Внутреннее тепло земли

«Математическая теория тепла» во всякое время должна возбуждать живейшее любопытство во всех мыслящих людях, потому что она была совершенно кончена, то объяснила бы самые мелочные искусственные производства. Но в наше время соприкосновение во многих точках с любопытными исследованиями геологическими заставляют обратить на нее особенное внимание. Показав тесную связь теории тепла с геологией, мы обнаруживаем важность открытий Фурье и счастливый выбор предмета гениальных соображений нашего товарища.

Не вдруг образовалась та часть земной коры, которую геологи называют осадочной. В древности воды несколько раз покрывали страны, лежащие среди материков, и оставляли после себя тонкие горизонтальные пласты, составленные из различных веществ. Хотя эти пласты лежат один на других, однако они между собой различны, и самые неопытные глаза могут видеть, что они не сходны между собой, даже нетрудно заметить их пределы. Итак, океан, из которого образовались осадочные почвы, некогда изменялся в своем химическом составе, и ныне он не подлежит уже таким переменам.

Порядок пластов внешней земной коры показывает основательную их древность: глубочайшие из них должны быть старше ближайших к поверхности. Внимательное изучение частей земной коры позволяет нам доходить до самых отдаленных эпох и объяснять свойства страшных перемен на земле, которые периодически то погружали материки в воду, то превращали их в сушу.

Кристаллические гранитные породы, принимавшие на себя первые морские осадки, не содержат в себе следов жизни; эти следы находим только в почвах осадочных.

Кажется, что жизнь на земле началась растениями, потому что остатки растений находим только в древних осадках; притом к этим остаткам принадлежат растения самого простого строения: папоротники, тростники и плауны.

В верхних слоях являются уже растения более сложные.

Наконец, близ земной поверхности растения походят уже на ныне существующие, однако с той разностью, что ископаемые растения походят на современные стран южных. Так, например, огромные ископаемые пальмы встречаются во всех географических широтах и даже в холодной Сибири.

Итак, в первобытном мире гиперборейские страны пользуются температурой, по крайней мере, равной той, которая принадлежит ныне странам пальм: в Тобольске был климат Аликанте или Алжира.

Такое невероятное заключение подтверждается еще внимательным рассмотрением размеров растений.

Тростники, папоротники и плауны растут в Европе и в странах экваториальных; но все они получают огромные размеры только в климатах жарких; так что сравнивать размеры растений — все то же, что сравнивать температуры их месторождений. Сравните ископаемые растения наших угольных формаций, не говорю — с подобными растениями европейскими, но с богатой флорой Южной Америки, и превосходство размеров увидите на стороне первых.

В ископаемых флорах Франции, Англии, Германии и Скандинавии встречаются папоротники в 15 метров высоты и в один метр в диаметре или в 3 метра в окружности.

Плауны в странах холодных или умеренных ныне ползают по земле и едва поднимаются на один дециметр; даже под экватором не вырастают более одного метра; но в первобытной Европе они вырастали до 25 метров.

Надо быть слепым, чтобы не видеть в этих наблюдениях доказательства высокой температуры в наших странах перед последним вторжением океана на материк.

Не менее плодотворно изучение животных ископаемых. Я удалился бы от моего предмета, если бы начал рассматривать, каким образом распространялись на земле животные организмы, и как изменялись они после каждого наводнения. Не могу также останавливаться на описании тех древних эпох, в которые землю, море и атмосферу населяли пресмыкающиеся с холодной кровью и огромных размеров, черепахи в 3 метра в диаметре, ящерицы в 17 метров длиной, птеродактили, истинные летающие драконы с такими чудными формами, что их можно считать пресмыкающимися, млекопитающими, птицами, и пр. Моя цель не требует таких подробностей; достаточно одного замечания.

Между костями, находимыми в ближайших слоях земной поверхности, встречаются остатки гиппопотамов, единорогов и слонов, и притом во всех географических широтах. Путешественники открыли их даже на острове Мельвиле, где температура опускается ныне до 50 градусов ниже нуля. В Сибири даже торгуют такими остатками. Наконец, в обвалах по берегам Ледовитого моря попадаются не одни обломки костей, но целые остовы слонов, покрытые мясом и кожей.

Из всего сказанного, кто не выведет заключения, что полярные страны нашей земли, старея, потерпели чрезвычайное охлаждение.

При объяснении столь любопытных явлений космологи не обращают внимания на возможные изменения силы солнечного света; между тем звезды, т. е. отдельные солнца не имеют, как думают обыкновенно, постоянного блеска; некоторые из них в короткое время теряют сотую часть своего блеска, а многие даже совсем исчезают. Космологи думают, что земля лишилась большой части первоначального тепла. Действительно, по этой гипотезе в древнейшие эпохи полярные страны могли иметь температуру, равную экваториальной и способную для жизни слонов, хотя они, как и ныне, не видели солнца по целым месяцам.

Впрочем, не одни сибирские слоны возбудили мысль о собственном тепле нашей земли; некоторые ученые имели ее до открытия ископаемых животных. Декарт думал, что вначале земля отличалась от солнца только своей величиной; следственно земля есть погасшее солнце. Лейбниц принял это предположение и объяснял из него образование различных пластов земной коры.

Бюффон тоже поддерживал своим красноречием. Известно, что, по мнению этого великого натуралиста, планеты суть частицы солнца, отделенные от него ударом кометы.

В доказательство огненного происхождения земли, Меран и Бюффон упоминали о высокой температуре глубоких рудников, как, например, в Жироманьи. Но очевидно, что если бы земля была некогда раскалена, то во внутренних ее слоях, т. е. в тех, которые охлаждались после верхних, должны быть еще остатки первоначального тепла, и наблюдатель, проникая внутрь земли и не находя в ней возрастающего тепла, имеет полное право отвергать все гипотезы Декарта, Лейбница, Мерана и Бюффона. Но основательно ли противное мнение? Потоки тепла, истекающие из солнца в продолжении многих веков, могли ли произвести в земле температуры, возрастающие с глубиной? Вот капитальный вопрос. Некоторые умы, легко удовлетворяемые, думали, что он разрешается одним афоризмом: постоянная температура есть самая естественная. Но горе наукам, если такие афоризмы, неопределенные и не подлежащие критике, будут приниматься за доказательства или опровержения гипотез и теорий! Фонтенель предсказал судьбу объяснений, и хотя его замечание унизительно для нашего ума, однако оно оправдалось во многих случаях: «если явление может происходить двумя различными образами, то оно почти всегда может происходить тем, который казался нам менее естественным».

Вместо аргументов, не имевших никакого внутреннего достоинства, Фурье представил доказательства строгие, и академия совершенно понимает их силу.

Во всех местах земли, на определенных глубинах, термометр не показывает ни суточных, ни годичных перемен. Он показывает одну и ту же температуру в продолжение всех лет. Вот факт; послушаем, что скажет теория.

Предположите, что земля получила свое тепло от солнца; проникните в ее массу на достаточную глубину, и вы, как Фурье, посредством вычисления найдете, что температура не может переменяться по временам года, а переменяется на глубинах, которые незначительны относительно радиуса земли. Вот теория, которой противоречат наблюдения, сделанные во многих рудниках и в источниках, и показавшая, что температура увеличивается одним градусом стоградусного термометра с углублением в землю от двадцати до тридцати метров. Итак, температуру земных слоев нельзя приписывать действию одного солнца; приращение тепла во всех странах должно считать признаком собственного тепла земли, и наблюдения, вместе с вычислениями Фурье, превращают землю в погасшее солнце, как думали Декарт и Лейбниц без положительных доказательств. Итак, высокой температурой, существующей внутри земли, можно, если нужно, пользоваться для объяснения древних геологических явлений.

После положительного доказательства, что земля имеет собственное тело, не зависящее от тепла, сообщаемого солнцем, и которое, судя по его быстрому приращению с глубиной, должно быть так сильно, что на незначительной глубине от семи до восьми лье, расплавляет все известные нам вещества, — представляются вопросы: как оно действует на земную поверхность? какое участие принимает оно в распределении температур по широтам и в явлениях жизни?

Меран, Бюффон и Бальи думали, что внутренне тепло имеет большое влияние на земные температуры; по их мнению, во Франции, выходит из земли летом в 29 раз, а зимой в 400 раз более тепла, нежели сколько получает она от солнца. Итак, упомянутые физики нагревание от солнца считали несравненно меньше нагревания от внутреннего тепла. Это учение изложено искусно и красноречиво — Мераном в «Записках академии наук», Бюффоном в «Эпохах натуры» и Бальи в «Письмах к Вольтеру о происхождении наук» и об «Атлантиде». Но остроумные романы исчезли как тень перед светильником математики.

Фурье, открыв, что избыток температуры земного шара перед температурой, возбуждаемой солнечными лучами, имеет необходимую и определенную связь с приращением тепла на различных глубинах, нашел возможным выразить числовую величину этого избытка по наблюдениям, и вместо огромных чисел, принятых Мераном, Бюффоном и Бальи, получил: упомянутый избыток не более тридцатой доли градуса.

Итак, поверхность земли, может быть, в начале раскаленная и в течение веков охлаждавшаяся, сохранила весьма слабые остатки первоначального тепла, скрывшегося внутри нее. Это внутреннее тепло может перемениться, но от того поверхность не потерпит больших перемен; следственно, для жизни животных и растений нет угрожающей будущности; земля и все на ней живущее не замерзнет, когда внутреннее тепло совсем уничтожится; покуда солнце действует на ее поверхность, до тех пор люди, во всех широтах от полюса до полюса, будут находить климаты, способные для жизни.

Вот истинно великие результаты. Внося их в летописи наук, историки не должны забыть, что геометр, доказавший существование внутри земли сильного тепла, не зависящего от тепла солнечного, уничтожил его влияние на температуры земной поверхности.

Освободив учение о климатах от великого заблуждения, поддерживаемого сильным авторитетом Мерана, Бюффона и Бальи, Фурье оказал науке другую услугу: он ввел в свою теорию до сих пор пренебрегаемое соображение о температуре небесного пространства, среди которого земля описывает свой годичный путь около солнца.

Под самым экватором некоторые горы покрыты вечным снегом, и наблюдения показали быстрое уменьшение температур в высоких слоях атмосферы: отсюда метеорологи заключили, что в самых высших ее странах, до которых человек не может достигнуть по редкости воздуха, и особенно за ее пределами должен быть невыразимый холод, измеряемый не сотнями, но тысячами градусов термометра. Но и здесь воображение вышло из границ: по строгому исследованию Фурье, сотни, тысячи градусов превратились в 50 или 60 град. ниже нуля. Вот температура, которую лучеобразность звезд поддерживает в пространстве, занимаемом планетами нашей солнечной системы.

Фурье дорожил этим результатом и был уверен, что от истинной температуры небесного пространства отличается он не более 8 или 10 градусами. Никто не знает, каким образом рассуждение, содержащее все элементы столь важного исследования, затерялось и не было найдено. Такая невозвратимая потеря на научит наблюдателей без отлагательства объявлять публике свои труды и не скрывать их под предлогом усовершенствования, потому что человеку невозможно достигать идеального совершенства.

Состояние физических наук позволило Фурье объясненные задачи довести до числовых результатов; но в его формулах содержится много других вопросов, которые могут быть кончены только с новым приращением наших физических знаний. Время не позволяет мне говорить о них. Я выведу из непростительного забвения только одну формулу, выражающую величину векового охлаждения земли, и в которую входит число веков, протекавших от начала этого охлаждения, т. е. спорный вопрос о древности земли привел Фурье к решению посредством термометра. Но, к сожалению, эта теория подлежит многим затруднениям и требует столь малых термометрических данных, что решение вопроса должно оставить для будущих веков.