 146

VII. ИНЫЕ РАЗУМЫ, КРОМЕ НАШЕГО —————————— 162

VIII. ЛАТЕНТНОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ ———————————— 202

IX. ПЛЕОХРОИЧНЫЕ ГАЛО ————————————————— 214

X. ПРИМЕНЕНИЕ РАДИЯ В МЕДИЦИНЕ —————————— 244

XI. КАТАНИЕ НА КОНЬКАХ ————————————————— 260

XII. РАЗМЫШЛЕНИЯ О ДОМАТЕРИАЛЬНОЙ ВСЕЛЕННОЙ — 288

СПИСОК ИЛЛЮСТРАЦИЙ

ТАБЛИЦА I. ЛЮЦЕРНСКОЕ ОЗЕРО, ВИД НА ЗАПАД ОТ БРУННЕНА — Фронтиспис

ТАБЛИЦА II. «ПОДНЯТЫЕ ИЗ МОРЯ». СКАЛЫ ТИТЛИСА, ШВЕЙЦАРИЯ — напротив стр. 4

ТАБЛИЦА III. АЛЬПИЙСКИЙ ПОТОК В ДЕЙСТВИИ — ВАЛЬ-Д’ЭРЕН, ШВЕЙЦАРИЯ — напротив стр. 31

ТАБЛИЦА IV. ЗЕМЛЯНЫЕ СТОЛБЫ — ВАЛЬ-Д’ЭРЕН — напротив стр. 34

ТАБЛИЦА V. «СЦЕНЫ ОПУСТОШЕНИЯ». ВАЙСХОРН, ВИД С БЕЛЛА-ТОЛА, ШВЕЙЦАРИЯ — напротив стр. 40

ТАБЛИЦА VI. АЛЛЮВИАЛЬНЫЙ КОНУС — НИКОЛАЙТАЛЬ, ШВЕЙЦАРИЯ. МОРЕНА НА ЛЕДНИКЕ АЛЕЧ, ШВЕЙЦАРИЯ — напротив стр. 50

ТАБЛИЦА VII. В РАЙОНЕ КРОЧИ; ДОЛОМИТЫ. РОТВАНД, ВИД С МОНТЕ-ПИАНО — напротив стр. 60

ТАБЛИЦА VIII. ПИХТЫ, ШТУРМУЮЩИЕ ВЫСОТЫ МАДЕРАНЕРТАЛЯ, ШВЕЙЦАРИЯ — напротив стр. 73

ТАБЛИЦА IX. ЖИЗНЬ У СНЕЖНОЙ ЛИНИИ; ПУШИЦА В СВОЕЙ СТИХИИ. У ПЕРЕВАЛА ЧИНГЕЛЬ, ШВЕЙЦАРИЯ — напротив стр. 80

ТАБЛИЦА X. РАДОСТЬ ЖИЗНИ. АМПЕЦЦОТАЛЬ; ДОЛОМИТЫ — напротив стр. 93

ТАБЛИЦА XI. «СОСНЫ В ТОРЖЕСТВЕННОМ ПОКОЕ». ДЮССИШТОК; МАДЕРАНЕРТАЛЬ — напротив стр. 100

ТАБЛИЦА XII. АЛЬПИЙСКИЕ ЦВЕТЫ В ДОЛИНАХ — напротив стр. 105

ТАБЛИЦА XIII. АЛЬПИЙСКИЕ ЦВЕТЫ НА ВЫСОТАХ — напротив стр. 106

ТАБЛИЦА XIV. ГОРНОЕ ОДИНОЧЕСТВО; ВАЛЬ-ДЕ-ЗИНАЛЬ. СЛЕВА НАПРАВО: РОТХОРН; БЕССО; ОБЕРГАБЕЛЬХОРН; МАТТЕРХОРН; ПИК-ДЕ-ЗИНАЛЬ (СКВОЗЬ ОБЛАКА); ДАН-БЛАНШ — напротив стр. 116

ix

ТАБЛИЦА XV. СЕКТОР ЗЕМЛИ: ПОДЪЕМ ИЗОГЕОТЕРМ В ОТЛОЖЕНИЯХ, ВЫДЕЛЯЮЩИХ РАДИОАКТИВНОЕ ТЕПЛО — напротив стр. 118

ТАБЛИЦА XVI. «ГОРЫ ПРИХОДЯТ И УХОДЯТ». ДАН-БЛАНШ, ВИД С САССЕНЕЙРА — напротив стр. 133

ТАБЛИЦА XVII. СХЕМАТИЧЕСКИЕ РАЗРЕЗЫ ГИМАЛАЕВ — напротив стр. 140

ТАБЛИЦА XVIII. ОСТАТКИ ДЕНУДАЦИИ. МАТТЕРХОРН, ВИД С ВЕРШИНЫ ЗИНАЛЬ-РОТХОРНА — напротив стр. 148

ТАБЛИЦА XIX. СКЛАДЧАТЫЕ ПОРОДЫ МАТТЕРХОРНА, ВИД ИЗБЛИЗИ ХЁБАЛЬМА. ЭСКИЗ 1906 ГОДА — напротив стр. 156

ТАБЛИЦА XX. КАРТА МАРСА СКИАПАРЕЛЛИ 1882 ГОДА И ДОПОЛНЕНИЯ (КРАСНЫМ) 1892 ГОДА — напротив стр. 166

ТАБЛИЦА XXI. ГЛОБУС МАРСА, ПОКАЗЫВАЮЩИЙ ТРАЕКТОРИЮ ПАДАЮЩЕГО СПУТНИКА — напротив стр. 188

ТАБЛИЦА XXII. КАНАЛЫ, НАНЕСЕННЫЕ НА КАРТУ ЛОУЭЛЛОМ, В СРАВНЕНИИ С КАНАЛАМИ, ОБРАЗОВАННЫМИ ПАДАЮЩИМИ СПУТНИКАМИ — напротив стр. 192

ТАБЛИЦА XXIII. ГАЛО В СЛЮДЕ; ГРАФСТВО КАРЛОУ. ГАЛО В БИОТИТЕ, СОДЕРЖАЩЕМСЯ В ГРАНИТЕ — напротив стр. 224

ТАБЛИЦА XXIV. РАДИЕВОЕ ГАЛО, СИЛЬНО УВЕЛИЧЕННОЕ. ТОРИЕВОЕ ГАЛО И РАДИЕВОЕ ГАЛО В СЛЮДЕ — напротив стр. 228

ТАБЛИЦА XXV. ГАЛО ВОКРУГ КАПИЛЛЯРА В СТЕКЛЯННОЙ ТРУБКЕ. ГАЛО ВОКРУГ ТРУБЧАТЫХ КАНАЛОВ В СЛЮДЕ — напротив стр. 230

ТАБЛИЦА XXVI. ЛЕДНИК АЛЕЧ, ШВЕЙЦАРИЯ — напротив стр. 282

ТАБЛИЦА XXVII. СРЕДНИЙ ЛЕДНИК АЛЕЧ, ПРИМЫКАЮЩИЙ К БОЛЬШОМУ ЛЕДНИКУ АЛЕЧ. ЛЕДНИКИ ЛАУТЕРБРУННЕНТАЛЯ — напротив стр. 285

ТАБЛИЦА XXVIII. Валун на леднике Алеч. Гранитный эрратический валун близ Раундвуда, графство Уиклоу; ныне разбит и удален — напротив стр. 286

А также пятнадцать иллюстраций в тексте.

x

ПРЕДИСЛОВИЕ

В этом томе собраны двенадцать эссе, написанных в разное время за последние годы. Многие из них представляют собой исследования, подготовленные для научных журналов или прочитанные в качестве популярных лекций. Некоторые являются изложением взглядов, научное обоснование которых можно считать установленным. Другие — их большинство — можно описать как попытки решения проблем, к которым невозможно подойти путем прямого наблюдения.

Эссе «Время рождения мира» основано на лекции, прочитанной в Королевском дублинском обществе. Эта тема привлекла большое внимание в последние годы. Возраст Земли, безусловно, имеет первостепенное значение для нашего понимания долговечности планетных систем. В эссе рассматриваются доказательства, полученные в результате исследования чисто земных явлений, относительно периода, прошедшего с момента конденсации океана на поверхности Земли. Недавнее дополнение доктора Декера к этой теме появилось слишком поздно, чтобы его можно было включить. Он обнаружил, что движения (называемые изостатическими), которые геологи признают происходящими глубоко в земной коре, указывают на возраст того же порядка величины,

xi

что и возраст, выведенный из статистики истории денудации.[1]

Тема «Денудации» естественным образом вытекает из первого эссе. Размышляя над методом определения возраста океана по накоплению в нем натрия, я еще в 1899 году, когда была опубликована моя первая статья, понял, что этот метод дает возможность установить общую сумму денудационных процессов, произошедших на поверхности Земли с начала геологического времени; полученное знание никоим образом не предполагает каких-либо допущений относительно продолжительности периода, охватывающего денудационные действия. С тех пор эта идея разрабатывалась в различных публикациях как мной, так и другими. «Денудация», включая общий обзор темы, является в основном популярным изложением этого метода и его результатов. Она завершается ссылкой на увлекательные проблемы, представленные внутренней природой осадконакопления: отраслью науки, в которую я пытался внести свой вклад несколько лет назад.

«Генезис гор» впервые затрагивает тему геологического вмешательства радиоактивности. Я полагаю, что не может быть сомнений во влиянии трансформирующихся элементов на развитие поверхностных особенностей Земли; и, если я прав, этот источник тепловой энергии в основном ответственен за то локальное накопление складчатости, которое мы называем горными цепями. Статья

[1] Bull. Geol. Soc. America, vol. xxvi, март 1915 г.

xii

о «Структуре Альп» является перепечаткой из книги «Радиоактивность и геология», которая для полноты картины включена сюда. Она направлена на разъяснение детали генезиса гор: детали, которая входит в современные теории развития Альп. Слабость теории «горста» очевидна, однако, во многих других ее применениях; если не, по правде говоря, во всех.

Вышеупомянутые эссе о физических влияниях, воздействующих на поверхностные особенности Земли, сопровождаются эссе под названием «Изобилие жизни». Оно возникло среди подавляющего представления о жизни, которое предстает перед нами в Швейцарских Альпах. Тема достаточно вдохновляющая. Неужели нельзя найти фундаментальную причину для настойчивости и агрессивности жизни? Жизнеспособность — это постоянно расширяющееся явление. Очевидно, что великие принципы, которые были сформулированы для объяснения происхождения видов, на самом деле не затрагивают проблему. В этом эссе — которое является ранним (1890 г.) — объяснение всего этого великого дела ищется — и, как я полагаю, найдено — в отношении организма к внешней по отношению к нему энергии; отношении, которое приводит к уклонению от замедляющих и диссипативных эффектов, преобладающих в безжизненных динамических системах всех видов.

«Иные разумы, кроме нашего?» пытается решить спорный вопрос о происхождении марсианских «каналов». Эссе представляет собой сокращенный вариант двух популярных лекций на эту тему. Ранее я уже написал изложение своих взглядов, которое довело исследование так далеко, как было

xiii

в моих силах. Эта статья появилась в «Трудах Королевского дублинского общества» за 1897 год. Предложенная теория является чисто физической, и, если она оправдана, мнение о том, что на Марсе существуют разумные существа, не находит поддержки в его видимых поверхностных особенностях; но, по сути, сталкивается с новыми трудностями.

«Плеохроичные гало» — это популярное изложение незаметного, но очень красивого явления в горных породах. Крошечные темные сферы — микроскопическая деталь — появляются повсюду в некоторых минералах горных пород. Что это такое? Открытия недавних радиоактивных исследований — главным образом благодаря Эрнесту Резерфорду — дают ответ. Измерения, примененные к этим маленьким объектам, делают объяснение несомненным. Они оказываются совершенно необычной записью радиоактивной энергии; записью, накопленной с отдаленных геологических времен и косвенно заверяющей нас в стабильности химических элементов в целом с начала мира. Эта уверенность, без доказательств, часто принимается как должное в наших взглядах на геологическую историю земного шара.

«Катание на коньках» — это дискурс с недавним дополнением, поддерживающим исходный тезис. Это иллюстрация обычного опыта — объяснение неважного действия, включающее принципы, которые считаются наиболее влиятельными как часть ресурсов Природы.

Обращение «Латентное изображение» касается предмета, к которому до времени моего эссе обращались различные авторы; но, насколько мне известно, объяснение

xiv

основанное на фактах фотоэлектричества, не предпринималось. Студенты, изучающие этот предмет, заметят, что высказанные взгляды схожи с теми, что впоследствии были выдвинуты Ленардом и Зеландом для объяснения фосфоресценции. Весь этот вопрос имеет большее практическое значение, чем кажется на первый взгляд, поскольку фотоэлектрическая природа эффектов, участвующих в радиационном лечении многих жестоких болезней, по-видимому, не вызывает сомнений.

Именно в связи с фотоэлектрической наукой я пришел к интересу к применению радиоактивности в медицине. Лекция «Применение радия в медицине» посвящена этой теме. Ближе к концу этого эссе можно найти ссылку на практический результат таких исследований, который, улучшив методы и облегчив применение радиоактивного лечения, в руках квалифицированных врачей уже привел к облегчению страданий.

Опуская многое, что вполне могло бы появиться в предисловии, следует добавить слово относительно иллюстраций пейзажей. Они представляют собой небольшую подборку из значительного числа фотографий, сделанных во время моих летних странствий по Альпам в компании Генри Х. Диксона. Исключением является Таблица X, которая принадлежит покойному доктору Эдварду Стэплтону. Из того, что было сказано выше, можно сделать вывод, что эти иллюстрации уместно включены в страницы, которые так многим обязаны альпийскому вдохновению. Они иллюстрируют

xv

рассматриваемые темы, и, будем надеяться, в некоторых случаях они напомнят читателю сцены, которые в прошлом влияли на его мысли таким же образом; сцены, которые в своей бесконечной перспективе, кажется, сводят к их истинной незначительности менее важные вещи жизни.

Я выражаю свою благодарность мистеру Джону Мюррею за любезное согласие на переиздание эссе «Время рождения мира» со страниц «Science Progress»; компании Messrs. Constable & Co. за разрешение перепечатать «Плеохроичные гало» из «Bedrock», а также сделать некоторые выдержки из «Радиоактивности и геологии»; и Совету Королевского дублинского общества за разрешение переиздать некоторые статьи из «Трудов Общества».

Геологическая лаборатория Айви, Тринити-колледж, Дублин.

Июль 1915 г.

xvi

ВРЕМЯ РОЖДЕНИЯ МИРА [1]

ДАВНО Лукреций писал: «Ибо недостаток сил для решения вопроса тревожит ум сомнениями, было ли когда-либо время рождения мира и будет ли, соответственно, какой-либо конец». «И если» (говорит он в ответ) «не было времени рождения земли и неба и они существуют извечно, почему до Фиванской войны и разрушения Трои другие поэты не воспевали другие темы? Куда так часто исчезали столь многие деяния людей, почему они нигде не живут, воплощенные в прочных записях славы? Истина, мне кажется, в том, что сумма имеет недавнюю дату, и природа мира нова и лишь недавно начала свое существование».[2]

Так говорил Лукреций почти 2000 лет назад. С тех пор мы достигли другой точки зрения и обнаружили совсем иные ограничения. Для Лукреция мир начался с человека, и ответ, который он дал бы на свои вопросы, соответствовал его философии: он датировал бы время рождения мира с того момента, когда

[1] Лекция, прочитанная в Королевском дублинском обществе 6 февраля 1914 г. Science Progress, том ix., стр. 37

[2] De Rerum Natura, перевод Г. А. Дж. Манро (Кембридж, 1886).

1

поэты впервые запели на земле. Современная наука вместе с теорией о том, что Земля начала свое существование с появлением человека, полностью смела это прекрасное воображение. Мы, действительно, не можем найти начала мира. Мы прослеживаем события назад и подходим к барьерам, которые закрывают наш обзор — барьерам, которые, насколько нам известно, могут навсегда закрыть его. Они стоят, как врата из слоновой кости и рога; порталы, из которых исходят только сны; и наука пока не может сказать об этом или том сне, исходит ли он из врат рога или из врат слоновой кости.

Короче говоря, о происхождении Земли у нас нет достоверных знаний; и мы не можем назначить ему никакой даты. Возможно, ее формирование было событием настолько постепенным, что начало было растянуто на огромные периоды. Мы можем лишь проследить историю назад к определенным событиям, которые с большой долей уверенности можно рассматривать как начало нашей геологической эры.

Несмотря на наши ограничения, дата времени рождения нашей геологической эры является самой важной датой в науке. Ибо, принимая во внимание обширную историю Вселенной, возраст мира должен играть роль единицы времени, от которой зависят все наши концепции. Если мы датируем геологическую историю Земли тысячами лет, как это делали наши предшественники, мы должны соответствующим образом формировать наши представления о планетарном времени; и продолжительность нашей солнечной системы и небес становится сопоставимой с продолжительностью династий древних народов. Если миллионами лет, то солнце и звезды пропорционально почтенны. Если сотнями или тысячами миллионов

2

лет, человеческий разум должен согласиться на соответственно огромные эпохи для продолжительности материальных изменений. Геологический возраст играет ту же роль в наших взглядах на продолжительность Вселенной, что и орбитальный радиус Земли в наших взглядах на необъятность пространства. Лукреций ничего не знал о нашей единице времени: его единицей была жизнь человека. Так же он ничего не знал о нашей единице пространства, и он удивляется, что такое маленькое тело, как солнце, может излучать так много тепла и света на Землю.

Изучение горных пород показывает нам, что мир не всегда был таким, каким он является сейчас и долгое время был. Мы живем в эпоху денудации. Дожди и морозы разрушают холмы; и реки несут в море мелко измельченные частицы, в которые они были превращены; а также соли, которые были выщелочены из них. Осадки собираются у берегов континентов; растворенное вещество смешивается с общим океаном. Геолог измерил и нанес на карту эти отложения и проследил их в прошлом, слой за слоем. Он находит их всегда одинаковыми; песчаники, сланцы, известняки и т. д. Но одно не является одинаковым. Жизнь становится все менее разнообразной по характеру по мере того, как отложения прослеживаются вниз. Млекопитающие и птицы, рептилии, амфибии, рыбы вымирают последовательно в прошлом; и бесплодные отложения в конечном итоге сменяют их, оставляя первые зачатки жизни неразличимыми. Под этими бесплодными отложениями лежат породы, коллективно отличающиеся по характеру от тех, что выше: в основном вулканические или излившиеся из трещин в

3

ранней земной коре. Осадочные породы среди этих материалов редки.[1]

Нет сомнений в том, что в этом подстилающем слое изверженных и метаморфических пород мы достигли тех поверхностных материалов земли, которые существовали до начала долгой эпохи осадконакопления и до появления морей. Они образовали дно испаряющегося океана, на котором воды конденсировались здесь и там из горячей и тяжелой атмосферы. Таковы были вероятные условия, предшествовавшие времени рождения океана и нашей эры жизни и ее эволюции.

Именно с этой эпохи мы отсчитываем наш геологический возраст. Наша следующая цель — рассмотреть, как давно, измеренное в годах, было это время рождения.

То, что геологический возраст Земли очень велик, следует из того, что мы уже рассмотрели. Осадочные породы прошлого имеют общую толщину во много миль: однако слабый ил рек построил их все от основания до вершины. Они были подняты из морей и нагромождены в горы движениями настолько медленными, что за все время пребывания человека на Земле было бы заметно лишь небольшое изменение. Горы снова были стерты денудацией в океан, и снова из их переотложенных материалов были построены более молодые горы. Созерцание таких огромных событий

[1] Описание этих ранних пород см. особенно в монографии Ван Хайза и Лейта о докембрийской геологии Северной Америки (Бюллетень 360, Геологическая служба США).

4

подготавливает наш разум к тому, чтобы принять многие десятки миллионов лет или сотни миллионов лет, если таковые будут получены в результате наших расчетов.

ВОЗРАСТ, ВЫВЕДЕННЫЙ ИЗ ТОЛЩИНЫ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД

Самый ранний признанный метод получения оценки геологического возраста Земли основан на измерении коллективных отложений геологических периодов. Метод время от времени подвергался значительной переработке. Давайте кратко рассмотрим его на основе последних данных.

Метод заключается в измерении глубины всех последовательных осадочных отложений там, где они лучше всего развиты. Мы объезжаем весь исследованный мир, распознавая последовательные отложения по их окаменелостям и по их стратиграфическим отношениям, измеряя их толщину и выбирая в качестве части необходимых данных те пласты, которые, по нашему мнению, наиболее полно представляют каждую формацию. Сумма этих измерений подсказала бы нам возраст Земли, если бы их история была действительно полной и если бы мы знали среднюю скорость, с которой они откладывались. Однако мы вскоре обнаруживаем трудности в получении необходимых нам величин. Так, нелегко измерить реальную толщину отложения. Оно может быть сложено само на себя, и поэтому мы можем измерить его дважды. Мы можем преувеличить его толщину, измерив его не совсем прямо поперек напластования или непреднамеренно включив вулканические материалы. С другой стороны, там

5

могут быть отложения, которые недоступны для нас; или, опять же, полное отсутствие отложений; либо потому, что они не были отложены в исследуемых нами районах, либо, если были отложены, снова смыты в море. Эти источники ошибок частично нейтрализуют друг друга. Некоторые делают наш результирующий возраст слишком длинным, другие — слишком коротким. Но мы не знаем, не сохраняется ли еще баланс ошибок. Здесь, однако, приведена таблица отложений, которая суммирует большую часть наших знаний о толщине стратиграфических накоплений. Она принадлежит Солласу.[1]

Футы. Недавние и плейстоценовые — 4000. Плиоценовые — 13000. Миоценовые — 14000. Олигоценовые — 2000. Эоценовые — 20000. Итого: 63000. Верхнемеловые — 24000. Нижнемеловые — 20000. Юрские — 8000. Триасовые — 7000. Итого: 69000. Пермские — 2000. Каменноугольные — 29000. Девонские — 22000. Итого: 63000. Силурийские — 15000. Ордовикские — 17000. Кембрийские — 6000. Итого: 58000. Алгонкские — Кивино — 50000. Алгонкские — Анимики — 14000. Алгонкские — Гурон — 18000. Итого: 82000. Архейские — ?. Итого: 335000 футов.

[1] Обращение к Геологическому обществу Лондона, 1909 г.

6

В дальнейшем нам необходимо знать среднюю скорость, с которой откладывались эти породы. Это действительно самое слабое звено в цепи. Были получены самые разнообразные результаты, которые пространство не позволяет нам рассмотреть. Требуемую величину определить наиболее трудно, так как она различна для разных классов материала и варьируется от реки к реке в зависимости от условий сброса в море. Мы, вероятно, можем принять ее за величину от двух до шести дюймов в столетие.

Теперь общая глубина отложений, как мы видим, составляет около 335 000 футов (или 64 мили), и если мы примем скорость накопления за три дюйма в сто лет, мы получим время для накопления всего этого как 134 миллиона лет. Если скорость составляет четыре дюйма, время составляет 100 миллионов лет, что является цифрой, которую предпочитал Гейки, хотя его результат был основан на несколько иных данных. Соллас совсем недавно нашел 80 миллионов лет.[1]

ВОЗРАСТ, ВЫВЕДЕННЫЙ ИЗ МАССЫ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД

В вышеуказанном методе мы получаем наш результат путем измерения линейных размеров отложений. Эти измерения, как мы видели, трудно получить. Мы можем, однако, действовать путем измерения массы отложений, и тогда метод становится более определенным. Новый метод осуществляется следующим образом:

[1] Гейки, «Учебник геологии» (Macmillan, 1903), том i., стр. 73 и сл. Соллас, там же. Джоли, «Радиоактивность и геология» (Constable, 1909) и Phil. Mag., сентябрь 1911 г.

7

Общую массу отложений, образовавшихся с начала денудации, можно установить с относительной точностью путем изучения химического состава вод океана. Соли в океане, несомненно, происходят из горных пород; увеличиваясь век за веком по мере того, как последние деградируют из своего первоначального характера под действием погоды и т. д. и превращаются в осадочную форму. Сравнивая средний химический состав этих двух классов материала — первичных или изверженных пород и осадочных — легко прийти к знанию того, сколько того или иного компонента было отдано океану каждой тонной первичной породы, которая была подвергнута денудации до осадочной формы. Это, однако, не поможет нам в нашей цели, если океан не удерживал соли, сброшенные в него. Он, как правило, этого не делал. В случае каждого вещества, кроме одного, океан постоянно отдает обратно больше или меньше солей, поставляемых ему реками. Единственным исключением является элемент натрий. Большая растворимость его солей защитила его от изъятия, и он продолжал накапливаться в течение геологического времени, практически в своей целостности. Это дает нам ключ к истории денудации Земли.[1]

Процесс теперь прост. Мы оцениваем путем химического исследования изверженных и осадочных пород количество натрия, которое было поставлено в океан на тонну осадка, произведенного денудацией. Мы также рассчитываем

[1] Trans. R.D.S., май 1899 г.

8

количество натрия, содержащегося в океане. Мы делим одно на другое (выраженное, конечно, в одних и тех же единицах массы), и частное дает нам количество тонн осадка. Самая последняя оценка отложений, сделанная таким образом, дает 56 x 10^16 тонн.[1]

Теперь мы уверены, что весь этот осадок был перенесен реками в море в течение геологического времени. Таким образом, следует, что если мы сможем оценить среднюю годовую скорость речного приноса осадков в океан за прошлое время, мы сможем рассчитать требуемый возраст. Поверхность суши в настоящее время в значительной степени покрыта самими осадочными породами. Осадок, полученный из этих пород, должен рассматриваться, по большей части, как чисто циклический; то есть циркулирующий от моря к суше и обратно. Он не идет на увеличение огромного массива детритных отложений. Мы не можем, следовательно, принимать нынешний речной принос осадков как представляющий тот, что был в течение долгого прошлого. Если бы суша была все еще покрыта первичными породами, мы могли бы это сделать. Было подсчитано, что около 25 процентов существующей площади континентов покрыто архейскими и изверженными породами, остальное — осадками.[2] На этой оценке мы можем найти ценные

[1] Кларк, «Предварительное исследование химической денудации» (Вашингтон, 1910). Моя собственная оценка в 1899 году (там же), сделанная как проверка еще одного метода нахождения возраста, показала, что отложения могут быть приняты как достаточные для формирования слоя глубиной 1,1 мили, если распределить их равномерно по континентам; и составили бы 64 x 10^18 тонн.

[2] Ван Тилло, Comptes Rendues (Париж), том cxiv., 1892 г.

9

верхние и нижние пределы геологического возраста. Если мы возьмем только 25 процентов от нынешнего речного приноса осадков, мы, очевидно, установим верхний предел возраста, ибо несомненно, что в прошлом в среднем должен был быть более быстрый принос. Если мы возьмем весь речной принос, по аналогичным рассуждениям мы получим то, что, несомненно, является нижним пределом возраста.

Речной принос детритных осадков не был очень широко исследован, хотя вовлеченные количества могут быть найдены с относительной легкостью и точностью. Следующая таблица содержит результаты, полученные для некоторых ведущих рек.[1]

Средний годовой расход в кубических футах в секунду. Общий годовой осадок в тысячах тонн. Отношение осадка к воде по весу. Потомак — 20 160, 5 557, 1 : 3 575. Миссисипи — 610 000, 406 250, 1 : 1 500. Рио-Гранде — 1 700, 3 830, 1 : 291. Уругвай — 150 000, 14 782, 1 : 10 000. Рона — 65 850, 36 000, 1 : 1 775. По — 62 200, 67 000, 1 : 900. Дунай — 315 200, 108 000, 1 : 2 880. Нил — 113 000, 54 000, 1 : 2 050. Иравади — 475 000, 291 430, 1 : 1 610. Среднее — 201 468, 109 650, 1 : 2 731.

Мы видим, что отношение веса воды к

[1] Рассел, «Развитие рек» (Джон Мюррей, 1888).

10

весу переносимого осадка в шести из девяти рек не сильно варьируется. Среднее значение составляет 2730 к 1. Но это не требуемое среднее значение. Необходимо учитывать расход воды каждой реки. Если мы припишем отношению, данному для каждой реки, вес, соответствующий количеству воды, которое она сбрасывает, пропорция веса воды к весу осадка для всего вовлеченного количества воды составит 2520 к 1.

Теперь, если эта пропорция верна для всех рек мира — которые коллективно сбрасывают около 27 x 10^12 тонн воды в год — речной детрит составляет 1,07 x 10^10 тонн. К этому необходимо добавить 11 процентов для ила, толкаемого вдоль русла реки.[1] На этих цифрах нижний предел возраста выходит как 47 миллионов лет, а верхний предел — как 188 миллионов. Мы здесь исходим из довольно недостаточных оценок, вовлеченные реки представляют лишь около 6 процентов от общего речного притока воды в океан. Но результат, вероятно, не очень далек от истины.

Мы можем прийти к вероятному возрасту, лежащему между верхним и нижним пределами. Если, во-первых, мы возьмем арифметическое среднее этих пределов, мы получим 117 миллионов лет. Теперь это почти наверняка чрезмерно, ибо мы здесь предполагаем, что скорость покрытия первичных пород осадками была равномерной. Однако это было бы не так, ибо скорость приноса первичного осадка должна была постоянно уменьшаться

[1] Согласно наблюдениям, сделанным на Миссисипи (Рассел, там же).

11

в течение геологического времени, и, следовательно, мы можем предположить, что скорость продвижения осадков на первичные породы также уменьшалась. Теперь мы, вероятно, можем принять в качестве справедливого допущения, что площадь, покрытая осадками, в любой момент увеличивалась со скоростью, пропорциональной скорости приноса осадка; то есть площади первичных пород, обнаженных в то время. На этом допущении возраст оказывается равным 87 миллионам лет.

ВОЗРАСТ ПО НАТРИЮ В ОКЕАНЕ

Далее я должен представить вам совершенно другой метод. Я уже касался химии океана и того примечательного факта, что содержащийся в нем натрий был сохранен практически в своей целостности с начала геологического времени.

То, что море — одно из самых красивых и великолепных зрелищ в Природе, признают все. Но, я думаю, для тех, кто знает его историю, его красота и великолепие возрастают в десять раз. Его соленость обязана не волшебной мельнице. Это растворенные породы Земли придают ему одновременно его рассол, его силу и его плавучесть. Реки, которые, как мы говорим, текут с «пресной» водой в море, тем не менее содержат те следы соли, которые, собранные за долгие века, вызывают соленость океана. Каждый галлон речной воды вносит свой вклад в конечный результат; и это продолжается с начала нашей эры. Могучий итог рек составляет 6500 кубических миль воды в год!

12

Нет сомнений в том, что первобытный океан был в состоянии пресноводного озера. Можно показать, что примитивное и более быстрое растворение первоначальной земной коры медленно остывающим океаном привело бы к относительно небольшой солености. Дело в том, что количество солей в океане огромно. Мы сейчас обеспокоены только натрием; но если бы мы могли извлечь всю каменную соль (хлорид натрия) из океана, у нас было бы достаточно, чтобы покрыть всю сушу Земли на глубину 400 футов. Именно это гигантское количество собирается войти в нашу оценку возраста Земли. Рассчитанная масса натрия, содержащегося в этой каменной соли, составляет 14 130 миллионов миллионов тонн.

Если теперь мы сможем определить скорость, с которой реки поставляют натрий в океан, мы сможем определить возраст.[1] В результате многих тысяч речных анализов общее количество натрия, ежегодно сбрасываемого в океан

[1] Trans. R.D.S., 1899 г. Статья Эдмунда Галлея, астронома, в «Философских трудах Королевского общества» за 1715 год содержит предложение по определению возраста мира с помощью следующей процедуры. Он предлагает проводить наблюдения за соленостью морей и океана с интервалами в одно или несколько столетий и по приращению солености определять их возраст. Измерения, по правде говоря, невыполнимы. Соленость приобрела бы (если бы все оставалось в растворе) одну миллионную часть за 100 лет; и, конечно, постоянное отторжение солей океаном сделало бы метод недействительным. Последнее возражение также делает недействительным расчет Т. Мелларда Рида (Proc. Liverpool Geol. Soc., 1876) нижнего предела возраста по сульфату кальция в океане. Обе статьи были мне совершенно неизвестны, когда я разрабатывал свой метод. Статья Галлея, я думаю, была обнаружена только в 1908 году.

13

всеми реками мира, оказывается, вероятно, недалеко от 175 миллионов тонн.[1] Разделив это на массу океанического натрия, мы получаем возраст как 80,7 миллионов лет. К этой цифре должны быть применены определенные поправки, которые приводят к ее повышению до чуть более 90 миллионов лет. Соллас, в результате тщательного обзора данных, получает возраст от 80 до 150 миллионов лет. Мой собственный результат[2] был между 80 и 90 миллионами лет; но впоследствии я обнаружил, что при определенных крайних допущениях можно прийти к максимальному возрасту в 105 миллионов лет.[3] Кларк рассматривает 80,7 миллионов лет как, безусловно, максимум в свете определенных расчетов Беккера.[4]

Порядок величины этих результатов не может быть поколеблен, если только не исходить из предположения, что существует нечто совершенно вводящее в заблуждение в существующей скорости растворяющей денудации. На основании результатов другого и

[1] Ф. У. Кларк, «Предварительное исследование химической денудации» (Smithsonian Miscellaneous Collections, 1910).

[2] Там же.

[3] «Циркуляция соли и геологическое время» (Geol. Mag., 1901, стр. 350).

[4] Беккер (там же), предполагая, что только обнаженные изверженные и архейские породы ответственны за поставку натрия в океан, приходит к 74 миллионам лет как геологическому возрасту. Этот вопрос обсуждался мной ранее (Trans. R.D.S., 1899, стр. 54 и сл.). Сделанное допущение, я полагаю, недопустимо. Оно не подтверждается речными анализами или химическим характером остаточных почв из осадочных пород. Может быть некоторая конвергенция в скорости растворяющей денудации, но — как я думаю, на основании доказательств — в наше время она неважна.

14

совершенно иного метода подхода к вопросу о возрасте Земли (о котором будет упомянуто далее), утверждалось, что он слишком низок. Даже утверждается, что он в девять-четырнадцать раз ниже. Мы должны тогда рассмотреть, может ли такая огромная ошибка войти в метод. Вовлеченные измерения не могут быть серьезно оспорены. Поправки на возможные ошибки, примененные к величинам, входящим в этот метод, рассматривались различными авторами. Мои собственные первоначальные поправки были в целом подтверждены. Я думаю, единственный момент, оставленный для обсуждения, — это принцип униформизма, вовлеченный в этот метод и в методы, обсуждавшиеся ранее.

Чтобы оценить силу доказательств единообразия в геологической истории Земли, конечно, необходимо обладать некоторым знакомством с геологической наукой. Некоторые из наиболее выдающихся геологов, среди которых можно упомянуть Лайеля и Гейки[1], поддерживали доктрину единообразия. Здесь должно быть достаточно остановиться на нескольких пунктах, имеющих особое отношение к обсуждаемому вопросу.

Простая протяженность поверхности суши не влияет, в определенных пределах, на вопрос о скорости денудации. Это вытекает из того факта, что притока дождя совершенно недостаточно для денудации всей существующей поверхности суши. Около 30 процентов ее, по сути, не дренируется в

[1] См. особенно обращение Гейки к Секции C., Brit. Assoc. Rep., 1899 г.

15

океан. Если континенты оказываются захваченными великой трансгрессией океана, эта «бездождевая» область уменьшается: и денудированная область продвигается внутрь без уменьшения. Если океан отступает от нынешних береговых линий, «бездождевая» область продвигается наружу, но, поскольку приток дождя заметно постоянен, никаких изменений в речном притоке солей ожидать не следует.

Длившееся веками погружение всей суши или любой очень большой доли того, что существует сейчас, отрицается непрерывной последовательностью огромных площадей осадков в каждую геологическую эпоху с самых ранних времен. Теперь области, принимающие осадки, всегда являются лишь малой долей тех обнаженных областей, откуда поставляются осадки.[1] Следовательно, в непрерывных записях осадков у нас есть гарантия непрерывного обнажения континентов над поверхностью океана. Доктрина постоянства континентов в своих основных чертах была принята самыми выдающимися авторитетами. Что касается фактического количества суши, которая была подвергнута денудационным эффектам в прошлые времена, не существует данных, показывающих, что она сильно отличалась от того, что обнажено сейчас. Было подсчитано, что средняя площадь североамериканского континента за геологическое время составляла около восьми десятых его существующей площади.[2] Реставрации других континентов, насколько они предпринимались, не

[1] На основании измерений Миссисипи около 1 к 18 (Маги, Am. Jour. of Sc., 1892, стр. 188).

[2] Шухерт, Bull. Geol. Soc. Am., том xx., 1910 г.

16

предполагали бы какого-либо более серьезного расхождения в ту или иную сторону.

То, что климат в океанах и на суше был повсюду таким же, как сейчас, непрерывная цепь кишащей жизни и чувствительные температурные пределы протоплазматического существования являются достаточным доказательством.[1] Влияние климата и возвышения суши может быть оценено по их истинной стоимости установленными фактами растворяющей денудации, как показывает следующая таблица.

Тонн, вынесенных в растворенном виде с квадратной мили в год. Средняя высота. Метры. Северная Америка - 79 700. Южная Америка - 50 650. Европа - 100 300. Азия - 84 950. Африка - 44 650.

В этой таблице в первом столбце приведено оценочное количество тонн вещества в растворенном виде, которое реки ежегодно выносят в океан с каждой квадратной мили площади. Эти результаты были собраны Кларком на основе очень большого числа анализов речных вод. Во втором столбце таблицы указаны средние высоты различных континентов над уровнем моря в метрах, согласно данным Аррениуса.[2]

Из всех результатов по денудации, приведенных в таблице, данные, относящиеся к Северной Америке и Европе, являются наиболее

[1] См. также: Poulton, Address to Sect. D., Brit. Assoc. Rep., 1896.

[2] Lehrbuch der Kosmischen Physik, том I, стр. 347.

17

достоверными. Пожалуй, их можно назвать в высшей степени надежными, поскольку они основаны на нескольких тысячах анализов, многие из которых систематически проводились в течение всех сезонов года. Они показывают, что Европа, имеющая среднюю высоту менее половины высоты Северной Америки, выносит в океан на 25 процентов больше солей. Это результат, который следовало ожидать, если разумно подойти к рассмотрению более важных факторов денудации в результате растворения и провести различие между условиями, благоприятствующими денудации в результате растворения, и денудацией в результате образования обломочного материала: условиями, во многих случаях антагонистичными.[1] Следовательно, если верно, как утверждалось, что мы сейчас живем в период исключительно высокого стояния континентов, мы должны сделать вывод, что средний приток солей в океан с речными водами мира меньше, чем в течение долгого прошлого, и что, следовательно, наша оценка возраста Земли, приведенная ранее, является завышенной.

Существует, однако, одно условие, которое будет способствовать неоправданному занижению нашей оценки геологического времени, и это условие, возможно, имеет место в настоящее время. Если суша в целом сейчас опускается относительно уровня океана, область денудации, как мы видели, стремится сместиться внутрь материка. Таким образом, она будет захватывать регионы, которые в течение длительных периодов не имели стока в океан. На таких территориях происходит накопление растворимых солей, которые недостаточно полноводные реки не смогли вынести в океан. Таким образом, содержание солей в некоторых

[1] См. эссе о денудации.

18

реках, впадающих в океан, будет зависеть не только от текущих процессов денудации, но и от накопленных результатов прошлых воздействий. Некоторые реки, по-видимому, обнаруживают этот чрезмерно увеличенный приток солей — те, что протекают через сравнительно засушливые районы. Однако сток таких притоков относительно невелик, и окончательное влияние на крупные реки, по-видимому, незначительно — результат, который можно было предвидеть, если принять во внимание чрезвычайно медленную скорость движений земной коры.

Трудность достижения какого-либо согласования между уже описанными методами и тем, который будет представлен сейчас, только усиливает интерес как к первым, так и к последнему.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЗРАСТА ПО РАДИОАКТИВНЫМ ПРЕВРАЩЕНИЯМ

В 1905 году Резерфорд предположил, что, поскольку гелий постоянно выделяется с равномерной скоростью радиоактивными веществами (в форме альфа-лучей), определение возраста минералов, содержащих радиоактивные элементы, может быть произведено путем измерения количества накопленного гелия и радиоактивных элементов, порождающих его. Исходными радиоактивными веществами, согласно современным знаниям, являются уран и торий. Оценка количества этих элементов позволяет рассчитать скорость образования гелия. Вскоре после этого Резерфорд нашел этим методом возраст в 240 миллионов лет для радиоактивного минерала предположительно отдаленной эпохи. Стратт, который довел

19

свои измерения до удивительной степени точности, нашел следующие возрасты для минеральных веществ, возникших в разные геологические эпохи:

Олигоцен — 8,4 миллиона лет. Эоцен — 31 миллион лет. Нижний карбон — 150 миллионов лет. Архей — 750 миллионов лет.

Были также получены периоды времени, значительно меньшие и весьма противоречащие этим данным. Однако более низкие результаты легко объясняются, если предположить, что гелий, который при преобладающих условиях является газом, во многих случаях медленно улетучивается из минерала.

Другим продуктом радиоактивного происхождения является свинец. Предположение о том, что это вещество может быть использовано для определения возраста Земли, также принадлежит Резерфорду. Мы, по крайней мере, уверены, что этот элемент не может улетучиться из минералов путем газовой диффузии. Результаты Болтвуда по количеству свинца, содержащегося в минералах разного возраста, взятые в сочетании с количеством присутствующего урана или исходного вещества, дали возраст до 1640 миллионов лет для архейских и 1200 миллионов лет для алгонкских отложений. Беккер, применяя тот же метод, получил результаты, доходящие до совершенно невероятных периодов: от 1671 до 11 470 миллионов лет. Беккер утверждал, что первичный свинец делает определения неопределенными. Более недавние результаты г-на А. Холмса подтверждают вывод о том, что «первичный» свинец может присутствовать и может полностью искажать результаты, полученные

20

из минералов с низкой радиоактивностью, в которых количество производного свинца было бы небольшим. Отвергая такие результаты, которые представлялись ему подобного рода, он приходит к 370 миллионам лет как возрасту девонского периода.

Теперь я должен описать совсем недавний метод оценки возраста Земли. В некоторых породообразующих минералах происходят изменения цвета, вызванные радиоактивными причинами. Мельчайшие и любопытные метки, возникающие таким образом, известны как гало; они окружают в форме колец мельчайшие частицы включенных веществ, содержащих радиоактивные элементы. Сейчас хорошо известно, как образуются эти гало. Частица в центре гало содержит уран или торий и, неизбежно, наряду с исходным веществом, различные элементы, производные от него. В процессе превращения, приводящего к образованию этих различных производных веществ, атомы гелия — альфа-лучи — выбрасываются с огромной скоростью в окружающий минерал, вызывая упомянутые изменения цвета. Эти изменения ограничены расстоянием, на которое проникают альфа-лучи; следовательно, гало представляет собой сферический объем, окружающий центральное вещество.[1]

Время, необходимое для формирования гало, можно было бы найти, если бы, с одной стороны, мы могли установить количество альфа-лучей, испускаемых из ядра гало, скажем, за один год, а с другой стороны, если бы мы экспериментально определили, сколько именно альфа-лучей требуется для производства такого же

[1] _Phil. Mag._, March, 1907 and February, 1910; also _Bedrock_,
January, 1913. See _Pleochroic Haloes_ in this volume.

21

количества изменения цвета, которое мы наблюдаем вокруг ядра.

Последнюю оценку сделать довольно легко и надежно. Но чтобы узнать количество лучей, покидающих центральную частицу в единицу времени, нам необходимо знать количество радиоактивного материала в ядре. Это нельзя определить напрямую. Мы можем только, исходя из известных результатов, полученных на более крупных образцах того же минерального вещества, из которого состоит ядро, предположить количество урана или, возможно, тория, которое может там присутствовать.

Этот метод был применен к урановым гало в слюде графства Карлоу.[1] Были получены результаты возраста гало от 20 до 400 миллионов лет. Эта слюда, вероятно, образовалась в граните Ленстера в позднем силуре или в девонское время.

Более высокие результаты, вероятно, содержат наименьшую ошибку, исходя из имеющихся данных; поскольку предположение, сделанное относительно количества урана в ядрах гало, было таковым, что делало более высокие результаты более надежными.

Этот метод, конечно, является радиоактивным и похож на метод по накоплению гелия, за исключением того, что он свободен от риска ошибки из-за улетучивания гелия, эффекты которого, так сказать, регистрируются в момент его образования, так что его последующее улетучивание не имеет значения.

[1] Joly and Rutherford, Phil. Mag., апрель 1913 г.

22

ОБЗОР РЕЗУЛЬТАТОВ

Теперь мы кратко рассмотрим результаты относительно геологического возраста Земли.

Методами, основанными на приблизительной равномерности процессов денудации в прошлом, был получен период порядка 100 миллионов лет как длительность нашей геологической эры; и этот результат согласуется независимо от того, принимаем ли мы для измерения осадочные породы или растворенный натрий. Мы можем привести причины, почему эти измерения могут давать слишком большой возраст, но мы не можем найти абсолютно никакой веской причины, почему они должны давать слишком малый.

Путем измерения радиоактивных продуктов были найдены возрасты, которые, хотя и сильно варьируются между собой, тем не менее претендуют на точность в своих верхних пределах и превышают возрасты, полученные из данных денудации, в девять-четырнадцать раз.

В этой затруднительной ситуации давайте рассмотрим претензии радиоактивного метода в любой из его форм. Чтобы быть заслуживающим доверия, должно быть верно: (1) что скорость превращения, наблюдаемая сейчас у исходного вещества, сохранялась на протяжении всего прошлого, и (2) что не существовало никаких других радиоактивных веществ, существующих сейчас или ранее, кроме урана, которые давали бы начало свинцу. Что касается методов, основанных на образовании гелия, то, что мы должны сказать, в значительной степени применимо и к ним. Если существует какой-то неизвестный источник этих элементов, мы, конечно, исходя из нашего предположения, переоцениваем возраст.

23

Что касается первого пункта: приписывая постоянную скорость изменения исходному веществу — что Беккер (указ. соч.) описывает как «простую, хотя и колоссальную экстраполяцию» — мы рассуждаем по аналогии с постоянной скоростью распада, наблюдаемой у производных радиоактивных тел. Однако, если уран и торий действительно являются первичными элементами, аналогия, на которую мы полагаемся, может быть обманчивой; по крайней мере, она очевидно неполна. Она неполна в детали, которая может быть очень важной: способ происхождения этих исходных тел — каким бы он ни был — отличается от способа происхождения вторичных элементов, с которыми мы их сравниваем. Схождение их скоростей превращения не является невозможным или даже невероятным, насколько нам известно.

Что касается второго пункта: предполагается, что только уран из элементов в радиоактивных минералах в конечном итоге превращается в свинец в результате радиоактивных изменений. Мы должны рассмотреть это предположение.

Недавние достижения в химии радиоактивных элементов принесли доказательства того, что все три известные нам линии радиоактивного распада — т. е. те, что начинаются с урана, тория и актиния — сходятся к свинцу.[1] Существуют трудности в том, чтобы поверить, что все полученные таким образом свинцовоподобные атомы («изотопы» свинца, как предлагает называть их Содди) действительно остаются стабильным свинцом в минералах. Во-первых,

[1] См. Soddy's Chemistry of the Radioactive Elements (Longmans, Green & Co.).

24

иногда, наряду с очень большими количествами тория, в торианитах и торитах почти полностью отсутствует свинец. А в некоторых урано-торитах можно заметить, что свинец следует за ураном в приблизительной пропорциональности, несмотря на присутствие больших количеств тория.[1] Это говорит в пользу предположения, что весь присутствующий свинец происходит из урана. Актиний присутствует в пренебрежимо малых количествах.

С другой стороны, существуют доказательства, вытекающие из атомного веса свинца, которые, по-видимому, предполагают наличие какого-то другого исходного элемента, кроме урана. Содди в упомянутой работе указывает на это. Атомный вес радия хорошо известен, и уран в своем распаде должен превратиться в этот элемент. Потерю массы между радием и свинцом, производным от урана, можно точно оценить по количеству испущенных альфа-лучей. Из этого мы получаем атомный вес свинца, производного от урана, как близкий к 206. Теперь лучшие определения атомного веса нормального свинца приписывают этому элементу атомный вес, близкий к

[1] В настоящее время кажется очень трудным предложить конечный продукт для тория, если только мы не предположим, что путем потери электронов торий E, или ториевый свинец, возвращается к веществу, химически идентичному самому торию. Такое изменение — независимо от того, рассматривается ли оно с точки зрения периодического закона или радиоактивной теории — повлекло бы за собой много интересных последствий. Конечно, вполне возможно, что характер условий, сопровождавших отложение урановых руд, многие из которых сравнительно недавние, ответственен за наблюдаемые трудности. Ториевые и урановые руды, опять же, особенно склонны к изменению.

25

207. Посредством несколько похожего расчета делается вывод, что свинец, производный от тория, обладал бы атомным весом 208. Таким образом, нормальный свинец мог бы быть смесью свинца, производного от урана и тория. Однако, как мы видели, мнение о том, что торий дает начало стабильному свинцу, сопряжено с некоторыми трудностями.

Если мы опираемся на надежные факты и цифры, мы должны, следовательно, предположить: (а) что какой-то другой элемент, кроме урана, и генетически связанный с ним (вероятно, как исходное вещество), дает начало или ранее давал начало свинцу с более тяжелым атомным весом, чем нормальный свинец. Можно заметить относительно этой теории, что существует некоторая поддержка мнения о том, что исходное вещество как для урана, так и для тория существовало или, возможно, существует. Доказательство этого найдено в пропорциональности, часто наблюдаемой между количествами тория и урана в первичных породах.[1] Или: (б) мы можем встретить трудности более простым способом, который можно сформулировать следующим образом: если мы предположим, что весь стабильный свинец происходит из урана, и в то же время признаем, что свинец не является идеально однородным по атомному весу, мы должны, по необходимости, приписать урану аналогичное отсутствие однородности; тяжелые атомы урана дают начало тяжелым

[1] Сравните результаты по содержанию тория в таких породах (появившиеся в статье автора Cong. Int. de Radiologie et d'Electricité, том I, 1910 г., стр. 373) и результаты по содержанию радия, собранные в Phil. Mag., октябрь 1912 г., стр. 697. Также A. L. Fletcher, Phil. Mag., июль 1910 г.; январь 1911 г. и июнь 1911 г. J. H. J. Poole, Phil. Mag., апрель 1915 г.

26

атомам свинца, а легкие атомы урана порождают легкие атомы свинца. Это предположение, по-видимому, заложено в цифрах, на которые мы опираемся. Тем не менее, полагаясь на эти цифры, мы обнаруживаем, что существующий уран не может дать начало свинцу с нормальным атомным весом. Мы можем только заключить, что более тяжелые атомы урана распадались быстрее, чем более легкие. В этой связи интересно отметить сложность урана, недавно установленную Гейгером, хотя в данном случае предполагается, что короткоживущий изотоп находится в отношении потомка к долгоживущему и в значительной степени преобладающему компоненту. Однако, по-видимому, пока нет никаких прямых доказательств этого.

Из этих соображений кажется, что если атомный вес свинца в уранинитах и т. д. не равен 206, то данные об атомных весах радия и свинца указывают на прежнюю сложность и более ускоренный распад урана.[1] В качестве альтернативного взгляда мы можем предположить, как и в нашей первой гипотезе, что ранее существовало какое-то элементарно иное, но генетически связанное вещество, распадающееся по разветвленным линиям распада со скоростью, достаточной для того, чтобы практически полностью удалить его в течение геологического времени. Какую бы гипотезу мы ни приняли,

[1] Более поздние исследования показали, что атомный вес свинца в урансодержащих рудах составляет около 206,6 (см. Richards and Lembert, Journ. of Am. Chem. Soc., июль 1914 г.). Этот результат подтверждает высказанное выше мнение.

27

мы сталкиваемся с вероятностями, которые делают недействительными измерения времени, основанные на отношении свинца и гелия в минералах. Короче говоря, у нас есть серьезные основания подвергнуть сомнению меру униформизма, постулируемую при определении возраста любым из известных радиоактивных методов.

То, что нам предстоит многому научиться относительно наших предположений, независимо от того, используем ли мы геологические или радиоактивные методы подхода к возрасту нашей эры, действительно вероятно. Каков бы ни был исход, несомненно, что примиряющие факты оставят нас с гораздо большим светом, чем мы обладаем в настоящее время, как в отношении истории Земли, так и истории радиоактивных элементов. С этим необходимым признанием мы завершаем наше изучение времени рождения мира.

Оно увело нас далеко от Лукреция. Мы не спрашиваем, погибли ли другие «Илиады»; или пели ли поэты до Гомера напрасно, став добычей всепожирающего времени. Мы движемся в большей истории, ориентирами которой являются не рождение и смерть королей и поэтов, а видов, родов, отрядов. И мы излагаем эти органические события не в соответствии с проходящими поколениями людей, а на протяжении десятков или сотен миллионов лет.

То, сколько потерял Лукреций и сколько приобрели мы, связано с вопросом о внутренней ценности знаний и великих идей. Давайте оценим знания так, как мы оценили бы гомеровские поэмы, как

28

нечто, что облагораживает жизнь и делает ее счастливее. Что ж, тогда мы, как я думаю, сегодня обладаем некоторыми из тех утраченных «Илиад» и «Одиссей», которые Лукреций искал напрасно.[1]

[1] Длительность солнечного тепла в прошлом неизбежно связана с геологическим возрастом. Не существует известных средств (помимо спекулятивной науки) для объяснения более чем около 30 миллионов лет существующей солнечной температуры в прошлом. В этом направлении возраст, безусловно, ограничен 100 миллионами лет. См. обзор вопроса д-ра Линдеманна в Nature, 5 апреля 1915 г.

29

ДЕНУДАЦИЯ

ТЕМА денудации является одновременно одной из самых интересных и одной из самых сложных, с которыми приходится иметь дело геологу. Хотя ее великие результаты очевидны даже самому случайному наблюдателю, факторы, которые привели к этим результатам, во многих случаях настолько неопределенны, а в некоторых случаях, по-видимому, настолько изменчивы по своему влиянию, что вдумчивые авторы даже утверждали, что прямо противоположные эффекты происходят от одной и той же причины. Действительно, почти невозможно иметь дело с этой темой, не вступая в спорные вопросы. На следующих страницах я постараюсь придерживаться широких проблем, которые в настоящее время либо признаются большинством авторитетов в этой области, либо, в силу своего строго количественного характера, не подлежат спору.

Очевидно, во-первых, что денудация — или разрушение земной поверхности — является главным образом результатом циркуляции воды из океана на сушу и обратно в океан. Действие, полностью обусловленное солнечным теплом, без которого оно полностью прекратилось бы, а дальнейшие изменения на суше подошли бы к концу.

К каким же действиям, тогда, следует возвести такую огромную силу

30

циркулирующей воды? В широком смысле мы можем классифицировать их как механические и химические. Первое включает разделение горных пород на более мелкие фрагменты всех размеров, вплоть до мельчайшей пыли. Второе включает фактическое растворение в воде компонентов горных пород, что можно рассматривать как завершающий акт дезинтеграции. Реки несут бремя как измельченных, так и растворенных материалов в море. Грязь и песок, переносимые их течениями или постепенно проталкиваемые вдоль их русел, представляют первое; невидимое растворенное вещество, которое можно продемонстрировать глазу только путем испарения воды или химического осаждения, представляет второе.

Результаты этих действий, интегрированные за геологическое время, огромны. Весь объем осадочных пород, таких как песчаники, сланцы, глинистые сланцы, конгломераты, известняки и т. д., а также содержание солей в океане обусловлены совместной деятельностью механической и химической денудации. Позже мы сделаем оценку величины фактически вовлеченных количеств.

В швейцарских долинах мы видим потоки мутной воды, стремительно несущиеся вперед, и если мы проследим их вверх, то обнаружим, что они берут начало от ледников высоко в горах. Мы обнаруживаем, что поток рождается из-под подошвы ледника. Первый обломочный материал, поступающий в реку, происходит от разрушения скалистого ложа, вдоль которого движется ледник. Ледяная река завещает водной реке — своим «родителем» для которой она является — добычу, которую она отвоевала у скал.

31

Работа механического разрушения, однако, не ограничивается ложем ледника. Она продолжается повсюду на поверхности скал. Ей помогают самые разнообразные действия. Например, замерзание и расширение воды в щелях и трещинах на тех альпийских высотах, где между восходом и закатом царит летняя жара, а между закатом и восходом — зимний холод. Опять же, в этих условиях простое изменение температуры поверхности от ночи ко дню сильно напрягает поверхностные слои скал, и, по тем же принципам, по которым мы объясняем разрушение неравномерно нагретого стеклянного сосуда, скалы раскалываются на плиты, которые соскальзывают вниз по крутым склонам гор и собираются в виде осыпей в долине. На более низких уровнях сила расширения растительности не является маловажной, как признают все, кто видел сильные корни сосен, проникающие в трещины скал. Не действует как простой переносчик и река, текущая по дну долины. Внимательно прислушиваясь, мы можем уловить под ревом альпийского потока хруст и стук спускающихся валунов. А в выбоинах, вычерпанных ее кружащимися водами, мы узнаем абразивное действие взвешенного песка на речное русло.

Вид с альпийской вершины открывает сцену удивительного запустения (табл. V, стр. 40). Осыпи лежат, нагроможденные у крутых склонов. Скалы стоят разрушенные и готовые рухнуть в руины. И здесь действующие силы легко обнаруживают себя. Случайный венок белого дыма среди

32

далеких пиков, сопровождаемый грохочущим эхом, отмечает падение лавины. Вода повсюду просачивается сквозь сланцевый обломочный материал, разбросанный вокруг. В полном солнечном свете скалы почти слишком горячи, чтобы к ним прикасаться. Несколько часов спустя холод становится смертельным, и все превращается в замерзшую тишину. В таких сценах запустения и разрушения активно образуются обломочные осадки. Спускаясь в долину, мы слышим глубокий голос потоков, которые постоянно устремляют разрушенные скалы к океану.

Замечательная демонстрация активности механической денудации показана явлением «земляных столбов». Фотография (табл. IV) земляных столбов в долине Эрен (Швейцария) показывает своеобразный вид, который представляют эти объекты. Они возникают в условиях, когда крупные камни или валуны разбросаны в глубоком слое глины и где большая часть денудации обусловлена размывом водой. Крупные валуны не только действуют как укрытие от дождя, но и связывают и уплотняют своим весом глину, на которой они покоятся. Следовательно, материалы под валунами становятся более устойчивыми, и по мере того, как окружающие глины постепенно вымываются и уносятся в ручьи, эти уплотненные части сохраняются и, наконец, стоят, как стены или столбы, над общим уровнем. Через некоторое время большие валуны падают, и подстилающая глина изнашивается дождем до фантастических шипов и гребней. В долине Эрен земляные столбы образованы

33

глубоким моренным материалом, который густо покрывает склоны долины. Стена столбов проходит поперек оси долины, вниз по склону холма и пересекает дорогу, так что ее пришлось пробить туннелем, чтобы обеспечить проезд транспорта. Не исключено, что некоторое дополнительное влияние — возможно, присутствие извести — укрепило материал, образующий столбы, и способствовало их сохранению.

Денудация, однако, имеет и другие методы работы, чем чисто механические; методы более бесшумные и мягкие, но не менее эффективные, как победы мира не менее значимы, чем победы войны.

На огромных пространствах континентов химическая работа продолжается неумолимо. Горная порода в целом, особенно первичная изверженная порода, не является стабильной в присутствии атмосферы и воды. Некоторые минералы, такие как определенные силикаты и карбонаты, растворяются относительно быстро, другие — с чрезвычайной медленностью. В процессе растворения задействованы химические действия: окисление в присутствии свободного кислорода атмосферы; воздействие слабой кислоты, возникающей при растворении углекислого газа в воде; или, опять же, активность определенных кислот — гумусовых кислот, — которые возникают при разложении растительных остатков. Эти химические агенты могут в некоторых случаях, например, в случае карбонатов, таких как известняк или доломит, практически полностью перевести породу в раствор. В других случаях, например, граниты, базальты и т. д., они могут удалить некоторые из

34

составных минералов полностью или частично, таких как полевой шпат, оливин, авгит, и оставить более устойчивые вещества, которые в конечном итоге будут смыты в виде мелкого песка или ила в реку.

Часто трудно или невозможно оценить относительную эффективность механической и химической денудации в удалении материалов с определенной территории. Действительно, не может быть сомнений в том, что в горных регионах механические эффекты в значительной степени преобладают. Илы ледниковых рек мало чем отличаются от свежеизмельченной породы. Вода, которая их несет, мало чем отличается от чистой дождевой или снеговой воды, падающей с неба. Не было времени для того, чтобы произошли химические процессы или процессы растворения. В то время как гравитационные силы способствуют внезапным ударам и бурным движениям в горах, их влияние на денудацию в результате растворения и химическую денудацию невелико. Хороший дренаж также не благоприятствует химическим действиям, ибо вода является первичным фактором в каждом случае. Вода поглощает и удаляет растворимые комбинации молекул и проникает под остаточные нерастворимые вещества. Она переносит кислород и кислоты вниз через почвы и, наконец, доставляет результаты своей собственной работы в реки и ручьи. Более низкая средняя температура гор, а также совершенный дренаж уменьшают химическую активность.

Следовательно, мы заключаем, что высоты в целом не благоприятствуют чисто растворяющим и химическим действиям. Именно на низменных землях почвы имеют тенденцию накапливаться,

35

и в них осуществляется основная денудация в результате растворения и химическая денудация Земли.

Растворяющие и химические эффекты, которые происходят в мелкодисперсных материалах почв, можно наблюдать в лаборатории. Они протекают быстрее, чем можно было бы ожидать. Наблюдение проводится путем пропускания измеренного количества воды туда и обратно в течение нескольких месяцев через трубку, содержащую несколько граммов измельченной породы. Наконец, вода анализируется, и таким образом оценивается количество растворенного вещества, которое она поглотила. Порошок породы исследуется под микроскопом, чтобы определить размер зерен и, таким образом, рассчитать общую поверхность, подверженную действию воды. Мы должны быть осторожны в таких экспериментах, чтобы позволить свободное окисление атмосферой. Результаты, полученные таким образом, конечно, не учитывают химические эффекты органических кислот, таких как те, что существуют в почвах. Количества, полученные в лаборатории, будут, следовательно, недостаточными по сравнению с природными результатами.

Таким образом было установлено, что свежий базальт, подвергнутый воздействию постоянно движущейся воды, теряет около 0,20 грамма на квадратный метр поверхности в год. Минерал ортоклаз, который в значительной степени входит в состав многих гранитов, теряет при тех же условиях 0,025 грамма. Стекловатая лава (обсидиан), богатая кремнеземом и химическими компонентами среднего гранита, оказалась еще более устойчивой; теряя лишь 0,013 грамма на квадратный метр в год. Роговая обманка, минерал,

36

обильный во многих породах, терял 0,075 грамма. Среднее значение результатов показало, что 0,08 грамма вымывалось за год с каждого квадратного метра. Такие результаты дают нам некоторое представление о скорости, с которой идет работа растворения в мелкодисперсных почвах.[1]

Можно было бы возразить, что, поскольку механическое разрушение пород и создание таким образом больших поверхностей должны лежать в основе денудации в результате растворения и химической денудации, эти последние виды деятельности должны преобладать в горах. Ответ на это заключается в том, что почвы редко обязаны своим существованием механическим действиям. Аллювий долин составляет лишь узкие края рек; более мелкие обломки из гор быстро выносятся в океан. Почвы, которые покрывают большую часть континентальных областей, имели совершенно иное происхождение.

В любом карьере, где виден разрез почвы и подстилающей породы, мы можем изучить способ образования почв. Наши наблюдения, предположим, проводятся в гранитном карьере. Мы сначала отмечаем, что материал почвы, ближайший к поверхности, перемешан с корнями трав, деревьев или кустарников. Рассматривая горсть этой почвы, мы видим блестящие чешуйки слюды, которые явно происходят из исходного гранита. Смывая более мелкие частицы, мы обнаруживаем, что самые крупные оставшиеся зерна состоят из почти неразрушимого кварца.

[1] Proc. Roy. Irish Acad., VIII., Ser. A, p. 21.

37

Это также из гранита. Несколько зерен представляют собой меловидно выглядящий полевой шпат; опять же, гранитный минерал. Что представляет собой более мелкий ил, который мы смыли? Он тоже в значительной степени состоит из минеральных частиц; каменная пыль, окрашенная оксидом железа и перемешанная с органическими остатками, как животными, так и растительными. Но если мы сделаем химический анализ более мелкого ила, мы обнаружим, что состав отнюдь не такой, как у гранита под ним. Химик может сказать, исходя из изучения своих результатов, что, во-первых, произошла большая потеря материала, сопровождающая превращение гранита в почву. Он обнаруживает концентрацию некоторых из более устойчивых веществ гранита, возникающую из-за потери менее устойчивых. Таким образом, процентное содержание глинозема увеличивается. Процент железа также увеличивается. Но кремнезем и большинство других веществ показывают уменьшенный процент. Примечательно, что известь почти исчезла. Сода значительно уменьшилась; так же как и магнезия. Поташ не так полностью извлечен. Наконец, из-за гидратации в почве гораздо больше связанной воды, чем в породе. Это типичный результат для пород такого рода.

Глубже в почве мы часто наблюдаем изменение текстуры. Она стала более мелкой, и в то же время глина стала бледнее по цвету. Этот подпочвенный слой представляет собой более мелкие частицы, принесенные дождем сверху. Изменение цвета связано с состоянием железа, которое менее окислено глубоко в почве. Под подпочвенным слоем почва становится

38

снова более грубой. Наконец, мы узнаем в ней фрагменты гранита, которые становятся все больше по мере нашего спуска, пока почва не заменяется рыхлой и разрушенной породой. Под этим единственным признаком выветривания, заметным в породе, является ржавый оттенок, приданный окисленным железом, которое просачивающийся дождь выщелочил из железосодержащих минералов.

Почва, которую мы исследовали, явно была получена на месте из подстилающей породы. Она представляет собой более нерастворимый остаток после того, как вода и кислоты выполнили свою работу. Каждый год должно происходить очень медленное опускание поверхности, но абляция бесконечно мала.

Глубина такой почвы может быть значительной. Общая поверхность, открытая бесчисленными зернами, из которых она состоит, огромна. В кубическом футе средней почвы площадь поверхности зерен может составлять 50 000 квадратных футов или более. Следовательно, почва глубиной всего два фута может открывать 100 000 квадратных футов на каждый квадратный фут площади поверхности.

Правда, почвы, образованные таким образом атмосферными и органическими действиями, растут очень долго. Однако следует помнить, что процесс на всем протяжении сопровождается удалением в растворе химически измененных материалов.

Соображения, подобные вышеизложенным, должны убедить нас в том, что, хотя накопление обломочных осадков вокруг континентов является в значительной степени результатом деятельности, протекающей на более крутых склонах суши, то есть

39

среди горных регионов, поступление солей в океан возникает в результате более медленной работы метеорологических и органических агентов, атакующих молекулярное строение пород; процессов, которые лучше всего протекают там, где дренаж вялый, а спокойные условия допускают развитие обильного органического роста и разложения.

Статистика денудации континентов в результате растворения подтверждает этот взгляд. В последние годы огромное количество работы было затрачено на химическое исследование речных вод Америки и Европы. Ф. У. Кларк ценой большого труда собрал и сравнил эти результаты. Они выражены как количество тонн, удаленных в растворе с квадратной мили в год. Для Северной Америки результат показывает 79 тонн, удаленных таким образом; для Европы — 100 тонн. Теперь существует заметная разница между средними высотами этих двух континентов. Северная Америка имеет среднюю высоту 700 метров над уровнем моря, тогда как средняя высота Европы составляет всего 300 метров. Мы видим в этих цифрах, что более горная земля поставляет меньше растворенного вещества в океан, чем земля с меньшей высотой, как наше исследование и заставляло нас ожидать.

Мы теперь рассмотрели источник обломочных осадков, а также растворенного вещества, которое дало океану в ходе геологического времени его нынешний гигантский груз солей. Правда, существуют дальнейшие растворяющие и химические эффекты, оказываемые морской водой

40

на сброшенные в нее осадки; но мы вправе заключить, что по сравнению с аналогичными действиями, происходящими в почвах, растворяющая и химическая работа океана невелика. Дело в том, что отложенные обломочные осадки вокруг континентов занимают площадь, малую по сравнению с огромными просторами суши. Область отложения гораздо меньше области денудации; вероятно, едва ли составляет одну двадцатую. И, опять же, условия аэрации и циркуляции, которые в значительной степени способствуют химической денудации и денудации в результате растворения в почвах, относительно ограничены и неэффективны в обломочных океанических отложениях.

Суммирование количеств растворенных и обломочных материалов, которые денудация принесла в океан в течение долгой денудационной истории Земли, как мы могли бы предвидеть, выявляет количества почти невообразимой величины. Эти факты являются одними из самых впечатляющих, которые геологическая наука выявила. В других местах этого тома они упоминались при обсуждении возраста Земли. В настоящей связи, однако, они заслуживают отдельного рассмотрения.

Основой наших рассуждений является то, что океан обязан своей соленостью главным образом, если не полностью, денудационным действиям, которые мы рассматривали. Мы должны установить это.

Мы можем, во-первых, сказать, что любой другой взгляд сразу же вызывает величайшие трудности. Химический состав обломочных осадков, которые распределены по

41

континентам и которые образуют горы, в среднем очень значительно отличается от состава изверженных пород. Мы знаем, что первые были получены из последних, и мы знаем, что разница в составе двух классов материалов обусловлена удалением в растворе некоторых компонентов изверженных пород. Но только океан мог получить это растворенное вещество. Мы не знаем другого места, где его искать. Правда, некоторая часть этого растворенного вещества была снова отвергнута океаном; таким образом, образование известняка в значительной степени обусловлено извлечением извести из морской воды органическими и другими агентами. Это, однако, никоим образом не освобождает нас от необходимости прослеживать до океана вещества, растворенные из изверженных пород. Из этого следует, что мы имеем здесь вескую причину для солености океана. Взгляд, что океан «был соленым с самого начала», не имеет ни одного известного факта, подтверждающего его, и оставляет нас с бременем всех растворенных солей геологического времени, чтобы распорядиться ими — где и как?

Аргумент, который мы изложили выше, становится убедительно сильным при более внимательном рассмотрении. Для этой цели мы сначала сравниваем средний химический состав осадочных и изверженных пород. Следующая таблица дает процентное содержание основных химических компонентов:[1]

[1] F. W. Clarke: A Preliminary Study of Chemical Denudation, стр. 13

42

Изверженные. Осадочные. Кремнезем (SiO2) - 59,99 58,51. Глинозем (Al2O3) - 15,04 13,07. Оксид железа (Fe2O3) - 2,59 3,40. Оксид железа (FeO) - 3,34 2,00. Магнезия (MgO) - 3,89 2,52. Известь (CaO) - 4,81 5,42. Сода (Na2O) - 3,41 1,12. Поташ (K2O) - 2,95 2,80. Вода (H2O) - 1,92 4,28. Углекислый газ (CO2) - -- 4,93. Прочие компоненты - 2,06 1,95. 100,00 100,00

При получении осадков из изверженных пород происходит потеря в результате растворения около 33 процентов; т. е. 100 тонн изверженной породы дают чуть менее 70 тонн осадочной породы. Это влечет за собой концентрацию в осадках более нерастворимых компонентов. К этому правилу содержание извести, по-видимому, является исключением. В действительности это не так. Его высокое значение в осадках обусловлено его восстановлением из океана на сушу. Магнезия и поташ также в значительной степени восстанавливаются из океана; первая — в доломитах и магнезиальных известняках; второй — в глауконитовых песках. Железо осадков показывает повышенное окисление. Наиболее заметная разница в двух анализах, однако, проявляется в процентном содержании соды. Оно падает с 3,41 в изверженной породе до 1,12 в среднем осадке. Действительно, этот

43

дефицит соды в осадочных породах настолько характерен для вторичных пород, что его можно с некоторой уверенностью применять для различения двух классов веществ в тех случаях, когда петрологические различия других видов не работают.

К чему следует отнести этот столь заметный дефицит соды? Это результат чрезвычайной растворимости солей натрия в воде. Это не только сделало его отложение путем испарения относительно редким и неважным инцидентом геологической истории, но также защитило его от извлечения из океана органическими агентами. Элемент натрий, фактически, накапливался в океане в течение всего геологического времени.

Мы можем использовать факты, связанные с накоплением солей натрия в океане, как средство получения дополнительной поддержки взгляда, что процессы денудации в результате растворения ответственны за соленость океана. Новое доказательство можно сформулировать следующим образом: оценки количества осадочных пород на континентах делались неоднократно. Правда, эти оценки — не более чем приближения. Но они, несомненно, являются приближениями и как таковые могут законно использоваться в нашем аргументе; тем более что окончательное согласие имеет тенденцию проверять и поддерживать различные оценки, которые входят в них.

Самые последние и вероятные оценки осадков на суше приписывают среднюю толщину в одну милю

44

вторичных пород по площади суши мира. К этому необходимо добавить некоторое увеличение, чтобы учесть аналогичные материалы, скрытые в океане, главным образом вокруг континентальных окраин. Если мы добавим 10 процентов и примем удельный вес 2,5, мы получим массу осадков 64 x 10^16 тонн. Но поскольку это около 67 процентов от исходной изверженной породы — т. е. средней изверженной породы, из которой происходят осадки, — мы заключаем, что первичная денудированная порода составляла массу около 95 x 10^16 тонн.

Теперь, исходя из среднего химического состава вторичных пород, мы рассчитываем, что масса осадков, определенная выше, содержит 0,72 x 10^16 тонн оксида натрия, Na2O. Если к этому количеству мы добавим количество оксида натрия, которое должно было быть передано океану, чтобы объяснить содержащиеся в нем соли натрия, мы придем к общему количеству оксида натрия, которое должно быть тем, которым обладала первичная порода до того, как денудация начала свою работу над ней. Масса океана хорошо установлена, мы легко рассчитываем, что натрий в океане, пересчитанный в оксид натрия, составляет 2,1 x 10^16 тонн. Следовательно, между оцененными осадками и водами океана мы можем объяснить 2,82 x 10^16 тонн соды. Когда теперь мы возвращаем это количество в оцененную массу первичной породы, мы обнаруживаем, что это приписывает первичной породе процентное содержание соды 3,0. Согласно среднему анализу, приведенному выше, это должно быть 3,41 процента. Согласие,

45

Если учесть все обстоятельства, и особенно неопределенность в оценке осадочных пород, то это явно подтверждает точку зрения, что океанические соли происходят из горных пород; если, конечно, это не делает данное утверждение достоверным фактом.

Таким образом, ведущий и фундаментальный вывод в истории денудации Земли находит поддержку: можно даже сказать, подтверждение. В свете этого факта вся работа денудации предстает в истинном свете. То, что океан начал свою историю как обширная пресноводная оболочка земного шара, согласуется с данными о первоначальной высокой температуре Земли. Геологическая история началась с конденсации атмосферы огромных размеров, которая после длительных колебаний между состояниями пара и воды окончательно осела на поверхность, почти не содержа растворенных веществ: океан дистиллированной воды. Затем началась эпоха денудации. Вероятно, она будет продолжаться до тех пор, пока воды, претерпевая дальнейшую потерю тепловой энергии, не подвергнутся еще одному изменению состояния, когда их циркуляция прекратится, а их воздействие на горные породы завершится.

Из вышеизложенного обзора очевидно, что содержание натрия в океане является показателем общей активности денудации, интегрированной за геологическое время. На основе этого можно с достаточной точностью определить общие результаты денудации. Мы можем оценить количество горных пород, разрушенных в результате растворения и химического воздействия, а также количество осадочных пород, образовавшихся из них. Мы,

46

таким образом, можем уточнить нашу оценку осадочных пород, которая, как было определено путем прямых наблюдений, послужила основой для нашего аргумента.

Теперь мы перейдем непосредственно к океану, чтобы определить количество натрия денудационного происхождения. Конечно, могло существовать некоторое количество первичного натрия, растворенного в результате более быстрой денудации, пока поверхность Земли еще остывала. Однако можно показать, что это количество было относительно небольшим. Пренебрегая им, мы можем с уверенностью сказать, что количество натрия, принесенного в океан реками, должно составлять от 14 000 до 15 000 миллионов миллионов тонн, то есть, скажем, 14 500 x 10^12 тонн.

Округляя цифры, мы обнаруживаем, что это количество натрия соответствует денудации около 80 x 10^16 тонн средних изверженных пород до 53 x 10^16 тонн средних осадочных пород. Из этих огромных количеств мы знаем, что исходная горная порода, подвергшаяся денудации в течение геологического времени, составляла около 300 миллионов кубических километров, или около семидесяти миллионов кубических миль. Полученные из них осадочные породы имели объем 220 миллионов кубических километров, или пятьдесят миллионов кубических миль. Площадь земной поверхности составляет 144 миллиона квадратных километров. Исходная горная порода покрыла бы ее равномерным слоем глубиной чуть более двух километров, а образовавшиеся осадочные породы — слоем более 1,5 километра, или около одной мили.

Медленное достижение столь масштабных результатов дает некоторое представление о большой продолжительности геологического времени.

47

Вышеописанный метод исследования статистики денудации путем растворения позволяет получить информацию не только о количестве осадочных пород на суше, но и о количестве, распределенном по дну океана.

Мы видим это, когда прослеживаем судьбу 33 процентов растворенных солей, которые были выщелочены из исходных изверженных пород, и массу которых мы рассчитываем, исходя из установленной массы последних, как 27 x 10^16 тонн. Все это количество в то или иное время находилось в океане. Но, как мы видели выше, некоторая его часть была снова извлечена из раствора, главным образом в результате деятельности организмов. Теперь извлеченные твердые вещества не были полностью удержаны под океаном. Движения земной коры в течение геологического времени привели к тому, что некоторая часть была поднята вместе с другими осадочными породами. Эти вещества составляют, главным образом, известняки.

Мы видим, таким образом, что 27 x 10^16 тонн веществ, выщелоченных из исходных изверженных пород, имели троякое назначение. Одна часть все еще находится в растворе; вторая часть выпала в осадок на дно океана; третья часть существует на суше в виде известковых пород.

Наблюдения за наземными осадочными породами показывают, что известковые породы составляют около 5 процентов от общего объема. Отсюда мы находим, что из океана было извлечено примерно 3 x 10^16 тонн таких пород. Это объясняет один из трех классов материала,

48

на которые было разделено исходное растворенное вещество. Другое из трех количеств легко оценить: количество вещества, все еще находящегося в растворе в океане. Объем океана составляет 1414 миллионов кубических километров, а его масса — 145 x 10^16 тонн. Растворенные в нем соли составляют 3,4 процента его массы, или чуть более 5 x 10^16 тонн. Известняки на суше и соли в морской воде вместе составляют около 8 x 10^16 тонн. Если мы теперь вычтем это из общего количества в 27 x 10^16 тонн, то обнаружим, что около 19 x 10^16 тонн должны существовать в виде осадочного материала на дне океана.

Площадь океана составляет 367 x 10^12 квадратных метров, поэтому, если осадочный материал имеет средний удельный вес 2,5, он покрыл бы все дно равномерным слоем глубиной 218 метров, то есть 715 футов. Это предполагает равномерное отложение извлеченного вещества по дну океана. Конечно, это допущение не является оправданным. Несомненно, скорость отложения на морском дне сильно варьировалась в зависимости от различных условий — главным образом от глубины. Опять же, следует помнить, что эта оценка не учитывает твердые материалы, попавшие в океанические отложения иным путем; например, перенесенную ветром пыль с суши или вулканические выбросы в океанских глубинах. Однако маловероятно, что допустимо какое-либо значительное увеличение расчетной средней глубины отложений из таких источников.

49

Масштабы величин, участвующих в этих расчетах, почти внушают благоговейный трепет. Возьмем случай с растворенными солями в океане. Как мы видели, они составляют лишь часть общих результатов денудации путем растворения и представляют собой интеграл мельчайших следов, приносимых речной водой. Тем не менее, одна только поваренная соль (хлорид натрия), содержащаяся в океане, если бы ее извлекли и распределили по суше в виде слоя каменной соли с удельным весом 2,2, покрыла бы всю сушу слоем глубиной 107 метров, или 354 фута. Общее количество солей в растворе в океане, аналогично распределенных по суше, увеличило бы глубину слоя до 460 футов. Подумав о том, что это означает, мы должны помнить, что это количество вещества, находящегося сейчас в растворе в морях, на самом деле составляет менее пятой части от общего количества, растворенного из горных пород за геологическое время.

Перенос в результате денудации обломочного и растворенного материала с суши в океан оказал важнейшее влияние на события геологической истории. Существующие особенности поверхности Земли должны были в значительной степени определяться динамическими эффектами, возникающими в результате этого процесса. Рассматривая вопрос о горообразовании, мы в другом месте увидим, что все великие горные хребты возникли в результате накопления обломочных осадочных пород вблизи берега в областях, которые вследствие нагрузки постепенно опускались и превращались в геосинклинали глубиной во многие тысячи футов. Самые впечатляющие особенности поверхности земного шара возникли

50

таким образом. Мы увидим также, что эти события носили ритмический характер; поднятие гор влекло за собой усиление механической денудации на возвышенной территории и, таким образом, ускоренный перенос обломков в море; образование свежих отложений; возобновление синклинального опускания морского дна и, наконец, поднятие более молодого горного хребта. Эта необычайная последовательность событий была определена процессами обломочной денудации, действующими вместе с определенными общими условиями, которые все это время приводили к росту сжимающих напряжений в поверхностной земной коре.

Эффекты чисто химической денудации (растворения) проследить труднее, но, весьма вероятно, они имели не меньшее значение. Я имею здесь в виду перенос с суши в море вещества в растворенном виде.

Денудация путем растворения, как отмечалось выше, происходит главным образом в почвах и, таким образом, на более равнинных континентальных областях. Она привела к удалению с суши и переносу в океан такого количества вещества, которое представляет собой равномерный слой толщиной полкилометра; то есть более 1600 футов горной породы. Континенты в течение геологического времени облегчились до такой степени. С другой стороны, все это вещество по большей части избежало геосинклиналей и равномерно распределилось по всему океану или выпало в осадок на его дне, главным образом на континентальных склонах, прежде чем были достигнуты большие глубины. Из этого материала океан

51

содержит в растворе количество, достаточное для увеличения удельного веса своих вод на 2,7 процента.

Рассматривая последний пункт в первую очередь, интересно отметить влияние на объем океана, которое возникло в результате растворенного в нем вещества. Исходя из известной плотности средней морской воды, мы находим, что 100 куб. см ее весят ровно 102,7 грамма. Из них 3,5 процента по весу составляют растворенные твердые вещества. То есть 3,594 грамма. Следовательно, вес присутствующей воды составляет 99,1 грамма, или объем 99,1 куб. см. Отсюда мы видим, что присутствующие соли увеличили объем на 0,9 куб. см, или на 0,9 процента.

Средняя глубина океана составляет 2000 морских саженей, или 3700 метров. Увеличение глубины из-за солей, растворенных в океане, составило, следовательно, 108 футов, или 33,24 метра. Этот результат предполагает, что не было повышенного упругого сжатия из-за возросшего давления и не было изменения упругих свойств сжатия. Мы можем быть уверены, что подъем береговой линии суши составил не менее 100 футов.

Мы видим, таким образом, что в результате денудации путем растворения мы имеем дело с более тяжелым и глубоким океаном, объем которого увеличился почти на один процент и дно которого поднялось в среднем примерно на 700 футов за счет выпавших в осадок пород.

Одна из первых концепций, которую студент-геолог должен отбросить, — это концепция неподвижности или жесткости земной коры. Суша, на которой мы живем, раскачивается даже при мягком приливе и отливе океанских вод

52

вдоль побережий. Она испытывает свои собственные приливные колебания из-за притяжения Луны. Под ней залегают обширные участки полужидкого вещества. Существуют все доказательства того, что возвышенные особенности земного шара поддерживаются такими давлениями, действующими на другие и соседние области, которые служат для поддержания их в равновесии против силы тяжести. Это состояние равновесия, которое было впервые признано Праттом как часть динамики земной коры, было названо изостазией. Состояние коры — это состояние «подвижного равновесия».

Перенос вещества с открытых поверхностей суши на субокеанические склоны континентов и увеличение плотности океана должны были все это время сопровождаться изостатической перестройкой. Мы не можем придерживаться иного взгляда. С одной стороны, суша облегчалась; с другой стороны, море увеличивалось в массе и глубине, а фланги континентов нагружались веществом, удаленным с суши и перенесенным в растворе в океан. Насколько важными должны были быть результирующие движения, можно судить по тому факту, что существующая суша земного шара находится на средней высоте не более 2000 футов над уровнем моря. Мы видели, что денудация путем растворения удалила более 1600 футов горной породы. Но у нас нет доказательств того, что в целом высота суши в прошлом когда-либо сильно отличалась от нынешней.

Таким образом, перед нами предстает замечательный факт, что на протяжении прошлого, действуя с чрезвычайной

53

медлительностью, суша постоянно растворялась в море и так же постоянно поднималась из вод. Возможно, что увеличенный объем океана привел к некоторому уменьшению площади открытой суши. Этот вопрос сложен. Одно мы можем предположить без особого риска. Субаэральный поток растворенного вещества с суши в океан сопровождался подкоровым потоком из океанических областей в области суши; нагретые вязкие материалы просачивались с глубин далеко под дном океана к глубинам под корнями гор, которые возникали вокруг океанов. Такие движения требовали веков для своего осуществления. Действительно, они, вероятно, были непрерывными все это время и продолжаются до сих пор. Низкой степени вязкости будет достаточно, чтобы допустить столь медленные движения. Наложенные на эти движения ритмические чередования опускания и поднятия геосинклиналей, вероятно, привели к освобождению коры от локальных накоплений напряжений, возникающих в более жестких поверхностных материалах. Вся последовательность движений представляет собой необычайную картину псевдожизненности, напоминая нам о кровеносной и дыхательной системах огромного организма.

Все великие результаты в нашей Вселенной основаны на мельчайших движениях и силах. Созерцая Причину или Следствие, мы в равной степени впечатлены зрелищем, представленным нам. Мы теперь перейдем от великих эффектов денудации на историю и эволюцию мира и рассмотрим на мгновение деятельность

54

настолько мелкую в деталях, что ее процессы, вероятно, навсегда ускользнут от наших физических чувств, но которые, тем не менее, неизбежно влияли и модифицировали великие результаты, которые мы рассматривали.

Океан на некотором расстоянии от суши обычно настолько свободен от взвешенных осадочных пород, что имеет черноту, как у чернил. Эта чернота обусловлена его абсолютной свободой от частиц, отражающих солнечный свет. Красивый синий цвет швейцарских и итальянских озер обусловлен присутствием очень мелких частиц, приносимых в них реками; тончайшей ледниковой мукой, которая остается почти бесконечно взвешенной в воде. Но в океане присутствие ила можно наблюдать только в тех местах, где быстрые течения, проходящие над мелководьем, постоянно взбалтывают осадочные породы, или там, где пресная вода большой реки уносится далеко от суши. Красивое явление угольно-черного моря знакомо каждому яхтсмену, который плавал к западу от наших островов.[1]

Существует, на самом деле, очень примечательная разница в способе оседания мелких осадочных пород в соленой и пресной воде. Мы здесь сталкиваемся с одним из тех тонких, но влиятельных природных действий, объяснение которых требует научного прогресса по многим, казалось бы, не связанным направлениям исследований.

[1] См. «Путешествие в Алжир» Тиндаля в «Фрагментах науки». Причина синего цвета озер обсуждалась различными наблюдателями, не всегда приходящими к согласию.

55

Легко наблюдать в лаборатории факт различного поведения соленой и пресной воды по отношению к мелкодисперсным веществам. Природа нерастворимого вещества не важна.

Мы помещаем при хорошем освещении два стеклянных сосуда одинаковых размеров; один наполнен морской водой, другой — пресной. В каждый мы подмешиваем одинаковый вес очень мелко измельченного сланца: ровно столько, сколько нужно, чтобы вызвать помутнение. Через несколько часов мы обнаруживаем, что морская вода стала прозрачной. Пресная вода, однако, все еще мутная; и, действительно, может едва ли отличаться по внешнему виду от того, что было в начале. Само по себе это самый необычный эксперимент. Мы ожидали бы прямо противоположного результата из-за большей плотности морской воды.

Но предстоит провести еще более интересный эксперимент. В морской воде у нас много разных солей в растворе. Давайте посмотрим, одинаково ли эти соли ответственны за полученный нами результат. Для этого мы отмеряем количества хлорида натрия и хлорида магния в той пропорции, в которой они существуют в морской воде: то есть примерно семь к одному. Мы добавляем к каждому такое равное количество воды, которое представляет собой разбавление этих солей в морской воде. Затем, наконец, мы подмешиваем немного мелко измельченного сланца в каждый. Будет обнаружено, что хлорид магния, хотя он гораздо более разбавлен, чем хлорид натрия, значительно более активен в очистке суспензии. Мы можем теперь попробовать такие морские соли, как сульфат магния,

56

или сульфат кальция против хлорида натрия; сохраняя морские пропорции. Опять же, мы обнаруживаем, что соли магния и кальция наиболее эффективны, хотя они гораздо более разбавлены, чем соль натрия.

Нет видимой подсказки к объяснению этих результатов. Но мы должны сделать вывод как наиболее вероятный, что в морской воде и в солевых растворах действует какое-то действие, которое комкует или флокулирует осадок. Ибо только путем собирания частиц вместе в небольшие агрегаты мы можем объяснить их быстрое падение на дно. Это не вопрос вязкости (то есть сопротивления движению частиц), так как солевые растворы несколько более вязкие, чем пресная вода. Еще более примечателен тот факт, что не каждое растворенное вещество приведет к такому результату. Так, если мы растворим сахар в воде, мы обнаружим, что, если что-то и изменится, ил оседает медленнее в сахарном растворе, чем в пресной воде.

Теперь есть один эффект, производимый растворением таких солей, с которыми мы имели дело, который не производится такими телами, как сахар. Вода становится проводником электричества. Давно Фарадей объяснил это как результат присутствия свободных атомов растворенной соли в растворе, несущих электрические заряды. Мы теперь говорим о соли как об «ионизированной». То есть она частично расщеплена на ионы или свободные электризованные атомы хлора, натрия, магния и т. д., в зависимости от конкретной соли в растворе. Этот факт заставляет нас думать, что эти электризованные

57

атомы, движущиеся в растворе, могут быть причиной комкования или флокуляции. Такие электризованные атомы отсутствуют в сахарном растворе: сахар не становится «ионизированным» при растворении.

Подозрение, что свободные электризованные атомы играют роль в этом явлении, усиливается, когда мы вспоминаем замечательную разницу в действии хлорида натрия и хлорида магния. В каждом из растворов этих веществ есть свободные атомы хлора, каждый из которых несет один заряд отрицательного электричества. Поскольку эти атомы одинаковы в обоих растворах, различное поведение растворов не может быть обусловлено хлором. Но металлический атом очень отличается в двух случаях. Известно, что ионизированный атом натрия является монадой или несет только один положительный заряд; тогда как атом магния является диадой и несет два положительных заряда. Если, следовательно, мы предположим, что металлический, положительно электризованный атом в каждом случае является ответственным, у нас есть от чего отталкиваться. Теперь можно заявить, что экспериментально и теоретически было установлено, что комкующая способность иона очень быстро возрастает с его валентностью; то есть с количеством единичных зарядов, связанных с ним. Таким образом, диады, такие как магний, кальций, барий и т. д., гораздо более эффективны, чем монады, такие как натрий, калий и т. д., и, опять же, триады, такие как алюминий, аналогично гораздо более мощны, чем диадные атомы. Здесь, короче говоря, мы пришли к активной причине явления. Его внутренний механизм

58

однако, труднее постичь. Можно предложить правдоподобное объяснение, но его изучение завело бы нас слишком далеко. Сказанного достаточно, чтобы показать очень тонкую природу действующих сил.

Мы имеем здесь эффект, обусловленный морскими солями, полученными в результате денудации с суши, который медленно увеличивался в течение геологического времени. Несомненно, что океан был практически пресной водой в отдаленные эпохи. В те времена ил из великих рек уносился бы очень далеко от суши. Миссисипи тех эпох посылала бы свои более мелкие суспензии далеко за пределы на современное течение Гольфстрим: не исключено, что прямо через Атлантику. Более ранние осадочные породы аргиллитового типа не собирались в геосинклинали, и генезис гор задерживался пропорционально. Но, вероятно, такие условия преобладали не очень долго. Ибо накопление солей кальция должно было быть быстрым, и хотя большая соленость из-за солей натрия была медленного роста, соли диадного элемента кальция должны были вскоре ввести сотрудничество иона в работу по строительству гор.

59

ИЗОБИЛИЕ ЖИЗНИ [1]

МЫ достигли перевала Тре-Крочи[2] и с точки немного ниже вершины посмотрели на восток через великолепную долину Валь-Буона. Сосны, которые покрывали дно и нижние склоны долины, простирали свои множества в самую даль, среди многих углублений гор, и в сливающуюся долину Валь-ди-Мизурина. На солнце альпийские бабочки перелетали с камня на камень. Земля у наших ног и повсюду в лесах кишела бесчисленными миллионами маленьких черных муравьев.

Это было великолепное проявление жизненной силы; агрессивности жизненной силы, атакующей бесплодные высоты известняка, вырывающей пропитание из мертвых вещей. И вопрос возник с новой силой: почему изобилие жизни и ее бесконечная активность?

В попытке ответить на этот вопрос возник настоящий очерк.

Я предлагаю обратиться за ответом к динамическим соображениям. Очевидно, что естественный отбор может быть вовлечен только вторичным образом. Естественный отбор определяет

[1] Proc. Roy. Dublin Soc., vol. vii., 1890.

[2] В Доломитовых Альпах Юго-Восточного Тироля; летом 1890 года. Большая часть того, что следует, была развита в дискуссии с моим попутчиком Генри Х. Диксоном. Большая часть этого принадлежит ему.

60

определенный курс развития для организма; но совершенно очевидно, что должно быть вовлечено какое-то свойство присущей прогрессивности в организме. Минерал не подвержен естественному отбору, чтобы вступить на путь постоянного изменения и размножения. Динамические отношения организма с окружающей средой, очевидно, очень отличаются от отношений неодушевленной природы.

ОБЩИЕ ДИНАМИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ, СОПРОВОЖДАЮЩИЕ НЕОДУШЕВЛЕННЫЕ ДЕЙСТВИЯ

Необходимо, в первую очередь, кратко упомянуть явления, сопровождающие перенос энергии внутри и в неодушевленные материальные системы. Здесь не предполагается, что эти явления ограничены в своей сфере действия неодушевленной природой. На самом деле, совершенно точно, что это не так; но хотя они придают мертвой природе ее собственные динамические тенденции, окажется, что их эффекты различными способами избегаются в живой природе. Мы, следовательно, рассматриваем их как характерные для неодушевленных действий. Мы принимаем как фундаментальную для всех последующих соображений истинность принципа сохранения энергии.[1]

[1] «Принцип сохранения энергии приобрел такой большой научный вес за последние двадцать лет, что ни один физиолог не почувствовал бы никакой уверенности в эксперименте, который показал бы значительную разницу между работой, выполненной животным, и балансом счета энергии, полученной и потраченной». — Клерк Максвелл, Nature, vol. xix., p. 142. См. также Гельмгольц «О сохранении силы».

61

Какие бы предположения ни делались относительно хода событий, очень далеких от нас в пространстве, кажется определенным, что диссипация энергии в настоящее время активно прогрессирует по всей нашей сфере наблюдения в неодушевленной природе. Это следует, фактически, из второго закона термодинамики, что всякий раз, когда работа извлекается из тепла, определенное количество тепла падает в потенциале, не совершая работы, или, короче говоря, рассеивается. С другой стороны, работа может быть полностью преобразована в тепло. Результатом является тепловая тенденция Вселенной. Тепло, будучи ненаправленной формой энергии, ищет, так сказать, свой собственный уровень, так что результатом этой тепловой тенденции является постоянное приближение к единообразию потенциала.

Тепловая тенденция Вселенной также раскрывается в далеко идущем «законе максимальной работы», который определяет, что химическое изменение, совершаемое без вмешательства внешней энергии, стремится к производству тела или системы тел, которые выделяют наибольшее количество тепла.[1] И, опять же, огромное количество действий, происходящих по всей природе, сопровождается диссипативными тепловыми эффектами, такими как те, что возникают от движений близлежащих молекул (трение, вязкость) и от падения электрического потенциала.

Таким образом, со всех сторон энергия, которая когда-то, весьма вероятно, существовала в форме гравитационного потенциала, рассеивается в недоступные формы. Мы должны

[1] Berthelot, Essai de Mécanique Chimique.

62

признать диссипацию неизбежным спутником неодушевленного переноса энергии.

Но когда мы переходим к рассмотрению неодушевленных действий в отношении времени, или скорости изменения во времени, мы находим новую черту в явлениях, сопровождающих перенос энергии; черту, которая действительно вовлечена в общие утверждения о законах физических взаимодействий.[1] Видно, что отношение неодушевленных материальных систем очень часто, если не во всех случаях, является замедляющим изменение — противодействующим ему эффектами, порожденными первичным действием, которые для удобства можно назвать «вторичными». Далее, будет видно, что эти вторичные эффекты являются теми, которые связаны с осуществлением неизбежной диссипации.

В качестве примера, давайте попытаемся перенести гравитационную потенциальную энергию, содержащуюся в массе, поднятой над поверхностью Земли, в упругое тело, которое мы можем привести в сжатие, положив на него вес. Таким образом, работа совершается против упругой силы и сохраняется как упругая потенциальная энергия. Мы можем иметь дело с металлической пружиной или с массой газа, содержащейся в цилиндре, снабженном поршнем, на который может быть помещен вес. В любом случае мы обнаруживаем, что эффект сжатия заключается в повышении температуры вещества, тем самым вызывая его

[1] Гельмгольц, «Лед и ледники». Сборник его популярных лекций Аткинсона. Первая серия, стр. 120. Цитируется по Тейту, «Теплота», стр. 311.

63

расширение или повышенное сопротивление спуску веса. И это сопротивление продолжается с уменьшающейся интенсивностью, пока все генерируемое тепло не рассеется в окружающую среду. Вторичный эффект, таким образом, задерживает окончательный перенос энергии.

Опять же, если мы предположим, что газ в цилиндре заменен паром в состоянии насыщения, эффект повышенного давления, как от веса, помещенного на поршень, заключается в восстановлении пара до жидкости, тем самым вызывая большое уменьшение объема и пропорциональную потерю гравитационного потенциала весом. Но это изменение ни в коем случае не произойдет мгновенно. Когда немного пара конденсируется, эта часть расстается со скрытой теплотой испарения, увеличивая напряжение остатка или повышая его точку насыщения, так что прежде чем вес опустится еще дальше, это тепло должно выйти из цилиндра.

Можно привести еще много таких случаев. Нагревание индийской резины при расширении, ее охлаждение при сжатии — примечательный случай; ибо на первый взгляд кажется, что это должно сделать ее исключением из общего закона, большинство веществ проявляют противоположные тепловые эффекты при нагрузке. Однако здесь тоже действие нагрузки противодействуется вторичными эффектами, развивающимися в веществе; ибо обнаружено, что это вещество сжимается при нагревании, расширяется при охлаждении. Опять же, лед, будучи веществом, которое сжимается при плавлении, эффект давления заключается в облегчении плавления, понижая его точку замерзания. Но

64

как только происходит небольшое плавление, результирующая жидкость требует от остаточного льда количества тепла, эквивалентного скрытой теплоте сжижения, и, таким образом, охлаждая все, замедляет изменение.

Такие частные случаи иллюстрируют принцип, контролирующий взаимодействие материи и энергии, который кажется универсальным в применении, за исключением случаев, когда он избегается, как мы увидим, изобретательностью жизни. Этот принцип раскрывается не только в исследованиях лаборатории; он проявляется в истории миров и солнечных систем. Таким образом, рассмотрим эффекты, возникающие в результате агрегации материи в пространстве под влиянием взаимного притяжения частиц. Тенденция здесь — потеря гравитационного потенциала. Окончательное приближение, однако, замедляется температурой, или живой силой частей, сопровождающей столкновение и сжатие. По этой причине великие солнца космоса излучают в течение веков, прежде чем достигается окончательная потеря потенциала.

Клерк Максвелл[1] отмечает относительно общего принципа, что требуется меньше силы для производства изменения в теле, когда изменение не противодействуется ограничениями, чем когда оно подвергается таковым. Отсюда, если мы предположим, что внешние силы, действующие на систему, не поднимаются выше определенного потенциала (что является порядком природы), ограничения вторичных действий могут, при определенных обстоятельствах, привести к окончательному отторжению части энергии, или, в любом

[1] «Теория теплоты», стр. 131.

65

случае, к замедлению изменения в системе — результатом чего является диссипация энергии.[1]

Поскольку такие ограничения кажутся внутренне присутствующими в свойствах материи, мы можем резюмировать следующим образом:

Перенос энергии в любую неодушевленную материальную систему сопровождается эффектами, замедляющими перенос и способствующими диссипации.

Если бы это был единственный возможный динамический порядок, правящий в материальных системах, совершенно точно, что мириады муравьев и сосен никогда не могли бы существовать, если только все они не были созданы творческим актом при огромных первичных затратах энергии. Рост и размножение были бы невозможны в системах, которые замедляли изменение на каждом шагу и никогда не продвигались ни в каком направлении, кроме направления диссипации. Однажды созданные, действительно, можно представить, что, как тепловые двигатели, они могли бы влачить существование попеременной жизни и смерти; жизнь в часы солнечного света, смерть в часы темноты: никакой окончательной смерти, однако, не было бы их уделом, пока их части просто не изнашивались бы от долгого использования, никогда не восстанавливаясь ремонтом. Но устойчивая и возрастающая активность организованной природы — это факт; следовательно, должен быть возможен какой-то другой порядок событий.

[1] Закон наименьшего действия, который применялся не только в оптике, но и во многих механических системах, по-видимому, физически основан на ограничении и замедлении, противодействующих переносу энергии в материальных системах.

66

ОБЩИЕ ДИНАМИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ, СОПРОВОЖДАЮЩИЕ ОДУШЕВЛЕННЫЕ ДЕЙСТВИЯ

Каково фактическое динамическое отношение первичного органического двигателя — растительного организма? Мы рассматриваем здесь, в первую очередь, не промежуточные, а результирующие явления.

Молодой лист, подвергающийся солнечному излучению, сначала мал, и количество лучистой энергии, которое он получает в единицу времени, не может превышать то, которое падает на его поверхность. Но каков эффект этой энергии? Не производить замедляющую реакцию, а ускоряющий ответ: ибо, при увеличении листа в результате роста, растение открывает для себя новые каналы снабжения.

Если мы обратимся к «живой протоплазме, которая с ее неизвестным молекулярным расположением является единственным абсолютным тестом клетки и организма в целом»,[1] мы обнаружим подобное отношение к внешним источникам доступной энергии. В акте роста вовлечена повышенная скорость ассимиляции, так что происходит ускорение изменения, пока не достигается объем максимальной активности. Поверхность, наконец, становится слишком малой для поглощения энергии, достаточной для поддержания дальнейшего увеличения массы (Спенсер[2]), и ускорение прекращается. Отходы, происходящие в центральных частях, затем просто уравновешиваются обновлением на поверхности. Путем деления, путем распространения массы, путем

[1] Клаус, «Зоология», стр. 13.

[2] Геддес и Томсон, «Эволюция пола», стр. 220.

67

вытекающих процессов нормальная активность роста может быть восстановлена. До этого момента ничего не было бы получено ни одним из этих изменений. Одно или другое из них теперь способствует прогрессивному поглощению энергии организмом, и одно или другое происходит, чаще всего лучшее из них, подразделение. Теперь существуют две единицы; общая масса сразу после деления не изменена, но пути для более обильного поглощения энергии открыты.

Инкапсуляция протоплазмы (происходящая при условиях, по которым натуралисты, кажется, не согласны[1]) по всем признакам является защитной от неблагоприятной среды, но это часто также период внутренних изменений, приводящий к сегрегации внутри массы многочисленных мелких единиц, за которой следует распад целого на эти единицы. Это, таким образом, расширение основы снабжения, и в обедненной среде, где единица поверхности менее активна, очевидно, является лучшим средством сохранения состояния прогресса.

Таким образом, в организме, который формирует основу всех способов жизни, соблюдается определенный закон действия при различных обстоятельствах реакции с доступной энергией его среды.

Аналогично, в случае более сложного листа мы видим не только в явлении роста, но и в его расширении в сплющенной форме, и в ориентации наибольшей поверхности к источнику энергии, отношение к

[1] Однако «Ни в коем случае не сравнимо со смертью». Вейсман, «Биологические мемуары», стр. 158.

68

доступной энергии, вызывающее ускоренный перенос. По-видимому, действует принцип, ведущий к увеличению органической активности.

Можно привести много других примеров. Стадия гаструлы в развитии эмбрионов, где путем инвагинации обеспечивается такое расположение размножающихся клеток, чтобы предложить наибольшую возможную поверхность, совместимую с первым разделением труда; обеспечение ресничками для использования энергетических запасов среды; и, более широко, специализация органов в высших развитиях жизни, могут одинаково рассматриваться как усилия организма, направленные на поглощение энергии. Когда какой-либо конкретный орган становится бесполезным в получении запасов, орган с течением времени абортируется или исчезает.[1] С другой стороны, когда слишком готовое и щедрое снабжение делает усилия и специализацию ненужными, происходит аналогичный аборт функционально бесполезных органов. Это видно у деградировавших членов некоторых паразитов.

В течение определенных эпох геологической истории растительный мир развивался колоссально; в ответ, вероятно, на щедрые запасы углекислого газа. Произошла структурная адаптация к богатой атмосфере, такая, которая была рассчитана на сотрудничество в быстром потреблении запасов, и этому подчинению закону прогрессивного переноса энергии мы обязаны огромными запасами энергии, накопленными сейчас

[1] Клаус, «Зоология», стр. 157.

69

в наших угольных бассейнах. И когда, далее, мы размышляем, что этот запас энергии давно рассеялся бы в пространстве, если бы не вмешательство организма, мы видим определенно другой фактор в органическом переносе энергии — фактор, действующий консервативно по отношению к энергии, или антагонистически к диссипации.

Тенденция организованной природы в присутствии неограниченных запасов — «разгуляться». Это кажется настолько универсальным отношением, что мы можем безопасно видеть здесь причину и следствие, и делать наши выводы относительно отношения организма к доступной энергии. Новые виды, когда они появляются на поле геологической истории, вооруженные свежими адаптациями, непреодолимыми, пока медленные защиты подчиненных организмов не завершены, достигают огромных размеров под стимулом обильного снабжения, пока, наконец, среда, живая и мертвая, не реагирует на них с ограничивающим влиянием. Эксuberance (изобилие) организма в присутствии энергии часто настолько обильно, что ведет путем лишения к его саморазрушению. Таким образом, рост бактерий часто контролируется их собственными отходами. Минутное рассмотрение показывает, что такая прогрессивная активность обозначает ускоряющее отношение со стороны организма к переносу энергии в органическую материальную систему. Наконец, мы осознаем в себе, как путем использования развиваются наши способности; и очевидно, что все такие прогрессивные развития должны основываться на действиях, которые отвечают на запасы свежими требованиями. Возможно, в настоящем и постоянно

70

возрастающем потреблении неодушевленной энергии цивилизованными расами мы видим раскрытое динамическое отношение организма, работающего через мыслительные процессы.

Будь это так или нет, мы находим в целом в организованной природе причины, действующие таким образом, что они ведут к прогрессивному переносу энергии в органическую систему. И мы замечаем также, что не все тратится, но как непосредственно в росте индивида, так и в конечном итоге в размножении вида, существуют действия, связанные с жизненной силой, которые замедляют диссипацию энергии. Мы переходим к изложению динамических принципов, вовлеченных в эти проявления, которые кажутся характерными для организма, следующим образом:—

Перенос энергии в любую одушевленную материальную систему сопровождается эффектами, способствующими переносу и замедляющими диссипацию.

Это утверждение, я думаю, совершенно общее. Оно было частично выдвинуто ранее, но с органической, а не физической точки зрения. Таким образом, «голод является существенной характеристикой живой материи»; и опять же, «голод является доминирующей характеристикой живой материи»,[1] являются, частично, выражениями этого утверждения. Если возражать против общности утверждения, что существуют периоды в жизни индивидов, когда стагнация и распад появляются, мы можем ответить, что

[1] «Эволюция пола». Геддес и Томсон, гл. xvi. См. также ссылку на теорию Коупа о «силе роста» в «Дарвинизме» Уоллеса, стр. 425.

71

такие явления возникают в фазах жизни, развитых в условиях внешнего ограничения, как будет более полно изложено далее, и что, фактически, особые условия старости не выражают и не могут выражать истинный закон и тенденцию динамических отношений жизни перед лицом ее очевидного прогресса на Земле. Закон неограниченной клетки — это рост во все возрастающем масштабе; и хотя мы предполагаем, что органическая конфигурация, будь то соматическая или репродуктивная, по существу нестабильна, так что постоянный приток энергии требуется просто для поддержания ее существования, это не порочит тот факт, что, когда свободен от всех внешних ограничений, рост выигрывает у отходов. Действительно, даже в случае старости утверждение остается по существу верным, ибо явления, отображаемые тогда, указывают на поломку функционирующей силы клетки, приближение к конфигурациям, неспособным к ассимиляции. Это не так, как если бы жизнь показывала в этих явлениях, что ее условия могли бы быть получены посреди изобилия, и все же ее закон был приостановлен; но как если бы они представляли деградацию самих условий жизни, распад, согласно законам неодушевленного, одушевленного устройства; так что энергия больше не доступна ему, или первичное условие, «перенос энергии в одушевленную систему», несовершенно соблюдается. Именно к совершенному устройству жизни относится наше утверждение.

Что окончательным концом всего будет общая недоступность, кажется, мало причин сомневаться, и организм, сам зависящий от различий потенциала, не может

72

надеяться продолжать агрегацию энергии за пределами периода, когда различия потенциала отсутствуют. Организм не несет ответственности за это. На него влияют события, внешние по отношению к нему, действиями, происходящими через неодушевленных агентов. И хотя сохраняется только часть полученной энергии, часть сохраняется, и это количество постоянно увеличивается. Чтобы увидеть это, достаточно поразмыслить, что сумма одушевленной энергии — способности совершать работу любым способом через одушевленные средства — в настоящее время на Земле является результатом, хотя и небольшим, энергии, достигающей Земли с отдаленного периода, и которая иначе была бы рассеяна в пространстве. В неодушевленных действиях по всей природе, как мы ее знаем, доступность постоянно уменьшается. Изменение идет только в одну сторону. Поскольку, однако, запас доступной энергии во Вселенной (вероятно) ограничен в количестве, мы должны рассматривать эти два как просто осуществляющие окончательную диссипацию потенциала очень разными способами. Одушевленная система агрессивна по отношению к энергии, доступной ей, тратит с экономией и инвестирует под проценты, пока смерть окончательно не лишает ее всего. У нее есть наследники, действительно, которые наследуют часть ее достижений, но они тоже должны умереть, и в конечном итоге не будет преемников, и большая часть должна растаять, как если бы ее никогда не было. Неодушевленная система реагирует на силы, наложенные на нее, вялыми изменениями; из того, что навязано ей, она расточает бесполезно. Путь энергии очень разный в двух случаях.

73

Хотя верно в целом, что обе системы в конечном итоге приводят к диссипации энергии до единообразного потенциала, организм может, как мы видели, при определенных обстоятельствах избежать окончательной гибели вообще. Он может отложить запас потенциальной энергии, который может быть постоянным. Таким образом, пока во Вселенной есть свободный кислород, наши угольные бассейны могли бы, в любое время в отдаленном будущем, генерировать свет и тепло в универсальной могиле.

Необходимо отметить фундаментальное различие между ростом протоплазмы и ростом кристалла. Обычным является проведение сравнения между ними и указание на метаболизм как на главное различие. Но хотя это самое очевидное различие, более фундаментальное остается в энергетических отношениях двух с окружающей средой.[1] Рост кристалла является результатом потери энергии; рост организма — результатом получения энергии. Кристалл представляет собой последнее положение стабильного равновесия, принятое молекулами при определенной потере кинетической энергии, и формирование кристалла путем испарения и концентрации жидкости не отличается в своем динамическом аспекте сильно от осаждения аморфного осадка. Организм, с другой стороны, представляет собой более или менее нестабильное состояние, сформированное и поддерживаемое притоком энергии; его формирование, действительно, часто сопровождается потерей кинетической энергии (фиксация углерода в растениях), но, если так, сопровождается

По-видимому, для кристаллической конфигурации является исключительным находиться на более высокой ступени энергии, чем для аморфной.

74

более чем компенсаторное увеличение потенциальной молекулярной энергии.

Таким образом, между ростом в живом мире и ростом в мире неживом энергетические отношения с окружающей средой обнаруживают заметный контраст. Опять же, в явлениях горения существуют определенные поверхностные сходства, которые привели к сравнению между ними. Однако и здесь отношение к энергии окружающей среды во многом соответствует «плюсу» и «минусу». Жизнь поглощает, накапливает и расходует экономно. Пламя лишь безрассудно тратит. Свойство накопления организмом обусловливает дальнейшее различие между ходом этих двух процессов. Оно обеспечивает возможность распространения химической активности организма в среде, где приток энергии прерывист или локализован. Химическая активность горения, строго говоря, может распространяться только среди соприкасающихся частиц. Мне нет нужды останавливаться на последнем факте; пример первого можно увидеть в действии корней растений, которые часто пересекают бесплодные участки или обходят препятствия в поисках энергии. Таким образом, корни находят места, богатые питательными веществами.

Таким образом, существует динамическое различие между прогрессом организма и прогрессом горения или химической реакции в целом. И хотя существуют нестабильные химические системы, поглощающие энергию во время реакции, они (динамически) представляют собой не что иное, как расширение сжатого газа. Существует определенная

75

начальная емкость системы для данного количества энергии; как только она насыщается, прогресс прекращается. Прогресс организма во времени непрерывен и идет от меньшего к большему до тех пор, пока его развитие не ограничено, а приток энергии неограничен.

Мы должны рассматривать организм как конфигурацию, которая устроена так, чтобы уклоняться от действия универсальных законов природы. Если мы не готовы верить, что в организме происходит нарушение второго закона термодинамики, что внутри него работает «демон Максвелла», мы должны, я полагаю, предположить, что взаимодействия, происходящие между его молекулами, сопровождаются замедлением и диссипацией, как и во всей остальной природе. То, что такие условия не несовместимы с определением динамического отношения организма, можно показать по аналогии с нашими неодушевленными машинами, которые с помощью гипотез, согласующихся со вторым законом термодинамики, могут, как предполагается, выполнять энергетические функции растения или животного и, по сути, во всех видимых отношениях соответствовать определению организма.

Мы можем предположить, что это достигается с помощью устройства по типу паровой машины, работающей на солнечной энергии. У него есть котел, который, как мы можем предположить, питается за счет работы самой машины. У него есть поршень, кривошипы и другие подвижные части, все они подвержены сопротивлению трения и т. д. Теперь нет причин, по которым эта машина не могла бы расходовать свою избыточную энергию на формирование, оснащение и запуск в действие других машин — по сути, на репродуктивную жертву. Все

76

эти другие машины представляют собой умноженное поглощение энергии как следствие энергии, полученной родительской машиной, и со временем могут, как предполагается, воспроизводить себя. Далее, мы можем предположить, что родительская машина мала и способна развивать очень небольшую мощность, но вся серия увеличивает мощность в каждом поколении. Таким образом, первичные энергетические отношения растительного организма представлены в этих машинах, и никакого нарушения второго закона термодинамики не происходит.

Мы могли бы расширить аналогию и, предположив, что эти машины тратят часть своей избыточной энергии на совершение работы против химических сил — например, путем разложения воды с помощью динамо-машины, — предположить, что они таким образом создают запас потенциальной энергии, способный нагревать котлы второго порядка машин, представляющих травоядное животное. Очевидно, не переходя к третичному или плотоядному порядку, что состояние энергии в животном мире можно считать реализованным в этих последовательных сериях машин, и не предполагать нарушения принципов, управляющих действиями, происходящими в наших машинах. Организмы, развивающиеся по схожим принципам, испытывали бы потери при каждом переносе. Таким образом, лишь часть лучистой энергии, поглощенной листом, расходовалась бы на реальную работу, химическую, гравитационную и т. д. Совершенно очевидно, что именно это и происходит.

Возможно, стоит мимоходом заметить, что из пищевой зависимости животного от растительного,

77

и того факта, что преобразование энергии одного для целей другого не может происходить без потерь, средняя энергия, ежедневно поглощаемая растением для целей роста, должна значительно превышать энергию, используемую в росте животных; так что химическая потенциальная энергия растительности на Земле намного больше, чем энергия всех видов, представленная в конфигурациях животных.[1] По-видимому, также в способности растения оставаться относительно неактивным, переживать тяжелые времена при минимальных затратах и поглощении, растение представляет собой настоящий резервуар для равномерного снабжения более нестабильного и активного животного.

Наконец, по вопросу о способе происхождения органических систем следует заметить, что, хотя жизнь настоящего времени, безусловно, является выживанием наиболее приспособленных из тенденций и случайностей прошлого, тем не менее, при зарождении организованного мира одна случайность могла решить весь ход событий: ибо, однажды возникнув, его собственный закон обеспечивает его рост, хотя внутри нового порядка действий закон наиболее приспособленных должен утвердиться. То, что такая прогрессивная материальная система, как организм, была возможна и в какой-то отдаленный период была инициирована, является предметом знания; была ли инициирующая живая конфигурация редкой и случайной или вероятным результатом общего действия физических законов, действующих среди бесчисленных случайностей, должно оставаться предметом

[1] Я нахожу аналогичный вывод в книге Земпера «Жизнь животных», стр. 52.

78

спекуляций. В случае, если верно первое, очевидно возможно, несмотря на большое конечное число обитаемых миров, что жизнь отсутствует в других местах. Если верно второе, почти наверняка жизнь существует во всех или многих из этих миров.

ЭВОЛЮЦИЯ И УСКОРЕНИЕ АКТИВНОСТИ

Первичным фактором эволюции является «борьба за существование». Это предполагает «естественный отбор» среди многих вариаций организма. Если мы ищем глубинные причины борьбы, мы обнаруживаем, что потребность в пище и (в меньшей степени) желание найти партнера являются основными причинами соперничества. Первое является гораздо более важным фактором, и, соответственно, мы находим большую степень специализации, основанную на нем.

Данный взгляд предполагает динамическую необходимость для своих требований, заложенную в природе организма как такового. Это предположение основано на наблюдении результатов его неограниченного роста, размножения и жизненных актов. Мы имеем такое же право утверждать это об организме, как и утверждать, что замедление и деградация сопровождают действия неодушевленных машин, что также основано на наблюдении результатов. Таким образом, мы переходим от поверхностных утверждений о том, что организмам нужна пища для жизни, или что организмы желают пищи, к более фундаментальному:

_Организм — это конфигурация материи, которая поглощает энергию ускоренно, без ограничений, когда он не ограничен._

79

Это динамическая основа для «борьбы за существование». Поскольку организм является материальной системой, реагирующей на приток энергии новыми требованиями, а энергия ограничена в количестве, борьба следует как необходимость. Таким образом, эволюция, направляющая шаги ищущего энергию организма, должна предполагать и находить свое начало в том неотъемлемом свойстве организма, которое определяет его отношение в присутствии доступной энергии.

Переходя к фактору «адаптации», мы обнаруживаем, что он также должен предполагать, чтобы быть объяснимым, некое качество агрессивности со стороны организма. Ибо адаптация в том или ином направлении является результатом отпора или победы, и, следовательно, мы должны предполагать атаку. Атака совершается организмом в соответствии с его законом спроса; мы видим в адаптации организма лишь накопленную мудрость, извлеченную из прошлых поражений и побед.

Там, где среда активна, то есть жива, адаптация происходит с обеих сторон. Улучшенные средства защиты или улучшенные средства нападения — все это предполагает активность. Таким образом, реакции на среду, одушевленную и неодушевленную, являются одновременно результатом вечной агрессивности организма и источником новой агрессивности по отношению к ресурсам среды.

Что касается «выживания наиболее приспособленных» (или «естественного отбора»), мы можем, я думаю, сразу заключить, что организм, который лучше всего выполняет органический закон в условиях снабжения, является «наиболее приспособленным», _ipso facto_. Во многих

80

случаях это содержится в здравом рассуждении, что быть сильным, совместимым со скрытностью от врагов, которые сильнее, — лучше всего, так как это дает организму господство над врагами, которые слабее, и в целом делает его более способным обеспечивать себя припасами. Вейсман указывает, что естественный отбор благоприятствует раннему и обильному размножению. Но независимо от того, являются ли качества «наиболее приспособленного» силой, плодовитостью, хитростью, быстротой, имитацией или скрытностью, мы можем с уверенностью заключить, что рост и размножение должны быть первичными качествами, которые одновременно определяют отбор и поощряются им. В природе организма заложено ускоренное поглощение энергии, но качества «наиболее приспособленного» различны, ибо запас энергии ограничен, и существует много конкурентов за него. Обеспечить, чтобы ничего не было потрачено впустую, — это в конечном счете цель естественного отбора, решающего среди жаждущих конкурентов, что лучше для каждого.

Короче говоря, факты и обобщения, касающиеся эволюции, должны предполагать организм, наделенный качеством прогрессивного поглощения энергии и удерживающий ее. Непрерывность органической активности в мире, где поставки прерывисты, очевидно, возможна только при последнем условии. Таким образом, оказывается, что динамическое отношение организма, рассматриваемое на этих страницах, занимает фундаментальную позицию в отношении его эволюции.

Мы переходим к рассмотрению старости и смерти, пытаясь обнаружить, в каком отношении они находятся к врожденной прогрессивности организма.

81

ПЕРИОДИЧНОСТЬ ОРГАНИЗМА И ЗАКОН ПРОГРЕССИВНОЙ АКТИВНОСТИ

Органическая система по сути нестабильна. Ее агрессивное отношение вовлечено в феномен роста и в размножение, которое является формой роста. Но поглощенная энергия тратится не только на рост. Она частично идет также на возмещение распада, который возникает из-за нестабильности органической единицы. Клетка молекулярно скоропортящаяся. Она обладает своей сущностью подобно тому, как волчок сохраняет вертикальное положение, благодаря постоянному притоку энергии. Метаболизм всегда происходит внутри нее. Любое другое состояние, вероятно, повлекло бы за собой трудности вечного двигателя.

Феномен старости не очевиден в случае одноклеточного организма, размножающегося делением. На любой стадии своей истории все особи одного возраста: все содержат равную часть исходной клетки, насколько это можно рассматривать как сохраняющееся там, где происходит постоянный поток материи и энергии. В высших организмах смерть повсеместно очевидна. Почему это так?

Вопрос этот весьма сложен. Рассматривая его с более фундаментальной молекулярной точки зрения, мы, возможно, должны искать причину смертности в отказе способности к делению клеток. Ибо именно этому феномену — делению клеток — следует приписывать продолжение жизни простейших, как мы уже видели. Размножение, по сути, является здесь спасительным фактором.

Поскольку мы не знаем источника или природы стимула,

82

ответственного за деление клеток, мы не можем дать молекулярное описание смерти у высших организмов. Однако теперь мы увидим, что философски мы вправе рассматривать размножение как спасительный фактор и в этом случае; и рассматривать смерть индивида почти так же, как мы рассматриваем падение листа с дерева: т. е. как прекращение отростка от развития, простирающегося из прошлого в будущее. Феномены старости и естественной смерти, короче говоря, не противоречат прогрессивной активности организма. Мы осознаем это, когда переходим к рассмотрению смерти с эволюционной точки зрения.

Профессор Вейсман в своих двух эссе «Продолжительность жизни» и «Жизнь и смерть»[1] принимает и защищает взгляд, что «смерть не является первичной необходимостью, но была вторично приобретена путем адаптации». Клетка не была внутренне ограничена в числе своих клеточных поколений. Низшие одноклеточные организмы потенциально бессмертны, высшие многоклеточные формы с хорошо дифференцированными органами содержат семена смерти внутри себя.

Он находит необходимость смерти в ее полезности для вида. Долгая жизнь — бесполезная роскошь. Раннее и обильное размножение лучше для вида. Бессмертный индивид постепенно становился бы поврежденным и был бы бесполезен или даже вреден для вида, занимая место тех, кто здоров. Следовательно, естественный отбор будет сокращать жизнь.

[1] См. его «Биологические мемуары». Оксфорд, 1888.

83

Вейсман выступает против передачи приобретенных признаков как недоказанной.[1] Он основывает появление смерти на вариациях в репродуктивных клетках, поощряемых непрерывным действием естественного отбора, что привело к дифференциации на скоропортящиеся соматические клетки и бессмертные репродуктивные клетки. Предел времени любого конкретного организма в конечном счете зависит от числа поколений соматических клеток и продолжительности каждого поколения. Эти величины «предопределены в самом зародыше», который дает начало каждому индивиду. «Существование бессмертных многоклеточных организмов мыслимо», но их способность к существованию зависит от условий внешнего мира; это делает необходимым процесс адаптации. Фактически, при дифференциации соматических клеток от репродуктивных был предоставлен материал, на который естественный отбор мог воздействовать, чтобы сократить или удлинить жизнь индивида в соответствии с потребностями вида. Сома в некотором смысле является «вторичным придатком реального носителя жизни — репродуктивных клеток». Соматические клетки, вероятно, утратили свои бессмертные качества, когда это бессмертие стало бесполезным для вида. Их смертность могла быть лишь следствием их дифференциации (loc. cit., стр. 140), сама по себе обусловленная естественным отбором. «Естественная смерть, — по сути, — не была введена из абсолютной внутренней необходимости, присущей природе живой материи, но из соображений полезности,

[1] Биологические мемуары, стр. 142.

84

то есть из потребностей, которые возникли не из общих условий жизни, а из тех особых условий, которые доминируют в жизни многоклеточных организмов».

О врожденном бессмертии жизни Вейсман в конечном итоге заявляет: «Размножение, по правде говоря, является существенным атрибутом живой материи, так же как и рост, который дает ему начало.... Жизнь непрерывна и не прерывается периодически: с момента своего первого появления на Земле в низшем организме она продолжалась без перерыва; изменились лишь формы, в которых она проявляется. Каждый индивид, живущий сегодня — даже самый высший — происходит в непрерывной линии от первых и низших форм». [1]

В настоящее время очень распространено мнение, что сома высших организмов является, в некотором смысле, лишь носителем в течение определенного периода бессмертных репродуктивных клеток (Рэй Ланкестер)[2] — придатком, возникшим в результате адаптации, занятым их снабжением, защитой и передачей. И рассматриваем ли мы предел времени ее функций как обусловленный внешними ограничениями, периодически действующими до тех пор, пока их эффекты не станут наследственными, или вариациями, более непосредственно внутреннего происхождения, поощряемыми естественным отбором, мы видим в старости и смерти явления, в конечном счете вызванные в соответствии с действием среды. Они не присущи свойствам живой материи. Но, несмотря

[1] Loc. cit., стр. 159

[2] Геддес и Томсон, «Эволюция пола», гл. xviii.

85

на свою смертность, тело остается поразительным проявлением прогрессивности организма, ибо именно ей это должно быть приписано. Ему доступна энергия, которая недоступна простейшим. Изобретательные адаптации к среде — это более всего его привилегия. Однако более высокое проявление было возможно и было найдено в развитии разума. Это тоже слуга клетки, как джинн лампы. Через него доступна энергия, которая недоступна телу. Это шедевр клетки. Его активность датируется, так сказать, лишь вчерашним днем, а сегодня он наследует самые разнообразные энергии Земли.

Принимая такой взгляд на органическую последовательность, мы можем уподобить индивида частице, вибрирующей на мгновение, а затем приходящей в покой, но описывающей в своем движении одну волну в непрерывной органической вибрации, путешествующей из прошлого в будущее. Но поскольку эта вибрация распространяется с увеличенной энергией от каждой вибрирующей частицы, ее распространение включает в себя постоянный ускоренный приток энергии из окружающей среды, динамическое состояние, неизвестное в периодических эффектах, передаваемых неодушевленными действиями, и, действительно, отмечающее фундаментальное различие между динамическими отношениями одушевленного и неодушевленного.

Мы можем с некоторой пользой проследить периодическую последовательность индивидов на диаграмме активности. Рассматривая сначала случай одноклеточного организма, размножающегося делением, и вспоминая, что условия, определенные и неизбежные, ограничивают скорость роста или, для наших

86

текущих целей, скорость потребления энергии, мы действуем следующим образом:

{Рис. 1}

Вдоль горизонтальной оси измеряются единицы времени; вдоль вертикальной оси — единицы энергии. Тогда история жизни амебы, например, выглядит как линия, подобная A на рис. 1. На ранних стадиях своего роста скорость поглощения энергии мала; так что за единичный интервал времени, t, поглощается небольшое количество энергии, e1. По мере развития жизни активность организма возрастает, пока, наконец, эта скорость не достигает максимума, когда e2 единиц энергии потребляется в единицу времени.[1]

[1] Ссылка на стр. 76, где органическая система рассматривается как чисто механическая, может помочь читателям понять, что подразумевается в этой кривой. Солнечный двигатель, несомненно, может иметь свою активность, определяемую такой кривой. Организм, безусловно, сложнее; но ни этот факт, ни наше незнание его механизма не влияют на принципы, оправдывающие диаграмму.

87

На этой диаграмме размножение со стороны организма представлено линией, которая повторяет кривизну родительского организма, исходящую из такой точки, как P на пути последнего, когда скорость потребления энергии стала постоянной. Организм A теперь перестал действовать как единица. Продукты деления каждый продолжают жизненное развитие

{Рис. 2}

вида вдоль кривой B, которая может быть пронумерована (2), чтобы обозначить, что она представляет активность двух индивидов, и так далее, нумерация продвигается в геометрической прогрессии. Конкретная кривизна, принятая на диаграмме, конечно, воображаемая; но она не является неопределенной по своей природе. Ее ход для любого вида является характеристикой фундаментального физического значения, касающейся роли, которую играет в природе конкретный организм.

88

На рис. 2 представлен путь примитивного многоклеточного организма до того, как последствия конкуренции породили или поощрили его смертность. Обозначения рис. 1 применимы; последовательные репродуктивные акты отмечены P1, P2; Q1, Q2 и т. д. на путях последовательных индивидов.

{Рис. 3}

Следующий рисунок (рис. 3) схематично иллюстрирует смерть в органической истории. Путь все больше и больше отклоняется от оси энергии, пока, наконец, не достигается точка, когда больше нет доступной энергии; касательная к кривой в этой точке находится под прямым углом к оси энергии и параллельна оси времени. Точка смерти достигнута, и как бы долго мы ни измеряли вдоль оси времени, дальнейшего потребления энергии

89

путем организма не указывается. Проведение линии за точкой смерти бессмысленно для наших текущих целей.

Заметно, что в то время как прогресс одушевленной природы находит свое отражение на этой диаграмме линиями, наклоненными _вверх_ слева направо, ход событий в неодушевленной природе — например, история органической конфигурации после смерти, или

{Рис. 4}

изменения, происходящие, скажем, в солнечной системе или в процессе кристаллизации, выглядели бы как линии, наклоненные вниз слева направо.

Каковы бы ни были наши взгляды на происхождение смерти, мы должны признать периодичность функций в истории жизни последовательных индивидов настоящего времени; и прослеживаем ли мы это прямо или косвенно к

90

своего рода вмешательству в растущую волну жизни, навязанному активностью серии производных единиц, каждая из которых ищет энергию, и в силу своей адаптации каждая из которых более приспособлена к ее получению, чем ее предшественник, или даже вообще не принимаем во внимание идею вмешательства в возникновении или увековечении смерти, истинность диаграммы (рис. 4) сохраняется в той мере, в какой она может считаться графическим представлением динамической истории индивида. Точка, выбранная на кривой для возникновения производной единицы, применима только к определенным организмам, многие из которых размножаются в самом конце жизни. Здесь предполагается представленной цепь единиц.[1]

ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ЖИЗНИ

Если мы разложим волны, как указано выше, в общем масштабе времени для разных видов, разница в долголетии будет видна в большем или меньшем числе вибраций, совершенных за данное время, т. е. в большей или меньшей «частоте». Мы, конечно, не можем правильно нарисовать кривизну, так как это потребовало бы знаний, которых у нас нет, об активности организма в разные периоды его истории жизни, и поэтому мы также не можем построить направление органической линии распространения по отношению к

[1] Проецируя на оси времени и энергии любую одну полную вибрацию, как на рис. 4, общая энергия, потребляемая организмом в течение жизни, есть длина E на оси энергии, а период его жизни есть длина T на оси времени. Средняя активность есть частное E/T.

91

осям отсчета, так как это предполагает знание средней активности.[1]

Группа кривых, которые следуют, относящиеся к типичным животным, обладающим очень разной активностью (рис. 5), поэтому полностью схематичны, за исключением приблизительного

{Рис. 5}

долголетия организмов. (1) может представлять животное с продолжительностью жизни и активностью человека; (2), в том же масштабе долголетия,

[1] В относительном снабжении пищей в различные периоды жизни кривизна приблизительно определима.

92

одно из мелких млекопитающих; и (3), историю жизни холоднокровного животного, доживающего до глубокой старости; например, некоторые из рептилий.

Вероятно, что к условиям структурного развития под влиянием естественного отбора вопрос о более долгой или короткой жизни в значительной степени относится. Таким образом, развитие по линиям большого роста будет стремиться к медленной скорости размножения из-за того простого факта, что неограниченная энергия для обеспечения обильного размножения не может быть получена, что бы мы ни предполагали относительно силы или хитрости, проявляемой индивидом в его усилиях получить свои припасы. С другой стороны, развитие по линиям малого роста, поскольку размножение менее затратно, вероятно, приведет к увеличению скорости размножения. Фактически, общее наблюдение состоит в том, что в случае более крупных животных скорость размножения обычно медленнее, чем в случае более мелких животных. Но можно было бы ожидать, что скорость размножения окажет важное влияние на определение конкретной периодичности организма. Если бы мы изобразили на последней диаграмме, в том же масштабе времени, что и у человека, вибрации более мелких и короткоживущих живых существ, мы увидели бы лишь прямую линию, за исключением вековых изменений в активности, представляющих прогресс вида во времени: крошечные трепеты его единиц потеряны в сравнении с еще кратким периодом человека.

Взаимозависимость скорости размножения и

93

продолжительности индивида, действительно, очень вероятно, раскрывается в том факте, что короткоживущие животные чаще всего размножаются быстро и в большом изобилии, и наоборот. Во многих случаях, где это кажется опровергнутым, будет обнаружено, что молодые особи подвергаются таким опасностям, что выживают лишь немногие (например, многие рептилии и т. д.), и поэтому скорость размножения фактически медленная.

Смерть из-за периодической суровости неодушевленной среды вызывает явления, сильно отличающиеся от смерти, вызванной или поощряемой конкуренцией. Возникает множество эффектов, имитирующих смерть. Организмы, например, научатся справляться с очень суровыми условиями, если они вводятся медленно и не являются постоянными. Переходный период нужды можно пережить с помощью ухищрений. Лилия, отводящая свои жизненные силы в луковицу, защищенную от величайшей крайности суровости уединением в Земле; транс впадающего в спячку животного — вот примеры таких ухищрений.

Но есть организмы, чья жизненная волна поистине принимает периодичность Земли на ее орбите. Таким образом, более мелкие животные и растения, обладающие меньшими ресурсами в себе, умирают с приближением зимы, размножаясь единицами, которые, будь то яйцо или семя, проходят период покоя в сезон нужды. В этих покоящихся единицах энергия организма потенциальна, а функция время-энергия находится в состоянии ожидания. Это состояние, возможно, предвосхищено в инцистировании

94

амебы в сопротивлении засухе. В большинстве случаев спячки функция время-энергия, по-видимому, поддерживается за счет потери потенциала организмом, при этом уменьшенное жизненное потребление энергии осуществляется за счет накопленной энергии тканей. Так же и среди самых крупных организмов будет наблюдаться уменьшение активности, периодически вдохновляемое климатологическими условиями. Таким образом, полностью или частично активность организмов периодически затрагивается великими энергетическими приливами, вызванными орбитальным движением Земли.

{Рис. 6}

Аналогично, в феномене сна организм реагирует на осевую периодичность Земли, ибо в интервале ночи приходится терпеть период обеднения. Таким образом, суточные волны энергии также встречают отклик в организме. Эти приливы и волны активности выглядели бы как большие и меньшие ряби

95

на кривой жизни организма. Но у некоторых, у которых жизнь и смерть охвачены одним днем, этого не было бы; а для однолетних растений отдых семян разделяет волны линиями отсутствия активности (рис. 6).

Таким образом, наконец, мы рассматриваем организм как динамический феномен, проходящий через периодические вариации интенсивности. Материальные системы, участвующие в переносе энергии, поднимаются, процветают и падают в бесконечной последовательности, подобно городам древних династий. В точках одинаковой фазы на волнах скорость потребления энергии примерно одинакова; функции, которые требуют и расходуют энергию, также имеют схожую природу.

То, что ритм этих событий в конечном счете основан на гармонии в конфигурации и движении молекул внутри зародыша, кажется неизбежным выводом. В жизни индивида вновь появляются ритмические динамические явления, которые в некоторых случаях больше не имеют параллелей во внешнем мире или в условиях, когда индивид больше не находится под влиянием этих внешних условий. Во многих случаях периодические явления в конечном итоге затухают под новыми влияниями, подобно колебаниям тела в вязкой среде; в других, когда они кажутся более глубоко укоренившимися в физиологических условиях, они сохраняются.

«Продолжительность жизни зависит от числа

[1] «Происхождение человека».

96

поколений соматических клеток, которые могут сменять друг друга в течение одной жизни, и, кроме того, число, а также продолжительность каждого отдельного клеточного поколения предопределены в самом зародыше».[1]

Только в смутной концепции гармонизирующего или формирующего структурного влияния, происходящего из зародыша, погибающего в каждой клетке от внутренних причин, но передаваемого от клетки к клетке, пока само формирующее влияние не деградирует в молекулярные раздоры, кажется возможным сформировать какое-либо физическое представление последовательных событий жизни. Деградация молекулярного формирующего влияния могла бы, как предполагается, быть вовлечена в его частую передачу в соответствии с некоторыми динамическими действиями, подобными тем, что происходят в неодушевленной природе. Таким образом, в конечном счете, к отходам внутри клетки, к присутствию силы, замедляющей ее вечные гармонические движения, следует приписывать смерть индивида. Возможно, в протоплазматических отходах следует признать существование универсальной смерти. Именно здесь мы, кажется, касаемся неодушевленной природы; и мы возвращаемся к прежнему выводу, что организм в своем нестесненном состоянии должен рассматриваться как устройство для уклонения от динамических тенденций действий, в которых участвует безжизненная материя.[2]

[1] Вейсман, «Жизнь и смерть; Биологические мемуары», стр. 146.

[2] В связи с предопределяющей силой и возможной сложностью зародыша поучительно поразмыслить о весьма большой молекулярной популяции даже самых маленьких спор, дающих начало очень простым формам. Так, споры одноклеточных Schizomycetes оцениваются в размерах до 1/10 000 миллиметра в диаметре (Cornil et Babes, Les Batteries, 1. 37). Из оценки лорда Кельвина числа молекул в воде, содержащихся в пределах длины волны желтого света («Размер атомов», Proc. R. I., том x., стр. 185), вероятно, что такие споры содержат около 500 000 молекул, в то время как сто молекул располагаются вдоль диаметра.

97

ЧИСЛЕННОЕ ИЗОБИЛИЕ ЖИЗНИ

Мы начали с поиска в различных проявлениях жизни динамического принципа, достаточно всеобъемлющего, чтобы охватить ее весьма разнообразные явления. Это, по всем признакам, найденное, привело нас к тому, чтобы рассматривать жизнь в значительной степени как периодический динамический феномен. Фундаментально, именно в той характеристике устройства, которая заставляет его благоприятно реагировать на перенос энергии, заключается причина его огромного распространения. Вероятно, что именно к его нестабильности следует прослеживать его численное изобилие — ибо это, требуя постоянного снабжения всех уже сформированных частей, делает большой, недифференцированный рост несовместимым с ограниченными запасами среды. Это фундаментальные условия обильной жизни на Земле.

Хотя мы признаем в нестабильности живых систем основную причину их численного изобилия, действуют и вторичные эволюционные причины. Самой важной из них является самоблагоприятствующая природа феномена размножения. Таким образом, существует тенденция не только благоприятствовать репродуктивности, но и ранней репродуктивности в форме одного плодовитого репродуктивного

98

акта, после которого индивид умирает.[1] Следовательно, длина волны вида уменьшается, размножение становится более частым, и соответственно большее число появляется и исчезает в интервале времени.

Другая причина численного изобилия жизни существует, как уже было сказано, в условиях питания. Энергия более легко передается различным частям меньшей массы, и поэтому меньшие организмы будут более активно функционировать; и это, будучи побуждающим динамическим отношением, а также наиболее благоприятным в борьбе, будет умножать и благоприятствовать таким формам жизни. С другой стороны, однако, эти формы будут иметь меньше ресурсов внутри себя и меньше силы выносливости, так что они подходят только для довольно равномерных условий снабжения; они не могут пережить долго продолжающуюся нужду зимы, и поэтому мы имеем сезонное изобилие лета. Только более крупные и более устойчивые организмы, будь то животные или растения, будут, в общем, населять Землю из года в год. Из этого мы можем заключить, что, если бы не сезонные энергетические приливы, развитие жизни на земном шаре пошло бы по совершенно иным линиям, чем те, что были фактически пройдены. Действительно, возможно, что эволюция более крупных организмов не произошла бы; не было бы свободного места для их развития, и существо, столь одаренное, как человек, вряд ли

[1] Вейсман, «Продолжительность жизни».

99

могло бы эволюционировать. Мы можем также применить это рассуждение в другом месте и считать весьма вероятным, что в мирах, которые лишены сезонных влияний, высшие формы жизни не появились; если только они не эволюционировали в других условиях, когда они могли бы в течение некоторого периода сохраняться. Нам, действительно, достаточно представить себе, какими были бы последствия продолжения лета для жизни насекомых, чтобы прийти к представлению об антагонистических влияниях, существующих в таких мирах для выживания более крупных организмов.

По-видимому, именно динамическому отношению жизни в первую очередь, а во вторую очередь — условиям среды, ограничивающим недифференцированный рост, а также действию наследственности при передаче репродуктивных качеств родителя потомству, следует приписывать множества сосен и полчища муравьев. Другие причины, безусловно, действуют, но эти, я думаю, должны оставаться первичными причинами.

Мы хорошо знаем, что изобилие муравьев и сосен — это не десятая часть изобилия вокруг нас, видимого и невидимого. Тщетная попытка осознать бесчисленные количества наших сограждан на Земле; но для наших целей беспокойные муравьи и сосны, торжественно тихие на солнце, послужили типами одушевленных вещей. В сосне врата органического были распахнуты, чтобы живительная река энергии могла втечь. Муравьи и бабочки пьют на краткий миг из ее вод и снова исчезают в

100

неорганическое: жизнь, любовь и смерть, охваченные одним днем.

Стоит ли организм в покое, и жизнь приходит к нему на материальных потоках ветров и вод, или в вибрационной энергии эфира; или, опять же, с беспокойной жаждой он спешит туда-сюда в поисках ее, не имеет значения. Один принцип — закон ускорения, который является законом органического, — побуждает всех одинаково к развитию, размножению и смерти. Но хотя индивид умирает, смерть — это не конец; ибо жизнь — это ритмический феномен. Сквозь проходящие века волны жизни сохраняются: волны, которые меняются в своей форме и в частоте, к которой они настроены от одного геологического периода к другому, но которые все же всегда сохраняются и все же всегда увеличиваются. И в конце концов организм переживает поколения холмов.

101

ЯРКИЕ ЦВЕТА АЛЬПИЙСКИХ ЦВЕТОВ [1]

Все наблюдатели признают, что многие виды цветковых растений, растущие на более высоких альпах горных регионов, демонстрируют более яркий и насыщенный цвет в своем цветении, чем тот, который проявляется у тех же видов, растущих в долинах. То, что это действительно так, а не просто эффект, произведенный на наблюдателя скудной листвой, делающей цветение более заметным, было показано сравнительным микроскопическим исследованием лепестков видов, растущих на высотах и в долинах. Такое исследование показало, что во многих случаях пигментные гранулы более многочисленны у особей, растущих на больших высотах. Разница особенно заметна у Myosotis sylvatica, Campanula rotundifolia, Ranunculus sylvaticus, Galium cruciatum и других. Она менее заметна в случае Thymus serpyllum и Geranium sylvaticum; в то время как у Rosa alpina и Erigeron alpinus никакой разницы не наблюдается.[2]

В следующих случаях разница в интенсивности цвета, согласно Кернеру («Pflanzenleben», 11. 504), особенно заметна: — Agrostemma githago, Campanula

[1] Proc. Royal Dublin Society, 1893.

[2] Г. Бонье, цитируется по Де Вариньи, «Экспериментальная эволюция», стр. 55.

102

pusilla, Dianthus inodorus (silvestris), Gypsophila repens, Lotus corniculatus, Saponaria ocymoides, Satureja hortensis, Taraxacum officinale, Vicia cracca и Vicia sepium.

По моим собственным наблюдениям, это прекрасное явление всегда казалось наиболее очевидным и впечатляющим. По-видимому, оно поразило многих непрофессиональных наблюдателей. Гельмгольц предлагает объяснение, что яркие цвета являются результатом более яркого солнечного света на высотах. Говорили также, что они являются прямыми химическими эффектами более сильно озонированной атмосферы. Последнее объяснение я не могу отнести к его автору. Следующие страницы содержат предположение по этому вопросу, которое пришло мне в голову во время путешествия вместе с Генри Х. Диксоном в районе Линталь в Швейцарии прошлым летом.[1]

Если цветение этих более высоких альпийских цветов особенно приятно нашим собственным эстетическим инстинктам и заметно выделяется для нас как наблюдателей, почему бы им также не быть особенно привлекательными и заметными для насекомого, чья миссия — блуждать от цветка к цветку по пастбищам? Ответ на этот вопрос включает гипотезу, которую я хотел бы выдвинуть как объясняющую яркие цвета высокорастущих особей. Короче говоря, я считаю, что удовлетворительное объяснение можно найти в условиях жизни насекомых в более высоких Альпах.

На более высоких пастбищах лето начинается поздно и

[1] Лето 1892 года.

103

заканчивается рано, и даже в середине лета день заканчивается экстремальным холодом, а ночной холод рассеивается только тогда, когда солнце уже высоко. Опять же, облака покрывают высоты, когда внизу все ясно, и холодные ветры проносятся над ними, когда в долинах тепло и укрытие. С этими суровыми условиями приходится бороться опыляющим насекомым в поисках пищи, и это тогда, когда конкурирующие аттракционы долин внизу так многочисленны. Я считаю, что именно эти суровые условия косвенно ответственны за яркие цвета альпийских цветов. Ибо такие условия приведут к сравнительной нехватке активности насекомых на высотах; а нехватка или неопределенность в действии насекомых при осуществлении оплодотворения усилит конкуренцию за привлечение внимания, и только самые яркие цветы будут оплодотворены.[1]

Это будет естественный отбор самых ярких, или

[1] Грант Аллен, как я недавно узнал, выдвигает в «Науке в Аркадии» теорию о том, что существует естественная селективная причина, способствующая ярким цветам альпийских растений. Селективная причина, однако, им относится к большему изобилию бабочек по сравнению с пчелами-опылителями. Первые, говорит он, проявляют больше эстетического инстинкта, чем пчелы. В долине пчелы обеспечивают оплодотворение всех. Я могу заметить, что на Фридолинс-Альп все опылители, которых мы наблюдали, были пчелами. Я всегда находил бабочек очень редкими на высотах от 7000 до 8000 футов. Альпийские пчелы очень легкие по телу, как наша медоносная пчела, и я не думаю, что разрежение атмосферы может препятствовать их подъему на высоты, как предполагает Грант Аллен. Наблюдения за смертностью пчел и бабочек на леднике, о которых будет сказано далее, по-видимому, опровергают такую гипотезу и показывают, что большое преобладание пчел над бабочками пробирается на высоты.

104

самые яркие будут наиболее приспособленными, и это условие, наряду с влиянием наследственности, будет поощрять расу ярких цветов. С другой стороны, более скудное и неопределенное снабжение корнями и суровые атмосферные условия не будут поощрять более грубую борьбу за существование, которая в долинах ведется так жадно между листьями и ветвями — нормальными наступательными и оборонительными средствами растения — и поэтому борьба становится утонченной в более эстетическую борьбу цвета и яркости между цветком и цветком. Следовательно, скудная листва и яркое цветение были бы одновременно результатом необходимой экономии и прибеганием к лучшему методу обеспечения размножения в условиях деятельности насекомых-опылителей. Или, другими словами, в то время как роскошный рост запрещен условиями, и, таким образом, методы нападения и защиты, основанные на энергичном развитии, снижены в важности, по-видимому, борьба в основном относится к соперничеству за предпочтение насекомых. Вероятно, это более экономичный способ ведения борьбы.

В долинах мы видим повсюду борьбу между вегетативными органами растения; беззвучную битву среди листьев и ветвей. Цветок здесь возносится высоко на тонком стебле, или же, принимая лишь второстепенную роль в борьбе, он оттесняется в безвестность (Pl. XII.). Выше в горах, где условия более суровые, а запасы менее обильны, лист и ветвь принимают меньшие размеры, ибо они являются дорогостоящими средствами обеспечения, а элементы недружелюбны

105

к их существованию (Pl. XIII.). Еще выше, приближаясь к климатическому пределу растительной жизни, борьба за существование в основном ведется эстетическим соперничеством скромных, но заметных цветов.

Что касается условий жизни насекомых в высокогорных Альпах, то я обратил внимание на весьма примечательный факт: огромное количество пчел и бабочек, залетающих на большую высоту, погибает от ночного холода. По-видимому, с наступлением сумерек их привлекает блеск снега, и, покидая пастбища, они теряются на ледниках и фирновых полях, где и погибают сотнями. Так, при подъеме на гору Тёди от приюта Фридолинсхютте мы ранним утром насчитали шестьдесят семь замерзших пчел, двадцать девять мертвых бабочек и около полудюжины мотыльков на леднике и фирне Бифертен. Следует помнить, что эти цифры включают лишь тех насекомых, что лежали по обе стороны нашего пути по снегу, так что в масштабах всего ледника и фирна их число должно исчисляться тысячами. При приближении к вершине насекомых обнаружено не было. Пчелы по внешнему виду напоминали наших медоносных пчел, а бабочки — мелкую белую разновидность, обычную для наших садов, с желтыми и черными пятнами на крыльях. Был найден один крупный мотылек с полосками на брюшке, длиной тела почти в два дюйма. На обратном пути, когда солнечные лучи уже стали сильными, мы заметили, что некоторые бабочки проявляли признаки оживления. Мы спускались так быстро, чтобы избежать неудобств, связанных с мягким снегом, что у нас не было времени на

106

тщательное наблюдение за замерзшими пчелами. Но мертвые пчелы — обычное явление на альпийских снегах.

Эти замечания я набросал прошлым летом в Линтале, но совсем недавно прочел в журнале Natural Science[1] следующую заметку:

«Поздноцветущие растения. — В то время как мы пишем эти строки, цветет плющ, и пчелы, осы и мухи теснятся и борются друг с другом, пытаясь найти место на этом благоухающем растении. Сколь велика должна быть выгода, получаемая этим растением благодаря его исключительной привычке цвести поздней осенью и созревать весной. Каждому, кто наблюдал борьбу за доступ к цветкам плюща в то время, когда почти все остальные растения стоят голыми, очевидно, что с точки зрения переноса пыльцы и перекрестного опыления растение не могло бы выбрать более подходящего времени для цветения. Сезон настолько поздний, что большинство других растений уже отцвели, но все же еще не слишком поздно для того, чтобы каждый солнечный день привлекал множество насекомых, и каждое из них, судя по поведению, должно быть исключительно голодным.

Не только плющ остается в одиночестве в период своего цветения, но он также задерживает созревание семян до весны — времени, когда большинство других растений уже сбросили семена, а большинство съедобных плодов склеваны птицами. Таким образом, птицы, нуждающиеся в пище весной, могут найти мало что, кроме плюща, и то, как они ценят ягоды плюща, очевидно

[1] За декабрь 1892 г., том I, стр. 730.

107

по фиолетовым пятнам, повсюду заметным на небольшом расстоянии от куста».

Эти замечания позволяют предположить, что плющ занимает по отношению к своим посетителям позицию, обратную той, что навязана альпийским цветам. Цветки плюща мелкие и неприметные, но зато он цветет в то время, когда конкурентов нет, и его неприметность не является недостатком; то есть, если бы одно растение было более заметным, чем соседние, оно не получило бы никакого решительного преимущества там, где опыляющих насекомых в избытке и они больше ничем не обеспечены. Его темно-зеленые ягоды весной, которые я бы назвал весьма неприметными, имеют аналогичное преимущество в отношении потребностей птиц.

Необходимо отметить эксперименты М. К. Флао. Этот натуралист выращивал семена цветных цветов, созревших в Париже, часть в Уппсале, а часть в Париже; и семена, созревшие в Уппсале, часть в Париже, а часть в Уппсале. Цветы, распускавшиеся в более северном городе, в большинстве случаев были ярче.[1] Если это наблюдение можно считать неоспоримым, как это, по-видимому, и есть, возникает вопрос: следует ли рассматривать это как прямое воздействие более сурового климата на развитие красящего вещества в цветках, распускающихся в Уппсале? Если мы предположим утвердительный ответ, то, я думаю, теорию прямого воздействия яркости солнца придется отбросить. Но я осмелюсь предположить, что объяснение эксперимента в Уппсале

[1] Цитируется по: De Varigny, Experimental Evolution, стр. 56.

108

следует искать не в прямом климатическом влиянии на окраску, а в причинах, которые лежат глубже и включают некоторые факторы, выводимые из биологической теории.

Организм, как результат великих фактов наследственности и выживания наиболее приспособленных, неизбежно является системой, которая накапливает опыт на протяжении последовательных поколений; и главный урок, который постоянно внушают ему внешние события, — это экономия. Его успех зависит от того, как он использует свои возможности для получения энергии и какой экономии достигает при распоряжении полученным.

Что касается использования предоставляющихся возможностей, то все сезонное развитие жизни является проявлением этого отношения, а быстрота, ловкость и т. д. высших организмов — это развитие в данном направлении. Высший растительный организм не обладает способностью к передвижению, за исключением переноса пыльцы и семян, ибо пища сама приходит к нему, и необходимая относительная скорость между пищей и организмом сохраняется за счет быстрого движения лучистой энергии от солнца и более медленного движения ветров по поверхности земли. Но даже в этом случае растительный организм должен всегда стоять наготове в ожидании своих запасов. Его молекулярные части должны быть готовы схватить предложенную добычу, подобно тому как ожидающий паук хватает муху. Следовательно, растение стоит наготове; и каждое облако с движущейся тенью, пересекающее поля, ставит затененное растение в невыгодное положение по сравнению с незатененным на соседнем поле. Раскрытый цветок

109

является проявлением общего выжидательного отношения растения, но в связи с размножением.

Что касается экономии, то любой принцип максимальной экономии, когда необходимо выполнять множество функций, как мы можем с большой уверенностью предсказать, будет по мере возможности включать взаимную полезность в происходящих процессах. Таким образом, процесс развития, направленный на удовлетворение любых конкретных внешних условий, скажем А, будет, если возможно, способствовать развитию, направленному на удовлетворение условий Б; так что, короче говоря, там, где морфологические и физиологические обстоятельства благоприятны, идеально экономичная система будет достигнута, когда вместо двух отдельных процессов, α и β, один процесс γ, более дешевый, чем α + β, будет достаточен для одновременного продвижения развития в обоих направлениях А и Б. Экономия здесь столь же очевидна, как и та, что подразумевается в выражении «убить двух зайцев одним выстрелом» — если допустимо столь грубое сравнение, — и следует ожидать, что поощрение такой экономии будет тенденцией эволюции во всех органических системах, подверженных ограничениям, с которыми мы неизменно сталкиваемся.

Такую экономию можно просто проиллюстрировать, рассмотрев случай резервуара с водой, поднятого над двумя гидравлическими двигателями, так что поднятая масса воды обладает гравитационной потенциальной энергией. Доступная энергия здесь представляет собой энергию, накопленную в организме. Как лучше всего передать воду к двум двигателям [органическим системам, реагирующим на условия А и Б], чтобы

110

потери энергии при транспортировке были как можно меньше? Если двигатели находятся близко друг к другу, наиболее экономично использовать один трубопровод, который распределит необходимый запас воды к обоим. Если двигатели расположены далеко друг от друга, наиболее экономично проложить отдельные трубопроводы. Наибольшая экономия достигается при выполнении множества функций одним и тем же рядом физиологических процессов там, где это согласуется с удовлетворением других требований, продиктованных внешними или внутренними условиями.

Но при подаче воды к двум двигателям из одного трубопровода возникает важное и очевидное следствие. Мы не можем запустить один двигатель, не запустив другой. Если мы откроем клапан в трубопроводе, оба двигателя придут в движение и начнут потреблять энергию, накопленную в резервуаре. И хотя при одном наборе условий они оба могут выполнять полезную и необходимую работу, при другом наборе условий может оказаться излишним, чтобы работали оба.

Этот последний факт является иллюстрацией соображения, которое должно войти в явление, называемое выдающимся биологом физиологической или бессознательной «памятью».[1] Ибо развитие организма из яйцеклетки — это лишь запуск цепи взаимозависимых событий, сложность которых зависит от опыта прошлого.

[1] Эвальд Геринг, цитируется по: Рэй Ланкастер, The Advancement of Science, стр. 283.

111

Короче говоря, мы можем предположить, что все развитие растения, направленное на удовлетворение определенных групп внешних условий, физиологически связано друг с другом в соответствии с тем, как природа склонна ассоциировать определенные группы условий. Таким образом, в рассматриваемом случае климатическая суровость и нехватка опылителей всегда будут связаны; и в долгом опыте прошлого, как мы можем предположить, принимается наиболее экономичная физиологическая установка по отношению к обоим; так что присутствие одного условия возбуждает кажущуюся бессознательную память о другом. В действительности процесс удовлетворения одного условия включает в себя процесс и развитие для удовлетворения другого.

И это соображение может быть распространено весьма широко на такие организмы, которые могут выживать в одних и тех же сопутствующих природных условиях, ибо история эволюции столь долга, а способность к передвижению столь существенна для организма на каком-то этапе его жизненного цикла, что мы не можем философски предполагать наличие локальной истории для представителей вида, даже если в настоящее время они широко разделены географически. Следовательно, на каком-то этапе в прошлом вполне возможно, что особи, процветающие сегодня в Париже, приобрели опыт, востребованный в Уппсале. Совершенство физиологической памяти не устанавливает предела дате, когда это могло произойти — возможно, это результат череды суровых сезонов в Париже; возможно, результат миграций — а семена многих цветковых растений обладают средствами миграции, лишь немногим уступающими тем, которыми обладают летающие и плавающие животные. Но, опять же, возможно, этот опыт

112

был приобретен далеко в прошлом эволюционной истории цветка.[1]

Но возникает и другое соображение. Не только в каждый момент жизни особи должны учитываться максимальный доход и наиболее разумные расходы, но и во всей ее жизненной истории, и даже на протяжении истории ее рода, эффективность должна стремиться к максимуму. Этот принцип доходит даже до того, что при необходимости он приводит к смерти особи, как в случае с теми организмами, которые, совершив акт размножения, почти немедленно погибают. Этот взгляд на природу может быть отталкивающим, но, тем не менее, очевидно, что мы являемся частями системы, которая безжалостно жертвует индивидом из общих соображений экономии. Таким образом, если кривая, определяющая среднюю скорость получения энергии всех видов в разные периоды жизни организма, будет противопоставлена второй кривой, проведенной ниже оси, вдоль которой измеряется время, представляющей среднюю скорость расхода энергии на развитие, размножение и т. д. (рис. 7), то эта последняя кривая, которая, конечно,

[1] Цветки самоопыляющихся и особенно клейстогамных растений (например, Viola) являются примерами бессознательной памяти или бессознательной «ассоциации идей», ведущей к развитию органов, ныне лишенных функции. Pontederia crassipes из Амазонии, которая развивает плавающие пузыри при росте в воде, но быстро абортирует их при росте на суше, и, по-видимому, сохраняет эту способность к адаптации к окружающей среде в течение неопределенного периода времени, должна в каждом случае действовать на основе бессознательной памяти, основанной на прошлом опыте. Можно было бы привести много других примеров.

113

физиологически зависит от первой, должна быть по своей природе от начала до завершения в смерти такой, чтобы реализовывалось условие наиболее экономичной скорости расхода на каждом этапе жизни.[1] Скорость расхода энергии на любом этапе жизни, конечно, определяется в такой кривой наклоном кривой к оси времени в рассматриваемый период; но этот конкретный наклон должен быть обусловлен предыдущей частью кривой и в очень значительной степени включает ее прошлое и будущее развитие.

{Рис. 7}

Следовательно, факторами эволюции в организм будет заложен единый курс экономичного расхода, завершающийся только его смертью, который придаст пророческий характер прогрессу развития индивида.

Таким образом, мы рассматриваем единый жизненный путь каждой органической единицы, от ее начала в яйцеклетке до дня

[1] См. The Abundance of Life.

114

когда она расстается с жизненной силой, как подготовку к важным органическим событиям, которая происходит на протяжении всего курса развития; и экономию, связанную со слиянием физиологических процессов для феномена физиологической памяти, в которой мы видим отражение, так сказать, в развитии организма, ассоциации неорганических ограничений, встречающихся в природе, которые в какой-то предыдущий период запечатлелись в пластичном организме. Мы можем представить себе проросток в Уппсале, движимый органической памятью и унаследованной склонностью к экономичной подготовке к будущим событиям, постепенно развивающийся к эстетической кульминации своей карьеры. Только каким-то подобным образом представляется возможным объяснить пророческое развитие организмов, наблюдаемое не только у альпийских цветов, но и повсюду в природе.

И таким образом, наконец, к эффектам естественного отбора и действиям, определяемым общими принципами биологии, я бы отнес объяснение того, каким образом цветы в Альпах развивают свою своеобразную красоту.

115

ГЕНЕЗИС ГОР

НАШИ предки относились к горным регионам с чувством ужаса, смешанным с состраданием к тем, кого недобрая судьба обрекла жить в них. Мы же, напротив, находим в созерцании великих альп Земли такие мирные и возвышенные мысли и такой покой для наших душ, что именно к этим уединенным местам мы обращаемся, чтобы залечить раны жизни. Трудно объяснить причину столь разного взгляда. Вероятно, отчасти это следует отнести к тому облаку суеверного ужаса, который на протяжении всего Средневековья населял уединенные места неведомыми страхами; и отчасти к аскетизму, который побуждал благочестивых людей рассматривать красоту и радость жизни как ловушки для благополучия души. В тех вечных уединенных местах, где наиболее очевидны подавляющие силы Природы, должен обитать злой принцип или находить приют ужасное потомство дракона.

Но хотя в наше время эстетический аспект гор привлекает всех, в физической истории гор остается многое, что ускользает от тех, кто не приобщился к научным исследованиям альпийской структуры и генезиса. Они теряют прошлую историю, которая по своему интересу соперничает

116

со всем, что наука может рассказать об изменениях Земли.

Как бы велики ни были физические особенности гор по сравнению с творениями Человека, и как бы велики ни были задействованные силы по сравнению с теми, что мы можем создать или контролировать, самые высокие хребты малы по сравнению с размерами Земли. Полезно помнить об этом. Я привожу здесь (табл. XV) чертеж в масштабе, показывающий сектор, вырезанный из сферы радиусом 50 см; настолько большой, чтобы показать схождение его радиальных границ, которые при продолжении встретятся в центре. В том же масштабе, что и радиус, на диаграмме показаны самые высокие горы и самые глубокие океаны. Также представлены средняя высота суши и средняя глубина океана. Мы видим, сколь малое движение земной коры представляет собой высочайшее поднятие Гималаев и какая небольшая впадина вмещает океан.

Тем не менее, объяснить генезис этих небольших возвышений и впадин отнюдь не просто. Нас увело бы далеко от нашей непосредственной темы обсуждение различных теоретических взглядов, выдвинутых для объяснения этих фактов. Идея о том, что горные складки и менее значительные неровности земной поверхности возникли в результате сморщивания коры под влиянием охлаждения и сжатия подкоровых материалов, разделяется многими выдающимися геологами, но не без возражений со стороны других.

Наиболее поразительным наблюдательным фактом, связанным с горной структурой, является то, что без исключения все хребты

117

Земли построены по существу из осадочных пород: то есть из пород, которые накопились в далеком прошлом под поверхностью океана. Иногда может присутствовать вулканическое ядро — вероятно, как сопутствующий фактор или следствие поднятия — или ядро плутонических изверженных пород, возникшее под воздействием тех же сжимающих сил, которые выгнули и изогнули пласты из их первоначального горизонтального положения. Нередко среди людей, лишенных наблюдательности, встречаются те, кто считает все горные хребты вулканическими по происхождению. Однако вулканы не создают горных хребтов. Они извергаются в виде более или менее изолированных конусов или холмов. Сравните карту Оверни с картой Швейцарии; вулканы Южной Италии с Апеннинами. Такие великие хребты, как те, что окаймляют тройными стенами западное побережье Северной Америки, в некотором смысле не являются вулканическими: как и Пиренеи, Кавказ или Гималаи. Вулканические материалы изливаются с вершин Анд, но сам хребет построен из складчатых осадочных пород по той же архитектуре, что и другие великие хребты Земли.

Прежде чем пытаться объяснить происхождение гор, мы должны сначала более тесно познакомиться с явлениями, сопровождающими горное поднятие.

В настоящее время вдоль окраин континентов, где реки достигают океана, происходят значительные накопления осадочных пород. Так, Мексиканский залив, принимающий осадки Миссисипи и Рио-Гранде;

118

северо-восточное побережье Южной Америки, принимающее осадки Амазонки; восточное побережье Азии, принимающее детрит китайских рек — являются примерами таких областей осадконакопления. Год за годом, век за веком накопление продолжается, и по мере его роста дно моря опускается под тяжестью груза. В том, что кора прогибается под бременем осадков, мы уверены; ибо в противном случае многие мили вертикально нагроможденных пластов, которые предстают нашему взору в горах, никогда не могли бы отложиться в прибрежных морях прошлого. Изгиб и опускание коры — неоспоримые реалии.

Такие обширные опускающиеся области известны как геосинклинали. Из накопленных осадков геосинклиналей во всех случаях возникали горные хребты прошлого; и горы будущего, несомненно, возникнут, и высокие хребты будут стоять там, где сейчас океанские воды покрывают собирающиеся осадки. Каждый горный хребет на Земле подтверждает достоверность этого предсказания.

Горнообразующее движение происходит после того, как накопится определенная большая толща осадков. Оно наиболее интенсивно там, где толщина отложений наибольшая. Мы видим это, когда изучаем структуру наших существующих горных хребтов. По обе стороны, где осадки истончаются, возмущение затухает, пока мы не обнаружим сравнительно неглубокие и нетронутые горизонтальные осадки, покрывающие поверхность континента.

Какова бы ни была связь между осадконакоплением и

119

последующим поднятием, элемент большой глубины накопления представляется необходимым условием и должен, очевидно, входить как фактор в задействованные Физические Процессы. Горный хребет может возникнуть только там, где геосинклиналь глубоко заполнена в течение долгих эпох осадконакопления.

Описание Дана событий, сопровождающих горообразование, впечатляет:

«Горный хребет обычного типа, подобный тому, к которому принадлежат Аппалачи, создан из осадочных формаций долгой предшествующей эры; пластов, которые отлагались согласно и последовательно, пока не достигли необходимой толщины; пластов, распространяющихся на регион площадью десятки тысяч квадратных миль. Регион, в котором происходило формирование осадочных пород для того, чтобы в конечном итоге создать Аппалачский хребет, простирался от Нью-Йорка до Алабамы, имел ширину от 100 до 200 миль, а толщина нагромождения горизонтальных пластов посередине составляла 40 000 футов. Толщина пластов для гор Уосатч, по словам Кинга, составляла 60 000 футов. Пласты для Аппалачей отлагались не в глубоком океане, а в мелководье, где происходило постепенное опускание; и в конце концов, когда они были готовы к генезису, они лежали в желобе глубиной 40 000 футов, заполняя его до краев. Таким образом, оказывается, что эпохи горообразования происходили только после долгих интервалов покоя в истории континента».[1]

[1] Dana, Manual of Geology, третье издание, стр. 794.

120

На западной стороне Северной Америки работа по горообразованию действительно велась в грандиозном масштабе. На протяжении долгих веков и смены геологических эпох осадконакопление продолжалось так, что отложения палеозойских и мезозойских времен собирались в геосинклинали, образованной их собственным постоянно возрастающим весом. Место будущего Ларамийского хребта в конце мелового периода было занято примерно 50 000 футов осадочных отложений; но предел, по-видимому, был достигнут, и в это время Ларамийский хребет, а также его южное продолжение в Соединенные Штаты, Скалистые горы, начали свое формирование. Чемберлин и Солсбери[1] оценивают, что высота гор, развившихся в Ларамийском хребте в это время, составляла 20 000 футов, и что из-за дальнейшего поднятия, которое произошло с тех пор, их нынешняя высота составляла бы от 32 000 до 35 000 футов, если бы эрозия не уменьшила их. Таким образом, по обе стороны американского континента мы имеем одни и те же действующие силы, воздвигающие горные хребты там, где ранее осадки сносились в океан.

Эти великие события имеют ритмический характер; кора, так сказать, пульсирует под комбинированным влиянием осадконакопления и денудации. Первое включает в себя нисходящие движения под собирающейся нагрузкой и, в конечном счете, обращение движения в поднятие; второй фактор, который на всем протяжении

[1] Chamberlin and Salisbury, Geology, 1906, III, 163.

121

действовал как создатель осадков, затем вмешивается как разрушитель вновь поднятых гор, перенося их материалы снова в океан, когда ритмическое действие возвращается к своей первой фазе, и вековая последовательность событий должна начинаться снова.

Давно было сделано предположение, что сжимающее напряжение в коре должно быть первичным условием этих движений. Работа, необходимая для осуществления поднятий, должна быть получена из какого-то ранее существовавшего источника энергии. Феномен — по сути, складкообразование коры — предполагает приспособление земной коры к уменьшающемуся радиусу; тот факт, что великие горообразующие движения одновременно затрагивали всю землю, безусловно, говорит в пользу того, что в основе этого явления лежит общераспространенная причина.

Сжимающие напряжения должны быть ограничены верхними несколькими милями коры, ибо, по сути, увеличение температуры и давления с глубиной вскоре придает среде текучие свойства, и медленное тангенциальное сжатие приводит скорее к гидростатическому давлению, чем к направленным напряжениям. Таким образом, складчатость, видимая в горном хребте, и возникающее из нее боковое сжатие являются эффектами, ограниченными верхними частями коры.

Энергия, которая поднимает гору, вероятно, является сохранившейся частью первоначальной гравитационной потенциальной энергии самой коры. Следует предположить, что кора, следуя вниз за сжимающейся подкоровой магмой, развивает огромные сжимающие напряжения в

122

своих материалах, затрагивая обширные географические области. Когда складкообразование наконец происходит вдоль оси удлиненной синклинали осадконакопления, напряжения находят разрядку, вероятно, на протяжении сотен миль, и область складчатости теперь становится сжатой в поперечном направлении. В качестве иллюстрации, Ларамийский хребет, по словам Доусона, представляет собой сокращение поверхностного пояса шириной 50 миль до 25 миль. Изумительные трансляционные движения коровых складок с юга на север, возникающие при генезисе Швейцарских Альп, которые выявили недавние исследования, являются еще одним примером этих движений разрядки, которые продолжают происходить, возможно, в течение многих миллионов лет после того, как они были инициированы.

Результатом этого прогибания коры является коробление поверхности, которое в целом направлено вверх; но опускание также является сопутствующим фактором, по крайней мере во многих случаях, при горном поднятии. Так, мы обнаруживаем, что дно океана прогибается в синклиналь вдоль западного побережья Южной Америки; желоб всегда параллелен хребтам Анд. Нисходящее отклонение коры, конечно, является результатом тех же сжимающих напряжений, которые поднимают гору.

Тот факт, что прогибание коры всегда происходит там, где осадки накопились на наибольшую глубину, время от времени приводил к попыткам установить физическую связь между тем и другим. Наиболее известной из этих теорий является теория Бэббиджа и Гершеля. Она ищет связь в подъеме

123

изогеотерм в опускающуюся массу осадков и последующем повышении температуры земной коры под ней. Понятно, что поскольку эти изогеотермы, или уровни, на которых температура одинакова, лежат на равномерном расстоянии от поверхности по всей Земле, если только особые вариации проводимости не нарушают их, привнесение материала, сдавленного вниз сверху, должно привести к тому, что эти материалы будут обладать температурой, соответствующей глубине, на которую они опускаются. Другими словами, геотермы поднимаются в опускающиеся осадки, всегда, однако, сохраняя свое прежнее среднее расстояние от поверхности. Аргумент заключается в том, что, поскольку этот процесс, несомненно, включает нагрев той части коры, которую осадки вытеснили вниз, результатом должно быть локальное ослабление коры, и, следовательно, эти области становятся областями наименьшего сопротивления напряжениям в коре.

Когда эта теория рассматривается внимательно, мы видим, что она сводится лишь к утверждению, что пластовые породы, занявшие место изверженных материалов внизу как часть жесткой коры Земли, должны быть менее способны противостоять сжимающему напряжению, чем средняя кора. Ибо не было абсолютного подъема геотерм, теплопроводности обоих классов материалов различаются лишь незначительно. Осадочная порода просто заняла место средней коровой породы и подвергается тому же среднему давлению и температуре, которые преобладают в окружающей коре. Но есть ли какие-либо основания для

124

предположения, что сопротивление сжатию комплекса осадочных пород уступает комплексу изверженных материалов? Метаморфизованные кремнистые осадки являются одними из самых прочных пород, известных в отношении сопротивления сжимающему напряжению; и если известняки действительно обладают пластическими качествами, следует помнить, что их среднее количество составляет лишь около 5 процентов от целого. Опять же, поскольку повышение температуры в верхней коре может повлиять на вопрос, температура, которая размягчит среднюю изверженную породу, не размягчит осадочную породу по той причине, что эффект растворяющей денудации заключался в удалении тех щелочных силикатов, которые придают плавкость.

Когда, однако, мы принимаем во внимание радиоактивное содержание осадков, вопрос принимает иной оборот.

Факты, касающиеся общего распределения радиоактивных веществ на поверхности и в породах, которые пришли с значительных глубин коры, заставляют нас считать достоверным широкое существование теплопроизводящих радиоактивных элементов во внешней коре Земли. Мы находим, действительно, в этом факте объяснение — по крайней мере частично — оттока тепла, постоянно происходящего на поверхности, как это выявляется повышением температуры внутрь. И мы заключаем, что должна существовать толщина коры, составляющая несколько миль, содержащая радиоактивные элементы.

Некоторые из самых последних измерений количеств радия и тория в породах изверженного происхождения — например, гранитах, сиенитах, диоритах, базальтах и т. д. — показывают, что

125

радиоактивное тепло, постоянно выделяемое такими породами, составляет около одной миллионной части 0,6 калории в секунду на кубический метр средней изверженной породы. Поскольку мы должны объяснить отток около 0,0014 калории[1] на квадратный метр поверхности Земли в секунду (предполагая, что повышение температуры вниз, т. е. «градиент» температуры, составляет один градус Цельсия на 35 метров), нисходящее распространение таких пород могло бы, prima facie, составлять до 19 километров.

Относительно этого расчета мы должны заметить, что мы предполагаем, что средняя радиоактивность материалов, с которыми мы имели дело на поверхности, равномерно распространяется вниз, т. е. что наши эксперименты выявляют среднюю радиоактивность радиоактивной коры. В пользу этого предположения можно многое сказать. Породы, которые входят в измерения, приходят со всех глубин коры. Весьма вероятно, что менее кремнистые, т. е. более основные, породы в основном приходят со значительных глубин; более кислые или богатые кремнеземом породы — с более высоких уровней в коре. Радиоактивность, определенная как среднее значений для этих двух классов пород, близко согласуется с той, что найдена для промежуточных пород, или пород, содержащих промежуточное количество кремнезема. Кларк утверждает, что этот последний класс материала, вероятно, представляет средний состав земной коры, насколько она была исследована нами.

[1] Упомянутая калория — это количество тепла, необходимое для нагревания одного грамма воды, т. е. одного кубического сантиметра воды, на один градус Цельсия.

126

Поэтому весьма вероятно, что значение, найденное для средней радиоактивности кислых и основных пород, или значение, найденное для промежуточных пород, истинно представляет радиоактивное состояние коры на значительной глубине. Но легко показать, что мы не можем с уверенностью говорить о толщине этой коры как определяемой путем приравнивания оттока тепла на поверхности к теплопродукции этой средней породы.

Это проявляется в неспособности радиоактивного слоя, взятого толщиной около 19 километров, объяснить глубоко залегающие высокие температуры, которые, как мы находим, указываются вулканическими явлениями во многих местах на поверхности. Нетрудно показать, что 19-километровый слой объяснил бы температуру не выше примерно 270° C у своего основания.

Правда, это будет увеличено под осадочными отложениями, как мы увидим в дальнейшем; и что именно в связи с этими отложениями глубоко залегающие температуры наиболее очевидны на поверхности; но все же результат, что максимальная температура под корой в целом достигает значения не выше 270° C, едва ли состоятелен. Мы заключаем, следовательно, что существует какой-то другой источник тепла внизу. Это может быть радиоактивного происхождения и может быть легко объяснено, если радиоактивные материалы более разреженно распределены в основании верхней коры. Или, опять же, тепло может быть первобытным или исходным теплом, все еще выходящим из остывающего мира. Для нашей текущей цели не имеет большого значения, какой взгляд

127

мы примем. Но мы должны признать, что расчетная глубина 19 километров коры, обладающей средней радиоактивностью поверхности, является чрезмерной; ибо, по сути, мы вынуждены фактами признать, что внизу существует какой-то другой источник тепла.

Если бы наблюдаемый поверхностный градиент температуры сохранялся равномерно вниз, то на глубине около 35 километров под поверхностью существовали бы температуры (около 1000° C), достаточные для размягчения основных пород. Однако вероятно, что градиент уменьшается вниз и что уровень, на котором существуют такие температуры, лежит несколько глубже этого. Он, несомненно, несколько изменчив в зависимости от местных условий; и мы не можем сколько-нибудь точно приблизиться к оценке глубины, на которой будут достигнуты температуры плавления, ибо, по сути, существование радиоактивного слоя очень сильно усложняет наши оценки. В дальнейшем мы предполагаем, что глубина размягчения лежит на глубине около 40 километров под поверхностью нормальной коры; то есть 25 миль вниз. Следует заметить, что Прествич и другие выдающиеся геологи, изучая факты складчатости коры и т. д., пришли к аналогичным оценкам.[1] В качестве дальнейшего предположения мы, вероятно, не сильно ошибемся, если припишем радиоактивной части этой коры толщину около 10 или 12 километров; т. е. шесть или семь миль. Это, безусловно, лишь грубое приближение; но выводы, к которым

[1] Prestwich, Proc. Royal Soc., XII, стр. 158 и след.

128

мы придем, достигнуты в своих существенных чертах, допуская широкую свободу в нашем выборе данных. Мы будем называть эту часть коры нормальным радиоактивным слоем.

Важный факт вытекает из математического исследования температурных условий, возникающих из-за присутствия такого радиоактивного слоя. Установлено, что наибольшая температура, обусловленная радиоактивным теплом, повсюду выделяемым в слое — т. е. температура у его основания — пропорциональна квадрату толщины слоя. Этот факт имеет прямое отношение к влиянию радиоактивности на горное поднятие; как мы сейчас обнаружим.

Нормальный радиоактивный слой Земли состоит из пород, простирающихся — как мы предполагаем — приблизительно на глубину 12 километров (7,5 миль). Температура у основания этого слоя, обусловленная теплом, постоянно выделяемым в нем, составляет, скажем, t1°. Теперь предположим, что в желобе геосинклинали и поверх нормального слоя образуется отложение, скажем, 10 километров (6,2 мили) осадков в течение долгого периода континентальной денудации. Каков эффект этого на температуру у основания нормального слоя, опущенного под этой нагрузкой? Общая толщина радиоактивных пород теперь составляет 22 километра. Соответственно, мы находим новую температуру t2° по пропорции t1° : t2° :: 12² : 22². То есть как 144 к 484. Фактически температура более чем утроилась. Правда, мы здесь предполагаем радиоактивность осадков

129

и нормальной коры одинаковой. Осадки, однако, менее радиоактивны в пропорции 4 к 3. Тем не менее эффекты увеличенной толщины будут значительными.

Теперь это замечательное повышение температуры возникает полностью из условия, сопровождающего радиоактивный нагрев; и включает нечто дополнительное к температурным условиям, определяемым простым опусканием и утолщением коры, как в теории Бэббиджа-Гершеля. Последняя теория включает только смещение температурных уровней (или геотерм) в отложенные материалы. Радиоактивная теория включает фактическое повышение температуры на любом расстоянии от поверхности; так что уровень в коре, на котором породы размягчаются, ближе к поверхности в геосинклиналях, чем где-либо еще в нормальной коре (табл. XV, стр. 118).

Таким образом, жесткая часть коры уменьшается в толщине там, где скопились великие осадочные отложения. Десятикилометровый слой осадков может привести к уменьшению эффективной толщины коры на 30 процентов; четырнадцатикилометровый слой может уменьшить ее почти на 50 процентов. Даже четырехкилометровое отложение может уменьшить эффективное сопротивление коры сжимающим силам на 10 процентов.

Такие результаты, конечно, являются лишь приблизительными. Они показывают, что по мере увеличения глубины осадков происходит поднятие геотермы пластичности — какова бы ни была ее истинная температура — постепенно уменьшающее толщину той части

130

верхней коры, которая несет одновременно возрастающие сжимающие напряжения. Ниже этой геотермы длительное напряжение разрешается в гидростатическое давление; выше нее (здесь, конечно, нет четкой линии разграничения) кора накапливает упругую энергию. Окончательное прогибание и изгиб происходят, когда сопротивляющееся поперечное сечение было достаточно уменьшено. Вероятно, существует также некоторый внешний гидростатический толчок над областью повышения температуры, который помогает определить направленный вверх выброс складок.

Когда прогибание началось в любой геосинклинали, и материалы подверглись разломам и надвигам, результатом является значительно увеличенная толщина. В качестве примера рассмотрим нагромождение осадков поверх существующих материалов Альп, которое произошло в результате сжимающей силы, действующей с юга на север в процессе Альпийского поднятия. Шмидт из Базеля оценил, что от 15 до 20 километров породы покрывали материалы Симплона, как они обнажены сейчас, в то время, когда орогенические силы активно работали, складывая и сдвигая пласты и внедряя в их складки пластичные гнейсы, идущие снизу.[1] Боковое сжатие области отложения Ларамийского хребта, о котором уже упоминалось, привело к большому утолщению отложений. Можно было бы привести много других примеров; эффект всегда в некоторой степени неизбежно производится.

[1] Schmidt, Ec. Geol. Helvetiae, том IX, № 4, стр. 590.

131

Если дать время для накопления тепла в нижних глубинах сдавленных осадков, то вот дополнительный источник повышенной температуры. Нагроможденные массы Симплона могли вызвать повышение температуры из-за радиоактивного нагрева на сто или двести градусов, или даже больше; и если это добавить к внутреннему теплу, то в породах, ныне обнаженных на поверхности горы, могла преобладать общая температура от 800° до 1000°. Даже меньшая температура, сопровождаемая интенсивными условиями давления, могла вполне вызвать проявления термического метаморфизма, описанные Вайншенком, и которые, в противном случае, трудно объяснить.[1]

Это увеличение по сравнению с первоначально развитыми температурными условиями происходит одновременно с прогрессом сжатия; и хотя его нельзя принимать во внимание при оценке условий начального прогибания коры, оно добавляет элемент нестабильности, поскольку любое прогрессивное утолщение за счет бокового сжатия приводит к ускоренному подъему геотерм. Вероятно, часто доступно время, достаточное для того, чтобы эти эффекты развились, если не до их окончательного, то до значительного уровня. Вязкие движения кремнистых материалов и излияние изверженных пород, которые часто сопровождают горное поднятие, нашли бы объяснение в таких температурах.

[1] Weinschenk, Congrès Géol. Internat., 1900, I, стр. 332.

132

Нет более поразительной черты роли, которую здесь играет радиоактивность, чем тот факт, что ритмическое возникновение опускания и поднятия, сменяющих друг друга через большие промежутки времени и часто лишь немного смещающих свое положение от первого места осадконакопления, становится объяснимым. Источник тепловой энергии, как мы уже отмечали, фактически переносится вместе с осадками — та энергия, которая определяет место прогибания и поднятия и предписывает, чтобы горные хребты стояли вокруг континентальных границ. Осадконакопление с этой точки зрения является конвекцией энергии.

Когда консолидированные осадки этими и последующими движениями выталкиваются вверх в горы, они подвергаются денудационным эффектам, значительно превышающим те, что воздействуют на равнины. Свидетельством тому является удаление в поздние третичные времена огромной толщи породы, окутывавшей Альпы. Такие великие массы уносятся льдом, реками и дождем. Океан принимает их; и с бесконечным терпением мир ожидает медленного накопления радиоактивной энергии, начинающей свою работу заново. Время для таких событий кажется нам огромным, ибо требуются миллионы лет для того, чтобы осадки выросли в толщину, а геотермы переместились вверх; но, как бы обширно оно ни было, это лишь мгновение в жизни родительских радиоактивных веществ, чьи атомы, едва уменьшившись в количестве, продолжают свои изменения, пока горы приходят и уходят, а

133

зачатки жизни развиваются в ее высшие завершения.

Для тех, кто не знаком с результатами геологических исследований, история гор, расшифрованная в породах, кажется почти невероятной.

Недавно опубликованные разрезы Гималаев, благодаря Х. Х. Хейдену и многим выдающимся людям, внесшим вклад в Геологическую службу Индии, показывают, что эти великие хребты по существу сформированы из складчатых осадков, пронизанных огромными массами гранита и других эруптивных пород. Их геологическую историю можно резюмировать следующим образом:

Гималайская область в докембрийские времена была в своем юго-западном продолжении частью дна моря, которое покрывало большую часть того, что сейчас является Индийским полуостровом. В северных мелководьях этого моря отлагались пласты конгломерата, сланца, песчаника и известняка, полученные в результате денудации архейских пород, которые, вероятно, поднимались как холмы или горы в частях полуостровной Индии и вдоль тибетского края Гималайского региона. Эти пласты составляют летопись долгой Пуранской эры[1] и, вероятно, являются современниками алгонкия Северной Америки. Даже в эти ранние времена вулканические возмущения затрагивали эту область, и нижние пласты Пуранских отложений были пронизаны вулканическими излияниями, покрыты слоями лавы, подняты, подверглись денудации и снова погружены

[1] См. сноску на стр. 139.

134

под воды. Два таких периода нестабильности оставили свои записи в осадках Пуранского моря.

Следующая эра — Дравидийская эра — открывается Хаймантскими (кембрийскими) временами. Мелкое море теперь простиралось над Кумаоном, Гарвалом и Спити, а также Кашмиром и, в конечном счете, над регионом Соляного хребта Пенджаба, как показывают отложения в этих областях. Это море, однако, не было связано с кембрийским морем Европы. Ископаемые фауны, оставленные двумя морями, различны.

После интервала возмущения в конце Хаймантских времен произошли географические изменения, сопутствующие дальнейшим движениям суши. Центральное море Азии, Тетис, простиралось на запад и теперь соединилось с европейским палеозойским морем; и были отложены отложения ордовикского и силурийского возраста: — отложения Мут.

В последующий девонский период вся территория северных Гималаев находилась под водами Тетиса, который на востоке простирался до Бирмы и Китая, а на западе покрывал Кашмир, Гиндукуш и часть Афганистана. Отложения в этой области продолжали формироваться вплоть до середины каменноугольного периода.

Ближе к концу дравидийской эры Кашмир был охвачен вулканической активностью, в результате которой были выброшены панджальские траппы. Это было время глобальных потрясений и перераспределения суши и воды. Начался каменноугольный период, и географические изменения в

135

южных границах Тетиса рассматриваются как начало новой и последней эры в геологической истории Индии — арийской эры.

Индия в то время была частью Гондваны — исчезнувшего континента, который простирался на западе до Южной Африки, а на востоке — до Австралии. Валунный слой ледникового происхождения, талчирский валунный слой, встречается во многих сохранившихся частях этой огромной суши. Он в значительной степени входит в состав отложений Соляного хребта. Существуют свидетельства того, что обширные ледяные щиты, разрушая породы Раджпутаны, сдвигали свои морены на север в море Соляного хребта, которое, вероятно, в то время было южным продолжением Тетиса.

После этого ледникового периода сформировались индийские угольные бассейны Гондваны с пластами, богатыми флорой Glossopteris и Gangamopteris. Эта примечательная каменноугольная флора распространяется на южный Кашмир, из чего следует, что этот регион также был частью основной Гондваны. Однако его выход на поверхность был лишь кратковременным. За ним последовали верхнекаменноугольные морские отложения; фактически, в этой области не было значительных перерывов в отложениях со времен панджальских траппов до раннего третичного периода. В течение всего этого огромного периода Кашмир был покрыт водами Тетиса.

Завершающие дравидийские тектонические движения в Кашмирском регионе, по-видимому, не распространились на восточную часть Гималаев. Однако каменноугольный период в этой

136

восточной области был временем нестабильности, завершившимся в конце периода устойчивым поднятием суши и отступлением Тетиса на север. Почти вся территория Гималаев к востоку от Кашмира стала сушей и оставалась открытой для денудационных процессов столь долгое время, что местами были удалены все каменноугольные, девонские и значительная часть силурийских и ордовикских отложений — мощностью в несколько тысяч футов — прежде чем произошло повторное погружение в воды Тетиса.

К концу палеозойской эры арийский Тетис отступил на запад, но все еще покрывал Гималаи и оставался связанным с европейским палеозойским морем. Гималайская область (как и Кашмир) оставалась погруженной в его воды на протяжении всей мезозойской эры.

В меловой период Тетис значительно расширился, что указывает на существенное опускание северо-западной Индии, Афганистана, Западной Азии и, вероятно, большей части Тибета. Однако мелководный характер отложений тибетских Гималаев указывает на близость береговой линии к этому региону. Вулканические материалы, излившиеся в то время, предвещают наступление великой эпохи горообразования третичного периода. Огромная масса деканских траппов, объем которых оценивается в 6000 кубических миль, вероятно, была извергнута на северную часть полуострова в конце мелового периода. Море начало отступать, и к концу

137

эоцена оно переместилось на запад к Синду и Белуджистану. Движения земной коры сопровождались интенсивной вулканической деятельностью, и в осадочные породы внедрялись огромные объемы гранита, за которыми следовали дайки и излияния основных лав.

Тетис исчез навсегда. Он сохранился в современном Средиземном море. Горообразовательные движения продолжались в плиоцене. В результате нуммулитовые пласты эоцена были окончательно подняты на 18 500 футов над уровнем моря, что составило общее поднятие не менее 20 000 футов.

Таким образом, пройдя через множество превратностей, включая периоды вулканической активности, локальных поднятий и обширной местной денудации, Гималаи, возникшие из отложений древнего пуранского моря еще в докембрийскую эпоху и развивавшиеся потенциально в ходе длинной последовательности отложений, накапливавшихся почти непрерывно в течение всего геологического времени, наконец заняли свое место высоко в небесах, где только ветры — слабые на таких высотах — и небесные светила могут посещать их вечные снега.[1]

В этой великой истории знаменательно то, что самая длинная непрерывная серия осадочных отложений, известная миру, превратилась в самое высокое возвышение на его поверхности.

[1] См. «Очерк географии и геологии Гималайских гор и Тибета». Полковник С. Дж. Буррард, R.E., F.R.S., и Г. Х. Хейден, F.G.S., часть IV. Калькутта, 1908.

138

Схематические разрезы Гималаев, сопровождающие это краткое описание, взяты из монографии Буррарда и Хейдена (указ. соч.) о Гималаях. Глядя на разрезы, мы видим, что некоторые из высочайших вершин сложены гранитом и другими кристаллическими породами. Появление этих материалов на поверхности указывает на удаление в результате денудации и экстремальный метаморфизм значительной части осадочных отложений. Кристаллические породы действительно проникают в некоторые из древнейших пород в мире. Они появляются в контакте с архейскими, алгонкскими или раннепалеозойскими породами. Изучение разрезов выявляет не только сильные движения земной коры, но и огромное количество осадочных отложений, участвовавших в генезисе этих альпийских гор. Следует отметить, что вертикальный масштаб не преувеличен по отношению к горизонтальному.[1] Хотя нет никаких доказательств горообразования

[1] Для тех, кто не знаком с терминологией индийской геологии, будет полезен следующий список приблизительных временных эквивалентов

Слои Нгари-Кхорсум — плейстоцен. Сиваликская серия — миоцен и плиоцен. Сирмурская серия — олигоцен. Система Кампа — эоцен и мел. Система Лиланг — триас. Система Кулинг — пермь. Система Гондвана — карбон. Система Кенавар — карбон и девон. Система Мут — силур. Система Хайманта — средний и нижний кембрий. Группа Пурана — алгонк. Система Вайкрита — архей. Серия Далинг — архей.

139

в крупном масштабе в Гималайской области до третичного поднятия, в большинстве случаев буквально правильно говорить о горах как о существах, имеющих свои поколения, подобные органическим, и проходящих через все стадии рождения, жизни, смерти и воспроизводства. Альпы, Юра, Пиренеи, Анды были переделаны не один раз в ходе геологического времени, когда обломки изношенного хребта снова поднимались в последующие эпохи.

Так, остановимся на мгновение только на одном примере: Пиренеях. Пиренеи возникли как хребет из более древних палеозойских пород в девонское время. Однако эти ранние горы были достаточно изношены и опущены к каменноугольному периоду, чтобы принять отложения того времени, которые легли на поднятые края более древних пород. А за карбоном последовали пермские, триасовые, юрские и нижнемеловые отложения, все залегающие в согласной последовательности. Затем произошло новое нарушение и поднятие, за которым последовала денудация, и эти горы, в свою очередь, были изношены и опущены под океан, так что верхнемеловые отложения (Upper Greensand) легли несогласно на все подстилающие породы. За ними последовали верхний мел, отложения датского яруса и так далее, вплоть до эоцена, когда история завершилась и существующие хребты поднялись из моря. Сегодня мы находим складчатые нуммулитовые пласты эоценового возраста, поднятые на 11 000 футов, или в пределах 200 футов от величайших высот Пиренеев. И так они стоят, ожидая

140

времени, когда они снова «падут в долю изношенных ликов».[1]

Только горы могут порождать горы. Большие скопления осадков являются необходимым условием для локализации изгибов земной коры. Самые ранние горы возникли как чисто магматические или вулканические возвышения, но поколения холмов вскоре начали возникать в результате накопления обломков под действием силы тяжести в понижениях. И если разрушенный хребет сейчас открыт нашему взору, будучи обремененным тысячами футов перекрывающих отложений, мы знаем, что пока один хребет опускался, другой, из которого происходили эти отложения, несомненно существовал. Через «окна» в глубоко врезанных породах швейцарских долин мы видим, как древние каменноугольные Альпы выглядывают наружу, возвращаясь к солнечному свету после десятков миллионов лет заточения. Мы знаем, что так же верно, как современные Альпы создают своими мутными потоками хребты, которым еще предстоит возникнуть, так и другие первобытные Альпы поставляли в океан материалы этих погребенных допермских пород.

Эта последовательность событий может прекратиться только тогда, когда породы будут достаточно обеднены тепловыделяющими веществами или когда силы сжатия иссякнут в поверхностной земной коре.

Кажется невозможным избежать вывода, что в великом развитии опоясывающих океан областей

[1] См. Прествич, «Химическая и физическая геология», стр. 302.

141

осадконакопления и складчатости коры тепло радиоактивности было определяющим фактором. Мы признаем в движениях осадков не только влияние, локализующее и ускоряющее движения коры, но и фактор, который в подчинении первоначальному распределению суши и воды определил некоторые из величайших географических особенностей земного шара.

Остается лишь сделать шаг, чтобы показать, что с радиоактивной энергией связаны большинство землетрясений и вулканических явлений на Земле. Связь землетрясений с великими геосинклиналями хорошо известна. Работа Де Монтессю показала, что более 94 процентов всех зарегистрированных толчков приходятся на геосинклинальные пояса. Нет сомнений в том, что эти проявления нестабильности являются результатами локальной слабости и изгиба, которые возникли в результате накопления энергии, смытой с континентов. Аналогично мы можем рассматривать вулканы как явления, относящиеся к той же фундаментальной причине. Вулкан, по сути, долгое время считался более тесно связанным с землетрясениями, чем это, вероятно, есть на самом деле; ассоциация рассматривалась в причинно-следственном свете, тогда как связь скорее заключается в наличии общего происхождения. Пояс вулканов вокруг Тихого океана и пояс землетрясений совпадают. Опять же, древние и современные вулканы и землетрясения Европы связаны с геосинклиналью великого Средиземноморья, Тетиса мезозойских времен. Нетрудно понять в

142

общем виде природу этой связи. Землетрясение является проявлением разрыва и сдвига, и, как показал Зюсс, эпицентры смещаются вдоль той линии разлома, где кора уступила.[1] Вулкан отмечает место, где зона плавления выведена так высоко в раздробленной коре, что расплавленные материалы изливаются на поверхность.

В недавней работе по теме землетрясений профессор Хоббс пишет: «Одним из наиболее интересных обобщений, к которым пришел Де Монтессю в результате своих длительных исследований, является то, что районы землетрясений на суше почти точно соответствуют тем поясам на земном шаре, которые были почти непрерывными океаническими бассейнами долгой вторичной эры геологической истории. В пределах этих поясов осадочные формации коры отлагались с наибольшей мощностью, и формации следуют друг за другом в относительно полной последовательности. Почти или совсем в течение всей этой долгой эры, следовательно, ясно, что океан покрывал эти зоны. Вокруг них формации оказываются прерывистыми, и лакуны указывают на то, что море вторгалось в область лишь для того, чтобы отступить от нее, а затем в какой-то более поздний период снова наступить на нее. В течение долгого времени, следовательно, эти пояса землетрясений были морскими бассейнами — геосинклиналями. Позже они стали поднимающимися горами третичного периода, и горами они

[1] Зюсс, «Лик Земли», том II, глава II.

143

являются сегодня. Таким образом, пояса землетрясений — это те части земной коры, которые в недавнее время претерпели наибольшие движения в вертикальном направлении — это наиболее подвижные части земной коры».[1] Являются ли движения, сопровождающие поднятие гор и денудацию, связанной и неотъемлемой частью тех широких географических изменений, которые приводят к погружению и поднятию обширных континентальных областей, — вопрос неясный и сложный. Мы, действительно, согласно взглядам некоторых авторитетов, вряд ли находимся в состоянии с уверенностью утверждать, что такие широко распространенные движения суши действительно имели место, и что эти явления не являются результатом колебаний уровня океана; что наши наблюдения не идут дальше признания положительных и отрицательных движений береговой линии. Как бы то ни было, большая часть механической денудации в течение геологического времени происходила на горных хребтах. Короче говоря, бесспорно, что орогенические движения, которые поднимают холмы, лежали в основе геологической истории. Именно им в основном обязаны великие скопления осадков, которые сейчас составляют столь значительную часть континентальной суши. Нет сомнений в том, что эти движения определяли всю историю, как неорганическую, так и органическую, мира, в котором мы живем.

[1] Хоббс, «Землетрясения», стр. 58.

144

Подводя итог содержанию этого эссе в самых общих чертах, мы обнаруживаем, что в концепции денудации как процесса, вызывающего конвекцию и накопление радиотермальной энергии, поверхностные особенности земного шара получают новое значение. Тепло Земли не является только внутренним, скорее, существует источник тепла на поверхности, который, как мы видели, не может преобладать в той же степени внутри; и когда условия становятся благоприятными для агрегации энергии, кора, нагретая как снизу, так и сверху, приобретает свойства, более близкие к тем, что были на ее ранних стадиях развития, при этом вековая потеря тепла восстанавливается за счет радиоактивных запасов. Эти причины локальной подвижности действовали, несколько смещаясь с места на место и определяясь географически континентальными массами, подвергающимися денудации, с самых ранних времен.

145

АЛЬПИЙСКАЯ СТРУКТУРА

Интеллектуальный наблюдатель геологических изменений, происходивших в Южной Европе в эоценовое время, увидел бы мало такого, что могло бы внушить ему предчувствие событий, развивавшихся в то время. Нуммулитовые известняки отлагались в том расширенном Средиземноморье, которое в этот период, за исключением нескольких островов, покрывало большую часть Южной Европы. К этим стратифицированным остаткам, как и к мощным пластам меловых, юрских, триасовых и пермских отложений под ними, наш гипотетический наблюдатель, вероятно, отнесся бы безразлично; точно так же, как сегодня мы наблюдаем с безразличием, рожденным нашей скоротечностью, отложения, быстро собирающиеся везде, где речной сток распределяет осадки по морскому дну, или где активно работают организмы, выделяющие известь. И все же потребовалось всего несколько миллионов лет, чтобы поднять отложения древнего Тетиса; нагромоздить его осадки складка за складкой в Альпах, Карпатах и Гималаях; и — подвергнув их суровым условиям денудации на высотах, где преобладают оледенение, оползни и потоки — положить начало новой эпохе осадконакопления и поднятия.

146

В случае с Альпами, к которым мы хотим сейчас специально обратиться, основное поднятие, по-видимому, произошло в олигоцене, хотя движение продолжалось до конца плиоцена. Таким образом, существовал период в несколько миллионов лет, в течение которого были охвачены все явления. Воспользовавшись расчетами Солласа,[1] мы можем суммировать максимальные мощности осадочных отложений соответствующих геологических периодов следующим образом:

Pliocene - - - - - 3,950 m.

Miocene  - - - - - 4,250 m.

Oligocene  - - - - 3,660 m.

Eocene - - - - - - 6,100 m.

и, предполагая, что орогенические силы начали свою работу в последней четверти эоценового периода, мы имеем в общей сложности 13 400 м как некоторую меру прошедшего времени. При скорости 10 сантиметров в столетие эти отложения не могли накопиться менее чем за 13,4 миллиона лет. По-видимому, не менее десяти миллионов лет было затрачено на генезис Альп, прежде чем созидательные движения окончательно прекратились.

Прогресс движений земной коры сопровождался обычными вулканическими явлениями. Олигоценовые и миоценовые вулканы простирались полосой, отмеченной извержениями в Оверни, Эйфеле, Богемии и восточных Карпатах; и позже, ближе к концу движений в плиоценовое время, южная граница

[1] Соллас, Юбилейная речь, Геологическое общество, Лондон, 1909.

147

регионов Альп стала ареной извержений, таких как Этна, Санторин, Сомма (Везувий) и т. д.

Мы упомянули эти хорошо известные эпизоды с двумя целями: напомнить о вовлеченном временном интервале и о свидетельствах интенсивного нарушения земной коры, как динамического, так и термического. Согласно взглядам, изложенным в предыдущем эссе, энергетические эффекты радия в отложениях и верхней коре были основным фактором в локализации и достижении этих результатов. Мы предлагаем теперь исследовать, не сыграла ли радиоактивная энергия свою роль и в более интимной структуре Альп.

То, что мы видим сегодня в Альпах, — это лишь остаток, пощаженный денудацией. Несомненно, что огромные толщи материала исчезли. Даже когда созидательные эффекты были еще в процессе, денудационные силы не бездействовали. Об этом факте красноречиво свидетельствуют скопления гальки Молассы, где на северных границах Альп они нагромождены в горы. В субапеннинской серии Италии мощные пласты глин, мергелей и известняков дают свидетельства этих разрушительных процессов, продолжавшихся до плиоценового времени. Мы уже упоминали оценку Шмидта, что осадочный покров должен был местами составлять от 15 000 до 20 000 метров. Свидетельства этого в основном тектонические или структурные; но частично они проявляются в изменениях, которые материалы, доступные сейчас нашему осмотру, ясно обнаруживают. Так, невозможно

148

предположить, что гнейсовые породы могут стать настолько пластичными, чтобы течь в известковые отложения и вокруг них, или быть пронизанными последними — как мы видим в Юнгфрау и других местах — если бы не преобладали огромные давления и высокие температуры. И, по мнению некоторых авторитетов, температуры, выявленные интимными структурными изменениями породообразующих минералов, должны были достигать температур плавления. Существование таких условий подтверждается наблюдением, что там, где кристаллизация сейчас наиболее совершенна, явления складчатости и инъекции развиты лучше всего.[1] Эти высокие температуры, по-видимому, были бы необъяснимы без вмешательства радиотермальных эффектов; и, действительно, они рассматривались как загадочные наблюдателями рассматриваемых явлений. Покров мощностью 20 000 метров не вызвал бы температуру Земли, превышающую 500° C, если бы градиенты были такими, как в горных регионах в целом; и 600° — это примерно предел, который мы могли бы приписать чисто пассивным эффектам такого слоя в поднятии изогеотерм.

Тем, кто все еще не знаком с недавно опубликованными наблюдениями за структурой Альп, может быть трудно вникнуть в то, что сейчас должно быть сказано; ибо факты, действительно, очень сильно отличаются от общепринятых представлений о горообразовании. И мы не можем удивляться, что многие геологи долгое время

[1] Вайншенк, C. R. Congrès Géol., 1900, стр. 321 и сл.

149

воздерживались от признания взглядов, которые казались столь экстремальными. Восприимчивость — первая добродетель научного ума; но, при всем желании отбросить предрассудки, многие чувствовали себя неспособными принять структурные особенности, включающие складчатость земной коры в виде петель, которые простирались на десятки миль от страны к стране, и перенос горных материалов с юга Альп на север, оставляя их в конечном итоге как альпийские хребты древних отложений, покоящиеся на фундаментах более позднего времени. Историку предмета придется рассказать, как некоторые из тех, кто в конечном итоге был наиболее активен в продвижении новых взглядов, поначалу им противостояли. В изменении убеждений этих выдающихся геологов мы имеем самое сильное доказательство убедительности наблюдений и реальности тектонических особенностей, на которых основаны современные взгляды.

Меньшие горы, которые стоят вдоль северной границы великих известняковых Альп, известные как Предальпы, представляют странную характеристику: они покоятся на материалах, более молодых, чем они сами. Такие горы, как поразительно выглядящий Митен, близ Швица, например, выветрены из масс триасовых и юрских пород и покоятся на гораздо более недавнем флише. В резком контрасте с ландшафтом флиша они стоят как резкие и гигантские эрратические валуны, которые были перенесены из центральной зоны Альп, лежащей далеко на юге. Они являются чужеродными петрологически,

150

стратиграфически и географически[1] для местности, в которой они сейчас находятся. Экзотические материалы могут быть доломитами, известняками, сланцами, песчаниками или породами магматического происхождения. Они показывают в каждом случае следы суровых динамических действий, которым они подверглись при транспортировке. Магматические, как и осадочные клиппы, могут быть прослежены до отдаленных источников; к массиву Белладонна, Монблану, Лугано и Тиролю. Предальпы, по сути, являются горами без местных корней.

В этой последней названной существенной черте Предальпы не отличаются от еще более крупных известняковых Альп, которые следуют за ними на юге. Эти гиганты, например, Юнгфрау, Веттерхорн, Эйгер и т. д., также не имеют местных фундаментов. Они были сформированы из опрокинутых и вытянутых антиклиналей великих складок коры, чьи синклинали или корни прослеживаются до южной стороны долины Роны. Бернские Альпы возникли в результате нагромождения четырех великих пластов или лежачих складок, одна из которых продолжается в Предальпы. Вместе с Люжоном[2] мы можем видеть в явлении формирования Предальп деталь; рассматривая его как нормальное выражение того механизма, который создал Швейцарские Альпы. Ибо эти известняковые массы Оберланда не являются признаками лишь локального сдвига осадочного покрова Альп. Почти весь покров был

[1] Де Лаппаран, «Трактат по геологии», стр. 1785.

[2] Люжон, «Бюллетень Геологического общества Франции», 1901, стр. 772.

151

передвинут и нагроможден к северу. Люжон[1] заключает, что до того, как денудация сделала свою работу и отрезала Предальпы от их корней, можно было бы обнаружить пласты в количестве восьми, наложенных друг на друга и простирающихся между массивом Монблан и массивом Финстераархорн: эти пласты являются опрокинутыми складками морщинистого осадочного покрова. Общая природа альпийской структуры

{Рис. 8}

будет понятна из ее схематического представления по Шмидту из Базеля (Рис. 8).[2] Разрез простирается с севера на юг и выявляет отношения нескольких лежачих складок. Мы должны представить, что почти все эти наложенные друг на друга складки сейчас удалены из центральных регионов Альп денудацией,

[1] Люжон, указ. соч.

[2] Шмидт, Ec. Geol. Helvetiae, том IX, № 4.

152

оставляя подстилающие гнейсы, поднимающиеся через остатки пермских, триасовых и юрских отложений; в то время как на севере великие известняковые горы и еще севернее Предальпы, вырезанные из остатков лежачих складок, теперь стоят, имея почти такое же малое сходство с исчезнувшими горами, как воспоминания о прошлом имеют к его былой интенсивной реальности.

Эти взгляды на происхождение Альп, которые разделяются в наши дни многими выдающимися геологами, имели свое начало в трудах многих ныне ушедших; восходя к Штудеру; находя свое вдохновение в работе Гейма, Зюсса и Марселя Бертрана; и свое завершение в работе Люжона, Шардта, Ротплеца, Шмидта и многих других. Не следует забывать и то, что ближе к дому, несколько схожие явления, обязательно в меньшем масштабе, были распознаны Лапуортом двадцать шесть лет назад в его работе по структуре Шотландского нагорья.

Важный тектонический принцип лежит в основе развития явлений, которые мы только что рассматривали. Самая верхняя из наложенных друг на друга лежачих складок более развита в своем простирании, чем те, что лежат ниже. Проходя вниз от самой высокой из складок, обнаруживается, что они все менее и менее развиты как в северном, так и в южном направлении, говоря о частном случае — Альпах, — который сейчас перед нами. Эту особенность можно было бы описать несколько иначе. Мы могли бы сказать, что те складки, которые имели свои корни дальше

153

на юг, были наиболее вытянуты к северу: или, опять же, мы могли бы сказать, что синклинальная или глубоко залегающая часть складки отстала от антиклинальной или того, что первоначально было самой высокой частью складки, в продвижении последней на север. Антиклиналь продвинулась относительно синклинали. К этому закону наблюдается только одно исключение в Швейцарских Альпах; пласт Бреш (Byecciendecke) не доходит в своем северном простирании до подстилающей складки, которая простирается, образуя Предальпы.

Созерцая такой обобщенный разрез, как у профессора Шмидта, или, действительно, более частные разрезы, такие как те, что в массиве Монблан Марселя Бертрана,[1] Дент-де-Моркл, Дьяблере, Вильдхорн и массив Бреш Люжона,[2] или, наконец, разрез массива Пельву Термье,[3] вспоминаешь разбивающиеся волны на пологом берегу. Волна, замедленная у своего основания, переносится вперед сверху своим импульсом и, наконец, распространяется далеко вверх по берегу; и если бы она могла там остаться, следующая волна неизбежно должна была бы наложиться на первую. Но никакие эффекты инерции, никакие кинетические эффекты не могут быть призваны нам на помощь в объяснении формирования гор. Некоторые геологи, соответственно, предположили, что для того, чтобы объяснить

[1] Марсель Бертран, Cong. Géol. Internat., 1900, Guide Géol., XIII. a, стр. 41.

[2] Люжон, указ. соч., стр. 773.

[3] Де Лаппаран, «Трактат по геологии», стр. 1773.

154

лежачие складки и своеобразные явления увеличивающегося перекрытия, или déferlement, препятствие, фиксированное и глубоко залегающее, должно было остановить корни или синклинали складок и удержать их против трансляционного движения, в то время как движение верхней коры вытянуло и перенесло вперед антиклинали. Другие удовлетворились тем, что зафиксировали факты, не выдвигая никакой объяснительной гипотезы, кроме той, что воплощена в неоспоримом утверждении, что такие явления должны быть отнесены к эффектам тангенциальных сил, действующих в земной коре.

По-видимому, объяснение явлений лежачих складок и их déferlement должно быть получено непосредственно из температурных условий, преобладающих во всей напряженной толще пород; и здесь предмет горной тектоники соприкасается с тем, с чем мы были в других местах специально связаны — геологическим влиянием накопленной радиоактивной энергии.

Как уже было показано[1], повышение температуры из-за этого источника на несколько сотен градусов может быть добавлено к таким температурам, которые возникли бы из простого «укутывания» Земли и последующего движения изогеотерм вверх. Временной элемент здесь является наиболее важным соображением. Вся последовательность событий от первых орогенических движений до окончательного поднятия в плиоценовое время, вероятно, заняла не менее десяти миллионов лет.

[1] «Генезис гор», стр. 129 и сл.

155

К сожалению, полное исследование распределения температуры по прошествии любого заданного времени сопряжено с трудностями; условия чрезвычайно сложны. Если бы радиоактивный нагрев был строго адиабатическим — то есть, если бы все тепло сохранялось и никакое не поступало извне — время, необходимое для достижения равновесной радиоактивной температуры, составило бы около шести миллионов лет. Условия, конечно, не являются адиабатическими; но, с другой стороны, породы, поднятые боковым давлением, отнюдь не были при 0° C в самом начале. Следует предположить, что они обладали такими температурами, которые могли установить предшествующие радиотермальные эффекты и кондуктивное тепло из недр Земли.

Из этого представляется вероятным, что если был вовлечен период в десять миллионов лет, равновесные радиоактивные температуры должны были быть почти достигнуты. Эффекты тепла, проведенного из подстилающей земной коры, должны быть добавлены, что ведет к дальнейшему повышению температуры не менее чем на 500° или 600°. В таких соображениях наблюдаемые признаки высоких температур в материалах, ныне обнаженных денудацией, вероятно, находят свое объяснение (Пл. XIX).

Первый факт, который мы выводим из прежнего существования такого распределения температуры, — это невероятность, более того, невозможность того, что что-либо, напоминающее жесткое препятствие или глубоко залегающий «горст», могло существовать под нынешним уровнем поверхности и противостоять северному движению глубоко залегающих синклиналей. Ибо

156

такой горст мог состоять только из какого-то кремнистого материала, подобного тому, который мы повсюду находим поднимающимся через изношенные отложения Альп; и мысль о том, что это могло сохранять жесткость при преобладающих температурных условиях, должна быть отброшена. Нет нужды муссировать этот вопрос; горста не могло существовать. К чему тогда следует отнести замедление нижних частей складок, их опрокидывание сверху на север и их déferlement?

Небольшое размышление показывает, что сами условия высокой температуры и вязкости, которые делают несостоятельной гипотезу о жестком препятствии, достаточны для того, чтобы дать полное объяснение замедления корней складок. Ибо направленные трансляционные движения не могут передаваться через жидкость, давление в которой неизбежно является гидростатическим и должно оказываться одинаково во всех направлениях. И это относится не только к жидкости, но и к телу, которое будет вязко уступать приложенной силе. Будет существовать градация, по мере того как вязкость уступает место жесткости, между состояниями, в которых приложенная сила разрешается в чисто гидростатическое давление, и в которых она передается через материал как направленный толчок. Природу силы, конечно, в самом общем случае необходимо учитывать; является ли она внезапно приложенной и кратковременной или устойчивой и длительной. Последние условия применимы только к данному случаю.

Из этого следует, что, хотя тангенциальная сила

157

или давление порождаются движением коры, происходящим на юге, и результирующие эффекты передаются на север, эти напряжения могут механически воздействовать только на жесткие части коры, в которые они переносятся. То есть они могут привести к складчатости и дроблению или горизонтальной транспортировке верхних слоев земной коры; но в более глубоко залегающих вязких материалах они должны быть разрешены в гидростатическое давление, которое может действовать, чтобы поднять перекрывающий покров, но должно отказаться передавать горизонтальные трансляционные движения, затрагивающие жесткие материалы выше.

Между регионами, в которых преобладают эти два противоположных условия, не будет жесткой и четкой линии; но с увеличением текучести вниз будет происходить постепенное нарушение механических условий и увеличение гидростатических. Таким образом, в то время как самые верхние слои коры могут быть транспортированы на полную величину смещения коры, действующего с юга (говоря все еще об Альпах), глубже будет меньшее горизонтальное движение, а еще глубже нет влияния, побуждающего вязкие горные материалы в северном направлении. Последствиями этих условий должны быть лежачее положение складок, сформированных под напряжением коры, и их déferlement к северу. Чтобы увидеть это, мы должны проследить несколько стадий развития.

Самые ранние движения, мы можем предположить, приводят к изгибам типа Юрских гор — то есть к

158

последовательности более или менее симметричных волн. По мере того как орогеническая сила продолжается и развивается, эти волны уступают место складкам, конечности которых приблизительно вертикальны, а синклинальные части которых становятся все более и более погруженными в более глубокие и неизбежно более горячие подстилающие материалы; антиклинали при этом, вероятно, соответственно поднимаются. Эти события развиваются медленно, и температура внизу неуклонно растет вследствие проведенного внутреннего тепла и устойчивого накопления радиоактивной энергии в осадочных породах и в погребенном радиоактивном слое Земли. Работа, затраченная на раздробленную и срезанную породу, также вносит вклад в развивающуюся температуру. Таким образом, изогеотермы должны двигаться вверх, а вязкие условия распространяться снизу; постоянно уменьшая диапазон трансляционных движений, прогрессирующих в более высоких частях. В то время как сверху складчатые отложения переносятся на север, снизу они становятся закрепленными в растущей вязкости среды. Антиклинали будут изгибаться, и самые южные из складок постепенно будут выталкиваться или изгибаться над теми, что лежат к северу. Наконец, вся верхняя часть пучка станет горизонтально лежачей; и поскольку самые верхние складки будут теми, которые испытывают наибольшие эффекты продолжающегося смещения, déferlement или перекрытие должны неизбежно возникнуть.

Мы можем проследить эти стадии эволюции гор

159

на диаграмме (Рис. 9), в которой мы исключаем промежуточные условия и рассматриваем только ранние и конечные стадии развития. На верхнем эскизе мы предполагаем, что боковое сжатие сильно развито и движение изогеотерм вверх находится в процессе. Пунктирная линия может быть принята за изогеотерму, имеющую температуру вязкости. Если условия, показанные здесь, сохраняются

{Рис. 9}

бесконечно, нет сомнений, что единственными дальнейшими возможными развитиями являются продолжающееся дробление отложений и телесное смещение всей массы на север. Второй рисунок предназначен для того, чтобы показать, каким образом эти результаты обходятся. Изогеотерма вязкости поднялась. Все, что выше нее, затрагивается механически продолжающимся напряжением и переносится на север в варьирующей

160

степени, зависящей от жесткости. Складки были опрокинуты и вытянуты; те, что лежали первоначально наиболее к югу, стали самыми верхними; и, испытывая максимальную величину смещения, перекрывают те, что лежат ниже. Также произошло некоторое количество выброса вверх из-за гидростатического давления. Этот последний упомянутый элемент явлений носит в высшей степени неопределенный характер, ибо мы не знаем пределов, до которых гидростатическое давление может передаваться и где оно может наиболее легко найти разрядку. Хотя, согласно некоторым опубликованным разрезам, сила поднятия, по-видимому, повлияла на конечные результаты орогенических движений, обсуждение ее эффектов не было бы полезным.

161

ДРУГИЕ РАЗУМЫ, КРОМЕ НАШИХ?

В 1610 году Галилей, глядя в свой телескоп, тогда недавно усовершенствованный его собственными руками, обнаружил, что планету Юпитер сопровождает поезд крошечных звезд, которые вращались вокруг него точно так же, как луна вращается вокруг Земли.

Это было откровение, слишком великое, чтобы быть принятым человечеством. Оно противоречило доктрине центральности Земли, ибо предполагало, что другие миры, устроенные подобно нашему, могут существовать в небесах.

Некоторые говорили, что это просто оптическая иллюзия; другие — что тот, кто смотрит через такую трубку, делает это с риском для своей души — это было лишь заблуждение Сатаны. Галилей обратил нескольких неверующих, у которых хватило смелости посмотреть в его телескоп. Остальным он сказал, что надеется, что они увидят эти луны на своем пути на небеса. Старая, как эта история, она никогда не теряла своего пафоса или своего урока.

Дух, который нападал на открытия Галилея и который в конечном итоге был способен омрачить его закатные годы, закрывал в прежние дни рты тем, кто задавал вопрос, написанный в заголовке этой лекции: «Должны ли мы верить, что существуют другие разумы, кроме наших?»

162

Сегодня мы рассматриваем этот вопрос в совершенно ином духе. Мало кто счел бы его глупым или неуместным. Его глубокий интерес был бы признан всеми, и если бы не ограничения, закрывающие наш путь со всех сторон, он, несомненно, привлек бы самое серьезное исследование. Даже на простом балансе суждения между вероятным и невероятным, у нас мало что есть. Мы ничего не знаем определенно об условиях, при которых может возникнуть жизнь: являются ли они такими, что это редкость почти до невозможности, или обычны почти до уверенности. Только в узких пределах температуры и в присутствии определенных элементов может существовать жизнь, подобная нашей, и вне этих условий жизнь, если таковая существует, должна отличаться от нашей. Однажды возникнув, она устроена так, чтобы воздействовать на окружающие ее энергии и продвигаться от меньшего к большему. Знаем ли мы больше, чем эти расплывчатые факты? Да, у нас есть в нашем опыте один другой факт, и он включает в себя многое.

Мы знаем, что наш мир очень стар; что жизнь существует на нем много миллионов лет; и что Человек как мыслящее существо — лишь вчерашнего дня. Вот тогда условие, которое должно быть выполнено. Каждому миру физически назначен предел периода, в течение которого он обитаем согласно нашим знаниям о жизни и ее потребностях. Этот предел пройден, и рациональность упущена, шанс для этого мира ушел навсегда, и другие разумы, кроме наших, безусловно, не будут с него созерцать вселенную. Глядя на наш собственный мир, мы видим, что древо жизни,

163

действительно, ветвилось, покрывалось листвой и, возможно, распускалось много раз; оно никогда не цвело, кроме как однажды.

Все трудности растворяются и спекуляции становятся ненужными только при одном условии: том, в котором рациональность может быть выведена прямо или косвенно из наших наблюдений над каким-либо сестринским миром в космосе. Это как раз те доказательства, которые в последние годы, как утверждается, были получены из изучения поверхности Марса. К этой планете ограничена наша надежда на такие доказательства. Наш обзор во всех других направлениях заблокирован непреодолимыми трудностями. Если только какая-то метеоритная запись не достигнет нашей Земли, открывающая разум на погибшем мире, наша единственная надежда получить такие доказательства покоится на наблюдении особенностей поверхности Марса. На этом предмете мы сосредоточим наше внимание в том, что следует.

Наблюдения, сделанные в последние годы над особенностями поверхности Марса, извинительно, дали повод для сенсационных сообщений. Мы должны рассмотреть, при каких обстоятельствах были сделаны эти наблюдения.

Марс попадает в особенно благоприятные условия для наблюдения каждые пятнадцать лет. Это правда, что каждые два года и два месяца мы обгоняем его на его орбите, и он тогда находится в «оппозиции». То есть Земля находится между ним и солнцем: он, следовательно, находится в противоположной части небес по отношению к солнцу. Теперь орбита Марса очень эксцентрична, иногда он находится в 139 миллионах миль от солнца, а иногда он находится на целых 154 миллионах миль от солнца. Орбита Земли, для сравнения, почти

164

круг. Очевидно, если мы проходим его, когда он ближе всего к солнцу, мы видим его в лучшем виде; не только потому, что он тогда ближе всего к нам, но и потому, что он тогда также наиболее ярко освещен. В таких благоприятных оппозициях мы находимся в пределах 35 миллионов миль от него; если бы Марс был в афелии, мы бы прошли его на расстоянии 61 миллиона миль. Оппозиция происходит при наиболее благоприятных обстоятельствах каждые пятнадцать лет. Одна была в 1862 году, другая в 1877 году, одна в 1892 году и так далее.

Когда Марс находится в 35 миллионах миль, и мы применяем телескоп, увеличивающий в 1000 диаметров, мы видим его так, как если бы он был помещен в 35 000 миль. Это было бы в семь раз ближе, чем мы видим луну невооруженным глазом. Поскольку Марс имеет диаметр примерно в два раза больше, чем у луны, на таком расстоянии он выглядел бы в четырнадцать раз больше диаметра луны. При условии благоприятных условий атмосферы многое должно быть видно.

Но это как раз те условия атмосферы, которыми большинство европейских обсерваторий не могут похвастаться. К чести Скиапарелли из Милана, что в сравнительно неблагоприятных условиях и с небольшим инструментом он настолько опередил своих современников в наблюдении особенностей Марса, что те современники встретили многие из его ранних открытий со скептицизмом. Светлые и темные контуры и пятна на поверхности планеты действительно были нанесены на карту другими, и даже пара каналов была замечена; но в оппозицию 1877 года Скиапарелли впервые нанес на карту значительную

165

количество знаменитых «каналов» и показал, что они представляют собой необычную и характерную особенность географии планеты. Он назвал их «canali», подразумевая под этим «каналы» (протоки). Примечательно, что именно неверный перевод на самом деле послужил причиной возникновения идеи о том, что эти объекты являются искусственными каналами.

В 1882 году Скиапарелли поразил астрономический мир, заявив, что видит некоторые каналы удвоенными — то есть выглядящими как две параллельные линии. Поскольку эти линии простираются по поверхности планеты на многие тысячи миль, это сообщение, естественно, вызвало большое удивление и, как я уже говорил, значительный скептицизм. Но он решительно настаивал на своем утверждении. Вот его карта 1882 года. Она достаточно поразительна.

В 1892 году он составил новую карту. Она немного дополняет предыдущую, но удвоение было заметно не так хорошо. Самая странная особенность этого удвоения заключается в том, что порой оно бросается в глаза, а порой невидимо. Линия, которая в одно время отчетливо видна как единая, несколько недель спустя будет отчетливо казаться состоящей из двух параллельных линий; подобно железнодорожным путям, но путям, возможно, отстоящим друг от друга на 200 миль и достигающим в длину 3000 или даже 4000 миль.

Разумеется, было выдвинуто множество предположений, чтобы объяснить происхождение таких образований. Никакая известная особенность поверхности Земли или Луны вовсе не напоминает эти черты. Поверхность Луны, как вы знаете, покрыта трещинами и

166

полосами. Но трещины — это то, чем они обычно и являются: либо бесцельными, блуждающими линиями, либо, если они расходятся из центра, линиями, которые сужаются по мере удаления от точки разрыва. Где мы найдем трещины, точно параллельные друг другу, тянущиеся по лику планеты с постоянной кривизной на 4000 миль и пересекающие друг друга так, словно их совершенно не стесняет присутствие других? Если явление на Марсе обусловлено трещинами, они подразумевают единообразие в толщине и прочности коры, гомогенность, совершенно выходящую за рамки всех ожиданий. Впоследствии мы увидим, что само направление линий еще больше противоречит теории о том, что причиной их появления является хаотическое растрескивание коры планеты. Также высказывалось предположение, что поверхность планеты покрыта льдом и что это трещины во льду. Эта теория сталкивается с еще большими трудностями, чем предыдущая. Выдвигалась гипотеза о реках. Взгляд на наши собственные карты сразу же опровергает это предположение. Реки блуждают точно так же, как и трещины, а параллельные реки, подобно параллельным трещинам, неизвестны.

Со временем многие предположения были отброшены. Осталось лишь одно: что эти линии на самом деле являются делом рук разума; что это действительно каналы, искусственно созданные для целей ирригации в масштабе, который мы едва ли можем себе представить, основываясь на наших собственных земных инженерных сооружениях.

Во время противостояния 1894 года Персиваль Лоуэлл вместе с А. Э. Дугласом и У. Г. Пикерингом

167

наблюдали планету с вершины горы в Аризоне, используя 18-дюймовый рефрактор и все ресурсы точных измерений и спектроскопии. Столь превосходный климат благоприятствовал им, что в течение десяти месяцев планета находилась под непрерывным наблюдением. Было сделано более 900 рисунков, и не только были подтверждены каналы Скиапарелли, но и добавлены 116 к его 79 на той части планеты, которая была видна во время этого противостояния. Они сделали еще одно важное открытие: линии не обрываются у темных областей поверхности планеты, как считалось ранее, а во многих случаях продолжаются прямо дальше, причем кривизна линий остается неизменной.

Лоуэлл является бескомпромиссным сторонником теории «каналов». Если его аргументы верны, мы сразу получаем ответ на наш вопрос: «Существуют ли иные разумы, кроме нашего?»

Мы должны на мгновение рассмотреть аргументы Лоуэлла; не то чтобы я намеревался их опровергать. Вы должны сделать свои собственные выводы. Я же предложу вашему вниманию другую и, как я осмелюсь полагать, более адекватную гипотезу для объяснения каналов Скиапарелли. Впрочем, мы многое узнаем из книги Лоуэлла — она полна интереса.[1]

Лоуэлл закладывает глубокий фундамент. Он начинает с того, что показывает, что у Марса есть атмосфера. Это должно быть признано за ним, пока не появятся какие-либо опровергающие наблюдения.

[1] _Mars_, Персиваль Лоуэлл (Longmans, Green & Co.), 1896,

168

Это общепризнано. Что это за атмосфера — другой вопрос. Он, безусловно, привел веские доводы в пользу присутствия воды как одного из ее компонентов,

Давно было известно, что у Марса, как и у нашей Земли, имеются белые области на полюсах. Убывание этих полярных снегов — если это действительно они — по мере приближения марсианского лета наблюдалось часто. Лоуэлл изо дня в день наносит это убывание на график. Из его наблюдений очевидно, что снегопады должны быть очень слабыми. На его карте мы видим южный полюс, обращенный к нам. Марс в перигелии всегда поворачивает свой южный полюс к Солнцу, а значит, и к Земле. Мы видим, что в период с 3 июня по 3 августа — то есть за два месяца — полярный снег почти полностью исчез. Это указывает на очень скудный покров. Следует помнить, что Марс даже при наибольшем приближении к Солнцу получает лишь половину нашего запаса солнечного тепла и света.

Но существуют и другие доказательства того, что Марс, вероятно, обладает лишь малым количеством воды на своей поверхности. Темные места не покрыты водой, хотя их и называли так, словно это были моря и озера. Различные явления показывают это. Каналы показывают это. Невозможно представить себе каналы, пересекающие моря. Никаких великих рек не видно. Наблюдается поразительное отсутствие облаков. Атмосфера Марса кажется такой же ясной, какой безоблачной кажется атмосфера Венеры. Однако туманы и облака иногда появляются, скрывая его лик и затрудняя

169

проведение наблюдений вблизи края диска планеты. Лоуэлл приходит к выводу, что это должна быть спокойная и ясная атмосфера; вероятно, лишь одна седьмая плотности нашей. Нормальное показание барометра на Марсе тогда составляло бы всего четыре с половиной дюйма. Это давление гораздо ниже того, что существует на вершине самой высокой земной горы. Гора здесь должна иметь высоту около десяти миль, чтобы обладать столь низким давлением на своей вершине. Капли воды, достаточно крупные, чтобы образовать дождь, вряд ли могут собраться в такой разреженной атмосфере. Влага будет выпадать на землю в виде росы или инея. Дни будут жаркими из-за беспрепятственного солнечного излучения; ночи — мучительно холодными из-за свободного излучения в космическое пространство.

Можно добавить, что в таком климате иней будет опускаться преимущественно на возвышенности в ночное время, а с наступлением дня — таять. Более свободное излучение вызывает это явление и среди наших собственных гор в ясную и спокойную погоду.

С постепенным таянием снега на полюсе Лоуэлл связал многие весьма интересные явления на поверхности планеты. Темные пространства, по-видимому, становятся темнее и приобретают зеленоватый оттенок. Каналы начинают проявляться и обнаруживают свою двойственную природу. Все это наводит на мысль, что влага, высвобождаемая при таянии полярного снега с наступлением года, несет жизненную силу и весну по поверхности планеты. Но как переносится вода?

Лоуэлл полагает, что главным образом по каналам. Они

170

построены, триангулируя поверхность планеты во всех направлениях. То, что мы видим, согласно Лоуэллу, — это не сам канал, а широкая полоса растительности, которая возникает с приходом воды. Эта полоса имеет ширину, возможно, тридцать или сорок миль, а может быть, и гораздо меньше, ибо Лоуэлл сообщает, что чем лучше условия наблюдения, тем тоньше казались линии, так что они могут быть, возможно, шириной всего пятнадцать миль. Следует отметить, что едва различимая точка на поверхности Марса должна обладать диаметром в 30 миль. Но цепочка гораздо более мелких точек будет видна, точно так же, как мы можем видеть такие тонкие объекты, как паутина. Расширение каналов тогда объясняется, согласно Лоуэллу, ростом полосы растительности, подобной той, что возникает, когда разливы Нила орошают равнины Египта.

Если не находится иного объяснения этим линиям, кроме того, что они являются делом рук разума, все это необходимо помнить. Если все другие теории подводят нас, многое должно быть уступлено Лоуэллу. Мы не должны рассуждать как рыбы — как выражается Лоуэлл — и отрицать, что разумные существа могут процветать при атмосферном давлении в четыре с половиной дюйма ртутного столба. Цурбригген недавно поднялся на вершину Аконкагуа, высоту 24 000 футов. На вершине такой горы барометр должен показывать около десяти дюймов. Почему бы не развиться путем эволюции существам с объемом легких, способным жить на высоте в два с половиной раза большей. Те устойчиво

171

изогнутые параллельные линии, действительно, очень не похожи на все, с чем мы имели дело. Скорее следовало бы ожидать, что иная цивилизация, нежели наша собственная, будет иметь множество существенных различий в своем развитии.

Какова же картина, которая предстает перед нами согласно Лоуэллу? Она достаточно драматична.

Марс — это мир, чьи запасы воды, вероятно, никогда не были очень обильными, на протяжении бесчисленных лет иссякали, уходя в его поверхность. Но обитатели ведут за нее отчаянную борьбу. Они построили каналы вокруг всего своего мира, чтобы вода, которая в противном случае пропадала бы впустую в бескрайних пустынях, направлялась от оазиса к оазису. Здесь расположены великие центры цивилизации: их Лондоны, Вены, Нью-Йорки. Эти гигантские сооружения — дело рук отчаяния. Великий и цивилизованный мир видит, что смерть смотрит ему в лицо. Им пришлось утроить свои каналы, чтобы, когда центральный канал выполнит свою работу, вода направлялась в боковые каналы, дабы использовать ее по максимуму. Через свои великолепные телескопы они должны видеть наши моря и полноводные реки; и должны умирать, подобно путникам в пустыне, видящим в мираже прохладные воды далекого озера.

Возможно, тот одинокий сигнал, который, как сообщалось, был замечен на сумеречном крае диска Марса, был результатом гордости за их великолепную и погибающую цивилизацию. Они хотели оставить хоть какую-то память о ней: они хотели, чтобы мы стали свидетелями того, насколько велика была эта цивилизация, прежде чем они погибнут!

Я завершаю эту драматическую картину слабым утешением,

172

что несколько филантропически настроенных людей предложили подать им сигналы в знак сочувствия. Говорят, что Французской академии было завещано состояние с целью установления связи с марсианами. Было предложено, что мы могли бы посылать им сигналы с помощью гигантских зеркал, отражающих свет нашего Солнца. Или, опять же, что мы могли бы разжечь костры достаточно большого масштаба. Они должны были бы быть около десяти миль в диаметре! Автор в «Pall Mall Gazette» предположил, что в этом деле на самом деле не должно быть никаких трудностей. При любезном содействии лондонских газовых компаний (это было еще до дней электрического освещения) сигнал мог бы быть отправлен без каких-либо дополнительных расходов, если бы газовые компании согласились одновременно отключать газ с интервалом в пять минут по всему Лондону; результатом стал бы сигнал, видимый астрономам на Марсе. Он наивно добавляет: «Если бы только пробовать по часу каждую ночь, можно было бы получить некоторые результаты».

II

Мы рассмотрели теорию искусственного происхождения марсианских линий. Степень внимания, которую мы готовы уделить предположению о том, что на Марсе существуют иные разумы, кроме нашего, будет — как я уже заявлял — неизбежно зависеть от того, можем ли мы предложить вероятное объяснение этих линий на чисто физических основаниях. Если очевидно, что такие

173

линии с большой вероятностью сформировались бы при определенных условиях, которые сами по себе являются вероятными, тогда аргумент от противного в пользу существования цивилизации на Марсе сразу же рушится.

{Рис. 10}

Подобно тому, как писатель-романист иногда вынужден переносить своих читателей в другие места, так и я должен теперь попросить вас согласиться быть перенесенными на несколько миллионов

174

миль в ту область небес, которая лежит за орбитой Марса.

Между Марсом и Юпитером зияет пропасть в 341 миллион миль. Давно было известно, что этот разрыв в последовательности планет совершенно не согласуется с упорядоченным расположением миров от Солнца. В конце прошлого века было создано общество для обнаружения недостающего мира. В первый день прошлого века Пиацци — который, кстати, не был членом этого общества — обнаружил крошечный мир в пустующем промежутке. Хотя его горячо приветствовали как нечто лучшее, чем ничего, это была разочаровывающая находка. Новый мир был просто камнем. Пылинка диаметром около 160 миль. Очевидно, никогда не предполагалось, что такое тело должно иметь все это пространство в своем распоряжении. И, конечно же, вскоре после этого был обнаружен другой малый мир. Затем был найден еще один, и еще один, и так далее; и сейчас известно более 400 этих странных маленьких миров.

Но откуда взялись такие тела? Общепринятое мнение заключается в том, что они действительно представляют собой неудавшийся мир. Когда Солнце было моложе, оно сбросило несколько миров нашей системы в виде множества колец. Каждое кольцо затем скоалесцировало в мир. Нептун был первенцем; Меркурий — самым младшим.

После того как Юпитер был отброшен, а Солнце сжалось внутрь примерно на 200 миллионов миль, оно сбросило еще одно кольцо. Подразумевалось, что это его порождение должно вырасти, как и остальные, развиться в стабильный мир с

175

потенциалом даже, возможно, стать обителью разумных существ. Но что-то пошло не так. Оно распалось на кольцо маленьких тел, обращающихся вокруг него.

Согласно этой гипотезе, вероятно, что число, с которым мы знакомы, даже близко не отражает фактическое количество астероидов в прошлом и настоящем. Потребовалось бы 125 000 самых крупных из них, чтобы составить шар размером с наш мир. Они, насколько известно, варьируются в размерах от 10 до 160 миль в диаметре. Вероятно, тогда — исходя из предположения, что этот несостоявшийся мир должен был иметь массу примерно с нашу Землю — что их насчитывались, и, возможно, насчитываются, многие сотни тысяч.

Некоторые из этих маленьких тел весьма своеобразны в отношении орбит, по которым они движутся. Эта особенность иногда заключается в эксцентриситете их орбит, иногда в том, как их орбиты наклонены к общей плоскости эклиптики, в которой движутся все остальные планеты.

Эксцентриситет, согласно Проктору, в некоторых случаях может достигать таких крайностей, что малый мир оказывается внутри среднего расстояния Марса от Солнца. Это, как вы помните, гораздо меньше, чем его наибольшее расстояние от Солнца. Весь пояс астероидов — насколько известно — лежит гораздо ближе к Марсу, чем к Юпитеру.

Что касается наклона их орбит, некоторые из них фактически наклонены к эклиптике на целых 34 градуса, так что, по сути, их можно наблюдать с Земли среди наших полярных созвездий.

176

Из всего этого вы видите, что Марс занимает довольно горячий уголок в Солнечной системе. Невозможно ли, что не раз в далеком прошлом Марс мог столкнуться с одним из этих странников? Если бы он подошел на определенное расстояние к малому телу, его огромная масса отклонила бы его с орбиты, и при определенных условиях он таким образом обзавелся бы спутником. Что его нынешние спутники были действительно приобретены таким образом — это предположение Ньютона из Йельского колледжа.

Спутники Марса действительно подозрительно и крайне аномально малы. У меня нет времени доказывать вам это путем сравнения с другими мирами Солнечной системы. На самом деле, они не были открыты до 1877 года — хотя они были предсказаны самым любопытным образом, с пугающе точными деталями, Свифтом.

Одно из этих тел имеет диаметр около 36 миль. Это Фобос. Фобос находится всего в 3700 милях от поверхности Марса. Другой меньше и дальше. Он называется Деймос, и его диаметр составляет всего 10 миль. Он находится в 12 500 милях от поверхности Марса. За исключением Фобоса, следующий по величине известный спутник в Солнечной системе — это спутник Сатурна, Гиперион; почти 800 миль в диаметре. Внутренний спутник облетает Марс за 7½ часов. Это месяц Фобоса. Марс вращается вокруг своей оси за 24 часа 40 минут, так что люди на Марсе видели бы восход Фобоса дважды в течение дня и ночи; он, по-видимому, пересекал бы небо

177

двигаясь против другого спутника; то есть он двигался бы, по-видимому, с запада на восток.

Мы можем, по крайней мере, допустить как вероятное, что другие спутники были собраны Марсом в прошлом из армии астероидов.

Некоторые из захваченных таким образом спутников были бы прямыми: то есть двигались бы вокруг планеты в направлении ее осевого вращения. Другие, по воле случая, были бы ретроградными: то есть двигались бы против ее осевого вращения. Они описывали бы орбиты, образующие те же различные углы с эклиптикой, что и астероиды; и мы можем быть уверены, что они были бы тех же самых варьирующихся размеров.

Мы переходим к вопросу о том, какими были бы последствия для Марса от таких захватов.

Спутник, захваченный таким образом, с большой вероятностью будет притянут к планете. Это вероятный конец спутника в любом случае. Вероятно, это будет конец и нашего спутника. Спутник Фобос, действительно, как полагают, вот-вот совершит это самое падение на свою планету. Но в том случае, когда захваченный спутник вращается вокруг планеты в направлении, противоположном осевому вращению планеты, довольно уверенно можно сказать, что его карьера в качестве спутника будет недолгой. Причины этого я сейчас привести не могу. Если, следовательно, Марс захватил спутники, он почти наверняка поглотил их рано или поздно. Раньше, если они оказались ретроградными спутниками, позже, если прямыми. Его нынешние спутники — недавние приобретения. Они являются прямыми.

178

Путь гибнущего спутника будет представлять собой медленную спираль, описываемую вокруг планеты. Спираль в конце концов, спустя много лет, приведет спутник на поверхность первичного тела. Его окончательное приближение будет ускорено, если планета обладает атмосферой, как, вероятно, обладает Марс. Спутник размером с Фобос — то есть 36 миль в диаметре — едва ли просуществовал бы более 30–60 лет на расстоянии семидесяти миль от поверхности Марса. Тогда он будет вращаться вокруг Марса за час сорок минут, двигаясь, по сути, со скоростью 2,2 мили в секунду. В течение этих 30 или 60 лет он, следовательно, облетит планету, возможно, 200 000 раз, прежде чем окончательно врежется в марсиан. Однако в ходе этой заключительной истории спутника есть основания полагать, что он отнюдь не будет постоянно следовать одним и тем же путем над поверхностью планеты. Существует много возмущающих факторов, которые следует учитывать. Будучи столь малым, любые крупные особенности поверхности Марса, вероятно, будут действовать, возмущая орбиту спутника.

Объяснение линий Марса, которое я предлагаю, заключается в том, что они были сформированы приближением таких спутников в былые времена. Я не имею в виду, что это линии, прорезанные в его поверхности самим падением спутника. Окончательный конец спутника был бы слишком быстрым для этого, я думаю. Но я надеюсь, что смогу показать вам, что есть основания полагать, что само прохождение спутника, скажем, на высоте 70 миль над поверхностью планеты, само по себе вызовет эффекты в коре планеты, способные

179

объяснить именно такие одиночные или параллельные линии, которые мы видим.

В первую очередь мы должны рассмотреть устойчивость спутника. Даже в случае малого спутника мы не можем игнорировать тот факт, что половина спутника, находящаяся ближе к планете, притягивается к планете с гравитационной силой, большей, чем та, что притягивает внешнюю половину, и что центробежная сила на внутренней полусфере меньше, чем на внешней. Следовательно, существует сила, стремящаяся разорвать спутник на экваториальном сечении, касательном

{Рис. 11}

к поверхности планеты. Если бы Фобос, например, находился в жидком или пластичном состоянии, он никак не мог бы существовать вблизи поверхности планеты. Упомянутые силы решили бы его судьбу. Однако расчетами можно показать, что если Фобос обладает прочностью базальта или стекла, то оставался бы значительный коэффициент запаса прочности в пользу устойчивости спутника; даже когда поверхности планеты и спутника разделяли бы всего пять миль.

Теперь мы должны рассмотреть некоторые вещи, которые, как мы ожидаем, произойдут до того, как спутник совершит свое окончательное падение на планету.

180

Эта диаграмма (Рис. 11) показывает вам спутник, движущийся над поверхностью планеты. Спутник приближается к наблюдателю или удаляется от него. Предполагается, что планета показывает свою твердую кору в поперечном сечении, которая может иметь толщину в несколько миль. Под ней находится такая горячая пластичная магма, которая, как у нас есть основания полагать, подстилает большую часть твердой коры нашей собственной Земли. Теперь существует притяжение между спутником и корой планеты; то же самое гравитационное притяжение, которое существует между каждой частицей материи во Вселенной. Давайте рассмотрим, как это притяжение повлияет на кору планеты. Я нарисовал маленькие стрелки, чтобы показать, как мы можем рассматривать притяжение спутника, тянущее кору планеты не только вверх, но и внутрь под спутником. Я сделал эти стрелки длиннее там, где расчет показывает, что напряжение больше. Вы видите, что наибольшее подъемное напряжение находится прямо под спутником, тогда как наибольшее напряжение, тянущее кору внутрь под спутник, находится в точке, которая лежит вне спутника, на значительном расстоянии. С каждой стороны спутника есть точка, где напряжение, тянущее кору, является наибольшим. Из двух напряжений подъемное напряжение будет стремиться немного приподнять кору; тянущее напряжение может в определенных случаях фактически разорвать кору; как в точках A и B.

Можно рассчитать величину напряжения в точке с каждой стороны спутника, где напряжение является наибольшим. Мы должны предположить, что спутник имеет определенный размер и плотность; мы также должны предположить, что кора

181

Марса имеет определенную плотность. Чтобы зафиксировать наши идеи по этим пунктам, я возьму случай нынешнего спутника Фобоса. Какую величину напряжения он окажет на кору Марса, когда приблизится на расстояние, скажем, 40 миль от поверхности планеты? Мы знаем его размер приблизительно — он около 36 миль в диаметре. Мы можем предположить, что его плотность составляет от четырех до восьми плотностей воды. Мы можем предположить, что плотность поверхности Марса примерно такая же, как у поверхности нашей Земли, то есть в три раза плотнее воды. Теперь мы находим, что наибольшее напряжение, стремящееся разорвать поверхностную кору Марса, будет составлять от 4000 до 8000 фунтов на квадратный фут в зависимости от плотности, которую мы припишем Фобосу.

Разорвет ли такое напряжение кору на самом деле? Мы не можем ответить на этот вопрос с какой-либо уверенностью. Многое будет зависеть от природы и состояния коры. Итак, предположим, что мы здесь (Рис. 12) смотрим вниз на спутник, который движется медленно относительно поверхности Марса в направлении стрелки. Спутник только что прошел над слабым и потрескавшимся участком коры планеты. Здесь напряжения было достаточно, чтобы начать две трещины. Теперь вы знаете, как легко разорвать кусок ткани, когда вы подходите к его краю, чтобы сделать начало. Здесь напряжение от спутника дошло до края коры. Оно сильно сконцентрировано как раз на концах трещин. При таких обстоятельствах оно, вероятно, продолжит

182

разрыв. Если оно не сделает этого в этот раз, помните, что спутник несколько часов спустя снова будет пролетать над тем же местом, и затем снова, по крайней мере, много сотен раз. К тому же мы не ограничены предположением, что

{Рис. 12}

спутник так же мал, как Фобос. Предположим, мы рассмотрим случай спутника, приближающегося к Марсу, который имеет диаметр вдвое больше Фобоса; диаметр, все еще гораздо меньший, чем у более крупного класса астероидов. Даже на расстоянии

183

в 65 миль напряжение теперь составит от 15 до 30 тонн на квадратный фут. Почти несомненно, что такое напряжение, повторенное сравнительно несколько раз над одними и теми же участками поверхности планеты, настолько разорвало бы кору, что создало бы линии, вдоль которых плутоническая активность нашла бы выход. То есть мы могли бы ожидать вдоль этих линий всех явлений поднятия и вулканических извержений, которые приводят к возвышениям поверхности.

Вероятный эффект спутника такого размера, движущегося медленно относительно поверхности Марса, заключается, таким образом, в том, чтобы оставить очень заметный памятник своего присутствия позади себя. Вы видите из диаграммы, что этот памятник будет состоять из двух параллельных линий возмущения.

Линейный характер гравитационных эффектов спутника обусловлен исключительно движением спутника относительно поверхности планеты. Если бы спутник стоял неподвижно над поверхностью, гравитационное напряжение в коре, конечно, распространялось бы радиально наружу от центра спутника. Оно достигало бы в центральной точке под спутником своего максимального вертикального эффекта, а на некотором радиальном расстоянии, измеренном наружу от этой точки, которое мы можем рассчитать, — своего максимального горизонтального разрывающего эффекта. Когда спутник движется относительно коры планеты, горизонтальная разрывающая сила действует по-разному в зависимости от того, направлена ли она по линии движения или под прямым углом к этой линии.

В направлении движения мы видим, что спутник

184

создает, проходя над корой, волну разрежения или растяжения, как в точке D, за которой следует сжатие прямо под спутником и изменение направления гравитационного притяжения по мере того, как спутник движется дальше. Эти напряжения быстро сменяют друг друга по мере того, как спутник движется вдоль. Им противодействует инерция коры, и они поглощаются ее упругостью. Природа этой последовательности чередующихся сжатий и разрежений в коре обладает некоторым сходством с теми, что возникают при землетрясении.

Если мы рассмотрим эффекты, происходящие латерально по отношению к линии движения, мы увидим, что таких изменений в природе сил в коре нет. При каждом прохождении спутника горизонтальное разрывающее напряжение увеличивается до максимума, когда оно приложено латерально, вдоль линии, проходящей через горизонтальную проекцию спутника и под прямым углом к линии движения, а затем снова затухает. Это всегда разрывающее напряжение, возобновляющееся снова и снова.

Этот эффект достигает максимума вдоль двух конкретных параллельных линий, которые являются касательными к кругу максимального горизонтального напряжения и которые идут параллельно пути спутника. Расстояние, разделяющее эти линии, зависит от высоты спутника над поверхностью планеты. Такие линии отмечают теоретические оси «двойных каналов», которые будущие движения коры будут развивать более полно.

Интересно рассмотреть, каков был бы эффект таких

185

условий, если бы они возникли на поверхности нашей собственной планеты. Мы предполагаем горизонтальную силу в коре, достаточную для создания растягивающих напряжений порядка, скажем, пятнадцати тонн на квадратный фут, и эти напряжения повторяются каждые несколько часов; наш мир также подвержен динамическим эффектам, которые мы распознаем в его коре и под ней.

Легко видеть, что области, над которыми спутник оказывал свои гравитационные напряжения, должны стать очагами — очагами линейной формы — тектонических событий или движений коры. Снятие напряжений, по какой бы причине они ни возникали, в коре и под ней должно обязательно происходить в этих областях возмущения и вдоль этих линейных зон. Здесь должны концентрироваться складчатые движения, которые в существующих условиях приводятся в геосинклинали, вместе с сопутствующими им вулканическими явлениями. В случае Марса такая концентрация тектонических событий не была бы, из-за отсутствия обширной субаэральной денудации и великих океанов, осложнена существованием таких синклинальных накоплений, которые контролировали развитие земной поверхности. С течением времени линейные особенности, вероятно, развивались бы; энергичная подкорковая среда постоянно утверждала бы свое влияние вдоль таких линий слабости. В высшей степени вероятно, что радиоактивность играет не меньшую роль в истории Марса, чем в земной. Факт радиоактивного нагрева позволяет нам предположить тонкую поверхностную кору и продолжающуюся подкорковую энергию на протяжении всего периода истории планеты.

186

Насколько эти эффекты будут напоминать двойные каналы Марса? На этом рисунке и в расчетах, которые я вам привел, я предполагал, что спутник занят тем, что отмечает поверхность планеты двумя линиями, разделенными примерно интервалом, разделяющим более широкие двойные каналы Марса — то есть около 220 миль друг от друга. Каким будет расстояние между линиями, как уже было сказано, будет зависеть от высоты спутника над поверхностью, когда он оказывается над частью коры, находящейся в состоянии, способном быть затронутой напряжениями, которые он создает в ней. Если спутник выполняет свою работу в точке ниже над поверхностью, полученный канал будет уже. Напряжения, тоже, будут тогда гораздо больше. Я должен также заметить, что как только кора поддалась тянущему напряжению, существует большая вероятность того, что в будущих оборотах спутника возникнет центральный разлом. Ибо тогда вся тянущая сила добавляется к подъемной силе и стремится вдавить кору внутрь по центральной линии под спутником. Таким образом, вполне возможно, что прохождение спутника может привести к возникновению тройных линий. Есть основания полагать, что каналы на Марсе в некоторых случаях являются тройными.

Я все время говорил о спутнике, движущемся медленно над поверхностью Марса. Я делал это, так как не могу вовсе судить так легко о том, что произойдет, когда скорость спутника над поверхностью Марса очень велика. Чтобы объяснить все линии, нанесенные на карту Лоуэллом, некоторые из них должны были быть созданы спутниками, движущимися относительно поверхности Марса со скоростями такими большими,

187

как три мили в секунду или даже несколько больше. Напряжения, возникающие в таких случаях, очень трудно оценить. Это еще не было сделано. Параллельные линии наибольшего напряжения или импульса должны формироваться, как и в другом случае.

Я теперь прошу вашего внимания к другому виду доказательств того, что линии в какой-то мере обусловлены движением спутников, проходящих над поверхностью Марса.

Я могу представить новые доказательства, к которым я обращаюсь, таким образом: На карте Лоуэлла (Pl. XXII, стр. 192), и в меньшей степени на карте Скиапарелли (см. стр. 166), нам дано направление линий как фрагменты незавершенных кривых. Теперь эти кривые могли бы быть чем угодно. Мы должны, однако, принимать их такими, какие они есть, когда мы применяем их в качестве проверки теории о том, что движение спутника вокруг Марса может прочертить такие линии. Если можно показать, что спутники, вращающиеся вокруг Марса, могли бы прочертить именно такие кривые, то мы принимаем это как дополнительное подтверждение гипотезы.

Мы должны начать с осознания того, какие кривые оставил бы после себя спутник, который возмущает поверхность планеты, после своей гибели. Вы могли бы подумать, что спутник, вращающийся вокруг планеты, должен просто описывать круг на сферической поверхности планеты: «большой круг», как его называют; то есть самый большой круг, который может быть описан на сфере. Этот большой круг, однако, может быть прочерчен, как вы увидите, только тогда, когда планета не вращается вокруг своей оси: условие, которое вряд ли осуществимо.

Эта диаграмма (Pl. XXI) показывает поверхность глобуса

188

покрытую обычными воображаемыми линиями широты и долготы. Орбита предполагаемого спутника показана линией, пересекающей сферу под некоторым предполагаемым углом к экватору. Вдоль этой линии спутник всегда движется с равномерной скоростью, проходя поперек и вокруг задней части сферы и снова поперек. Если сфера не вращается вокруг своей полярной оси, то этот спутник, который, как мы предположим, вооружен карандашом, рисующим линию на сфере, прочертит большой круг прямо вокруг сферы. Но сфера вращается. И следует ожидать, что в разные времена в истории планеты скорость вращения очень сильно варьируется. Есть основания полагать, что наш собственный день когда-то длился всего 2½ часа или около того. После предварительного роста скорости осевого вращения из-за сжатия, сопровождающего быстрое охлаждение, планета по мере своего старения вращается все медленнее и медленнее. Это явление обусловлено приливным влиянием Солнца или спутников. В предположении, что спутники падали на Марс, в его случае имелось бы дополнительное действие, стремящееся сократить его день с течением времени.

Эффект вращения планеты будет, конечно, заключаться в том, что по мере того, как спутник продвигается со своим карандашом, он обнаруживает, что поверхность сферы смещается из-под него. Прочерченная линия перестает быть большим кругом, а уходит в другую кривую — которая, на самом деле, вовсе не является кругом.

Вы легко увидите, как мы находим эту кривую. Предположим, что сфера вращается с такой скоростью, что пока спутник продвигается на расстояние _Oa_, точка _b_ на

189

сфере будет перенесена на путь спутника. Карандаш отметит эту точку. Аналогично мы находим, что все точки вдоль этой полной кривой линии — это точки, которые как раз окажутся под спутником, когда он проходит со своим карандашом. Эта кривая тогда является следом, прочерченным вращающимся спутником. Вы видите ее пунктиром вокруг задней части сферы до того места, где она пересекает экватор в определенной точке. Направление кривой и точка, где она пересекает экватор, прежде чем продолжить свой путь, полностью зависят от скорости, с которой мы предполагаем, что сфера вращается, и спутник описывает орбиту. Мы можем назвать расстояние, измеренное вокруг экватора планеты, отделяющее начальную точку кривой от точки, в которой она снова встречает экватор, «размахом» кривой. Размах тогда полностью зависит от скорости вращения планеты вокруг своей оси и спутника по своей орбите вокруг планеты.

Но природа событий могла быть несколько иной. Спутник, на рисунке, предполагается вращающимся вокруг сферы в том же направлении, в котором вращается сфера. Могло быть так, что Марс захватил спутник, движущийся в направлении, противоположном тому, в котором он вращался. При той же скорости планеты вокруг своей оси и спутника по своей орбите, что и раньше, была бы описана другая кривая. Размах кривой, обусловленный ретроградным спутником, будет больше, чем размах, обусловленный прямым спутником. Ретроградный спутник будет иметь размах более чем на половину

190

пути вокруг планеты, прямой спутник опишет кривую, которая будет составлять менее половины пути вокруг планеты: то есть размах, обусловленный ретроградным спутником, будет более 180 градусов, в то время как размах, обусловленный прямым спутником, будет менее 180 градусов на экваторе планеты.

Я хотел бы обратить ваше внимание на тот факт, что то, каким будет размах, не зависит от того, насколько орбита спутника наклонена к экватору. Это лишь определяет, насколько далеко кривая, прочерченная спутником, будет отступать от экватора.

Мы находим тогда, пока что, что легко различить прямые и ретроградные кривые. Размах одной меньше, другой больше, чем 180 градусов. Количество градусов, которое любой тип кривой стягивает на экваторе, полностью зависит от скорости спутника и осевой скорости планеты.

Но из этих двух скоростей скорость спутника можно считать ощутимо неизменной, когда он достаточно близко, чтобы использовать свой карандаш. Это зависит от закона центробежной силы, который учит нас, что масса планеты одна определяет скорость спутника по его орбите на любом фиксированном расстоянии от центра планеты. Другая скорость — скорость планеты вокруг своей оси — была, как мы видели, в прошлом не такой, как сейчас. Если тогда Марс, в разные времена своей прошлой истории, захватывал спутники, эти спутники будут описывать вокруг него кривые, имеющие разные размахи, которые будут зависеть от скорости осевого вращения Марса в то время, и только от этого.

191

Каким образом теперь мы можем применить это знание кривых, описываемых спутником, в качестве проверки лунного происхождения линий на Марсе?

Чтобы сделать это, мы должны обратиться к карте Лоуэлла. Мы выбираем предпочтительно, конечно, наиболее полные и определенные кривые. Цепочка каналов, членами которой являются Ахерон и Эреб, очерчивает довольно определенную кривую. Мы продолжаем ее на глаз, сохраняя кривизну насколько возможно, пока она не пересечет экватор. Считывая размах на экваторе, мы находим, что он составляет 255 градусов. В первую очередь мы говорим тогда, что эта кривая обусловлена ретроградным спутником. Мы также отмечаем на карте Лоуэлла, что наибольшее поднятие кривой находится в точке около 32 градусов к северу от экватора. Это дает наклонение орбиты спутника к плоскости экватора Марса.

С этими данными мы рассчитываем скорость, которой планета должна была обладать во время формирования канала, исходя из гипотезы, что кривая была действительно делом рук спутника. Окончательный вопрос теперь остается: если мы определим кривую, обусловленную этой скоростью Марса вокруг своей оси, будет ли эта кривая соответствовать той, которая появляется на карте Лоуэлла, и от которой мы на самом деле воспользовались только тремя точками? Чтобы ответить на этот вопрос, мы наносим на сферу кривую спутника, способом, который я описал, присваивая этой сфере скорость, полученную из размаха в 255 градусов. Нанеся кривую на сферу, остается только перенести ее на карту Лоуэлла. Это легко сделать.

192

Эта карта (Pl. XXII) показывает вам результат обработки этой, а также других кривых, способом, только что описанным. Вы видите, что независимо от того, являются ли фрагментарные кривые крутыми и отступающими далеко от экватора; или являются ли они плоскими и лежащими близко вдоль экватора; охватывают ли они менее или более 180 градусов; кривые, определенные в предположении, что они являются делом рук спутников, вращающихся вокруг Марса, согласуются с нанесенными на карту кривыми; следуя им с удивительной точностью; обладая их свойствами, и, действительно, в некоторых случаях, фактически совпадая с ними.

Я могу добавить, что недопустимый размах в 180 градусов и размахи, очень близкие к этому значению, которые не являются хорошо допустимыми, насколько я могу обнаружить, отсутствуют. Кривые не являются большими кругами.

Вы потребуете от меня, чтобы я объяснил центры излучения, столь заметные здесь и там на карте Лоуэлла. Встреча более чем двух линий в оазисах — это явление, возможно, той же природы и также требующее объяснения.

В первую очередь кривые, к которым я лишь кратко обращался, на самом деле дают начало в большинстве случаев узловым, или точкам пересечения; иногда на экваторе, иногда вне экватора; через которые путь спутника возвращается снова и снова. Эти узловые точки, однако, не дадут общего объяснения многоветвистых радиантов.

Вероятно, мы должны отнести такое появление

193

как показано в Sinus Titanum, к возмущениям пути спутника из-за особенностей поверхности на Марсе. Заметьте, что основные радианты расположены на границе темных областей или в оазисах. Более высокие уровни поверхности могут быть вовлечены в обоих случаях. Некоторое заметное различие в топографии должно характеризовать обе эти особенности. Последние могут, возможно, возникать при разрушении спутников. Или, опять же, они могут возникать при коровых возмущениях вулканической природы, первоначально вызванных или локализованных пересечением двух каналов. Каково бы ни было происхождение этих особенностей, достаточно предположить, что они представляют собой возвышенные особенности некоторого масштаба, чтобы объяснить умножение пересекающихся линий. Мы должны здесь вспомнить, что наблюдатели говорят о множественности каналов. Согласно Лоуэллу: «Каково их число, лежит совершенно вне возможности подсчета в настоящее время; ибо чем лучше наш собственный воздух, тем больше их видно».

Такие бесчисленные каналы — это как раз то, что требует настоящая теория. Падающий спутник будет, в течение последних 60 или 80 лет своей карьеры, циркулировать около 100 000 раз над поверхностью Марса. Теперь что будет определять более заметное развитие конкретного канала? Масса спутника; состояние поверхностной коры; близость спутника; и количество повторений над одной и той же землей. Последующие эффекты могут быть приняты как пропорциональные первичному возмущению.

194

Вероятно, что возвышенные особенности поверхности будут влиять на два из этих условий: количество повторений и близость к поверхности. Участок диаметром 100 миль и возвышающийся на 5000 или 10 000 футов серьезно возмутил бы орбиту такого тела, как Фобос. Следует ожидать, что он был бы эффективен не только в отклонении орбиты спутника в горизонтальном направлении, но и притянул бы его ближе к поверхности. Следует даже рассмотреть, не мог ли бы такой массив стать узловым для орбиты спутника, так что она проходила бы через или над этой точкой при различных наклонах к своему первичному направлению. Если он действует, чтобы снизить орбиту, то это ускорит скорость и заставит спутник дальше на своем пути достичь несколько большей высоты над поверхностью. Линии, наиболее заметные в телескоп, короче говоря, те, которые были благоприятствованы сочетанием обстоятельств, как рассмотрено выше, среди которых особенности коры, в некоторых случаях, сыграли свою роль.

Я должен кратко упомянуть одну из наиболее интересных особенностей марсианских линий: то, как они, по-видимому, появляются и исчезают, словно видения.

Нечто, происходящее на Марсе, определяет это явление. В одну ночь определенная линия выглядит одиночной. Несколько ночей спустя становятся заметны признаки удвоения, а еще позже, когда условия видимости особенно хороши, видны уже не одна, а две линии. Так, например, мы можем рассмотреть случай Фисона и Евфрата. Слабые проблески двойного состояния были обнаружены летом

195

и осенью, но лишь в ноябре они проявились как отчетливо двойные. Заметьте, что к этому времени антарктические снега уже растаяли, и, кроме того, было достаточно времени для того, чтобы высвободившаяся влага распространилась в атмосфере планеты.

Это увеличение четкости и заметности некоторых деталей на поверхности Марса связывается с таянием полярных снегов и диффузией этой воды через атмосферу тем фактом, что четкость изображения постепенно улучшалась от южного полюса вверх по мере исчезновения снега. Лоуэлл полагает, что это указывает на растительность, прорастающую под влиянием влаги; однако, как мы видели, он считает, что каналы переносят эту влагу. Ему приходится предполагать существование тройных каналов, чтобы объяснить удвоение линий.

Если мы однажды допустим, что каналы представляют собой возвышенности — не обязательно большой высоты, — то трудность объяснения повышенной четкости при увеличении влажности исчезает. Нам даже не обязательно предполагать участие растительности. Что касается этой последней возможности, мы можем заметить, что цветовые наблюдения, на которых основывается идея о растительности, вероятно, недостоверны из-за возможных эффектов утомления зрения, когда темный объект наблюдается на красноватом фоне.

Как бы то ни было, мы должны рассмотреть, какими будут последствия увеличения влажности в атмосфере Марса для видимости возвышенностей,

196

Мы предполагаем наличие безмятежной и разреженной атмосферы: ночи интенсивно холодные, дни жаркие под воздействием нескрываемого солнечного излучения. На вершинах холмов ночной холод будет еще более сильным, как и дневное солнечное излучение. Результатом такого положения дел станет то, что влага будет выпадать преимущественно на горах во время ночного холода — в виде инея, — а днем этот покров из инея будет таять; и точно так же, как мы видим, что обильная роса затемняет землю летом, тающий лед будет выделять возвышенности на фоне засушливых равнин внизу. Наши долины более влажные, чем наши горы, только потому, что влаги у нас так много, что она стекает с гор в долины. Если бы влага была в дефиците, она бы дистиллировала с равнин на более холодные возвышенности холмов. С этой точки зрения акцентирование канала является результатом метеорологических эффектов, подобных тем, что возникли бы в марсианском климате; эффектов, на которые должны влиять условия высоты гор, атмосферные течения и т. д. Таким образом, мы следуем за Лоуэллом, приписывая акцентирование каналов циркуляции воды на Марсе; но мы предполагаем простой и естественный способ переноса и не постулируем искусственные сооружения почти невозможных масштабов. То, что растительность может принимать участие в затемнении возвышенных участков, вполне вероятно. Действительно, мы могли бы ожидать, что в марсианском климате эти участки были бы единственными плодородными частями поверхности.

Облака там также, безусловно, есть. Более поздние наблюдения

197

по-видимому, поставили это вне сомнений. Их присутствие, очевидно, вносит другие возможные объяснения появления и исчезновения возвышенных деталей поверхности.

Наконец, мы можем спросить, как обстоит дело с достоверностью карт? Относительно этого следует сказать, что самая последняя карта — карта Лоуэлла — была подтверждена многочисленными рисунками разных наблюдателей и сама по себе является результатом более чем 900 рисунков. Она стала стандартной картой Марса, и хотя было бы опрометчиво утверждать отсутствие ошибок, кажется несомненным, что на направление основных каналов можно положиться, как и на общие черты поверхности планеты.

Вопрос о возможности иллюзии поднимался часто. То, что я сказал выше, в значительной степени отвечает на такие возражения. Тесное согласие между рисунками разных наблюдателей действительно должно положить конец этому вопросу. В последнее время, однако, фотография не оставила места для скептицизма. Впервые сфотографированная в 1905 году, планета с тех пор была снята много тысяч раз из различных обсерваторий. Большинство каналов были нанесены на карту таким образом. Утверждается, что удвоение каналов также было зафиксировано.[1]

Гипотеза, которую я рискнул представить вам, не предполагает никакого органического вмешательства для объяснения

[1] Статья Э. К. Слайфера в журнале Popular Astronomy за март 1914 года дает хороший обзор недавних работ.

198

деталей на поверхности Марса. Это физические особенности поверхности. Марс представляет свою историю, написанную на своем лице шрамами былых столкновений — подобно щиту сэра Ланселота. Некоторые из наиболее интересных выводов математической и физической астрономии находят подтверждение в его истории. Замедление скорости осевого вращения первичного тела; окончательное неизбежное разрушение спутника; существование в прошлом гораздо большего числа астероидов, чем те, о которых мы знаем в настоящее время; все эти великие факты включены в выдвигаемую сейчас теорию. Если это оправдано, то лицо Марса — это подлинные «Начала» (Principia).

Чтобы полностью ответить на вопрос, который вынесен в заголовок этих лекций, нам следовало бы выйти в густонаселенные пустыни (если позволительно использовать этот термин), которые лежат за пределами нашей системы. Хорошо, что сейчас не осталось времени сделать это; ибо, по правде говоря, там мы можем лишь видеть сны, в которых границы возможного и невозможного стираются.

Чудо бесконечного числа звезд не столь удивительно, как та разумность, что стремится их постичь. Ища иные умы, чем наш, мы ищем то, что является почти бесконечно сложным и скоординированным в материальной вселенной, относительно простой и гетерогенной. В нашем ментальном отношении к великому вопросу этот факт должен рассматриваться как фундаментальный.

Я могу лишь подобающим образом завершить рассуждение, которое на всем своем протяжении взвешивало вопрос о живой мысли против бездумных законов материи, перефразировав слова

199

великого поэта, когда он, на более высоком и, возможно, более философском языке, также стремился сопоставить одно с другим.[1]

Рихтер думал, что он — со своим человеческим сердцем, не укрепленным для этого, — был взят ангелом среди вселенной звезд. Затем, по мере их путешествия, наша солнечная система утонула, как слабая звезда в бездне, и они путешествовали еще дальше, на крыльях мысли, через более могущественные системы: через все бесчисленные множества нашей галактики. Но в конце концов и они остались позади и растворились, как туман в прошлом. Но это было еще не все. Рассвет других галактик появился в пустоте. Звезды, еще более бесчисленные, с невыносимым светом возникли впереди. И эти тоже были пройдены. И так они шли через галактики без числа, пока, наконец, не оказались в великом Соборе Вселенной. Бесконечны были звездные проходы; бесконечны звездные колонны; бесконечны арки и архитравы из звезд. И поэт видел могучие галактики как ступени, спускающиеся в бесконечность, и как ступени, уходящие вверх в бесконечность.

Тогда его человеческое сердце дрогнуло, и он возжаждал какой-нибудь узкой кельи; возжаждал лечь в могилу, чтобы скрыться от бесконечности. И он сказал ангелу:

«Ангел, я не могу идти с тобой дальше. Неужели нет конца вселенной звезд?»

[1] Де Квинси в своем «Системе небес» дает прекрасный пересказ «Сна Рихтера».

200

Тогда ангел воздел свои славные руки к небу небес, говоря: «Разве есть конец вселенной Бога? Смотри! Также нет и начала».

201

ЛАТЕНТНОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ [1]

Моя склонность побудила меня, несмотря на живой страх быть обвиненным в самонадеянности, обратиться к вам главным образом с этим глубоким и тончайшим вопросом: о природе и способе формирования фотографического изображения. Я побуждаем сделать это не только потому, что предмет полон очарования и надежд, но и потому, что широкие темы фотографических методов или фотографических приложений были бы совершенно неуместно рассмотрены президентом, которого вы избрали.

Я хотел бы сначала обратить ваше внимание на замечательный результат сэра Джеймса Дьюара о том, что фотопластинка сохраняет значительную способность формировать латентное изображение при температурах, приближающихся к абсолютному нулю, — результат, который, как я полагаю, заставляет нас рассматривать фундаментальные эффекты, происходящие в пленке под воздействием световых волн, как нечто иное, чем процессы чисто химической природы. Но известно лишь несколько, если они вообще известны, случаев химического соединения или разложения при столь низкой температуре. Чисто химические действия действительно прекращаются при гораздо более высоких температурах, причем фтор является одним из немногих тел, которые все еще проявляют

[1] Президентское обращение к Фотографическому конвенту Соединенного Королевства, июль 1905 г. Nature, том 72, стр. 308.

202

химическую активность при сравнительно повышенной температуре -180° C. Короче говоря, этот результат сэра Джеймса Дьюара предполагает, что мы должны искать основы фотографического действия в некотором физическом или внутриатомном эффекте, который, как в случае с радиоактивностью или флуоресценцией, не ограничивается интервалами температур, при которых преобладает активная молекулярная vis viva (живая сила). Это заставляет нас с сомнением относиться к роли окисления или другого химического действия как существенного, а скорее указывает на мнение, что такие эффекты должны быть вторичными или вспомогательными. Одним словом, мы чувствуем, что должны обратиться за руководством к некоторому чисто фотофизическому эффекту.

Здесь, в первую очередь, мы естественно вспоминаем взгляды Бозе. Этот физик относит формирование изображения к деформации молекулы бромистого серебра под действием электрической силы в световой волне, превращая ее в то, что можно было бы рассматривать как аллотропную модификацию нормального бромида, которая впоследствии особым образом реагирует на воздействие проявителя. Функция сенсибилизатора, согласно этому взгляду, состоит в том, чтобы замедлить восстановление после деформации. Бозе получил много показательных параллелей между явлениями деформации, которые он смог наблюдать в серебре и других веществах под воздействием электромагнитного излучения, и поведением фотопластинки при длительном воздействии света.

Эта теория, что бы ее ни рекомендовало, вряд ли может рассматриваться как предлагающая фундаментальное объяснение. Во-первых, мы остаемся в неведении относительно того, чем

203

может быть эта деформация. Она может означать много разных вещей. Мы ничего не знаем о внутреннем механизме ее воздействия на последующие химические действия — или, по крайней мере, мы не можем соотнести ее с тем, что известно о физике химической активности. Наконец, как будет видно позже, она едва ли адекватна для объяснения различных степеней стабильности, которые, по-видимому, могут характеризовать латентное изображение. Тем не менее, в работе Бозе есть много того, что заслуживает тщательного рассмотрения. Он отнюдь не исчерпал линию исследования, которую начал.

Другая теория, несомненно, была в умах многих. Я сказал, что мы должны искать руководство в некотором фотофизическом явлении. Существует одно такое, которое превосходно связывает свет и химические явления через посредство воздействия первого на составную часть атома. Я имею в виду явления фотоэлектричества.

Герцем и его непосредственными преемниками было установлено, что свет обладает замечательной способностью разряжать отрицательную электризацию с поверхности тел — особенно с некоторых веществ. Долгое время объяснения причины этого не было. Но электрон — вездесущий электрон — теперь, как известно с достаточной уверенностью, несет за это ответственность. Эффект электрической силы в световой волне заключается в том, чтобы направлять или помогать электронам, содержащимся в веществе, покидать поверхность тела. Каждый электрон уносит с собой очень малый заряд отрицательной электризации. Если, следовательно, тело

204

первоначально заряжено отрицательно, оно будет постепенно разряжаться в результате этого конвективного процесса. Если оно не заряжено изначально, электроны все равно будут высвобождаться на поверхности тела, и оно приобретет положительный заряд. Если тело сначала заряжено положительно, мы не можем разрядить его с помощью освещения.

Для меня было бы излишним говорить здесь о природе электронов или о различных способах, которыми может быть обнаружено их присутствие. Достаточно сказать, в дальнейшей связи с эффектом Герца, что при проецировании среди газовых молекул электрон вскоре присоединяется к одной из них. Другими словами, он ионизирует молекулу газа или передает ей свой электрический заряд. Газовая молекула может даже сама быть разрушена ударом электрона, если он движется достаточно быстро, и остаться лишенной электрона.

Мы должны отметить, что такая ионизация может рассматриваться как придающая потенциальные химические свойства молекулам газа и веществу, из которого происходят электроны. Подобная ионизация под действием электрических сил входит, как мы теперь полагаем, во все химические эффекты, протекающие в гальваническом элементе, и, действительно, вообще в ионизированных растворах.

Эксперимент лучше всего проиллюстрирует принципы, о которых я хочу вам напомнить. Чистая алюминиевая пластина, тщательно изолированная серной опорой, обращена к листу медной проволочной сетки, расположенному в паре сантиметров от нее. Сетка поддерживается при высоком положительном

205

потенциале с помощью этого сухого столба. Чувствительный электроскоп с золотыми лепестками прикреплен к алюминиевой пластине, и его изображение проецируется на экран. Теперь я направляю свет от этой дуговой лампы на проволочную сетку, через которую он частично проходит и светит на алюминиевую пластину. Электроскоп сразу быстро заряжается. Происходит высвобождение отрицательных электронов на поверхности алюминия; они под действием притяжения положительного тела быстро удаляются в виде ионов, и электроскоп заряжается положительно.

Опять же, если я просто наэлектризую отрицательно эту алюминиевую пластину так, чтобы лепестки прикрепленного электроскопа широко разошлись, и теперь подвергну ее воздействию лучей от дуговой лампы, заряд, как вы видите, очень быстро рассеивается. При положительной электризации алюминия никакого эффекта от освещения не наблюдается.

Таким образом, из работ Герца и его преемников мы знаем, что свет, и более конкретно то, что мы называем актиническим светом, является эффективным средством высвобождения электронов из некоторых веществ. Короче говоря, наш фотографический агент, свет, обладает способностью изгонять из некоторых веществ электрон, который является столь мощным фактором в большинстве, если не во всех, химических эффектах. У меня нет времени здесь ссылаться на работу Эльстера и Гейтеля, с помощью которой они показали, что это действие прослеживается до электрической силы в световой волне, но должен перейти к вероятному значению этого явления для знакомых фактов фотографии. Я предполагаю, что эксперимент, который я вам показал, является самым

206

фундаментальным фотографическим экспериментом, который мы сейчас в состоянии провести.

Мы должны сначала спросить, из каких веществ свет может высвобождать электроны. Их много — металлы, а также неметаллы и жидкости. Это очень общее явление, и оно должно широко действовать во всей природе. Но что больше всего касается настоящего рассмотрения, так это тот факт, что галоидные соли серебра являются энергично фотоэлектрическими и, что показательно, обладают, согласно Шмидту, активностью в убывающем порядке: бромид, хлорид, иодид. Это, другими словами, их порядок активности как ионизаторов (при соответствующих условиях) при воздействии ультрафиолетового света. Фотографы узнают, что это также порядок их фотографической чувствительности.

Другой класс тел также касается нашего предмета: специальные сенсибилизаторы, используемые фотографом для изменения спектрального распределения чувствительности галоидных солей, например, эозин, фуксин, цианин. Они, в свою очередь, являются производителями электронов под воздействием светового стимула. Теперь Столетовым, Гальваксом, а также Эльстером и Гейтелем было показано, что существует тесная связь между фотоэлектрической активностью и поглощением света веществом, и, действительно, что конкретные длины волн, поглощаемые веществом, являются теми, которые эффективны при высвобождении электронов. Таким образом, у нас есть веские основания полагать, что энергичная фотоэлектрическая активность, проявляемая специальными сенсибилизаторами, должна зависеть от их цветового поглощения. Вы узнаете, что это как раз

207

связь между их фотографическими эффектами и их поведением по отношению к свету.

Существует еще одна показательная параллель. Я ссылался на наблюдение сэра Джеймса Дьюара относительно сохраняющейся чувствительности фотопленки при самом низком достигнутом пределе температуры и сделал вывод, что фундаментальное фотографическое действие должно быть внутриатомной природы и не зависеть от vis viva молекулы или атома. Ища затем происхождение фотографического действия в фотоэлектрических явлениях, мы естественно спрашиваем: прослеживаются ли эти последние явления также при низких температурах? Если они прослеживаются, мы вправе рассматривать этот факт как квалифицирующую характеристику или как еще одно звено в цепи доказательств, связывающих фотографическую активность с фотоэлектрической.

Совсем недавно, с помощью жидкого воздуха, предоставленного мне из лаборатории Королевского дублинского общества, я проверил фоточувствительность алюминия, а также бромистого серебра при температурах, приближающихся к температуре жидкого воздуха. Способ наблюдения по существу является методом Шмидта — тем, что он называет своим статическим методом. Вещество, подвергающееся наблюдению, однако, содержится на дне тонкой медной трубки диаметром 5 см, которая погружена на глубину около 10 см в жидкий воздух. Трубка закрыта сверху парафиновой пробкой, которая несет тонкое кварцевое окно, а также серные трубки, через которые проходят соединения. Воздух внутри очень тщательно высушивается фосфорным

208

пентоксидом перед экспериментом. Дуговая лампа используется в качестве источника освещения. Установлено, что энергичный фотоэлектрический эффект сохраняется в случае чистого алюминия. В случае бромистого серебра все еще наблюдается отчетливый фотоэлектрический эффект. У меня пока не было досуга сделать какую-либо достоверную оценку процентного эффекта при этой температуре в случае любого из веществ. Я также не определил температуру точно. Последнюю можно принять примерно за -150° C,

Фактические измерения сэра Джеймса Дьюара дали двадцать процентов нормального фотографического эффекта при -180° C и десять процентов при температуре -252,5° C.

Имея это в качестве основы и важный дополнительный факт, что электронный разряд — как из рентгеновской трубки или от радия — генерирует латентное изображение, я думаю, мы полностью вправе предложить, в качестве законного направления для эксперимента, гипотезу о том, что начала фотографического действия включают электронный разряд из светочувствительной молекулы; другими словами, что латентное изображение построено из ионизированных атомов или молекул, являющихся результатом фотоэлектрического эффекта на освещенном галоиде серебра, и именно на эти ионизированные атомы впоследствии направляются химические эффекты проявителя. Может быть, высвобожденные электроны ионизируют молекулы, не затронутые напрямую, или, может быть, при своем высвобождении они разрушают сложные молекулы, построенные при созревании

209

эмульсии. С тем количеством данных, что у нас есть, мы не можем рисковать детализировать. Будет сказано, что такое действие должно быть частично по своей природе химическим эффектом. Это должно быть признано, и, поскольку вовлечена перестройка молекулярных структур, результат, несомненно, будет контролироваться температурными условиями. Факты, наблюдаемые сэром Джеймсом Дьюаром, подтверждают это. Но здесь вовлечен фундаментальный процесс — высвобождение электрона электрической силой в световой волне, который является физическим эффектом и который, при гипотезе его реальности как фактора в формировании латентного изображения, по-видимому, полностью объясняет выдающуюся фотографическую чувствительность пленки при температурах, значительно ниже тех, при которых химические действия в целом прекращаются.

Опять же, мы можем предположить, что способность специального сенсибилизатора или красителя производить электроны для конкретного луча, который он поглощает, ответственна, или частично ответственна, за особую чувствительность, которую он придает пленке. Сэр Уильям Эбни показал, что эти сенсибилизаторы активны, даже если они нанесены в виде лака на чувствительную поверхность и удалены перед проявлением. Однако следует помнить, что при температурах около -50° эти сенсибилизаторы теряют большую часть своего влияния на пленку, как я указывал в статье, прочитанной перед Фотографическим конвентом 1894 года.

Мне кажется, что с этих точек зрения любопытное явление повторяющихся обращений не представляет собой проблемы, не поддающейся объяснению. Процесс фото-

210

ионизации, составляющий латентное изображение, где ион, вероятно, не нейтрализуется немедленно химическим соединением, представляет черты, сродни зарядке емкости — скажем, лейденской банки. Может возникнуть растущий потенциал между группами ионов, пока в конечном итоге не будет достигнута точка, когда произойдет спонтанная нейтрализация. Я могу заметить, что явления обращения, по-видимому, указывают на то, что изменение в молекуле бромистого серебра, какова бы ни была его природа, является изменением постепенно возрастающей интенсивности и, наконец, достигает максимума, когда происходит возврат к исходному состоянию. Максимум — это точка наиболее интенсивного проявляемого изображения. Вероятно, что сенсибилизатор — в данном случае желатин, в который погружен бромид серебра — играет роль в условиях стабильности, которые вовлечены.

Большой интерес во всех наших соображениях и теориях представляет недавняя работа Вуда по фотографическому обращению. Результат этой работы — как я его понимаю — показывает, что стабильность латентного изображения может быть самой разной в зависимости от способа его формирования. Таким образом, оказывается, что тот вид латентного эффекта, который вызывается давлением или трением, является наименее стабильным из всех. Он может быть обращен или стерт применением любой другой известной формы фотографического стимула. Так, воздействие рентгеновских лучей уничтожит его, или очень короткое воздействие света. Латентное изображение, возникающее от рентгеновских лучей, стоит следующим в порядке возрастающей стабильности. Световое действие удалит его. Третьим в порядке является очень короткий световой удар или внезапная вспышка. Это

211

не может быть обращено ни одним из вышеперечисленных способов стимуляции, но длительный волновой стимул, как от лампового света, обратит его. Последним и самым стабильным из всех является постепенно выстроенная конфигурация, обусловленная длительным воздействием света. Это может быть обращено только путем передозировки согласно известным фактам повторяющегося обращения. Вуд пользуется случаем, чтобы заметить, что эти явления плохо согласуются с теорией деформации Бозе. У нас, по сути, есть только один ресурс — аллотропная модификация галоида, — чтобы объяснить все эти порядки стабильности. Мне кажется, что гибкость электронной теории больше. Состояние ионизированной системы может быть очень разным в зависимости от того, возникает ли оно от длительных ритмических эффектов или от неорганизованных ударов. Ионизация из-за рентгеновских лучей или трения, вероятно, будет совершенно неорганизованной, та, что из-за света, — более или менее стабильной в зависимости от постепенного и мягкого характера действующих сил. Я думаю, мы вправе заключить, что в целом в прекрасных экспериментах Вуда нет ничего, что противоречило бы фотоэлектрическому происхождению фотографических эффектов, но что они скорее согласуются с тем, что можно было бы ожидать согласно этой теории.

Когда мы ищем дальнейшую поддержку взглядам, которые я изложил перед вами, мы сталкиваемся со многими трудностями. Я пока не обнаружил никакого электронного разряда из пленки под воздействием светового стимула. Это может быть связано с моими дефектными экспериментами или с фактом, отмеченным Эльстером и Гейтелем относительно фотоэлектрических свойств желатина.

212

Они получили энергичный эффект от светящейся краски Бальмена, но когда она была смешана в желатине, внешнего эффекта не было. Результаты Шмидта относительно продолжения фотоэлектрической активности, когда тела в целом растворяются друг в друге, заставляют нас полагать, что здесь вовлечено фактическое консервативное свойство среды, а не эффект этого на светящуюся краску. Этот консервативный эффект желатина может быть связан с его эффективностью в качестве сенсибилизатора.

Во взглядах, которые я изложил перед вами, я попытался показать, что недавнее дополнение к нашим знаниям об электроне как сущности, принимающей участие во многих физических и химических эффектах, следует иметь в виду при поиске объяснения способа происхождения латентного изображения.[1]

[1] Для более подробного изложения предмета и некоторых остроумных расширений высказанных выше взглядов см. «Фотоэлектричество» Г. Стэнли Аллена: Longmans, Green & Co., 1913.

213

ПЛЕОХРОИЧНЫЕ ГАЛО [1]

В настоящее время хорошо установлено, что атом гелия выбрасывается из некоторых радиоактивных элементов в момент трансформации. Атом гелия, или альфа-лучи, покидает трансформирующийся атом со скоростью, которая варьируется у разных радиоактивных элементов, но которая всегда очень велика, достигая 2 x 10^9 см в секунду; скорость, которая, если бы она не была сдержана, обнесла бы атом вокруг Земли менее чем за две секунды. Альфа-лучи несут положительный заряд, вдвое превышающий ионную величину.

Когда альфа-лучи выбрасываются из трансформирующегося элемента в газообразную среду, их скорость быстро сдерживается, а энергия поглощается. Таким образом, определенное количество энергии передается от трансформирующегося атома газу. Мы распознаем эту энергию в газе по измененным свойствам последнего; главным образом по тому факту, что он становится проводником электричества. Механизм, с помощью которого осуществляется это изменение, частично известен. Атомы газа, которые, по-видимому, свободно пронизываются альфа-лучами, расчленяются настолько, что дают заряженные электроны или ионы; атомы остаются заряженными равным и противоположным зарядом. Такая среда

[1] Лекция Хаксли, прочитанная в Бирмингемском университете 30 октября 1912 г. Bedrock, янв. 1913 г.

214

свободных электрических зарядов становится проводником электричества путем конвекции при приложении электродвижущей силы. Газ также приобретает другие свойства в силу своей ионизации. При определенных условиях он может приобрести химическую активность, и новые соединения могут быть сформированы или существующие разрушены. Когда его начальная скорость исчерпана, атом гелия отдает свои свойства как альфа-лучи и с тех пор остается обладателем обычной варьирующейся скорости теплового движения. Брэгг и Климан и другие исследовали путь альфа-лучей, когда их траектория или пробег лежат в газе при обычных или достижимых условиях давления и температуры. Мы рассмотрим некоторые из установленных фактов.

Пробег или расстояние, пройденное в газе при обычном давлении, составляет несколько сантиметров. Следующая таблица, составленная Гейгером, дает пробег в воздухе при температуре 15° C:

см. см. см. Уран 1 - 2,50 Торий - 2,72 Радиоактиний 4,60 Уран 2 - 2,90 Радиоторий 3,87 Актиний X - 4,40 Ионий - 3,00 Торий X - 4,30 Акт. эманация 5,70 Радий - 3,30 Торий эманация 5,00 Актиний A - 6,50 Рад. эманация 4,16 Торий A - 5,70 Актиний C - 5,40 Радий A - 4,75 Торий C1 - 4,80 Радий C - 6,94 Торий C2 - 8,60 Радий F - 3,77

Видно, что луч с наибольшим пробегом — это луч, исходящий от тория C2, который достигает расстояния 8,6 см. В семействе урана самый быстрый луч —

215

это луч радия C. Он достигает 6,94 см. Таким образом, существует заметная разница между предельными расстояниями, пройденными самыми энергичными лучами двух семейств. Самые короткие пробеги — у урана 1 и 2.

Ионизация, осуществляемая этими лучами, отнюдь не равномерна вдоль пути луча. Исследуя проводимость газа в разных точках вдоль пути луча, можно определить ионизацию в этих точках. На границах пробега ионизация

{Рис. 13}

прекращается. Таким образом, пробег, по сути, и определяется. Пунктирная кривая (рис. 13) изображает недавнее исследование ионизации, осуществляемой пучком параллельных лучей радия C в воздухе, как определено Гейгером. Пробег отложен горизонтально в сантиметрах. Числа ионов отложены вертикально. Удивительный характер результатов будет сразу очевиден. Мы ожидали бы, что луч в начале своего пути, когда его скорость и кинетическая энергия были наибольшими, был бы более эффективным, чем к концу своего пробега,

216

когда его энергия почти иссякла. Но кривая показывает, что все как раз наоборот. Замедляющийся луч, собирающийся отказаться от своих ионизирующих свойств, становится гораздо более эффективным ионизатором, чем он был вначале. Максимальная эффективность, однако, в случае пучка параллельных лучей, находится не совсем в конце пробега, а примерно в полусантиметре от него. Увеличение до максимума происходит быстро, падение от максимума до нуля — гораздо быстрее.

Можно показать, что ионизация, осуществляемая где-либо вдоль пути луча, обратно пропорциональна скорости луча в этой точке. Но это, очевидно, не относится к последним 5 или 10 мм пробега, где скорость ионизации и скорость луча меняются наиболее быстро. К чему следует отнести меняющиеся свойства лучей в конце их пути? Только недавно этот вопрос был прояснен.

Когда альфа-лучи достаточно замедляются, их способность проходить прямо сквозь атомы, не испытывая от них заметного воздействия, уменьшается. Противостоящие атомы начинают оказывать влияние на путь луча, немного отклоняя его. Более тяжелые атомы будут отклонять его сильнее всего. Этот эффект был очень успешно исследован Гейгером. Он известен как «рассеяние». Угол рассеяния быстро увеличивается с уменьшением скорости. Теперь эффект рассеяния будет заключаться в том, что некоторые лучи завершат свои пробеги

217

или, точнее, сойдут со своей прямой линии продвижения немного раньше других. В прекрасных экспериментах К. Т. Р. Вильсона мы можем получить наглядную демонстрацию рассеяния. Фотография (рис. 14), которой я обязан любезности г-на Вильсона, показывает отклонение луча к концу его пути. В

{Рис. 14}

этом случае путь луча был сделан видимым путем конденсации частиц воды под влиянием ионизации; атмосфера, в которой движется луч, находится в состоянии пересыщения водяным паром в момент прохождения луча. Очевидно, что если бы мы наблюдали ионизацию вдоль пучка параллельных лучей, все из которых начинаются с равной скоростью,

218

эффект изгиба некоторых лучей вблизи конца их пробега должен привести к уменьшению совокупной ионизации в самом конце предельного пробега. Ибо, по сути, некоторые лучи завершают свою работу по ионизации в точках газа до того, как будет достигнут конец. Это является причиной, или, по крайней мере, важной сопутствующей причиной, снижения ионизации вблизи конца пробега, когда наблюдаются эффекты пучка лучей. Объяснение не предполагает, что ионизирующая способность любого отдельного луча действительно уменьшается до того, как он окончательно перестает быть альфа-лучом.

Сплошная линия на рис. 13 дает кривую ионизации, которую, как можно ожидать, прочертил бы один альфа-луч. В ней ионизация продолжает увеличиваться, пока внезапно не прекращается вовсе, с полной потерей начальной кинетической энергии частицы.

Весьма замечательный факт был обнаружен Брэггом. Эффект атома, проходимого лучом, в сдерживании скорости луча не зависит от физического и химического состояния атома. Он измерял «тормозную способность» среды по расстоянию, на которое луч может проникнуть в нее, по сравнению с расстоянием, на которое он может проникнуть в воздух. Чем меньше отношение, тем больше тормозная способность. Тормозная способность вещества пропорциональна квадратному корню из его атомного веса. Тормозная способность атома не изменяется, если он находится в химическом соединении с другим атомом. Атомный вес — это единственное важное качество. Физическое

219

состояние, находится ли элемент в твердом, жидком или газообразном состоянии, не имеет значения. И когда мы имеем дело с молекулами, тормозная способность просто пропорциональна сумме квадратных корней атомных весов атомов, входящих в молекулу. Это «закон аддитивности», и он, очевидно, позволяет нам рассчитать, каким будет пробег в любом веществе известного химического состава и плотности по сравнению с пробегом в воздухе.

Это имеет особое значение в связи с явлениями, которые мы должны рассмотреть в настоящее время. Это означает, что, зная химический состав и плотность любой среды, твердой, жидкой или газообразной, мы можем точно рассчитать расстояние, на которое проникнет любой конкретный альфа-луч. И температура, и давление, которым подвергается среда, не имеют никакого влияния, за исключением того, насколько они могут влиять на близость одного атома к другому. Замедление альфа-луча в атоме не затрагивается.

Этот ценный закон аддитивности, однако, не может быть применен в строгом смысле к величине ионизации, сопровождающей луч. Форма молекулы, или, более общо, ее объем, может оказывать влияние на это. Брэгг делает вывод из этого факта, а также из заметного увеличения ионизации при потере скорости, что ионизация зависит от времени, которое луч проводит в молекуле. Энергия луча, действительно, оказывается менее эффективной в производстве ионизации в меньшем атоме.

220

Прежде чем оставить наш обзор общих законов, регулирующих прохождение альфа-лучей через материю, необходимо упомянуть еще один интересный момент. Мы до сих пор говорили в общих чертах о том факте, что ионизация сопровождает прохождение луча. Мы ничего не сказали о природе производимой таким образом ионизации. Но на самом деле ионизация, обусловленная альфа-лучами, является sui generis (своеобразной). Взгляд на одну из фотографий Вильсона (рис. 14) иллюстрирует это. Белая полоса частиц воды отмечает путь луча. Произведенные ионы, очевидно, тесно сгруппированы вдоль траектории луча. Они были вызваны к существованию в очень малый момент времени. Теперь мы знаем, что ионы противоположного знака, если их оставить самим себе, рекомбинируют. Скорость рекомбинации зависит от произведения числа ионов каждого знака, присутствующих в единице объема. Здесь числа очень велики, а объем очень мал. Поэтому ионная плотность высока, и рекомбинация очень быстро удаляет ионы после их образования. Мы видим здесь особенность ионизации, осуществляемой альфа-лучами. Она линейна по распределению и очень локальна. Большая часть ионизации в газах снова уничтожается рекомбинацией до того, как диффузия приведет к разделению ионов. Эта «начальная рекомбинация» наиболее велика к концу пути луча, где ионизация является максимальной. Здесь она может быть настолько эффективной, что форма кривой полностью теряется, если не используется очень большая электродвижущая сила для разделения ионов при исследовании ионизации.

221

Мы рассмотрели недавнюю работу достаточно подробно, чтобы понять нечто о природе самого важного достижения, когда-либо сделанного в наших знаниях об атоме. Давайте кратко взглянем на то, что мы узнали. Радиоактивный атом, опускаясь до более низкого атомного веса, выбрасывает с огромной скоростью атом гелия. Таким образом, он теряет определенную часть своей массы и своей энергии. Гелий, который химически является одним из самых инертных элементов, будучи наделенным такой большой кинетической энергией, способен проникать и ионизировать атомы, которые он встречает на своем пути. Он тратит свою энергию в акте их ионизации, останавливаясь, когда движется в воздухе, через несколько сантиметров. Его начальная скорость зависит от конкретного радиоактивного элемента, который дал ему начало. Длина его пути, следовательно, различна в зависимости от радиоактивного элемента, из которого он исходит. Замедление, которое он испытывает на своем пути, зависит исключительно от атомного веса атомов, которые он пересекает. По мере продвижения по своему пути его эффективность в ионизации атома быстро возрастает и достигает очень заметного максимума. В газе произведенные ионы, будучи сильно скученными вместе, быстро рекомбинируют; настолько быстро, что фактическая ионизация может быть полностью скрыта, если не приложена достаточно сильная электрическая сила для их разделения. Таково краткое резюме кульминации радиоактивного открытия: рождение, жизнь и смерть альфа-лучей. Их приход в науку фундаментально изменил наше представление о

222

материи. Он чреват важными последствиями для геологической науки. Как работа альфа-лучей иногда записывается видимым образом в горных породах и что мы можем узнать из этой записи, я предлагаю теперь представить вам.

В некоторых минералах, особенно в коричневой разновидности слюды, известной как биотит, микроскоп выявляет крошечные круговые отметки, встречающиеся здесь и там, совершенно нерегулярно. Наиболее обычный вид — это круговая область, более темная по цвету, чем окружающий минерал. Радиусы этих маленьких дискообразных отметок, когда они хорошо определены, оказываются удивительно единообразными, в некоторых случаях четыре сотых миллиметра, а в других — около трех сотых. Это измерения в биотитах. В других минералах измерения не совсем такие, как в биотитах. Такие крошечные объекты совершенно невидимы невооруженным глазом. В некоторых породах они очень обильны, действительно, они могут быть скучены вместе в таких количествах, что затемняют цвет минерала, содержащего их. Они долгое время были загадкой для петрологов.

Тщательное исследование показывает, что в центре круга всегда есть маленькое пятнышко инородного тела, и часто можно идентифицировать природу этого центрального вещества, каким бы маленьким оно ни было. Чаще всего обнаруживается, что это минерал циркон. Теперь этот минерал, как показал Стратт, содержит радий в количествах, значительно превышающих те, что найдены в обычных горных породах.

223

Некоторый другой минерал может иногда образовывать ядро, но мы никогда не находим такого, который, как известно, не был бы особенно склонен содержать радиоактивное вещество. Еще одно обстоятельство мы замечаем. Чем меньше это центральное ядро, тем совершеннее по форме затемненная круговая область, окружающая его. Когда круг очень совершенен, а центральный минерал четко определен в его центре, мы находим путем измерения, что радиус затемненной области обычно составляет 0,033 мм. Иногда он может быть 0,040 мм. Это всегда измерения в биотитах. В других минералах радиусы немного другие.

Мы видим на фотографии (табл. XXIII, нижний рисунок), сильно увеличенной, гало, содержащееся в биотитах. Мы смотрим на область в срезе породы, причем порода сточена до такой толщины, что свет свободно проходит через нее. Биотит находится в центре поля. Кварц и полевой шпат окружают его. Порода — гранит. Биотит — не весь один кристалл. Два кристалла, взаимно наклоненные, разрезаны поперек. Гало простирается через оба кристалла, но из-за того, что при съемке фотографии используется поляризованный свет, оно кажется темнее в одном кристалле, чем в другом. Мы видим циркон, который составляет ядро. Тонкий полосчатый вид биотита обусловлен спайностью этого минерала, который разрезан поперек в срезе.

Возникает вопрос, не может ли затемненная область, окружающая циркон, быть обусловлена влиянием радиоактивных веществ, содержащихся в цирконе. Экстраординарная

224

единообразность радиальных измерений идеально сформированных гало (используя название, под которым они давно известны) предполагает, что они могут быть результатом альфа-излучения. Ибо в этом случае, как мы видели, мы можем сразу объяснить определенный радиус как просто представляющий пробег луча в биотитах. Самый далеко идущий луч определит радиус гало. В случае семейства урана это будет радий C, а в случае тория — торий C. Теперь здесь мы обладаем средством сразу подтвердить или отвергнуть взгляд, что гало является радиоактивным явлением и вызвано альфа-излучением; ибо мы можем рассчитать, каким будет пробег этих лучей в биотитах, воспользовавшись законом аддитивности Брэгга, о котором уже упоминалось. Когда мы делаем этот расчет, мы находим, что радий C проникает ровно на 0,033 мм, а торий C — на 0,040 мм. Доказательство того, что мы имеем дело с эффектами альфа-лучей, завершено. Заметьте теперь, что совпадение измерения и расчета является не только доказательством взгляда, что альфа-излучение вызвало гало, но и очень полным подтверждением важного факта, изложенного Брэггом, что тормозная способность зависит исключительно от атомного веса атомов, проходимых лучом.

Мы видели, что наше исследование горных пород выявляет только два вида гало: радиевое гало и ториевое гало. Это не без поучения. Ибо почему не найти актиниевое гало? Теперь Резерфорд давно предположил, что этот элемент и его производные были

225

вероятно, потомками семейства урана; боковой ветвью, так сказать, в формировании которой участвовало относительно немного трансформирующихся атомов. Согласно теории Резерфорда, актиний должен всегда сопровождать уран и радий, но в очень подчиненном количестве. Отсутствие актиниевых гало ясно поддерживает этот взгляд. Ибо если бы актиний был независимым элементом, мы были бы уверены, что найдем актиниевые гало. Разница в радиусе должна быть заметной. Если, с другой стороны, актиний

всегда ассоциировался с ураном и радием, то его эффекты были бы поглощены гораздо более мощными эффектами элементов уранового ряда.

Вам, вероятно, уже приходило в голову, что если радиоактивное происхождение гало не вызывает сомнений, то форма гало на самом деле не круглая, а сферическая. Это так. Не существует дискообразных гало. Гало представляет собой сферический объем, содержащий радиоактивное ядро в центре. Поэтому истинный радиус гало можно измерить только на срезах, проходящих через ядро.

226

Чтобы понять способ формирования гало, полезно изучить на диаграмме процессы, происходящие внутри сферы гало. Такая диаграмма представлена на рис. 15. На ней в относительно правильном масштабе показан предельный пробег всех членов уранового и ториевого семейств, испускающих альфа-лучи. Мы знаем, что каждый член семейства будет существовать в равновесном количестве внутри ядра, содержащего материнский элемент. Каждый альфа-луч, покидающий ядро, достигает своего предела пробега и затем перестает воздействовать на слюду. Следовательно, внутри сферы гало должны накапливаться эффекты влияния всех лучей. У каждого из них есть своя сфера влияния, и все эти сферы концентрические.

Радиусы различных сфер в биотитах приведены в следующей таблице

УРАНОВОЕ СЕМЕЙСТВО. Радий C — 0,0330 мм. Радий A — 0,0224 мм. Эманация радия — 0,0196 мм. Радий F — 0,0177 мм. Радий — 0,0156 мм. Ионий — 0,0141 мм. Уран 1 — 0,0137 мм. Уран 2 — 0,0118 мм.

ТОРИЕВОЕ СЕМЕЙСТВО. Торий C' — 0,040 мм. Торий A — 0,026 мм. Эманация тория — 0,023 мм. Торий C'' — 0,022 мм. Торий X — 0,020 мм. Радиоторий — 0,119 мм. Торий — 0,013 мм.

На фотографии (табл. XXIV, нижний рисунок) мы видим урановое и ториевое гало в одном и том же кристалле слюды. Слюда находится в шлифе горной породы и разрезана поперек спайности. Эффекты тория C' отчетливо видны

227

в виде более светлой каймы, окружающей накопленное внутреннее потемнение, вызванное другими лучами тория. Урановое гало (справа) аналогичным образом демонстрирует эффекты радия C, но менее отчетливо.

Гало, которые равномерно темные по всей площади, как описано выше, на самом деле являются «переэкспонированными», если заимствовать знакомый фотографический термин. Встречаются гало, демонстрирующие множество прекрасных внутренних деталей. Слишком интенсивное воздействие скрывает эти детали, точно так же, как детали теряются на переэкспонированной фотографии. Мы можем также наблюдать «недоэкспонированные» гало, в которых действие отдельных лучей неполное или в которых действие некоторых лучей оставило лишь незначительный след. Начиная с наиболее недоэкспонированных гало, мы находим круглые темные отметки радиусом 0,012 или 0,013 мм. Эти гало обусловлены ураном, хотя их внутреннее потемнение, несомненно, усиливается прохождением лучей, количество которых было слишком мало, чтобы распространить потемнение за пределы интенсивных эффектов двух урановых лучей. Затем мы находим гало, доходящие до радиусов 0,016, 0,018 и 0,019 мм. Последние иногда демонстрируют очень красивые внешние кольца с радиальными размерами, которые были бы созданы радием A и радием C. Наконец, у нас могут быть гало, в которых внутренние детали теряются вплоть до радиуса, обусловленного эманацией или радием A, в то время как снаружи этого плавает кольцо, обусловленное радием C. Могут возникать определенные вариации этих эффектов, по-видимому, отмечающие различные стадии экспозиции. Таблицы XXIII и XXIV (верхний рисунок) иллюстрируют некоторые из этих стадий;

228

последняя фотография сильно увеличена, чтобы четко показать сферу гало радия A.

В большинстве упомянутых выше случаев структура явно показывает существование концентрических сферических оболочек потемневшего биотита. Это очень интересный факт. Ибо он доказывает, что в минерале альфа-луч вызывает такое же увеличение ионизации к концу своего пробега, как определил Брэгг в случае с газами. И мы должны сделать вывод, что гало в каждом случае растет именно таким образом. Сначала образуется сферическая оболочка потемневшего биотита, а внутреннее окрашивание происходит только тогда, когда более слабая ионизация вдоль пути луча в течение веков приводит к достаточному изменению минерала. Эта более слабая ионизация вблизи ядра усиливается тем фактом, что там все лучи объединяются для увеличения ионизации, и, кроме того, несколько путей там сближаются из-за сходимости к центру. Отсюда самые элементарные гало редко показывают четкие кольца, обусловленные ураном и т. д., а выглядят как эмбриональные дискообразные отметины. Фотографии иллюстрируют многие фазы развития гало.

Резерфорду удалось создать гало искусственно, сжав в капиллярной стеклянной трубке некоторое количество эманации радия. По мере распада эманации возникали различные производные продукты, и все отдельные альфа-лучи проникали в стекло, затемняя стенки капилляра до предела пробега радия C в стекле. На табл. XXV показан увеличенный срез

229

трубки. Темная центральная часть — это капилляр. Трубчатое гало окружает его. Однако этот эксперимент был предвосхищен на многие десятки миллионов лет, ибо здесь мы видим тот же эффект в кристалле биотита (табл. XXV). Вдоль того, что, по-видимому, является трубчатыми каналами или трещинами в слюде, перемещался раствор, богатый радиоактивными веществами; вероятно, во время окончательной консолидации гранита, в котором встречается слюда. Вдоль этих каналов развилось непрерывное и очень регулярное гало. Цепочка сфер гало может лежать вдоль таких проходов. Мы должны сделать вывод, что растворы или газы, способные создавать радиоактивные ядра, перемещались вдоль этих каналов, и мы вправе спросить, не являются ли все гало в этом биотите в этом смысле вторичными по происхождению. Добавлю, что многое подтверждает такой вывод.

Широкое распространение радиоактивных веществ легче всего оценить при изучении срезов горных пород, нарезанных достаточно тонко для микроскопического исследования. Действительно, трудно найти в более древних породах гранитного типа слюду, которая не демонстрировала бы гало или следы гало. Часто мы обнаруживаем, что каждое из включений в слюде — то есть каждое из ранее сформировавшихся веществ — содержит радиоактивные элементы, на что указывает наличие потемневших границ. Как будет показано далее, вовлеченные количества, как правило, ничтожно малы. Например, прямым определением было установлено, что в одном грамме богатой гало слюды из графства Карлоу содержится чуть менее двенадцати миллиардных долей грамма радия. Мы

230

вправе сделать вывод, что другие редкие элементы аналогичным образом широко распространены, но остаются необнаружимыми из-за своих более стабильных свойств.

Не следует думать, что недоэкспонированное гало — это недавнее творение. Отнюдь нет. Все они старые, пугающе старые; и в одной и той же породе все они, вероятно, одного или почти одного возраста. Недоэкспонированность просто обусловлена меньшим количеством радиоактивных элементов в ядре. Короче говоря, они недоэкспонированы не из-за меньшей продолжительности воздействия, а из-за недостаточного действия; как если бы при фотосъемке диафрагма была недостаточно открыта для времени экспозиции.

Гало до сих пор говорило нам, что закон аддитивности соблюдается в твердых средах и что повышенная ионизация, сопровождающая замедление луча, наблюдаемая в газах, также имеет место в твердых телах; в противном случае гало не начинало бы свое развитие как сферическая оболочка или конверт. Но здесь мы узнаем, что, вероятно, существует определенное различие в ходе событий, сопровождающих непосредственное прохождение луча в газе и в твердом теле. В первом случае начальная рекомбинация может скрыть интенсивную ионизацию вблизи конца пробега. Мы можем обнаружить истинные конечные эффекты только путем искусственного разделения ионов сильной электрической силой. Если бы эта рекомбинация происходила в минерале, у нас не было бы таких четко определенных концентрических сфер, какими мы их видим. Что же тогда препятствует начальной рекомбинации в твердом теле? Ответ, вероятно, заключается в том, что вновь образованный

231

ион мгновенно расходуется в новой химической комбинации. И он не свободен менять свое место, как в газе. Просто возникает новое равновесие, вызванное его внезапным появлением. Таким образом, условия в сложном молекулярном строении биотита, турмалина и т. д. могут быть столь же эффективны в предотвращении начальной рекомбинации, как и самая эффективная электрическая сила, которую мы могли бы применить. Конечный результат заключается в том, что мы находим кривую Брэгга, наиболее точно воспроизведенную в тонкой штриховке колец, составляющих идеально экспонированное гало.

То, что штриховка колец воспроизводит форму кривой Брэгга, спроецированную, так сказать, на линию продвижения луча и воспроизведенную в глубине штриховки, показывает, что еще в одной особенности альфа-луч ведет себя почти так же в твердом теле, как и в газе. Тщательное изучение внешнего края кругов всегда выявляет резкое, но не внезапное прекращение действия луча. Гейгер исследовал и доказал существование рассеяния альфа-лучей твердыми телами. Поэтому мы можем с большой долей вероятности предположить, что такое же рассеяние происходит внутри минерала вблизи конца пробега. Тяжелый атом железа в биотите, несомненно, в основном ответственен за это в гало биотита. Я могу заметить, что эта штриховка внешней ограничивающей поверхности сферы действия обнаруживается независимо от того, насколько мало центральное ядро. В случае ядра значительного размера вступает в действие другой эффект, который имеет тенденцию создавать усиленную штриховку. Это

232

произойдет, если лучи исходят с разной глубины в ядре. Если бы ядро было той же плотности и атомного веса, что и окружающая слюда, эффект был бы незначительным. Но его плотность и молекулярный вес, как правило, больше, следовательно, замедление больше, и лучи, исходящие из глубины ядра, испытывают большее замедление, чем те, которые исходят из точек вблизи поверхности. Расстояния, достигаемые лучами в слюде, будут варьироваться соответственно, и поэтому будет происходить постепенное прекращение эффектов лучей.

Результат нашего изучения гало можно суммировать в утверждении, что почти во всех деталях мы имеем явления, которые были измерены и наблюдались в газе, воспроизведенные в микроскопическом масштабе в гало. Начальная рекомбинация, однако, по-видимому, отсутствует или ее эффективность уменьшена; вероятно, из-за новой стабильности, мгновенно приобретаемой ионизированными атомами.

Один из самых интересных моментов относительно гало еще предстоит упомянуть. Гало всегда равномерно затемнено по всей окружности и является идеально сферическим. Срезы, взятые как в плоскости спайности слюды, так и поперек нее, показывают одну и ту же точно круглую форму и один и тот же радиус. Конечно, если бы было какое-либо заметное увеличение пробега вдоль или поперек спайности, форма гало на срезе поперек спайности должна была бы быть эллиптической. Тот факт, что нет измеримой эллиптичности, является, я думаю, тем, чего при первом рассмотрении можно было бы не ожидать.

233

Ибо каковы условия, сопровождающие прохождение луча в такой среде, как слюда? Согласно кристаллографическим представлениям, мы имеем здесь упорядоченное расположение молекул, единицы, составляющие кристалл, одинаковы по массе, геометрически расположены и поляризованы в отношении притяжений, которые они оказывают друг на друга. Слюда, в частности, обладает явлением спайности, развитым до степени, которая превосходит его развитие в любом другом известном веществе. Мы можем расщеплять ее снова и снова, пока ее чешуйки не поплывут в воздухе, и мы можем продолжать расщеплять ее специальными средствами, пока чешуйки перестанут отражать видимый свет. И не менее примечательна одноплоскостная природа ее спайности. Спайность почти отсутствует в любой плоскости, кроме одной, хотя легко показать, что молекулы в плоскости чешуйки расположены упорядоченно и легче разделяются в одних направлениях, чем в других. В такой среде, более чем в любой другой, мы должны с удивлением смотреть на идеальную сферу, очерченную альфа-лучами, потому что кажется несомненным, что спайность обусловлена меньшим притяжением и, вероятно, большим расстоянием между молекулами в направлении, перпендикулярном спайности.

Может оказаться, что расстояние между молекулами будет мало влиять на среднее число молекул на единицу расстояния, встречаемых лучами, движущимися по расходящимся путям. Если это так, мы, по-видимому, должны сделать вывод, что, несмотря на неравные и поляризованные притяжения, существует равное замедление и равная ионизация в молекуле, с какой бы стороны к ней ни приближались.

234

Или, опять же, если столкновения действительно различаются по количеству, то должен существовать какой-то компенсирующий эффект, при котором направление меньшей линейной плотности влечет за собой большую тормозную способность в встреченной молекуле, и наоборот.

Природа изменений, производимых альфа-лучами, неизвестна. Но формирование гало, по крайней мере на его ранних стадиях, не сопровождается разрушением кристаллографических и оптических свойств среды. Оптические свойства не меняются по своей природе, но увеличиваются по интенсивности. Это применимо до тех пор, пока гало не станет настолько темным, что свет больше не будет проходить в условиях толщины, принятых в шлифах горных пород. Хорошо известно, что в биотите наблюдается максимальное поглощение плоскополяризованного светового луча, когда плоскость колебаний совпадает с плоскостью спайности. Срез поперек спайности тогда показывает максимальную степень поглощения. Гало, видимое на этом срезе, просто производит этот эффект в более интенсивной степени. Это хорошо показано на табл. XXIII (нижний рисунок) на части сферы гало. Описательное название «Плеохроичное гало» произошло от этого факта. Мы должны сделать вывод, что эффект ионизации, обусловленный альфа-лучами, не привел к фундаментальному изменению условий, которые вызывают оптические свойства среды. Увеличенное поглощение, вероятно, связано с некоторым изменением химического состояния присутствующего железа. Гало, я полагаю, не встречаются в минералах, из которых этот

235

элемент отсутствует. Одно можно сказать наверняка. Окрашивание не обусловлено накоплением атомов гелия, т. е. отработанных альфа-лучей. Доказательства этого убедительны. Если бы гелий был ответственен за это, у нас были бы гало, образующиеся во всех видах бесцветных минералов. Теперь мы иногда видим цирконы в полевых шпатах, кварце и т. д., но ни в одном таком случае гало не образуется. А сферы гало, сформированные внутри и достаточно близко к краю кристалла слюды, резко обрываются соседними областями полевого шпата или кварца, хотя мы знаем, что лучи должны свободно проходить через границу. Опять же, легко показать, что даже в самых старых гало количество вовлеченного гелия настолько мало, что можно было бы сказать, что сфера гало является довольно хорошим вакуумом в отношении гелия. Наконец, нет никаких оснований полагать, что захваченный гелий проявлял бы такое окрашивание или, действительно, какое-либо вообще.

Я уже упоминал о великом возрасте гало. Гало не встречаются в более молодых изверженных породах. Вероятно, гало моложе миллиона лет никогда не наблюдалось. Это, prima facie, указывает на чрезвычайно медленную скорость формирования. И наши расчеты вполне подтверждают выводы о том, что рост гало, если он был равномерным, происходит со скоростью почти невообразимой медленности.

Давайте рассчитаем количество альфа-лучей, которые могли пойти на формирование гало в девонском граните Ленстера.

236

Обычно в этом граните встречаются гало, развитые идеально и имеющие ядро из циркона диаметром менее 5 x 10^-4 см. Объем циркона составляет 65 x 10^-12 куб. см, а масса 3 x 10^-10 г; и если бы в этом цирконе было 10^-8 г радия на грамм (количество примерно в пять раз превышающее наибольшее количество, измеренное Страттом), масса вовлеченного радия составляет 3 x 10^-18 г. Исходя из этого и из факта, установленного Резерфордом, что количество альфа-лучей, испускаемых граммом радия в секунду, составляет 3,4 x 10^10, мы находим, что три луча вылетают из ядра за год. Если теперь геологическое время с девонского периода составляет 50 миллионов лет, то 150 миллионов лучей построили гало. Если геологическое время с девонского периода составляет 400 миллионов лет, то 1200 миллионов альфа-лучей участвуют в его генезисе. Количество вовлеченных ионов, конечно, значительно превышает эти числа. Один альфа-луч, выпущенный из радия C, произведет 2,37 x 10^5 ионов в воздухе.

Но можно найти гало, вполне четко определенные и довольно темные вплоть до пробега луча эманации и происходящие из гораздо меньших количеств радиоактивных материалов. Так, ядро из циркона диаметром всего 3,4 x 10^-4 см сформировало гало, сильно затемненное внутри и показывающее радий A и радий C в виде четких дымчатых колец. Такое ядро, исходя из сделанного выше предположения о содержании радия, испускает один луч в год. Но, опять же, наблюдаются гало с менее почерневшими центрами и со слабым кольцом, обусловленным радием C, сформированные вокруг ядер

237

диаметром чуть менее 2 x 10^-4 см. Такие ядра испускали бы один луч за пять лет. И даже меньшие ядра будут генерировать в этих старых породах гало с четко развитыми ранними характерными признаками. В случае самых мелких ядер, если мое предположение о содержании урана верно, альфа-луч испускается, вероятно, не чаще одного раза в столетие; и, возможно, через еще более длительные интервалы.

Равновесное количество радия, содержащееся в некоторых ядрах, может составлять всего несколько атомов. Даже в случае более крупных ядер и более совершенно развитых гало количество вовлеченного радия во много миллионов раз меньше, чем наименьшее количество, которое мы можем распознать любыми другими средствами. Но тонкость наблюдения не вполне раскрыта в этом утверждении. Мы можем не только определить природу радиоактивного семейства, с которым имеем дело; но мы можем распознать присутствие некоторых из его составляющих членов. Я могу сказать, что не вероятно, чтобы цирконы были богаче радием, чем я предположил. Мое предположение включает около 3 процентов урана. Мне не известны анализы, приписывающие циркону такое большое количество урана. Было обнаружено, что разновидность циртолит содержит примерно половину этого количества. Но даже если бы мы удвоили нашу оценку содержания радия, поразительный характер наших выводов едва ли уменьшился бы.

Может показаться странным, что вечно интересный вопрос о возрасте Земли должен найти разъяснение при

238

изучении гало. Тем не менее, эти предметы тесно связаны. Обстоятельства следующие. Геологи оценивали возраст Земли с момента начала денудации путем измерения интегральных эффектов денудации. Эти методы сходятся в указании возраста около 10^8 лет. С другой стороны, были проведены измерения накопления в минералах радиоактивных остатков — гелия и свинца — и получены результаты, которые, хотя и не очень хорошо согласуются между собой, сходятся в присвоении породам гораздо большего возраста. Если радиоактивная оценка верна, то мы сейчас живем в то время, когда денудационные силы Земли примерно в восемь или девять раз активнее, чем они были в среднем в прошлом. Такое положение вещей абсолютно необъяснимо. И тем более необъяснимо, что, исходя из всего, что мы знаем, мы ожидали бы несколько меньшей скорости растворяющей денудации по мере того, как мир становится старше, а суша все больше и больше нагружается вымытыми материалами горных пород.

Оба упомянутых метода определения возраста предполагают принцип единообразия. Геолог настаивает на единообразии на протяжении всей физической истории Земли. Физик утверждает то же самое для скоростей изменения радиоактивных элементов. Теперь изучение горных пород позволяет нам сделать некоторые выводы о прошлой истории нашего земного шара. С другой стороны, ничего не известно относительно происхождения урана или тория — материнских радиоактивных тел. И, не ставя под сомнение закон

239

и регулярность, которые, несомненно, преобладают в периодах полураспада членов радиоактивных семейств, мне кажется допустимым спросить, была ли скорость изменения урана всегда такой, какой мы ее сейчас считаем. Это сводится примерно к тому же, что и предположение, что атомы, обладающие более быстрой скоростью изменения, когда-то были связаны с ним, будучи способными отдавать породам как гелий, так и свинец. Такие атомы могли быть коллатеральными по происхождению с ураном от некоторого предшествующего элемента. Подобно гелию, свинец может быть производным от более чем одной последовательности радиоактивных изменений. В нынешнем состоянии наших знаний возможности многочисленны. Известно, что скорость изменения связана с пробегом альфа-луча, испускаемого трансформирующимся элементом; и соответствие гало нашим существующим знаниям о пробегах является основанием для предположения, что, каково бы ни было происхождение более активного соседа урана, он проходил через аналогичные элементарные изменения в процессе своего распада. Однако могли быть различия в пробегах, которые гало не выявило бы. Примечательно, что уран в настоящее время, по-видимому, ответственен за два альфа-луча с очень разными пробегами. Если они исходят из разных элементов, один должен иметь более быструю скорость изменения, чем другой. Некоторое руководство может еще появиться из изучения более неясных проблем радиоактивности.

Теперь не невероятно, что гало может внести прямой вклад в эту дискуссию. Мы можем, очевидно, воздействовать

240

на биотит известным количеством альфа-лучей и определить, сколько их требуется для получения определенной интенсивности потемнения, соответствующей таковой у гало с ядром измеримых размеров. На определенных допущениях, которые верны в определенных пределах, мы можем рассчитать, как я сделал выше, количество лучей, участвующих в формировании гало. При этом мы принимаем некоторое значение возраста гало. Давайте возьмем максимальное радиоактивное значение. Гало, возникшее в девонские времена, может достичь определенного центрального почернения от эффектов, скажем, 10^8 лучей. Но теперь предположим, что мы обнаружим, что не можем произвести ту же степень почернения с этим количеством лучей, примененным в лаборатории. К какому выводу мы должны прийти? Я думаю, что нам открыт только один вывод: что в прошлом существовал какой-то другой источник альфа-лучей или более быстрая скорость их поставки. И этот вывод объяснил бы отсутствие гало в более молодых породах; что, ввиду огромного диапазона эффектов, возможных при развитии гало, в противном случае объяснить нелегко. Очевидно, что эксперимент на биотите имеет прямое отношение к обоснованности радиоактивного метода оценки возраста горных пород. Сейчас он проводится профессором Резерфордом в надежных условиях.

Наконец, есть один очень верный и ценный факт, который можно узнать из гало. Гало установило крайнюю редкость радиоактивности как атомного явления. Все без исключения спекуляции о

241

медленном распаде более распространенных элементов могут быть отброшены. Гало показывает, что слюда горных пород радиоактивно чувствительна. Фундаментальным критерием радиоактивного изменения является испускание альфа-луча. Молекулярная система слюды и многих других минералов нестабильна в присутствии этих лучей, точно так же, как фотопластинка нестабильна в присутствии света. Более того, минерал интегрирует радиоактивные эффекты таким же образом, как фотосоль интегрирует эффекты света. В обоих случаях самые слабые активности в конечном итоге становятся доступными для нашего осмотра. Мы видели, что один луч в каждый год с девонского периода построит полностью сформированное гало: объект, не похожий ни на какое другое явление в горных породах. И мы смогли отнести все исследованные до сих пор гало к тому или иному из известных радиоактивных семейств. Мы, очевидно, оправданы в убеждении, что если бы другие элементы были радиоактивны, мы должны были бы либо найти характерные гало, произведенные ими, либо обнаружить полное потемнение слюды. Самые слабые альфа-лучи, испускаемые относительно огромными количествами преобладающих элементов, действующие в течение всей продолжительности геологического времени — и следует помнить, что гало, которые мы изучали, сравнительно молоды — должны были зарегистрировать свои эффекты на чувствительных минералах. И таким образом мы можем с уверенностью заключить, что обычные элементы, и, действительно, многие, которые были бы названы редкими, обладают степенью стабильности, которая сохранила их не

242

измененными с начала геологического времени. Каждая нетронутая чешуйка слюды является, таким образом, неопровержимым доказательством факта, который, если бы не гало, вероятно, навсегда остался бы вне нашего познания.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАДИЯ В МЕДИЦИНЕ [1]

Для прогресса радиоактивного лечения заболеваний было неудачным то, что его методы и претензии включают многое от чудесного. До недавнего времени, действительно, значительная часть радиоактивной терапии могла быть описана только как граничащая с оккультизмом. Неудивительно, что когда в дополнение к ее оккультным и чудесным характеристикам от ее имени выдвигались претензии, которые во многих случаях не могли быть подтверждены, многие врачи стали относиться к ней с определенной долей подозрения.

Сегодня, я полагаю, мы находимся в лучшем положении. Я думаю, что возможно приписать рациональную научную основу ее законным претензиям и показать, по сути, что в радиоактивном лечении мы преследуем методы, которые уже были широко опробованы и признаны имеющими определенную ценность; и что новые методы отличаются от старых главным образом своей мощностью и доступностью, а не по существу.

Давайте кратко рассмотрим основы этой науки. Радий — это металлический элемент, химически напоминающий барий. Он

[1] Лекция для аспирантов-медиков в связи с основанием Дублинского радиевого института, прочитанная в Школе физики в Ирландии, Тринити-колледж, 2 октября 1914 года

244

обладает, однако, замечательным свойством, которого нет у бария. Его атомы не одинаково стабильны. В данном количестве радия определенный очень малый процент от общего числа присутствующих атомов распадается в секунду. Под «распадом» мы подразумеваем их трансмутацию в другой элемент. Радий, который при обычных условиях является твердым элементом, дает начало путем трансмутации газообразному элементу — эманации радия. Новый элемент является тяжелым газом при обычных температурах и, подобно другим газам, может быть сжижен при экстремальном холоде. Необычайное свойство трансмутации является полностью автоматическим. Никакое влияние, которое химик или физик может применить, не может повлиять на скорость трансформации.

Эманация наследует свойство нестабильности, но в ее случае нестабильность более выражена. Относительно большая доля ее атомов трансмутирует в секунду в твердый элемент, обозначенный как Радий A. В свою очередь, это новое поколение атомов распадается — даже быстрее, чем эманация — становясь еще одним элементом со специфическими химическими свойствами. И так далее для целой последовательности трансмутаций, пока, наконец, не образуется стабильное вещество, идентичное обычному свинцу по химическим и физическим свойствам, но обладающее немного меньшим атомным весом.

Генеалогия радиевого ряда элементов показывает, что радий не является отправной точкой. Он обладает предками, которые были прослежены до элемента урана.

Какое же отношение имеет эта серия трансмутаций

245

к медицинской науке? Радий или эманация и т. д. не входят в Фармакопею, как, скажем, мышьяк или висмут. Вся лечебная ценность этих элементов заключается в очень удивительных явлениях их излучений. Они излучают в процессе трансмутации.

Изменяющийся атом может излучать часть своей собственной массы. «Альфа»-луч (a-луч) — это такой материальный луч. Это электризованный атом гелия, выброшенный из материнского атома с огромной скоростью — такой скоростью, которая перенесла бы его, если бы не было препятствий, вокруг земли за две секунды. Все альфа-лучи — это положительно электризованные атомы элемента гелия, который тем самым оказывается неотъемлемой составляющей многих элементов. Альфа-луч не представляет большой ценности для медицинской науки, ибо, несмотря на свою огромную скорость, он вскоре останавливается при столкновении с другими атомами. Он может проникнуть лишь на ничтожную долю миллиметра в обычные мягкие ткани. Мы не будем рассматривать его далее.

Трансмутирующие атомы испускают также материальные лучи другого рода: ß-лучи. ß-луч по массе составляет лишь очень малую долю даже атома водорода. Его скорость может приближаться к скорости света. Будучи выброшенным радиоактивными элементами, он начинает движение со скоростями, которые варьируются в зависимости от элемента и могут составлять от одной трети до девяти десятых скорости света. ß-луч отрицательно электризован. Он давно известен науке как электрон. Он также идентичен катодному лучу вакуумной трубки.

246

Другой и совершенно иной вид излучения испускается многими трансмутирующими элементами: — y-луч. Это не материальное, это эфирное излучение. Сейчас с уверенностью известно, что y-луч по своей природе идентичен свету, но имеет гораздо более короткую длину волны, чем даже крайний ультрафиолетовый свет солнечного спектра. y-луч испускается трансмутирующим атомом вместе с ß-лучом. Он идентичен по характеру рентгеновскому лучу, но имеет еще более короткую длину волны.

Существует очень интересная связь между y-лучом и ß-лучом, которую важно понять врачу — насколько это возможно при наших нынешних знаниях.

Когда y-лучи или рентгеновские лучи падают на вещество, они порождают ß-лучи. Механизм этого процесса неизвестен, но, возможно, это результат резонанса атома или его частей на короткие световые волны. И примечательно, что y-лучи, которые, как мы видели, являются более короткими и более проникающими волнами, чем рентгеновские лучи, порождают ß-лучи, обладающие большей скоростью и проникающей способностью, чем ß-лучи, возбуждаемые рентгеновскими лучами. Действительно, ß-лучи, порожденные y-лучами, могут достигать скорости, почти приближающейся к скорости света и такой же большой, как у любых ß-лучей, испускаемых трансмутирующими атомами. Опять же, существуют доказательства того, что ß-лучи, падающие на вещество, могут порождать y-лучи. Самая замечательная демонстрация этого видна в рентгеновской трубке. Здесь рентгеновские лучи возникают там, где поток ß- или катодных лучей

247

задерживается на аноде. Но первое отношение в настоящее время наиболее важно для нас — т. е. что y- или рентгеновские лучи порождают ß-лучи.

Это отношение дает нам дополнительные доказательства идентичности физических эффектов y-, рентгеновских и световых лучей — используя термин световые лучи в обычном смысле спектральных лучей. Ибо давно известно, что световые волны освобождают электроны из атомов. Было обнаружено, что эти электроны обладают определенной начальной скоростью, которая тем больше, чем короче длина волны света, участвующего в их освобождении. Вся наука «фотоэлектричества» сосредоточена вокруг этого явления. Действие света на фотопластинку, а также многие другие физические и химические явления находят объяснение в этом освобождении электрона световой волной.

Здесь, таким образом, у нас есть спектральные световые волны, освобождающие электроны — т. е. очень мелкие отрицательно заряженные частицы, и мы обнаруживаем, что по мере использования более коротких световых волн начальная скорость этих частиц увеличивается. Опять же, у нас есть рентгеновские лучи, которые имеют гораздо меньшую длину волны, чем спектральный свет, освобождающие гораздо более быстрые отрицательно электризованные частицы. Наконец, у нас есть y-лучи — самые короткие из всех волн — освобождающие отрицательные частицы с самой высокой известной скоростью. Очевидно, что вся серия явлений непрерывна.

Теперь мы можем внимательнее рассмотреть действия, участвующие в терапевтическом влиянии различных лучей, и таким

248

образом также увидеть далее корреляцию между тем, что можно назвать фототерапией и радиоактивной терапией.

ß-луч, получаем ли мы его непосредственно от трансформирующегося радиоактивного атома или в результате эффектов y- или рентгеновских лучей на атом, является ионизирующим агентом удивительной силы. Что это означает? В физическом аспекте это означает, что атомы, через которые он проходит, приобретают свободные электрические заряды; некоторые становятся положительными, некоторые отрицательными. Это может быть обусловлено только потерей электрона затронутым атомом. Потеря малого отрицательного заряда, переносимого электроном, оставляет атом положительно электризованным или создает положительный ион. Фиксация блуждающего электрона на нейтральном атоме создает отрицательный ион. Прежде чем рассматривать важность явления ионизации, мы должны зафиксировать в нашем сознании, что агентом, который вызывает это, является ß-луч. Мало доказательств того, что y-луч может непосредственно создавать ионы в значительной степени. Но действие освобождения высокоскоростных ß-лучей приводит к созданию многих тысяч ионов каждым освобожденным ß-лучом. Как агент в руках врача мы должны рассматривать y-луч как световую волну чрезвычайно проникающего характера, которая создает высокоскоростные ß-лучи в тканях, которые она проникает, причем эти ß-лучи являются наиболее мощными ионизирующими агентами. ß-лучи, непосредственно полученные от радиоактивных атомов, помогают в работе ионизации. ß-лучи не

249

проникают далеко от своего источника. Самые быстрые из них, вероятно, не проникли бы на один сантиметр в мягкие ткани.

Теперь мы должны вернуться к явлению ионизации. Ионизация наиболее заметно проявляется при наблюдении, когда она происходит в газе. + и - электрические заряды на частицах газа наделяют его свойствами проводника электричества, при этом + ионы свободно движутся в одном направлении, а - ионы — в противоположном под действием электрического потенциала. Но есть эффекты, вызванные ионизацией, более важные для врача, чем этот. Химик давно пришел к признанию того, что в ионе он имеет дело с внутренним механизмом большого числа химических явлений. Ибо с электризацией атома возникают силы притяжения и отталкивания. Мы можем непосредственно показать химические эффекты ионизирующих ß-лучей. Вода, подвергнутая их бомбардировке, расщепляется на водород и кислород. И, опять же, разделенные атомы могут быть частично рекомбинированы под влиянием излучения. Аммиак расщепляется на водород и азот. Углекислый газ образует углерод, окись углерода и кислород; соляная кислота образует хлор и водород. В этих случаях также рекомбинация может быть частично осуществлена лучами.

Мы можем быть вполне уверены, что внутри сложной структуры живой клетки ионизирующие эффекты, которые повсюду сопровождают ß-лучи, должны оказывать глубокое влияние. Последовательность химических событий, которые пока кажутся

250

вне познания науки и которые вовлечены в метаболизм, не могут не быть затронуты. И неудивительно, что в результате эксперимента обнаружено, что излучения являются агентами, которые могут быть использованы либо для стимуляции естественных событий роста, либо для фактического разрушения клетки. Легко видеть, что слабое излучение должно производить один эффект, сильное — другой. Подобным образом умеренным световым стимулом мы создаем латентное изображение на фотопластинке; интенсивным светом мы снова разрушаем это изображение. Внутренний механизм в этом последнем случае может быть логически изложен.[1]

_Здесь, очевидно, есть истинная физическая основа для эффективности радиоактивного лечения, и, что более того, мы обнаруживаем при ее изучении, что она по своей природе не отличается от той, которая лежит в основе лечения спектральными излучениями. Но по степени она очень отличается, и здесь кроется причина особой важности радиоактивности как терапевтического агента._ Свет Финзена способен влиять на мягкие ткани только на небольшую глубину. Причина в том, что длина волны используемого света слишком велика, чтобы проходить без быстрого поглощения через ткани; и, кроме того, электроны, которые он порождает — т. е. ß-лучи, которые он освобождает — слишком медленно движутся, чтобы быть очень эффективными ионизаторами. Рентгеновские лучи проникают в некоторых случаях довольно свободно и порождают гораздо более быстрые и мощные ß-лучи

[1] См. «Латентное изображение», стр. 202.

251

чем свет Финзена. Но гораздо более проникающими, чем рентгеновские лучи, являются y-лучи, испускаемые при некоторых радиоактивных изменениях. Они порождают ß-лучи, имеющие скорость, приближающуюся к скорости света.

y-лучи, следовательно, являются очень проникающими и мощно ионизирующими световыми волнами; световыми волнами, которые совершенно невидимы для глаза и могут пронизывать ткани тела. Только мысленному взору они видимы. И очень удивительную картину они создают. Мы видим, как трансмутирующий атом вспыхивает этим светом на невообразимо короткий миг, выбрасывая ß-луч. И «так далеко эта маленькая свеча бросает свои лучи» в сложную систему клеток, так далеко атомы, потрясенные лучами, посылают ß-лучи; эти, в свою очередь, бросаются на другие атомные системы; возникают новые разделения электронов, возникают новые притяжения и отталкивания, и происходят самые важные химические изменения. Наша ментальная картина может претендовать лишь на то, чтобы быть диаграмматической по отношению к реальности. Тем не менее, мы здесь имеем дело с признанными физическими и химическими явлениями, и их описание как «оккультных» в уничижительном смысле, безусловно, не оправдано.

Теперь, кратко рассмотрев природу лучей, возникающих в радиоактивных веществах, и обоснование их влияния, мы должны перейти к более практическим соображениям.

Таблица, приведенная напротив, показывает, что сам радий ответственен только за a- и ß-лучи. Случается, что

252

Период, в течение которого ½ элемента трансформируется.

УРАН 1 & 2 { a } 6 x 10^9 лет.

УРАН X { ß } 24,6 дня.

ИОНИЙ { a } 8 x 10^4 лет.

РАДИЙ { a } 2 x 10^3 лет.

ЭМАНАЦИЯ { a } 8,85 дня.

РАДИЙ A { a } 3 минуты.

РАДИЙ B { ß y } 26,7 минуты.

РАДИЙ C { a ß y } 13,5 минуты.

РАДИЙ D { ß } 15 лет.

РАДИЙ E { ß y } 4,8 дня.

РАДИЙ (Полоний) F { a } 140 дней.

Таблица, показывающая последовательные поколения элементов семейства урана-радия, характер их излучений и их долговечность.

253

ß-лучи, испускаемые радием, очень «мягкие» — т. е. медленные и легко поглощаемые. a-луч ни в коем случае не пригоден для чего-либо, кроме простого поверхностного применения. Следовательно, мы видим, что, вопреки общепринятому мнению, сам радий имеет мало прямой терапевтической ценности. Не является таковым и следующее тело в последовательности — эманация, ибо она дает только a-лучи. Фактически, если быть кратким, только когда мы доходим до Радия B, достигаются ß-лучи относительно высокого проникающего качества; и только когда мы доходим до Радия C, получаются высокопроникающие y-лучи.

Именно вокруг этого элемента, Радия C, сосредоточено главное медицинское значение радиоактивного лечения этим семейством радиоактивных тел. Мало того, что ß-лучи Радия C очень проникающие, но y-лучи, возможно, являются самыми энергичными лучами известного рода. Далее в списке нет особого медицинского интереса.

Теперь, как мы можем получить запас этого ценного элемента Радия C? Мы можем получить его из самого радия. Ибо даже если радий был лишен своей эманации (что легко сделать путем нагревания или перевода его в раствор), через несколько недель мы получаем обратно Радий C. В одном моменте здесь мы должны быть ясны. С данным количеством радия будет ассоциироваться только определенное, строго ограниченное количество Радия C, или эманации, или любого другого производного тела. Почему это так? Ответ заключается в том, что несколько последовательных элементов сами распадаются — т. е. превращаются один в другой. Атомный про-

254

цент каждого из них, который распадается в секунду, является фиксированной величиной, которую мы не можем изменить. Теперь, если мы представим радий, который был полностью лишен своей эманации, снова накапливающий путем автоматической трансмутации свежий запас этого элемента, мы должны помнить: (1) что скорость создания эманации радием практически постоянна; и (2) что абсолютное количество эманации, распадающейся в секунду, увеличивается по мере увеличения запаса эманации. Наконец, когда количество накопленной эманации увеличилось до такой степени, что число атомов эманации, трансмутирующих в секунду, становится точно равным числу, генерируемому в секунду, количество присутствующей эманации не может увеличиваться. Это называется равновесным количеством. Если пятнадцать членов постоянно избираются каждый год в недавно основанное общество, число членов будет увеличиваться в течение первых нескольких лет; наконец, когда потери от смерти членов равны примерно пятнадцати в год, общество не может стать больше. Оно достигло равновесного числа членов.

Это относится к каждому из последовательных элементов. Требуется двадцать один день для формирования равновесного количества эманации в радии, который был полностью освобожден от эманации; и требуется 3,8 дня для формирования половины равновесного количества. Опять же, если мы начнем с запаса эманации, потребуется всего три часа для формирования равновесного количества радия C.

255

Мы, очевидно, можем получать радий C либо из самого радия, либо из эманации радия. Если мы используем трубку с радием, у нас присутствует почти идеально постоянное количество радия C, поскольку по мере того, как радий C и промежуточные элементы распадаются, радий, количество которого уменьшается очень медленно, восполняет потерю. Но если мы начнем с трубки с эманацией, у нас не будет постоянного запаса радия C, потому что эманация распадается довольно быстро, и нет радия, чтобы восполнить ее потерю. За 3,8 дня трансмутирует около половины эманации, и радий C уменьшается пропорционально, и, конечно, вместе с радием C уменьшаются и ценные излучения. Еще через 3,8 дня — то есть примерно через неделю с начала — радиоактивная ценность трубки падает до одной четверти от ее первоначального значения.

Но, несмотря на непостоянный характер трубки с эманацией, существует много причин предпочесть ее использование трубке с радием. Главная из них заключается в том, что мы можем хранить драгоценный радий в безопасности в лаборатории, не подвергая его тысяче и одному риску, существующему в больнице. Во-вторых, эманация, будучи газом, очень удобна для разделения на большое количество очень маленьких трубок в соответствии с требуемой дозировкой.

На самом деле объем эманации чрезвычайно мал. Количество эманации, находящееся в равновесии с одним граммом радия, называется кюри, а с одним

256

миллиграммом — милликюри. Так вот, объем кюри составляет лишь немногим более половины кубического миллиметра. Следовательно, имея дело с эманацией от двадцати или сорока миллиграммов радия, мы имеем дело с очень малыми объемами.

Как можно получить эманацию? В умелых и опытных руках этот процесс прост. Соль радия — обычно бромид или хлорид — переводится в кислый раствор. Это заставляет эманацию свободно выделяться по мере ее образования. Через определенные промежутки времени мы откачиваем ее ртутным насосом.

Давайте посмотрим, сколько милликюри мы сможем в будущем производить за неделю в нашем новом Дублинском радиевом институте.[1] У нас будет около 130 миллиграммов радия. За 3,8 дня мы получаем из этого 65 милликюри — т. е. половину равновесного количества в 130 милликюри. Следовательно, за неделю у нас будет около 130 милликюри.

Это немного. Многие эксперты считают, что этого едва хватает на одну трубку. Но здесь, в Дублине, мы используем эманацию более экономным и эффективным способом, чем это принято в других местах; согласно методу, который был разработан и усовершенствован в нашем собственном Радиевом институте. Экономия достигается за счет очень простого приема — дробления дозы на мелкие части. Система, принятая повсеместно, заключается в лечении опухоли путем введения в нее одной или двух очень активных

[1] Тогда недавно основанном Королевским дублинским обществом.

257

трубок, содержащих, возможно, до 200 милликюри или даже больше на трубку. Теперь эти сильно заряженные трубки дают излучение, настолько интенсивное в точках, близких к трубке, из-за большей плотности лучей вблизи трубки, а также из-за действия более мягких и легче поглощаемых лучей, что было признано необходимым остановить эти более мягкие лучи — как гамма-, так и бета-лучи — обернув трубку свинцом или платиной. В этом свинце или платине около тридцати процентов или более лучей поглощается и, конечно, тратится впустую. Но при отсутствии экрана происходит обширный некроз тканей вблизи трубок.

Если, однако, вместо одной или двух таких трубок мы используем десять или двадцать, каждая из которых содержит одну десятую или одну двадцатую дозы, мы можем с пользой использовать более мягкие лучи вокруг каждой трубки. Таким образом, предотвращаются потери. Более того, достигается более равномерное «освещение» тканей, точно так же, как мы можем осветить зал более равномерно с помощью множества меньших источников света, чем с помощью одного интенсивного центра излучения. Также мы получаем то, что называется «перекрестным излучением», которое оказывается полезным. Хирург гораздо лучше понимает, что он делает, используя этот метод. Таким образом, можно организовать воздействие так, чтобы оно было приблизительно равномерным по всей опухоли, вместо того чтобы быстро меняться вокруг центральной точки, или — и это может быть очень важно — эффекты могут быть легко сконцентрированы локально.

Наконец, не последним преимуществом является простая техника этого нового метода. Количества

258

используемой эманации могут поместиться в тончайшие капиллярные стеклянные трубки, а волосовидные трубки, в свою очередь, могут быть помещены в тонкие исследовательские иглы. Введение этих игл доставляет пациенту сравнительно мало неудобств, и существует самый совершенный контроль дозировки по количеству и силе этих трубок, а также по продолжительности воздействия.[1]

Первый Радиевый институт в Ирландии уже проделал хорошую работу по облегчению человеческих страданий. У него, я надеюсь, большое будущее, ибо я осмеливаюсь, с некоторой робостью, придерживаться мнения, что с углублением исследований применение и возможности радиоактивного лечения будут возрастать.

[1] Подробности о новой технике и о некоторых уже выполненных работах см. в статьях д-ра Уолтера К. Стивенсона, British Medical Journal, 4 июля 1914 г. и 20 марта 1915 г.

259

КАТАНИЕ НА КОНЬКАХ [1]

Прошло уже много лет с тех пор, как я, будучи студентом, присутствовал на университетской лекции, прочитанной неким ученым профессором на тему трения. На этой лекции возникла дискуссия из вопроса, адресованного нашему учителю: «Почему мы можем кататься на коньках по льду и ни по какому другому веществу?»

Ответ последовал без колебаний: «Потому что лед такой гладкий».

Тут же последовало возражение: «Но ведь можно кататься на коньках по льду, который не является гладким».

Это поставило профессора в затруднительное положение. Очевидно, дело не в гладкости льда. Кусок полированного листового стекла гораздо гладче, чем поверхность льда после того, как она изрезана за день катания. Тем не менее, на исцарапанной и изорванной ледяной поверхности катание все еще вполне возможно; на гладком листовом стекле, как мы знаем, мы кататься не смогли бы.

Через некоторое время после этой дискуссии мне пришла в голову связь между катанием на коньках и довольно абстрактным фактом физической науки. Поскольку сам этот факт сыграл свою роль в геологической истории Земли,

[1] Лекция, прочитанная в Королевском дублинском обществе в 1905 году.

260

и роль немаловажную, тема катания на коньках, благодаря которой она, пожалуй, лучше всего доходит до каждого, заслуживает нашего пристального внимания. Пусть же название этой лекции не вводит читателя в заблуждение относительно важности ее предмета.

Прежде чем перейти к объяснению удивительной свободы движений конькобежца, я хочу проверить то, что я вывел относительно большой разницы в скользкости стекла и скользкости льда. Вот плита полированного стекла. Я могу поднять ее под любым углом, который мне нравится, так что в конце концов этот латунный груз весом 250 граммов просто соскальзывает вниз, если его слегка подтолкнуть. Угол, как видите, составляет около 12½ градусов. Теперь я переношу груз на эту большую ледяную плиту, которую я предварительно быстро высушил мягким льном. Заметьте, что груз соскальзывает с ледяной поверхности под гораздо меньшим углом. Это действительно очень малый угол: я определяю его как угол между 4 и 5 градусами. Из этого эксперимента мы видим, что существует большая разница между скользкостью двух поверхностей, измеренная тем, что называется «углом трения». В этом эксперименте стекло также обладает гораздо более гладкой поверхностью, хотя я стер более глубокие неровности со льда, сгладив его стеклянной поверхностью. Несмотря на это, его поверхность испещрена мелкими полостями из-за пузырьков и несовершенств. Несомненно, если бы стекло было таким же шероховатым, его угол трения по отношению к латунному грузу был бы выше.

261

У нас, однако, есть еще один сравнительный эксперимент. Я, как вы видели, определил угол, при котором этот груз весом 250 граммов только начинал скользить по льду. Нижняя поверхность груза, часть, которая давит на лед, состоит из легкого латунного кольца для штор. Его можно отсоединить. Его масса составляет всего 6½ граммов, так как кольцо для штор, по сути, полое и сделано из очень тонкого металла. Таким образом, у нас есть очень маленький груз, который представляет ту же самую поверхность снизу, что и груз весом 250 граммов. Вы видите теперь, что этот легкий груз не будет скользить по льду при наклоне в 5 или 6 градусов, а начинает делать это только при угле около 10 градусов.

Это очень важный эксперимент для нашего текущего исследования. Лед, по-видимому, обладает более чем одним углом трения в зависимости от того, используется ли тяжелый или легкий груз для давления на него. Мы проделаем тот же эксперимент с пластиной стекла. Вы видите, что разница в угле трения латуни по стеклу при прижатии поверхностей друг к другу тяжелым или легким грузом невелика или отсутствует вовсе. Легкий груз требует того же наклона в 12½ градусов, чтобы заставить его скользить.

Этот последний результат соответствует законам трения. Мы говорим, что когда твердое тело давит на твердое, для каждой пары веществ, прижатых друг к другу, существует постоянное отношение между силой, необходимой для поддержания движения одного по другому, и силой, прижимающей твердые тела друг к другу. Это отношение называется «коэффициентом трения». Коэффициент, по сути, постоянен или приблизительно

262

таков. Я могу определить коэффициент трения по углу трения, взяв тангенс угла. Тангенс угла трения — это коэффициент трения. Если, следовательно, коэффициент постоянен, то, конечно, и угол трения должен быть постоянным. Мы видели, что это так в случае металла по стеклу, но не так в случае металла по льду. Этот любопытный результат показывает, что со скользкостью льда что-то не так.

Эксперименты, которые мы до сих пор проводили, можно упрекнуть в том, что поверхность льда, вероятно, влажная из-за тепла воздуха, соприкасающегося с ней. У меня есть здесь средство для работы с поверхностью холодного, сухого льда. Этот неглубокий медный резервуар длиной около 18 дюймов (45 см) и шириной 4 дюйма (10 см) заполнен охлаждающей смесью, циркулирующей через него из сосуда большего размера, содержащего лед, тающий в соляной кислоте при температуре около -18° C. Это поддерживает температуру резервуара ниже точки плавления льда. Верхняя поверхность резервуара снабжена приподнятыми краями, так что ее можно залить водой. Вода теперь заморожена, и ее температура ниже 0° C. Она составляет около -10° C. Я могу поместить поверх льда крышеобразное покрытие, сделанное из двух наклонных плит толстого листового стекла. Это служит для того, чтобы не пропускать теплый воздух и исключить любую возможность того, что поверхность льда будет влажной от воды, оттаявшей изо льда. Весь резервуар вместе с его стеклянной крышей можно установить под любым углом, а шкала на

263

поднятом конце резервуара показывает угол наклона в градусах. Груз, помещенный на лед, легко виден через стеклянную крышку.

Груз, который мы будем использовать, состоит из очень легкого кольца из алюминиевой проволоки, которое становится хорошо заметным благодаря прикрепленному сверху шарику для пинг-понга. Груз покоится сейчас на медной пластине, предусмотренной для этой цели на верхнем конце резервуара. Поскольку пластина находится в прямом контакте снизу с охлаждающей смесью, мы уверены, что алюминиевое кольцо не горячее льда. Легкого рывка достаточно, чтобы стряхнуть груз на поверхность льда.

Мы обнаруживаем, что это кольцо, нагруженное только шариком для пинг-понга и имеющее общий вес 2,55 грамма, не скользит при малых углах. У меня поверхность льда под углом чуть более 13½ градусов, и только постоянным постукиванием по аппарату его можно заставить соскользнуть вниз. Это коэффициент 0,24, что сравнимо с коэффициентом твердых и гладких тел друг по отношению к другу. Теперь я заменяю пустой шарик для пинг-понга на аналогичный шарик, наполненный свинцовой дробью. Общий вес теперь составляет 155 граммов. Вы видите, что угол скольжения упал до 7°.

Каждый, кто проводил эксперименты по трению, знает, насколько они часто бывают неудовлетворительными и противоречивыми. Мы можем обсуждать только значимые величины и общие результаты, если не проявлять самую добросовестную заботу об устранении ошибок. Чистый результат здесь заключается в том, что лед при температуре около -10° C под давлением очень легкого груза обладает

264

коэффициентом трения, сравнимым с обычными коэффициентами твердых тел по твердым, но при увеличении давления коэффициент падает примерно до половины этого значения.

Следующая таблица содержит некоторые результаты, полученные при изучении трения льда и стекла с использованием методов, которые я вам показал. Я добавляю некоторые из более тщательно определенных коэффициентов других исследователей.

Вес в граммах | На листовом стекле | На льду при 0° C | На льду при -10° C

Алюминий 2,55: 12½° 0,22 | 12° 0,21 | 13½° 0,24. Тот же 155: 12½° 0,22 | 6° 0,11 | 7° 0,12. Латунь 6,5: 12½° 0,22 | 10° 0,17 | 10½° 0,18. Тот же 107: 12½° 0,22 | 5° 0,09 | 6° 0,10

Сталь по стали (Морен) — 0,14. Латунь по чугуну (Морен) — 0,19. Сталь по чугуну (Морен) — 0,20. Коньки по льду (Дж. Мюллер) — 0,016—0,032. Лучшие смазанные поверхности (Перри) — 0,03—0,036

Вы видите из таблицы, что в то время как трение латуни или алюминия по стеклу совершенно не зависит от используемого веса, трение латуни или алюминия по льду каким-то образом зависит от веса и падает в очень значительной степени, когда вес велик. Теперь я думаю, что если бы мы искали какую-либо аномалию в трении твердых веществ по льду, мы бы скорее ожидали изменения в

265

другом направлении. Мы, возможно, ожидали бы, что тяжелый груз вызовет большее трение. Теперь я перехожу к объяснению этого необычайного результата.

Вы знаете, что для превращения льда в воду требуется затрата тепла, причем полученная вода имеет ту же температуру, что и лед, т. е. 0° C, из которого она получена. Тепло, необходимое для изменения состояния льда из твердого в жидкое, — это скрытая теплота плавления воды. Мы принимаем за единицу количества тепла то, которое требуется для нагревания 1 килограмма воды на 1° C. Тогда, если мы расплавим 1 килограмм льда, мы должны сообщить ему 80 таких единиц тепла. Пока идет плавление, изменения температуры не происходит, если эксперимент проводится тщательно. Тающий лед и вода, получающаяся из него, остаются при 0° C на протяжении всей операции, и ни термометр, ни ваши собственные ощущения не скажут вам о количестве тепла, которое поступало. Тепло является скрытым или спрятанным в полученной жидкости и пошло на совершение молекулярной работы внутри вещества. Заметьте, что если мы сообщим только 40 тепловых единиц, мы получим только половину расплавленного льда. Если сообщается только 10 единиц, то мы получим только одну восьмую килограмма воды, и ни больше, ни меньше.

Я рискнул напомнить вам эти общеизвестные научные факты, прежде чем рассматривать способ плавления льда, который менее известен и который не требует от вас затрат тепла. Этот метод требует для своего

266

понимания тщательного рассмотрения тепловых свойств воды в твердом состоянии.

Должно быть, очень давно было замечено, что вода расширяется при замерзании. Иначе лед не плавал бы на воде; и, что, пожалуй, важнее в ваших глазах, ваши водопроводные трубы не лопались бы зимой, когда в них замерзает вода. Но хотя важный факт расширения воды при замерзании так долго был предметом наблюдения человечества, только почти в середине прошлого века Джеймс Томсон, одаренный ирландец, предсказал многие важные последствия, вытекающие из факта расширения воды при переходе в твердое состояние. Принципы, которые он сформулировал, являются совершенно общими и применимы к каждому случаю изменения объема, сопровождающего изменение состояния. Мы здесь рассматриваем только случай воды и льда.

Джеймс Томсон, следуя ходу мыслей, который мы не можем здесь проследить, предсказал, что из-за факта расширения воды при переходе в твердое состояние давление будет понижать точку плавления льда или точку замерзания воды. Обычно, как вы знаете, эта температура составляет 0° C или 32° F. Томсон сказал, что это будет точкой замерзания только при атмосферном давлении. Он рассчитал, насколько она будет меняться при изменении давления. Он предсказал, что точка замерзания будет падать на 0,0075 градуса Цельсия на каждую дополнительную атмосферу давления, приложенную к воде. Предположим,

267

например, наша Земля обладала бы атмосферой, настолько тяжелой, что оказывала бы давление в тысячу раз больше существующей атмосферы, тогда вода замерзала бы не при 0° C, а при -7,5° C или около 18° F. Опять же, в вакууме, то есть когда давление было снижено до относительно малого давления паров воды, точка замерзания выше 0° C, т. е. при 0,0075° C. В некоторых частях океанских глубин давление намного превышает тысячу атмосфер. Пресная вода оставалась бы там жидкой при температурах намного ниже 0° C.

Будет достаточно очевидно, даже для тех, кто не обладает научной проницательностью Джеймса Томсона, что следует ожидать чего-то подобного. Однако легко быть мудрым после события. Нам кажется в общем виде, что, поскольку вода расширяется при замерзании, давление будет стремиться противодействовать превращению ее в лед. Вода будет пытаться оставаться жидкой в ответ на давление. Поэтому для того, чтобы заставить ее стать льдом, потребуется более низкая температура.

Джеймс Томсон оставил свой тезис как предсказание. Но он предсказал именно то, что его выдающийся брат, сэр Уильям Томсон — позже лорд Кельвин — обнаружил, когда дело было подвергнуто экспериментальной проверке. Мы должны рассмотреть эксперимент, проведенный лордом Кельвином.

Согласно взглядам Томсона, если сжать некоторое количество льда и воды, должно произойти падение температуры. Суть его аргумента заключается в следующем:

268

Пусть лед и вода находятся ровно при 0° C для начала. Затем предположим, что мы прикладываем, скажем, давление в одну тысячу атмосфер. Точка плавления льда понижается до -7,5° C. То есть потребуется температура -7,5° C, чтобы сохранить его в твердом состоянии. Поэтому он сразу же начнет таять, ибо, как мы видели, его фактическая температура не -7,5° C, а более высокая температура, т. е. 0° C. Другими словами, он на 7,5° выше своей точки плавления. Но как только он начинает таять, он также начинает поглощать тепло, чтобы восполнить 80 тепловых единиц, которые, как мы знаем, требуются для превращения каждого килограмма льда в воду. Откуда он может взять это тепло? Мы предполагаем, что мы не даем ему ничего. У него есть только два источника: лед может забирать тепло у самого себя, и он может забирать тепло у воды. В этом случае он делает и то, и другое, и температура как льда, так и воды падает. Они падают в температуре, пока не будет достигнуто -7,5°. Тогда лед достиг своей точки плавления под давлением в одну тысячу атмосфер, или, как мы можем выразиться, вода достигла своей точки замерзания. Больше таяния быть не может. Вся масса опустилась до -7,5° C и останется там, если мы не допустим притока или оттока тепла из сосуда. Теперь в сосуде больше воды и меньше льда, чем когда мы начинали, и температура упала до -7,5° C. Падение температуры до величины, предсказанной теорией, было подтверждено лордом Кельвином.

Предположим, теперь мы внезапно снимаем давление; что произойдет? У нас есть вода и лед при -7,5° C

269

и при нормальном давлении. Вода при -7,5° и при нормальном давлении, конечно, превращается в лед. Поэтому вода мгновенно замерзнет в сосуде, и весь процесс пойдет в обратном направлении. При замерзании вода отдаст свою скрытую теплоту, и это нагреет всю массу, пока снова не будет достигнуто 0° C. Тогда замерзания больше не будет, ибо снова лед находится в своей точке плавления. Это замечательная серия событий, которую предсказал Джеймс Томсон. И это те события, которые лорд Кельвин с помощью деликатной серии экспериментов подтвердил во всех отношениях.

Предположим, у нас в сосуде в начале был только твердый лед, привел бы эксперимент к тому же результату? Да, безусловно, привел бы. Лед под повышенным давлением таял бы немного везде по всей своей массе, забирая необходимую скрытую теплоту у самого себя за счет своего ощутимого тепла, и температура льда упала бы до новой точки плавления.

Могли бы мы расплавить весь лед таким образом? Опять же ответ «да». Но давление должно быть очень большим. Если мы предположим, что все тепло получается за счет ощутимого тепла льда, охлаждение должно быть таким, чтобы обеспечить скрытую теплоту всей массы полученной воды. Однако скрытая теплота уменьшается по мере понижения точки плавления, и со скоростью, которая свела бы ее к нулю примерно при 18 000 атмосфер. Муссон, работая со льдом, заключенным в проводящий цилиндр и охлажденным до -18° в начале

270

по-видимому, получил очень полное разжижение. Муссон должен был достичь давления по крайней мере величины, достаточной для понижения точки плавления ниже -18°. Степень фактически достигнутого разжижения могла быть частично обусловлена прохождением тепла через стенки сосуда. Он доказал более или менее полное разжижение льда внутри сосуда падением медного индекса сверху донизу сосуда, пока давление было приложено.

У меня здесь есть простой способ продемонстрировать вам падение температуры, сопровождающее сжатие льда. В этой форме, которая прочно сделана из стали и выложена самшитом для уменьшения прохождения проводимого тепла, находится количество льда, которое я сжимаю, когда вдавливаю этот поршень. Во льду находится термоэлектрический переход, провода от которого соединены с отражающим гальванометром. Термопара сделана из меди и никеля и обладает такой чувствительностью, что показывает движением светового пятна на экране даже малую долю градуса. При приложении давления вы видите, что световое пятно смещается, причем в таком направлении, которое указывает на охлаждение. Балансирующая термопара все время погружена в блок льда, так что ее температура остается неизменной. При снятии давления световое пятно возвращается в исходное положение. Я могу перемещать световое пятно вперед и назад по экрану, снимая и прикладывая давление. Эффекты совершенно мгновенны.

271

Последний упомянутый факт очень важен. Лед, по сути, как бы автоматически превращается в воду. Это не вопрос теплопроводности от точки к точке во льду. Его собственное ощутимое тепло немедленно поглощается по всей массе. Это был бы теоретический результат, но вероятно, что из-за несовершенств во всем льду и отсутствия однородности в распределении напряжения плавление происходило бы не совсем равномерно или гомогенно.

Прежде чем применять наши новые идеи к катанию на коньках, я хочу, чтобы вы заметили факт, который я вывел, но не упомянул специально. Давление приведет к плавлению льда только в том случае, если новая точка плавления, т. е. та, которая обусловлена давлением, ниже преобладающей температуры. Давайте возьмем цифры. Лед для начала находится, скажем, при -3° C. Предположим, мы прикладываем к этому льду такое давление, которое придаст ему точку плавления -2° C. Очевидно, плавления не будет. Ибо почему лед, который находится при -3° C, должен таять, когда его точка плавления -2° C? Лед, по сути, холоднее своей точки плавления. Следовательно, вы отмечаете этот факт: давление должно быть достаточно интенсивным, чтобы довести точку плавления ниже преобладающей температуры, иначе плавления не будет; и чем дальше мы снижаем точку плавления давлением ниже преобладающей температуры, тем больше льда будет расплавлено.

Мы наконец подошли к цели наших замечаний. Я не знаю, кто изобрел катание на коньках или коньки. Говорят, что в тринадцатом веке жители

272

Англии развлекались тем, что привязывали кости животных под ногами и передвигались по льду с помощью палки с железным наконечником. С такими коньками любое исполнение на внутреннем или внешнем ребре было невозможно. Мы консервативный народ. Это бодрящее развлечение, по-видимому, служило жителям Англии в течение трех столетий. Только в 1660 году из Нидерландов были завезены деревянные коньки, подбитые железом. Несомненно, катание на коньках было модным развлечением во времена Пеписа. Он пишет в 1662 году по этому поводу: «Стоит сильный мороз, видел людей, скользящих на своих коньках, что является очень красивым искусством». Примечательно, что именно немецкий поэт Клопшток сделал катание на коньках модным в Германии. До его времени это искусство считалось времяпрепровождением, подходящим только для очень молодых или глупых людей.

Я хочу теперь остановиться на этом прекрасном приспособлении — современном коньке. Это замечательный пример того, как прибор может развиваться к совершенству при отсутствии действительно разумного понимания принципов, лежащих в основе его развития. Ибо каковы принципы, лежащие в основе правильной конструкции конька? После того, что я сказал, я думаю, вы легко поймете. Цель состоит в том, чтобы создать такое давление под лезвием, чтобы лед растаял. Мы хотим установить такое давление под коньком, чтобы даже в день, когда лед ниже нуля, его точка

273

плавления была настолько снижена прямо под ребром конька, что лед превращается в воду.

Именно это плавление льда под коньком обеспечивает условие, необходимое для катания. Во-первых, конек больше не опирается на твердое тело. Он опирается на жидкость. Вы знаете, как в случаях, когда мы хотим уменьшить трение — скажем, в подшипнике колеса или под осью — мы вводим жидкость. Посмотрите на подшипники паровой машины. Непрерывный поток масла подается, чтобы проложить себя между твердыми поверхностями. Мне не нужно иллюстрировать столь известный принцип экспериментом. Твердое трение исчезает, когда вмешивается жидкость. Вместо него мы подставляем меньшую трудность сдвига одного слоя жидкости относительно другого; и если мы поддерживаем подачу масла, работа, требуемая для этого, не сильно отличается, независимо от того, насколько большое давление мы оказываем на подшипники. По сравнению с сопротивлением твердого трения сопротивление жидкостного трения ничтожно. Здесь, под коньком, смазка, пожалуй, самая совершенная, какую только можно вообразить. Дж. Мюллер определил коэффициент, буксируя конькобежца, держащегося за пружинные весы. Коэффициент составляет от 0,016 до 0,032. Другими словами, конькобежец скатился бы по склону всего в 1 или 2 градуса; наклон, не воспринимаемый глазом. Теперь заметьте, что больший из этих коэффициентов почти точно такой же, как тот, который Перри нашел в случае хорошо смазанных поверхностей. Но очевидно, никакая

274

искусственная система смазки не могла бы надеяться сравниться с той, которая существует между коньком и льдом. Ибо смазка здесь, так сказать, автоматическая. В машине, если смазка выдавливается, мгновенно возникает твердое трение. Под коньком этого не может произойти, ибо за выдавливанием смазки мгновенно следует образование другой пленки воды. Условия давления, которые могут привести к твердому трению в машине, здесь автоматически вызывают смазку к существованию.

Прямо под ребром конька давление огромно. Учтите, что весь вес конькобежца приходится на простое лезвие ножа. Конькобежец попеременно переносит весь свой вес на ребро каждого конька. Но не только вес таким образом концентрируется на одном ребре, дальнейшая концентрация достигается в лучших коньках путем изготовления конька с вогнутым лезвием, т. е. увеличения остроты ребра путем доведения его угла до менее чем прямого. Еще большее давление достигается уменьшением длины той части лезвия, которая находится в контакте со льдом. Это делается путем придания лезвию кривизны или делая его так называемым «горбатым». Вы видите, что все делается для уменьшения площади контакта со льдом и, таким образом, для увеличения давления. Результатом является очень сильное сжатие льда под ребром конька. Даже в самую холодную погоду плавление должно происходить в некоторой степени.

Как мы отмечали ранее, плавление происходит мгновенно,

275

Теплу не нужно перемещаться из одной точки льда в другую; как только давление воздействует на лед, он превращается в воду. Он берет необходимое тепло у самого себя, чтобы изменение состояния могло быть осуществлено. Как только конек проходит, вода возвращается в твердое состояние. Вероятно, происходит мгновенный выход и повторное замерзание части воды из-под конька, конек мгновенно занимает новую опору и плавит больше льда. Температура воды, выходящей из-под конька или оставленной им, немедленно становится такой, какой она была до того, как конек надавил на нее.

Таким образом, под коньком происходит удивительная и сложная серия молекулярных событий. Быстро, как он проходит, вся последовательность событий, которую предсказал Джеймс Томсон, должна произойти под лезвием: сжатие; понижение точки плавления ниже температуры окружающего льда; плавление; поглощение тепла; и охлаждение до новой точки плавления, т. е. до той, которая соответствует давлению под лезвием. Конек теперь проходит дальше. Затем следуют: снятие давления; повторное затвердевание воды; восстановление заимствованного тепла от замерзающей воды и возвращение льда к исходной температуре.

Если мы на мгновение задумаемся обо всем этом, мы увидим, что мы катаемся не на льду, а на воде. Мы не могли бы кататься на льду не больше, чем могли бы кататься на стекле. Мы видели, что с легкими грузами и когда давление

276

{Диаграмма}

Диаграмма, показывающая последовательные состояния льда до, во время и после прохождения конька. Температуры и давления, выбранные для иллюстрации, являются такими, которые могут возникнуть при обычных условиях. Ребро конька показано в увеличенном поперечном сечении.

277

было недостаточно, чтобы расплавить лед, трение было почти таким же, как у металла по стеклу. Лед не скользкий. Это ошибка — говорить, что он такой. Ученый профессор сильно заблуждался, когда сказал, что вы можете кататься на коньках по льду, потому что он такой гладкий. Гладкость льда не имеет к этому никакого отношения. Короче говоря, благодаря действию гравитации на ваше тело вы избегаете нормального сопротивления твердого тела о твердое и скользите вокруг с ногами, окрыленными, как у посланника богов; но на воде.

Второе условие, необходимое для искусства катания на коньках, также связано с плавлением льда. Погружение конька дает конькобежцу «сцепление». Именно это позволяет ему продвигаться вперед. Пока коньки состояли из закругленных костей животных, конькобежцу приходилось использовать заостренный посох, чтобы двигаться. Создавая сцепление, конькобежец снова бессознательно обращается к особым физическим свойствам льда. Давление, необходимое для движения конькобежца, распределяется по всей длине желоба, который он прорезал во льду, и косо вниз. Конек не соскользнет вбок, так как горизонтальная составляющая давления недостаточно велика, чтобы расплавить лед. Таким образом, он получает сопротивление, которое ему нужно.

Вы видите, какое это совершенное приспособление — конек; и какое подобие разума есть в его эволюции. Слепой разум, потому что несомненно, что истинная физика катания на коньках никогда не принималась во внимание

278

производителями коньков. Эволюция конька была поистине органической. Конькобежец выбирал наиболее подходящий конек, и поэтому подходящий конек выживал.

Одним словом, возможность катания на коньках зависит от динамического плавления льда под давлением. И заметьте, все дело сводится к, казалось бы, не связанному факту, что замерзание воды приводит к образованию твердого тела, более объемного, чем вода, которая его породила. Если бы лед был менее объемным, чем вода, из которой он был получен, давление не расплавило бы его; он был бы, так сказать, еще более твердым от давления. Точка плавления повышалась бы вместо того, чтобы падать. Большинство веществ ведут себя таким образом, и поэтому мы не можем кататься на них. Лишь немногие вещества расширяются при замерзании, и так случается, что их конкретные температуры плавления или другие свойства делают их непригодными для катания. Самое распространенное жидкое вещество на Земле и самое распространенное вещество любого рода на ее поверхности, таким образом, обладает идеально правильными и подходящими свойствами для искусства катания на коньках.

Я указал, что давление должно быть таким, чтобы довести температуру плавления ниже той, которая преобладает во льду в данный момент. Мы также видели, что одна атмосфера понижает точку плавления льда на 1/140 градуса Цельсия; точнее на 0,0075°. Давайте теперь предположим, что конек настолько погружен в лед, что опирается на длину в два дюйма и ширину в одну сотую дюйма. Конькобежец весит,

279

скажем, 150 фунтов. Если бы этот вес приходился на один квадратный дюйм, давление составило бы десять атмосфер. Но конькобежец опирается своим весом, по сути, на площадь в одну пятидесятую дюйма. Давление, следовательно, в пятьдесят раз больше. Лед подвергается давлению в 500 атмосфер. Это понижает точку плавления до -3,75° C. Следовательно, в день, когда лед имеет такую температуру, конек будет погружаться в лед до тех пор, пока вес конькобежца не будет сконцентрирован так, как мы предположили. Его конек не может погрузиться глубже, ибо любая меньшая концентрация давления не доведет точку плавления ниже преобладающей температуры. Мы можем рассчитать теоретическое сцепление для любого состояния льда. Если лед холоднее, сцепление будет не таким глубоким. Если температура была в два раза ниже нуля, то площадь, по которой будет распределен вес конькобежца, когда конек проникнет на свою максимальную глубину, будет составлять лишь половину прежней площади, а давление будет составлять одну тысячу атмосфер.

Важное соображение возникает из того факта, что под самым крайним ребром конька давление бесконечно велико. Ибо это означает, что всегда будет некоторое сцепление, как бы холоден ни был лед. То есть узкая полоска льда, которая первой принимает вес конькобежца, должна частично разжижаться, как бы холоден ни был лед.

Многим здесь, должно быть, случалось быть на льду, который был слишком холодным, чтобы кататься на нем с комфортом. Конькобежец

280

в этом случае говорит, что лед слишком твердый. В Энгадине лед на больших озерах становится настолько холодным, что конькобежцы жалуются на это. На катках, которые в основном используются там, лед часто обновляется путем заливки водой в конце дня. Поэтому он никогда не становится таким холодным, как на озерах. Я был на льду в Северной Франции, который ранним утром был слишком твердым, чтобы обеспечить достаточное сцепление для комфорта. Причина этого легко понятна из того, что мы рассматривали.

Теперь мы можем вернуться к экспериментальным результатам, которые мы получили в начале лекции. Тяжелые грузы соскальзывают со льда под малым углом, потому что прямо в точках контакта со льдом последний тает, и они, по сути, скользят не по льду, а по воде. Легкие грузы на холодном, сухом льду не понижают точку плавления ниже температуры льда, т. е. ниже -10° C, и поэтому они скользят по сухому льду. Таким образом, они дают нам истинный коэффициент трения металла по льду.

Этот предмет был недавно исследован Г. Морфи из Тринити-колледжа в Дублине. Введено усовершенствование в виде закрытого сосуда при постоянной температуре, в котором образуется лед и проводится эксперимент. Термопары дают температуру не только льда, но и алюминиевых саней, которые скользят по нему под различными нагрузками. Таким образом, мы можем быть уверены, что металлические полозья действительно имеют температуру льда. Теперь я цитирую статью Морфи

281

«Было обнаружено, что угол трения остается постоянным до определенной стадии нагрузки, когда он внезапно падает примерно до половины своего первоначального значения. Затем он оставался постоянным при дальнейшем увеличении нагрузки.

«Эти результаты, которые подтвердили те, что были получены ранее с менее удовлетворительным аппаратом, показаны в таблице ниже. В первом столбце показана нагрузка, т. е. вес саней + вес добавленной дроби. Во втором и третьем столбцах показаны, соответственно, коэффициент и угол трения, в то время как четвертый дает температуру льда, определенную по отклонениям гальванометра.

Нагрузка | Тангенс угла | Угол | Температура

5,68 грамма: 0,36±0,01 | 20°±30' | -5,65° C. 10,39: -5,65°. 11,96: -5,75°. 12,74: -5,60°. 13,53: -5,65°. 14,31: -5,65°. 15,10 грамма: 0,17±0,01 | 9°30'±30' | -5,60°. 16,67: -5,55°. 19,81: -5,60°. 24,52: -5,60°. 5,68 грамма: 0,36±0,01 | 20°±30' | -5,60°

«Эти эксперименты были повторены в другой раз с тем же результатом, и аналогичные результаты были получены с другим аппаратом.

«В результате исследования четко показаны следующие моменты:—

282

«(1) Коэффициент трения для льда при постоянной температуре может иметь одно из двух постоянных значений в зависимости от давления на единицу поверхности контакта.

«(2) Для малых давлений и до определенного четко определенного предела давления коэффициент довольно велик, имея значение 0,36±0,01 в исследованном случае.

«(3) Для давлений, превышающих указанный предел, коэффициент относительно мал, имея значение 0,17±0,01 в исследованном случае.»

Видно, что результаты Морфи аналогичны тем, к которым пришли при первом экспериментальном рассмотрении нашего предмета; но из-за того, как проводились эксперименты, они более точны и надежны.

Можно было бы сказать гораздо больше о катании на коньках и родственных видах спорта: катании на тобогганах, санях, керлинге, буерах и, последнее, но отнюдь не менее важное, скольжении — этом непритязательном времяпрепровождении миллионов. Счастлив мальчик, у которого есть гвозди в ботинках, когда Джек Фрост появляется в своем белом одеянии и замораживает соседний пруд. Но я должен отвернуться на пороге юмористического аспекта моей темы (ибо жертва уличного «скольжения» обязана своим уязвленным достоинством абстрактным законам, которые мы обсуждали) и перейти к другим и более серьезным темам, тесно связанным с катанием на коньках.

Джеймс Томсон указал, что если мы приложим сжимающее напряжение к кристаллу льда, содержащемуся в сосуде

283

который также содержит другие кристаллы льда и воду при 0° C, то напряженный кристалл растает и станет водой, но его аналог или эквивалентное количество льда появится в другом месте сосуда. Это, очевидно, лишь вывод из принципов, которые мы рассматривали. Это явление обычно называют «регеляцией». Я уже проводил обычный эксперимент по регеляции перед вами, когда сжимал битый лед в этой форме. Результатом была прозрачная, твердая и почти безупречная ледяная линза. Теперь в этой операции мы должны представить себе куски льда, когда они прижимаются друг к другу, тающими там, где они сжаты, а полученная вода, вытекающая в пространства между фрагментами, там затвердевает в силу того, что ее температура ниже точки замерзания ненапряженной воды. Конечный результат — однородная ледяная линза. Тот же процесс происходит менее совершенным образом, когда вы делаете — или, лучше сказать, когда вы делали — снежки.

Теперь мы переходим к теориям движения ледников, которых существует две. Одна из них связывает его главным образом с регеляцией, другая — с реальной вязкостью льда.

Покойный Дж. К. Макконнелл установил факт, что лед обладает вязкостью; то есть он медленно поддается и меняет свою форму под воздействием длительных нагрузок. Его наблюдения, однако, создают трудности при применении этой вязкости для объяснения движения ледников, поскольку он показал, что кристалл льда является вязким только в определенном структурном

284

направлении. Сложная смесь кристаллов, которой, как мы знаем, является ледниковый лед, должна, как нам представляется, проявлять общую или результирующую жесткость. Однако масса ледникового льда при деформации под действием силы должна претерпевать именно те превращения, которые происходили при формировании линзы из ледяных осколков. Фактически, регеляция придаст ей все признаки вязкости.

Представим себе ледник, проталкивающий свою огромную массу по швейцарской долине. Допустим, в какой-то точке его путь вниз преграждает скалистое препятствие. В этой точке лед превращается в воду, точно так же, как это происходит под коньком. Холодная вода вытекает и замерзает в другом месте. Но заметьте: только там, где нет давления. Вытекая, она уносит с собой скрытую теплоту плавления, и мы должны предположить, что эта теплота теряется для области льда, которая недавно находилась под давлением. Эта область, однако, снова нагреется за счет теплопроводности от окружающего льда или циркуляции воды с поверхности. Тем временем давление в этой точке ослабевает. Механическое сопротивление переносится в другое место. В этой новой точке снова происходит таяние и снятие давления. Таким образом, можно предположить, что ледник движется вниз. Происходит постоянный поток проводимого тепла и преобразованной скрытой теплоты, туда и обратно, к точкам сопротивления и от них. Конечное движение всей массы неизбежно медленное: несколько футов в день или, зимой,

285

даже всего несколько дюймов. И, как и следовало ожидать, скольжение гигантской массы вниз происходит в полной тишине. Я полагаю, что это движение достаточно хорошо объясняется как движение на коньках. Однако конек неподвижен, а лед движется. Великий Алечский ледник собирает свои снега среди высочайших вершин Оберланда. Оттуда уплотненный лед прокладывает себе путь в долину Роны, преодолевая расстояние около 20 миль. Лед, который сейчас тает, превращаясь в молодой Рону, выпал на Мёнх, Юнгфрау или Эйгер в те дни, когда в Англии правила Елизавета и жил Шекспир.

Ледопад — обычное зрелище на леднике. Огромными глыбами и разбитыми пиками он переваливает через скалистое препятствие и падает, разбиваясь, на ледник внизу. Но чуть ниже рана снова заживает, и регеляция восстанавливает гладкую поверхность ледника. Все подобные явления объясняются на основе изложения Джеймсом Томсоном поведения вещества, которое расширяется при переходе из жидкого состояния в твердое.

Таким образом, мы пришли к весьма далеко идущим соображениям, вытекающим из катания на коньках и его физики. Тенденция снега накапливаться в самых высоких регионах Земли зависит от принципов, которые мы не можем сейчас рассматривать. Мы знаем, что он скапливается выше определенного уровня даже на экваторе. Мы можем считать, таким образом, что если бы не действие законов, которые открыл Джеймс Томсон и которые его прославленный брат,

286

лорд Кельвин, сделал очевидными, возвышенности Земли не смогли бы освободиться от бремени льда. Геологическая история Земли была бы глубоко изменена. Более высокие уровни должны были бы опуститься; общий уровень океана относительно суши при этом поднялся бы, и, возможно, мог бы быть достигнут такой средний уровень, который привел бы к всеобщему затоплению.

Во время последнего великого ледникового периода, можно сказать, судьба мира зависела от действия тех законов, которые мы обсуждали на протяжении этой лекции. Считается, что лед был нагроможден до высоты около 6000 футов над регионом Скандинавии. Под влиянием давления и плавления в точках сопротивления накопление было остановлено, и он потек на юг над Северной Европой. Шотландское нагорье было покрыто, возможно, тремя или четырьмя тысячами футов льда. Ирландия была покрыта с севера на юг, и могучие айсберги плавали от наших западных и южных берегов.

Перенесенные или эрратические валуны, часто огромных размеров, которые встречаются во многих частях Ирландии, являются свидетельствами этих давно минувших событий: событий, которые произошли до того, как человек как разумное существо появился на Земле.

287

РАЗМЫШЛЕНИЯ О ДОМАТЕРИАЛЬНОЙ ВСЕЛЕННОЙ [1]

«А потому... и эти вещи имели рождение; ибо вещи, состоящие из смертного тела, не могли бы в течение бесконечного времени назад... быть способны свести на нет мощную силу неизмеримого века». — ЛУКРЕЦИЙ, «О природе вещей».

«О, страшное раздумье! Где, увы! Сокровище Времени из сундука Времени будет скрыто?» — ШЕКСПИР.

В материальной вселенной мы обнаруживаем постоянно прогрессирующее физическое развитие, распространяющееся на все, даже самые мельчайшие, материальные конфигурации. Некоторые фундаментальные различия, существующие между этим развитием, как оно проявляется в органических и неорганических системах наших дней, рассматриваются в другом месте этого тома.[2] В настоящем эссе эти системы, как имеющие общее происхождение и общий конец, объединены в одном рассмотрении природы происхождения материальных систем в целом. Это эссе посвящено рассмотрению необходимости ограничения материальных взаимодействий в прошлом времени. Эти размышления возникли из трудностей, которые возникают, когда мы приписываем этим взаимодействиям бесконечную длительность в прошлом. Эти трудности прежде всего требуют нашего рассмотрения.

[1] Proc. Royal Dublin Soc., vol. vii., Part V, 1892.

[2] «Изобилие жизни».

288

Принимая гипотезу Канта и Лапласа в ее самом широком смысле, мы обращаемся к первобытному состоянию широкой материальной диффузии, а также, неизбежно, материальной нестабильности. Гипотеза, по сути, основана на этой материальной нестабильности. Мы можем проследить последовательность событий, предполагаемых в этой гипотезе, в будущее и в прошлое.

В будущем мы находим четко обозначенную конечность прогресса. Гипотеза указывает на время, когда не будет больше прогрессивных изменений, а лишь последовательность бесплодных событий, таких как вечное равномерное движение массы материи, больше не приобретающей и не теряющей тепло в эфире, обладающем равномерным распределением энергии во всех своих частях. Или, опять же, если эфир поглощает энергию материального движения, это огромное и темное скопление вечно уравновешено и находится в покое внутри него. Действие переносится на тонкие части эфира, которые не позволяют энергии деградировать. Это, физически, мыслимое будущее. Наш ум не предполагает никаких изменений и не требует их. Более того, изменение немыслимо согласно нашим нынешним представлениям об энергии. Прогрессу приходит конец.

Эта конечность a parte post поучительна. Абстрактные соображения, основанные на геометрических или аналитических иллюстрациях, ставят под сомнение конечность некоторых физических процессов. Так, нашему солнцу может потребоваться вечное время, чтобы достичь температуры окружающего его эфира, причем приближение к этому состоянию считается асимптотическим по

289

своему характеру. Но рассмотрим законное reductio ad absurdum уголька, выгребенного из огня 1000 лет назад. Разве он еще не остыл до постоянной температуры окружающей среды? И мы, очевидно, можем увеличить время в миллион раз, если захотим. Похоже, мы должны рассматривать вечность как переживающую любое прогрессивное изменение. Ибо нет никакого схождения или ослабления времени. Вечно текущее настоящее движется не иначе из-за свершения величайших или самых незначительных событий. И даже если мы скажем, что время — лишь спутник событий, все же этот спутник терпеливо ждет конца, как бы долго он ни откладывался.

Объясняет ли по существу материальная гипотеза Канта и Лапласа бесконечное прошлое так же мыслимо, как она объясняет бесконечное будущее? Поскольку эта гипотеза основана на материальной нестабильности, вопрос сводится к следующему: является ли предположение о бесконечно продленной нестабильности в прошлом вероятным или возможным объяснением прошлого? Мне кажется, существуют большие трудности, связанные с принятием гипотезы о бесконечно продленной материальной нестабильности. Я упомяну здесь три основных возражения. Первое можно назвать метафизическим возражением; второе — отчасти метафизическим, отчасти физическим; третье можно считать физическим возражением, так как оно непосредственно связано с явлениями, представленными нашей вселенной.

Метафизическое возражение должно было возникнуть у каждого, кто рассматривал этот вопрос. Его можно

290

сформулировать так: если нынешние события — лишь одна стадия бесконечного прогресса, почему эта стадия не была пройдена давным-давно? Мы, очевидно, вольны отодвинуть любую стадию прогресса на столь отдаленный период, на какой захотим, отодвинув сначала ту, что была перед этой, затем стадию, предшествующую ей, и так далее, ибо, согласно гипотезе, у прогресса нет начала.

Таким образом, сумма проходящих событий, составляющих нынешнюю вселенную, должна была давным-давно завершиться и уйти в прошлое. Если мы рассмотрим альтернативные гипотезы, не включающие эту трудность, нас сразу поразит тот факт, что будущее материального развития свободно от этого возражения. Ибо вечность непрогрессивных событий, предполагаемая в будущем по гипотезе Канта, не только мыслима, но любое изменение, как было замечено, несовместимо с нашими представлениями об энергии. Как в будущем, так и в прошлом мы ожидаем прекращения прогресса. Но поскольку мы верим, что активность нынешней вселенной должна была в какой-то форме существовать все время, единственное убежище в прошлом — представить себе активную, но непрогрессивную вечность, где непрогрессивная активность в какой-то период становится прогрессивной — той прогрессивной активностью, зрителями которой мы являемся. У непрогрессивной активности не было начала; на самом деле, начало так же немыслимо и не требуется для непрогрессивной активности прошлого, как конец — для непрогрессивной активности будущего, когда все процессы развития прекратятся. У активности вселенной нет ни начала, ни конца.

291

У нынешней прогрессивной активности есть начало и конец. Вглядываясь в царство природы, мы ищем начало и конец, но, «проходя сквозь природу в вечность», мы не находим ни того, ни другого. Оба оправданы: и вопрос древнего поэта относительно прошлого, и вопрос современного поэта относительно будущего, процитированные в начале этого эссе.

Следующее возражение, отчасти метафизическое, основано на трудности приписывания какой-либо конечной реальности или потенции силам, убывающим в течение вечного времени. Так, против предположения, что наша вселенная является результатом материального агрегирования, прогрессирующего в течение вечного времени, что предполагает первоначальное бесконечное разделение частиц, мы можем спросить: какая сила могла действовать между частицами, разделенными бесконечным расстоянием? Гравитационная сила, убывающая как квадрат расстояния, должна исчезнуть на бесконечности, если мы подразумеваем то, что говорим, приписывая им бесконечное разделение. Их состояние тогда — состояние нейтральной устойчивости, при котором конечное движение частиц не увеличивает и не уменьшает взаимодействие. Они тогда оставались бы вечно в своем разделенном состоянии, поскольку нет причины, делающей такое состояние конечным. Трудность, связанная с этим, кажется мне того же рода, что и трудность приписывания какой-либо остаточной теплоты солнцу после того, как истекло вечное время. В обоих случаях мы обязаны продлевать время, исходя из самого нашего представления о времени, до тех пор, пока прогресс не прекратится, когда в одном случае мы не можем представить никакого взаимного сближения

292

частиц, а в другом — никакого дальнейшего охлаждения тела. Однако я не буду больше останавливаться на этом возражении, так как оно, полагаю, не представляется с равной силой каждому уму. Причина, менее открытая для споров, будучи менее субъективной, против агрегирования бесконечно удаленных частиц как источника нашей вселенной, содержится в физическом возражении.

В этом возражении мы считаем, что вид, представляемый нашей вселенной, отрицает гипотезу бесконечно продленного агрегирования. Мы основываем это отрицание на видимости одновременности, представленной небесами, утверждая, что эта одновременность противоречит тому, что мы ожидали бы найти в случае частиц, собранных с бесконечно удаленных расстояний. Были ли эти частицы наделены относительными движениями или нет — неважно для рассмотрения. В каких отношениях явления нашей вселенной представляют вид одновременных явлений? Мы должны помнить, что солнца в пространстве подобны огням, которые светят лишь мгновение, а затем гаснут. Именно в этом смысле мы должны рассматривать самое долгое горение звезд. Зажглись ли они только что или только что гаснут — в вечности это мало что значит. Свет и тепло звезды поглощаются эфиром пространства так же эффективно и быстро, как океан поглощает рябь от крыльев умирающего насекомого. Сэр Уильям Гершель говорит о галактике Млечного Пути: «Мы не знаем скорости хода этого таинственного хронометра, но тем не менее несомненно, что он не может

293

длиться вечно, и его прошлая длительность не может быть бесконечной». Мы действительно не знаем скорости хода хронометра, но если циферблат разделен на вечные длительности, то завершение любого конечного физического изменения представляет собой такое движение стрелки, которое совершается за одну вибрацию балансира.

Следовательно, мы должны рассматривать сонмы сверкающих звезд как пожар, который был одновременно зажжен на небесах. Огромная (по нашим представлениям) тепловая энергия звезд напоминает сцинтилляцию железной пыли в сосуде с кислородом, когда туда бросают щепотку этой пыли. Хотя некоторые частицы сгорают раньше, чем другие загораются, и некоторые задерживаются еще немного дольше, чем другие, в нашей повседневной работе сцинтилляция железной пыли — это дело одного мгновения, и так же в долгой ночи вечности сцинтилляция могущественнейших солнц пространства заканчивается в одно мгновение. Немного дольше, конечно, по длительности, чем жизнь, которая шевелится мгновение в ответ на диффузию энергии, но лишь очень немного. Так должен Вечный Сущий рассматривать сцинтилляцию звезд, периодическую вибрацию жизни в наше геологическое время и самые стойкие усилия мысли. Последние, действительно, не более долговечны, чем

«... труд муравьев в свете миллиона миллионов солнц».

Но мириады самих солнц с их поколениями — это мгновенный блеск огней, навсегда после этого погасших.

294

Опять же, наука предполагает, что нынешний процесс материального агрегирования не закончен и, возможно, будет таковым только тогда, когда он возобладает повсеместно. Следовательно, само распределение звезд, какими мы их наблюдаем, как изолированных скоплений, указывает на развитие, которое в бесконечной длительности должно рассматриваться как одинаково продвинутое во всех частях звездного пространства и по существу как одновременное явление. Ибо если бы мы были зрителями системы, в которой преобладала бы какая-либо очень большая разница в возрасте, эта очень большая разница сопровождалась бы некоторым таким видом, как следующий:

Вид лишь одной звезды, другие поколения давно вымерли или другие еще не появились; или, возможно, слабый туманный венок агрегирующейся материи где-то одиноко на небесах; или никаких признаков материи за пределами нашей системы, либо потому, что она не собрана, либо давно ушла во тьму.[1]

Нечто подобное можно было ожидать, если бы агрегирование материи зависело исключительно от случайных столкновений частиц, рассеянных в бесконечном пространстве.

Ибо, поскольку, согласно гипотезе, агрегирование занимает бесконечное время для завершения, почти наверняка каждая частица, встреченная после неизмеримого времени и тогда впервые наделенная актуальной гравитационной потенциальной энергией, давно бы израсходовала эту энергию

[1] Интересно поразмышлять о том, какое влияние полное отсутствие светил за пределами нашей солнечной системы оказало бы на взгляды наших философов и на наш взгляд на жизнь.

295

прежде, чем была собрана другая частица. Но тот факт, что так много огней, которые, как мы знаем, недолговечны, разбросаны по области пространства, и факт конфигурации, которую мы считаем преходящей, предполагают их одновременное агрегирование здесь и там. И в туманных венках, расположенных среди звезд, есть свидетельство того, что они действительно возникли там, где они сейчас находятся, ибо в таких, я полагаю, спектроскопом еще не было обнаружено никакого относительного движения. Все это также согласуется с небулярной гипотезой Канта и Лапласа, пока она не предполагает первобытную бесконечную дисперсию материи, а сбор материи с конечных расстояний сначала в туманные пятна, которые, агрегируясь друг с другом, дали начало нашей системе звезд. Но если мы распространим эту гипотезу на бесконечное прошлое путем предположения об агрегировании бесконечно удаленных частиц, мы заменим одновременное приближение, необходимое для объяснения одновременных явлений, видимых на небесах, последовательностью агрегативных событий, по гипотезе с интервалами почти бесконечной длительности, когда события вселенной состояли из прерывистых вспышек, зажигаемых после вечностей времени и гаснущих на еще другие вечности.

Наконец, если мы попытаемся заменить вечную нестабильность, заложенную в гипотезе Канта при ее распространении на бесконечное прошлое, какой-либо гипотезой материальной устойчивости, мы сразу же окажемся перед трудностью, что из известных свойств материи такая устойчивость должна была быть

296

постоянной, если бы она когда-либо существовала, что противоречит фактам. Так, кинетическую инерцию, выраженную в первом законе движения Ньютона, вполне можно было бы считать обеспечивающей равновесие с материальным притяжением, но если бы первобытно диффузная материя когда-либо удерживалась в равновесии таким образом, она должна была бы оставаться таковой, или она поддерживалась так несовершенно, что возвращает нас к бесконечной эволюции.

На этих основаниях я утверждаю, что нынешние гравитационные свойства материи не могут предполагаться действовавшими в течение всей прошлой длительности. Всеобщее равновесие гравитирующих частиц было бы неразрушимым внутренними причинами. Вечная нестабильность или эволюция одинаково немыслимы и противоречат явлениям вселенной, о которых мы осведомлены. Поэтому мы отворачиваемся от гравитирующей материи как не дающей рационального объяснения прошлого. Мы делаем это по необходимости, как бы сильно мы ни чувствовали наше невежество относительно природы неизвестных действий, к которым прибегаем.

Доматериальное состояние вселенной было, как мы предполагаем, состоянием, в котором преобладала равномерность в отношении среднего распределения энергии в пространстве, но гетерогенность и нестабильность были возможны. Реализация этой возможности была началом, которое мы ищем, и мы сегодня являемся свидетелями цепи событий, вовлеченных в разрушение вечного прошлого равновесия. Мы являемся свидетелями, согласно этой гипотезе, катастрофы, возможно, ограниченной определенными областями пространства, но которая является, для затронутых движений и конфигураций, абсолютно уникальной, обратимой к

297

своему прежнему состоянию потенциала никаким процессом, о котором мы можем иметь какое-либо представление.

Наше предположение состоит в том, что мы, как зрители эволюции, являемся свидетелями взаимодействия сил, которые не всегда действовали. Доматериальное состояние вселенной было состоянием бесплодных движений, то есть движений, не сопровождаемых прогрессирующими изменениями, в нашей области эфира. Насколько оно было распространено, мы сказать не можем; природы движений мы не знаем; но кинетические сущности отличались от материи в одном важном аспекте — отсутствии гравитационного притяжения. Такие кинетические конфигурации мы не можем считать материей. Было возможно построить материю путем их суммирования или соединения, как конфигурация кристалла возможна в чистой пересыщенной жидкости.

Длительность в эфире, наполненном такими движениями, проходила бы в последовательности простых бесплодных событий; как длительность, мы можем представить, даже сейчас проходит в частях эфира, подобных нашей собственной. Бесконечная (возможно) последовательность непрогрессивных, бесплодных событий. Но в один момент в бесконечной длительности достигается требуемая конфигурация элементарных движений; исключительно из-за одного случайного расположения устойчивость всего должна рухнуть, распространяясь от роковой точки.

Возможно, материальная сегрегация была ограничена одной частью пространства, элементарные движения конденсировались при трансформации и тем самым обедняли эфир вокруг, пока действие не прекратилось. Опять же, в том же смысле, что и

298

звезды одновременны, так же их можно рассматривать как однородные по размеру, ибо разница в величине могла бы быть любой, какую мы только можем вообразить, если в то же время мы припишем достаточное расстояние, разделяющее большие и малые. Так же и разбавленный раствор ацетата натрия построит кристалл в одной точке, и обеднение среды, сдерживающее рост в этой области, приведет к тому, что другой центр начнет расти на самых дальних конечностях первого кристалла, пока жидкость не заполнится рыхлыми перистыми агрегациями, сравнимыми по размеру друг с другом. Подобным образом кристаллизация материи могла дать начало не равномерной туманности в пространстве, а отдельным туманностям, приблизительно равной массы, из которых в конечном итоге сформировались звезды.

То, что всеведущее Существо могло предсказать конечное событие в любой предшествующий период, наблюдая движения частей, происходящие тогда, и рассуждая о цепи последствий, вытекающих из этих движений, — допустимо. Но соображения, вытекающие из этого, не влекут за собой никакой трудности в приписывании этой доматериальной цепи событий бесконечной длительности. Ибо прогресса нет, и мы можем столь же легко представить себе некоторую часть пространства, где тот же Бесконечный Разум, созерцая подобную цепь бесплодных движений, обнаруживает, что ни в какое время в будущем равновесие не будет нарушено. Но там, где эволюция прогрессирует, это уже немыслимо, как противоречащее самой идее прогрессивного развития. В этом случае Бесконечный Разум

299

неизбежно обнаруживает, как результат своего созерцания, агрегирование материи и последствия, вытекающие из этого.

Отрицание такого первичного материального свойства, как гравитация, для этих примитивных движений эфира (или в нем), вероятно, влечет за собой отрицание многих свойств, которые мы находим связанными с материей. Возможно, качество инерции, столь же первичное, связано с качеством гравитации, и мы можем предположить, что эти два свойства, столь тесно связанные в определении движений тел в пространстве, были приданы примитивным движениям, как кристаллографическое притяжение и жесткость впервые придаются твердому телу, растущему из пересыщенной жидкости. Но в некоторой степени менее спекулятивным является предположение, что новый порядок движений включал трансформацию большого количества энергии в форму тепловых вибраций; так что вновь созданная материя, подобно вновь сформированному кристаллу, начала свое существование в среде, богато насыщенной тепловой лучистой энергией. Мы можем считать, что тепловые условия были таковы, что могли бы объяснить примитивную диссоциацию элементов. И, опять же, мы вспоминаем, как физик находит свою оценку энергии, вовлеченной в простое гравитационное агрегирование, недостаточной для объяснения прошлой солнечной теплоты. Допустимо, на такой гипотезе, на которой мы останавливались, что вся последующая гравитационная конденсация и преобразование материальной потенциальной энергии, начиная с первого формирования материи до стадии формирования звезд

300

могут быть незначительными по величине по сравнению с преобразованием эфирной энергии, сопровождающим кристаллизацию материи из примитивных движений. И таким образом, возможно, условия, существовавшие тогда, включали прогрессивно возрастающую сложность материальной структуры — генезис элементов, от инфраводорода, обладающего простейшей материальной конфигурацией, в конечном итоге приводящий к таким самосветящимся туманностям, которые мы еще видим на небесах.

Покойный Джеймс Кролл в своей работе «Звездная эволюция» находит возражения против вечной эволюции, одно из которых подобно «метафизическому» возражению, выдвинутому в этой статье. Его выход из трудности заключается в предположении, что наша звездная система возникла в результате столкновения двух масс, наделенных относительным движением, вечным в прошлой длительности, их встреча возвестила рассвет эволюции. Однако состояние агрегирования, предполагаемое здесь, исходя из известных законов материи и по аналогии, требует объяснения как, вероятно, результат предшествующей диффузии, когда, конечно, трудность только отодвигается, а не устраняется. Также я не думаю, что примитивное столкновение гармонирует с количеством относительно неподвижных туманностей, видимых в пространстве.

Метафизическое возражение, как я обнаружил, также выдвигается Джорджем Сэлмоном, покойным ректором Тринити-колледжа, в пользу сотворения вселенной. — («Проповеди об агностицизме».)

А. Уинчелл в «Жизни мира» говорит: «У нас нет

301

ни малейших научных оснований предполагать, что материя существовала в определенном состоянии от всей вечности. Существенная активность сил, приписываемых ей, запрещает эту мысль; ибо все, что мы знаем, и, действительно, как вывод из всего, что мы знаем, первичная материя начала свои прогрессивные изменения на заре своего существования».

Наконец, в отношении гипотезы уникального определения материи после вечной длительности в прошлом, возможно, не будет неуместным напомнить читателю о сложности, которую современные исследования приписывают структуре атома.

302

УКАЗАТЕЛЬ

А.

Абни, сэр У., о сенсибилизаторах, 210.

Абсолютное количество жизни, численное, 98-100.

Адаптация и агрессивность организма, 80.

Аддитивный закон, применительно к альфа-лучам, 220.

Возраст Земли, сравнение денудационных и радиоактивных методов определения, 23-29.

Алечский ледник, 286.

Аллен, Грант, о цвете альпийских растений, 104.

Аллен, Г. Стэнли, о фотоэлектричестве, 203.

Альфа-лучи, природа, 214; скорость, 214; воздействие на газы, 214; пробег в воздухе, 215; визуализация, 218; кривая ионизации, 216; количество от одного грамма радия, 237; количество ионов, создаваемых ими, 237.

Альпийские цветы, интенсивность цвета, 102.

Альпы, история, 141; третичная денудация, 148; глубина осадочного покрова, 148; свидетельства высоких давлений и температур, 149; современные теории формирования, 150 и след.; поднятие, 147; возраст, 147; вулканические явления, сопровождающие поднятие, 147.

Анды, впадина параллельно им, 123; не вулканического происхождения, 118.

Угол трения льда, 261-265, 281-283; стекла, 261-265.

Живые системы, динамические условия, 67; и перенос энергии, 71; и старость, 72; механическая имитация, 76, 77.

Сравнение живых и неживых систем, 73-75.

Аппалачский хребет, формирование, 120.

Аррениус, о поднятии континентов, 17.

Арийская эра Индии, 136.

Астероиды, вероятное происхождение, 175; открытие, 175; размеры, 176; орбиты, 176; спутники Марса, происходящие от них, 177.

Б.

Бэббидж и Гершель, теория горообразования, 123.

Бабеш (и Корниль), размер спор, 98.

Беккер Дж. Ф., возраст Земли по накоплению натрия, 14; возраст минералов по свинцовому отношению, 20.

Бертло, закон максимальной работы, 62.

Бертран, Марсель, разрез массива Монблан, 154.

Бета-лучи, природа, 246; сопровождаются гамма-лучами, 247; образование под действием гамма-лучей, 247; как ионизирующие агенты, 249.

Биотит, содержащий гало, 223; плеохроизм, 235; усиленный плеохроизм в гало, 235.

Тело и разум как проявления прогрессивности организма, 86.

Болтвуд, возраст минералов по свинцовому отношению, 20.

Бозе, теория латентного изображения, 203.

Брэгг и Климан, о пробеге альфа-лучей, 215; тормозная способность, 219; законы, влияющие на ионизацию альфа-лучами, 220; кривая ионизации и структура гало, 232.

Brecciendecke, покров, 154.

Brüche, покров, 154.

Буррард и Хейден о Гималаях, 138; разрезы Гималаев, 139.

Ц.

Каналы и «canali», 166; кривизна каналов и траектория спутника, 188 и сл.; объяснение двойных и тройных каналов, 186, 187; удвоение каналов, 195; исчезновение и повторное появление, 196–198; фотографирование, 198; не являются трещинами, 167; не являются реками, 167; Марса, двойственная природа, 166, 170; пересечение темных областей поверхности планеты, 168; Марса, взгляды Лоуэлла, 168 и сл.; исследование каналов, показанных на карте Лоуэлла, 192 и сл.; радиальные каналы, объяснение, 193, 194; количество, 194; развитие вследствие вторичных возмущений, 194; узловое развитие вследствие поднятых элементов рельефа, 195.

Чемберлен и Солсбери, Ларамийский хребет, 121.

Кларк Ф. У., оценка массы отложений, 9; возраст Земли по накоплению натрия, 14; средний состав осадочных и изверженных пород, 42; о среднем составе земной коры, 126; денудация континентов путем растворения, 17, 40.

Клаус, протоплазма как критерий клетки, 67; атрофия бесполезных органов, 69.

Коэффициент трения, определение, 262; выведение из угла трения, 263; аномальные значения на льду, 261–265, 282; для различных веществ, 265.

Континентальные области, движения, 144.

Корниль и Бабеш, размер спор, 98.

Кролл, Джеймс, заря эволюции, 301.

Земная кора, средний состав, 126; глубина размягчения, 128.

Кюри, определение единицы, 256.

Д.

Дана, о горообразовании, 120.

Доусон, сокращение поверхности, представленное Ларамийским хребтом, 123.

Deccan traps, 137

_déferlement_, theory of, 155; explanation of, 155 _et seq._;
temperature involved in, 156.

Деймос, размеры, 177; орбита, 177.

Де Лаппаран, экзотическая природа Предальп, 150.

Де Монтессю и связь землетрясений с геосинклиналями, 142.

Денудация, влияние континентального поднятия, 17; факторы, способствующие денудации, 30 и сл.; относительная активность в горах и на равнинах, 35–40; денудация путем растворения морской водой, 40; натриевый индекс денудации, 46–50; толщина слоя породы, удаленного с суши, 51.

Де Квинси, «Система небес», 200.

Дьюар, сэр Джеймс, латентное изображение, сформированное при низких температурах, 202.

Диксон Г. Г., «Изобилие жизни», 60.

Двойные каналы, формирование под действием притяжения спутника, 185–187.

Дуглас А. Э., наблюдения Марса, 167.

Дравидийская эра Индии, 135.

Е.

Земля, ранняя история, 3, 4; размеры относительно элементов рельефа, 117.

Возраст Земли, определенный по толщине отложений, 5; определенный по массе отложений, 7; определенный по содержанию натрия в океане, 12; определенный по радиоактивным превращениям, 19; значение, 2.

Землетрясения, связанные с геосинклиналями, 142.

Эффективность, тенденция к максимуму в организмах, 113, 114.

Элементы, вероятная широкая распространенность редких, 230; редкость радиоактивных, 241.

Эльстер и Гейтель, фотоэлектрическая активность и поглощение, 207; фотоэлектрические свойства желатина, 212; эманация радия, терапевтическое использование, 256–259; преимущества в медицине, 256; объем, 257; способ получения, 257; использование в иглах, 258.

Равновесное количество, значение, 254, 255.

Эволюция и ускорение активности, 79; эволюция Вселенной не вечна a parte ante, 298.

Ф.

Фарадей и ионизация, 57.

Конечность прогресса a parte post, 289.

Флао, эксперименты с окраской цветов, 108.

Флетчер А. Л., пропорциональность тория и урана, 26.

Г.

Галилей, открытие спутников Юпитера, 162.

Гамма-лучи, природа, 247; образование под действием бета-лучей, 247; как ионизирующие агенты, 249.

Геддес и Томсон, голод и живая материя, 71.

Гейгер, пробег альфа-лучей в воздухе, 215; ионизация, вызванная альфа-лучами в воздухе, 216; о «рассеянии», 217; рассеяние и структура гало, 232.

Гейки, сэр А., единообразие в геологической истории, 15.

Геосинклинали, 119; связь с землетрясениями и вулканами, 142; геосинклинали Тетиса, 142; радиоактивное тепло в геосинклиналях, обусловленное отложениями, 130; температурные эффекты, обусловленные боковым сжатием геосинклиналей, 131.

Ледниковая эпоха, явления, 287.

Движение ледников, причина, 285.

Флора Glossopteris и Gangamopteris, 136.

Гондвана, 136.

Температурный градиент в земной коре, 126.

Х.

Хаймантский период Индии, 135.

Галлей, Эдмунд, определение возраста по солености океана, 13.

Халльвакс, фотоэлектрическая активность и поглощение, 207.

Гало, плеохроичные, определение возраста пород, 21; обусловлены урановым и ториевым семействами, 227; радиусы, 227; переэкспонированные и недоэкспонированные, 228; тонкая структура, 229 и сл.; искусственные, 229; трубчатые в слюде, 230; экстремальный возраст, 231; влияние ядра на структуру, 232; выводы из сферической формы в кристаллах, 233; структура, не затронутая спайностью, 235; происхождение названия «плеохроичные», 235; окраска, обусловленная железом, 235; окраска, не обусловленная гелием, 236; возраст, 236; медленное формирование, 237, 238; количество лучей, необходимых для создания, 237; и возраст Земли, 238–241.

Хейден Г. Х., геология Гималаев, 134, 138, 139.

Тепловая тенденция Вселенной, 62.

Тепловое излучение с поверхности Земли, 126; от средней изверженной породы вследствие радиоактивности, 126.

Гелий и альфа-лучи, 214, 222; окраска гало, не обусловленная гелием, 236.

Геринг Э. и физиологическая или бессознательная память, 111.

Гершель и Бэббидж, теория горообразования, 123.

Гершель, сэр У., о галактике Млечного Пути, 293.

Герц, отрицательная электризация, разряжаемая светом, 204.

Гималаи, геологическая история, 134–139.

Хоббс, о связи землетрясений и геосинклиналей, 143.

Холмс А., первичный свинец в минералах, 20; возраст девона, 21.

Горст, участвующий в альпийском déferlement, возражения, 156.

Гиперион, размеры, 177.

И.

Лед, плавление под давлением, 267 и сл.; расширение воды при превращении в лед, 267; понижение температуры плавления под давлением, 267; падение температуры под давлением, 268 и сл.; вязкость льда, 284.

Изверженные породы, средний состав, 43.

Неодушевленные действия, динамические условия, 61.

Неодушевленные системы, вторичные эффекты, 63–65; перенос энергии в них, 66.

Индийская геология, эквивалентная номенклатура, 139.

Первичная рекомбинация ионов под действием альфа-лучей, 221, 222, 231; и структура гало, 231.

Жизнь насекомых в высокогорных Альпах, 104, 105; гибель на альпийских снегах, 106.

Ионизация альфа-лучами, плотность, 221; значение в химических действиях, 250; в живой клетке, 250.

Ионы, количество, произведенное альфа-лучами, 237.

Изостазия, 53; и сохранение континентов, 53.

Плющ, невзрачные соцветия, 107; задержка созревания семян, 107.

К.

Кант и Лаплас, материальная гипотеза, не объясняет прошлое, 290.

Кельвин, лорд, эксперимент по влиянию давления на лед, 268–270.

Климан и Брэгг. См. Брэгг.

Клопшток вводит катание на коньках в Германии, 273.

Л.

Озера, причина синего цвета, 55.

Земля, движения, 53, 54.

Ланкестер, Рэй, сома и репродуктивные клетки, 85.

Лапворт, структура Шотландского нагорья, 153.

Скрытая теплота воды, 266.

Latent image, formed at low temperatures, 202; Bose's theory of,
203; photo-electric theory of, 204, 209 _et seq._

Наименьшее действие, закон, 66.

Лемберт и Ричардс, атомный вес свинца, 27.

Продолжительность жизни, зависящая от условий структурного развития, 93; зависящая от скорости размножения, 94.

Кривые жизни организмов с различной активностью, 92.

Жизнь, продолжительность, 91.

Волны жизни злаков, 95; амебы, 87; вида, 90.

Свет, эффекты разрядки отрицательной электризации, 204; химические эффекты, 205; эксперимент, показывающий эффект света при разрядке наэлектризованного тела, 205.

Линдеман, д-р, длительность солнечного тепла, 29.

Lowell, Percival, observations on Mars, 167 _et seq._; map of
Mars, reliability of, 198.

Лукреций, время рождения мира, 1.

Люжон, формирование Предальп, 171; разрезы в Альпах, 154.

Лайель, единообразие в геологической истории, 15.

М.

Маги, относительные площади отложения и денудации, 16.

Марс, климат, 170; положение в Солнечной системе, 174, 175; размеры спутников, 177; снег на Марсе, 169; вода, 169; облака, 169; атмосфера, 170; таяние снега, 170; размеры каналов, 171; сигнал на Марсе, 172; время противостояний, 164; орбита, 165; расстояние от Земли, 165; эксцентриситет орбиты, 165; наблюдения Скиапарелли, 165, 166; наблюдения Лоуэлла, 167 и сл.

Максвелл, Клерк, изменения, происходящие при ограничениях, 65; о сохранении энергии, 61.

Макконнелл Дж. К., вязкость и жесткость льда, 284.

Память, физиологическая, 111, 112.

Metamorphism, thermal, in Alpine rocks, 132, 149

Милликюри, определение, 256.

Моласса, накопления, 148.

Морен, коэффициенты трения, 265.

Морфи Х., эксперименты с коэффициентом трения льда, 281.

Горообразование и геосинклинали, 119–121; обусловлено радиоактивной энергией, 125; энергия для горообразования вследствие гравитации, 122; сокращение поверхности, сопровождающее горообразование, 123; опускание, сопровождающее горообразование, 123; нестабильность вследствие тепловых эффектов сжатия, 132; магматические явления, сопровождающие горообразование, 132; ритмический характер горообразования, 133; движения, ограниченные верхней корой, 122; движения вследствие сжимающих напряжений в коре, 122; движения, ритмический характер, 121.

Горные хребты, сложенные осадочными материалами, 118.

Мюллер Дж., коэффициент трения конька по льду, 265, 274.

Мутские отложения Индии, 135.

Н.

Ньютон, профессор Йельского университета, о происхождении спутников Марса, 177.

Ядро, размеры, 237; количество радия в ядре, 238.

Нуммулитовые слои Гималаев, 138.

О.

Океан, количество каменной соли, 50; причина черного цвета, 55; оценочная масса отложений, 48; увеличение объема вследствие денудации путем растворения, 52; соленость, обусловленная денудацией, 41.

Старость и смерть, 82–85; не противоречат прогрессивной активности, 83.

Органические системы, происхождение, 78.

Organic vibrations, 86 _et seq._

Организм и ускоренное поглощение энергии, 79; и экономия, 109–111; и периодическая суровость среды, 94, 95.

Организм и сон, 95; окончательное объяснение ритмических событий в организме, 96, 97; закон действия организма, 68 и сл.; периодичность организма; и закон прогрессивной активности, 82 и сл.

П.

Пенджабские траппы, 135.

Пипс и катание на коньках, 273.

Перри, коэффициент трения смазанных поверхностей, 265.

Фобос, размеры, 177; орбита, 177.

Фотоэлектрическая активность и поглощение, 207; сохраняется при низких температурах, 208, 209; не зависит от растворения, 213.

Photo-electric experiment, 205; sensitiveness of the hands, 207;
theory of latent image, 204, 209 _et seq._

Фотографическая инверсия, эксперименты Вуда, 211; теория, 210.

Пиацци, открытие первого астероида, 175.

Пикеринг У. Х., наблюдения Марса, 167.

Планета, замедление осевого вращения, 189.

Растение, выжидательная позиция, 109.

Плеохроичные гало, измерения, 224; теория, 224 и сл.; истинная форма, 226; радиус и аддитивный закон, 225; отсутствие актиниевых гало, 225; см. также Гало; способ возникновения, 223 и сл.

Пул Дж. Х. Дж., пропорциональность тория и урана, 26.

Поултон, единообразие климата прошлого, 17.

Пратт, архидиакон, и изостазия, 53.

Предальпы, экзотическая природа, 150, 151.

Доматериальная Вселенная, природа, 297, 300.

Прествич и толщина жесткой коры, 128; история Пиренеев, 140.

Примитивные организмы, интерференция, 89; кривые жизни, 88.

Проктор и орбиты астероидов, 176.

Протоплазма, инцистирование, 68.

Пуранская эра Индии, 134.

Пиренеи, история, 140.

Р.

Радиоактивные элементы, участвующие в горообразовании, 125.

Радиоактивный слой, неспособность объяснить глубинные температуры, 127; предполагаемая толщина, 128; температура в основании слоя вследствие радиоактивности, 129; в верхней земной коре, 125; толщина, 126–128.

Радиоактивное лечение, физическая основа, 251.

Радиоактивность и тепловое излучение от средней изверженной породы, 126; редкость радиоактивности, установленная гало, 241, 243.

Радий, химическая природа и трансмутация, 244–245; эманация, 245; лучи, 253, 254; таблица семейства, 253; период, 253; малая терапевтическая ценность, 254.

Радий C, терапевтическая ценность, 254; лучи, 254; генерация, 254.

Рациональность, условия развития, 163.

Лучи, сходство природы гамма-, рентгеновских и световых лучей, 248; эффекты на живую клетку, 251; проникающая способность, 251.

Рид, Т. Меллард, определение возраста океана по сульфату кальция, 13.

Recumbent folds, formation of, 155 _et seq._

Регеляция, 284; влияние на движение ледников, 285.

Инверсия, фотографическая, объяснение, 211.

Ричардс и Лемберт, атомный вес свинца, 27.

Рихтер, Жан Поль, «Сон о Вселенной», 200.

Каменная соль в океане, количество, 13.

Горные породы, средний состав, 43; радиоактивное тепло, 126; скорость растворения, 36.

Рассел И. К., речной принос отложений, 10.

Резерфорд, сэр Э., определение возраста минералов, 19, 20; возраст пород по гало, 22; происхождение актиния, 226; искусственное гало, 229; количество альфа-лучей от одного грамма радия, 237.

С.

Соляной хребет, отложения Индии, 134, 135.

Соленость океана, обусловленная денудацией, 41–46.

Солсбери (и Чемберлен), Ларамийский хребет, 121.

Салмон, преподобный Джордж, о творении, 301.

Спутник, скорость на орбите, 191; метод нахождения траектории над вращающимся первичным телом, 189 и сл.; прямой и ретроградный, 178; окончательный конец, 178; траектория при падении на первичное тело, 179; влияние атмосферы Марса на падающий спутник, 179; устойчивость вблизи первичного тела, 180; эффекты на кору первичного тела, 180 и сл.

Schiaparelli, observations on Mars, 165 166.

Шмидт К., первоначальная глубина альпийского слоя, 131–148; структура Альп, 152.

Шмидт Г. К., о фотоэлектричестве, 207, 208; влияние растворения на фотоэлектрическую активность, 213.

Шухерт К., средняя площадь Северной Америки в геологическое время, 16.

Осадочные породы, средний состав, 43; масса, определенная по натриевому индексу, 47.

Осадконакопление как конвекция энергии, 133.

Отложения, средний речной принос, 11; на дне океана, масса, 48; средняя толщина, 49; осаждение растворенными солями, 56–58; радиоактивность, 130; радиоактивное тепло отложений, влияющее на горообразование, 130, 131; скорость накопления, 7; определение массы, 8; речной принос, 10; общая толщина, 6.

Семпер, поглощение энергии растительными и животными системами, 78.

Сенсибилизаторы, эффекты низкой температуры, 210.

Симплон, радиоактивная температура в породах до денудации, 132.

Skates, early forms of, 273; principles of construction of, 273
_et seq._; action of, on ice, 276; bite of, 278-280.

Катание на коньках, не зависящее от гладкости льда, 260; история, 273.

Катание на коньках возможно лишь на очень немногих веществах, 279.

Содди Ф., об изотопах, 24.

Натрий, дефицит в отложениях, 44; речной сток, 14.

Почвы, формирование, 37–39; площадь поверхности, подвергающаяся воздействию, 39.

Соллас У. Дж., возраст Земли по натрию в океане, 14; толщина отложений, 6.

Спенсер, о делении протоплазмы, 67.

Споры, количество молекул, 97.

Стивенсон, д-р Уолтер К., и техника радиоактивного лечения, 259.

Столетов, фотоэлектрическая активность и поглощение, 207.

Тормозная способность веществ по отношению к альфа-лучам, 219.

Борьба за существование, динамическая основа, 80.

Стратт, проф. достопочтенный Р. Дж., возраст геологических периодов, 20; радиоактивность циркона, 223.

Субапеннинская серия Италии, 148.

Зюсс, природа землетрясений, 143.

Выживание наиболее приспособленных и органический закон, 80.

Т.

Талчирский валунный слой, 136.

Температурный градиент в земной коре, 126.

Термье, разрез массива Пельву, 154.

Тетис, раннее распространение, 135–137; геосинклинали, 142.

Термический метаморфизм в альпийских породах, 132, 149.

Томсон, Джеймс, предсказание плавления льда под давлением, 267.

Торий и уран, пропорциональность в более старых породах, 26.

Тройные каналы, формирование под действием притяжения спутника, 187.

Тиндаль, цвет океанской воды, 55.

У.

Униформистский взгляд на геологическую историю, 15–18.

Вселенная, одновременность, 293–295.

Уран-радиевое семейство элементов, таблица, 253.

В.

Валь-д'Эрен, земляные пирамиды, 33.

Ван Тилло, природа континентального скального покрова, 9.

Растительные и животные системы, относительное поглощение энергии, 78.

Вегетативные органы, борьба между ними, 105, 106.

Вулканы и горные хребты, 118; связанные с геосинклиналями, 142; олигоценовые и миоценовые Европы, 147.

У.

Вайншенк и термический метаморфизм, 132.

149.

Вейсман, инцистирование протоплазмы, 68; продолжительность жизни и соматические клетки, 96; происхождение смерти, 83; тенденция к ранней репродуктивности, 98.

Вильсон, Ч. Т. Р., визуализированные альфа-лучи, 218.

Уинчелл, прогрессивные изменения материи не вечны, 302.

Вуд, Р. У., о фотографической инверсии, 211.

З.

Циркон, радиоактивность, 223; как ядро гало, 223.