Дар времени

Джеймс Геттон внес настолько важный вклад в наше понимание истории Земли, что его называют «отцом геологии». Но если продолжить это генеалогическое древо, то дедушкой геологии следует считать Роберта Гука, так как между его работой о «землетрясениях» и идеями Геттона можно проследить четкую связь. Именно это проделала Эллен Тан Дрейк в своей книге «Беспокойный гений» (Restless Genius).

Дрейк демонстрирует, что идеи Гука о происхождении и развитии Земли были широко известны в XVIII в. — кстати, более известны, чем сегодня. Одна из самых любопытных подробностей этой истории связана с немцем Рудольфом Эрихом Распе (1736–1794), которого сегодня помнят как автора рассказов о бароне Мюнхгаузене, хотя при жизни он был знаменитым, как бы мы сегодня сказали, геологом, причем настолько авторитетным, что в 1769 г. его избрали членом Лондонского королевского общества.

Это высокое звание он получил благодаря трактату «Введение в естественную историю земного шара» (Specimen historiæ naturalis globi terraquei), в котором изложил «дальнейшее подтверждение гипотезы Гука о Земле, о происхождении гор и окаменелых тел». Также Распе одним из первых понял, что базальтовые породы образовались из застывших потоков лавы. Он использовал любую возможность для продвижения своих (и Гука) идей, в частности перевел для Королевского общества отчеты нескольких натуралистов о путешествиях по Европе. Распе приукрасил их теориями Гука о причинах землетрясений и происхождении вулканов и, так же как его знаменитый персонаж, не стеснялся указывать себя в качестве автора большинства этих идей.

Еще одной важной книгой середины XVIII в. была «История и философия землетрясений, от самых давних времен до наших дней, составленная из сочинений лучших писателей, посвященных этому предмету» (The History and Philosophy of Earthquakes, from the Remotest to the Present Times, Collected from the best Writers on the Subject). Она была издана анонимно в 1757 г., но почти наверняка принадлежала перу английского астронома Джона Бевиса (1695–1771), открывшего в 1771 г. Крабовидную туманность. Эта книга была написана из-за всплеска всеобщей озабоченности после мощного землетрясения 1755 г., которое почти полностью разрушило Лиссабон и унесло десятки тысяч человеческих жизней. Почти треть книги (106 из 334 страниц) была посвящена изложению работ Гука, а на титульном листе даже была приведена его цитата.

Все это важно, потому что популяризатор работ Геттона Джон Плейфер писал, что Геттон «тщательно изучил почти все книги о путешествиях, из которых можно было узнать что-либо о естественной истории Земли». Среди этих книг наверняка были переводы Распе, и Геттон вряд ли мог пропустить книгу Бевиса, которая вышла, когда Геттону исполнился 31 год. Неизвестно, по какой причине, но в собственных сочинениях Геттона имя Гука не упоминается.

Геттон родился 3 июня 1726 г. в Эдинбурге. Его отец Уильям был успешным торговцем и занимал должность городского казначея, а также владел двумя фермами в графстве Бервикшир. Уильям умер, когда Джеймс был еще ребенком, так что мальчика воспитывала мать, и под ее влиянием он избрал карьеру юриста. Но, прослужив недолгое время помощником адвоката, Джеймс понял, что химия интересует его куда больше, чем юриспруденция. В возрасте 18 лет он стал ассистентом врача и начал посещать лекции по медицине в Эдинбургском университете, но не потому, что хотел стать доктором, а потому, что там он мог изучать химию. Затем он учился в Париже и Лейдене, где в сентябре 1749 г. получил степень доктора медицины, однако решил посвятить себя развитию доставшихся ему в наследство фермерских хозяйств, применяя передовые научные методы. Он путешествовал по Восточной Англии и Нидерландам, где изучал новейшие агрономические методы, после чего обосновался на одной из своих ферм и применял на практике то, что изучил в теории. Доставшаяся ему в наследство земля была каменистой и малопригодной для земледелия, и благодаря пытливому уму работа по ее мелиорации пробудила в нем интерес к геологии и метеорологии. Но благодаря своей увлеченности химией он стал больше чем просто богатым фермером, интересовавшимся геологией на любительском уровне.

Геттон вместе со своим другом и коллегой-химиком Джоном Дейви разработал метод получения нашатыря (хлорида аммония) из сажи. Этот химикат, который применялся во многих важных отраслях, в том числе в красильном и печатном деле (а также в качестве «нюхательной соли»), прежде был доступен только как встречающийся в природе минерал и стоил достаточно дорого, так как его везли с Ближнего Востока. Дейви усовершенствовал этот метод для применения в промышленном производстве, и они оба неплохо на нем заработали. В 1764 г. Геттон отправился в геологическую экспедицию по северу Шотландии вместе с Джорджем Максвеллом-Клерком, одним из прадедов Джеймса Клерка Максвелла, величайшего физика XIX столетия. В 1768 г., когда на его банковский счет стали поступать стабильные доходы от производства хлорида аммония, Геттон сдал ферму в аренду и переехал в Эдинбург, чтобы посвятить себя науке. Не прекращая интересоваться сельским хозяйством, к 42 годам Геттон оказался, по сути, полноценным ученым и ведущим деятелем шотландского Просвещения, подружившись с такими светилами науки, как Дэвид Юм, Адам Смит и Джозеф Блэк, и став (в 1793 г.) одним из основателей Эдинбургского королевского общества. Одним из его друзей был чуть менее видный математик Джон Плейфер (1748–1819), благодаря которому работы Геттона получили заслуженное признание.

Идеи Геттона о Земле были основаны на его личных наблюдениях за геологическими особенностями местности во время путешествий по Шотландии и другим местам (а также, разумеется, на информации из множества прочитанных им книг). Его самый волнующий вывод заключался в том, что не существует абсолютно никаких доказательств, что история Земли конечна, не говоря уже о том, что она ограничивается несколькими тысячами лет, как утверждали богословы. В 1788 г. он заявил, что «нет никаких следов начала и никакой перспективы конца» истории Земли. Другими словами, Земля всегда существовала примерно в том же состоянии, в котором она существует сегодня, и продолжит существовать в этом состоянии. Это утверждение было крайней формой учения, которое впоследствии получило название «униформизм», — идеи, что все особенности рельефа планеты в их нынешнем виде возникли в результате тех же естественных процессов, которые протекают в настоящем и продолжат без изменений протекать на протяжении неопределенного времени, а вовсе не в результате некой крупномасштабной катастрофы, которая потрясла Землю и породила все эти особенности разом.

По общепринятым меркам Геттон работал над своими идеями слишком долго, но он не спешил их обнародовать, потому что, как пишет Джон Плейфер, «он был одним из тех, кто наслаждается созерцанием истины гораздо больше, чем похвалой за ее открытие». Его «Теория Земли» была представлена Эдинбургскому королевскому обществу в двух частях в марте и апреле 1785 г. (незадолго до 59-летия автора) и издана в виде книги с изменениями и дополнениями в 1795 г. В книгу вошли материалы из других его научных статей и брошюр, и хорошим примером его образа мышления является фрагмент из диссертации «О системе Земли, ее возрасте и постоянстве» (Concerning the System of the Earth, its Duration and Stability), зачитанной им во время выступления перед Эдинбургским королевским обществом 4 июля 1785 г.:

Твердые участки современной суши, похоже, в целом были образованы из порождений моря и других материалов, подобных тем, что в наши дни находят на побережьях. Посему у нас есть причины заявить:

во-первых — что суша, на которой мы покоимся, не простая и изначальная, но что она составная и была образована под воздействием вторичных причин;

во-вторых — что до образования современной суши существовал мир, состоявший из моря и суши, где действовали приливы и течения, и на дне моря протекали такие же процессы, которые происходят сегодня;

и наконец — что, когда современная суша формировалась на дне океана, на бывшей тогда суше имелись растения и животные; по крайней мере в море обитали животные, как и в наши дни.

Следовательно, мы приходим к выводу, что большая часть нашей суши, если не вся она, была образована в результате процессов, естественных для всего земного шара; но для того, чтобы эта суша стала неизменной, противостоящей воздействию вод, требовались два условия:

во-первых — сплочение толщ, образованных посредством скоплений сыпучих или непрочных материалов;

во-вторых — подъем этих сплоченных толщ со дна моря, где они накапливались, до положения выше уровня моря, в каком положении они находятся и ныне.

Тут описана суша, которая постепенно разрушается эрозией, и образовывающийся материал опускается на морское дно, формируя осадочные слои, которые превращаются в горные породы под весом более верхних слоев, а потом поднимаются, чтобы в результате геологических процессов образовать новые участки суши, и все эти изменения повторяются снова и снова в бесконечном цикле. Этот цикл должен был быть бесконечным, чтобы соответствовать вере Геттона в то, что бог сотворил наш мир таким, чтобы он мог стать вечным домом для человека. Геттон также осознал, что осадконакопление — это только часть картины, когда обнаружил места, где гранитные слои определенным образом проникали в другие породы, указывая на то, что перед тем, как затвердеть, расправленный гранит затекал в зазоры. Но самые веские доказательства этих идей появились в ходе исследований Геттоном несогласного залегания пород, когда параллельные слои, которые изначально явно залегали горизонтально, были смещены в результате воздействия на них неких сил и располагались под углом, иногда почти вертикально. В некоторых вертикальных слоях просматривались следы ряби, что было явным признаком того, что они залегали под водой в горизонтальном положении. Геттон считал, что источником энергии, необходимой для смещения и деформации горных пород, было тепло, исходящее из недр Земли.

Модель Геттона противостояла более популярным в те времена представлениям о Великом потопе, после которого суша поднялась по мере отступления воды. Эта теория называлась «нептунизм». Теория Геттона, получившая название «плутонизм», поначалу не завоевала должного признания — отчасти потому, что она была изложена в книге объемом более 2000 страниц, написанной весьма путанным языком. Несмотря на сложность «Теории Земли», в ней содержатся некоторые ценные прозрения, демонстрирующие читателю масштабы мышления Геттона, который рассуждал не только о земной тверди, но и о жизни на планете. Убедитесь сами:

…если организованное тело не находится в положении и обстоятельствах, лучше всего приспособленных для его существования и размножения, то тогда, порождая бесконечное разнообразие среди представителей данного вида, мы должны быть уверены, что, с одной стороны, те из них, кто отклоняется от наилучшим образом приспособленного устройства, будут являться наиболее подверженными гибели, тогда как, с другой стороны, те организованные тела, которые наиболее приблизятся к наилучшему для данных обстоятельств устройству, будут лучше всего приспособлены для выживания, сохраняя себя и приумножая численность своей расы.

Важно отметить, что здесь он пишет не о происхождении видов, а о том, как разновидности существующих видов приспосабливаются к своей среде обитания. К этому пониманию Геттон пришел благодаря приобретенному на ферме опыту разведения растений и животных (искусственному отбору), однако он считал, что существование таких естественных механизмов было делом рук благонамеренного бога.

Геттон умер в 1797 г., но его идеи продолжил популяризировать его близкий друг Джон Плейфер. В 1802 г. он опубликовал свою книгу «Иллюстрации к геттоновской теории о Земле» (Illustrations of the Huttonian Theory of the Earth), которая отчасти являлась ответом на критику работ Геттона со стороны нептунистов. Она была написана гораздо более доступным языком, чем книга Геттона, и удостоилась внимания более широкой аудитории. Именно благодаря Плейферу идея униформизма впервые получила широкую известность, хотя человеку, который впоследствии подвел под нее прочный научный фундамент и подарил Чарльзу Дарвину заветный «дар времени», на момент публикации книги Плейфера не было еще и пяти лет.

К тому времени основы будущей геологической науки уже были заложены геодезистом и инженером-каналостроителем Уильямом Смитом, который родился в деревушке Черчилль в графстве Оксфордшир в 1769 г. В 1790-х гг. Смит работал в Сомерсетшире на компанию, занимавшуюся сооружением каналов для транспортировки угля, где в перечень его обязанностей входило инспектирование угольных шахт. Он заинтересовался тем, как в шахтах обнажались разные слои горных пород, и пришел к выводу не только о том, что эти слои расположены в определенном порядке, но и о том, что их можно различать по содержащимся в них окаменелостям. Очевидно, более древние породы залегают под более молодыми, но во время работ по прокладыванию каналов была выявлена не только эта закономерность, но и то, что толщи пород были расположены под определенным углом и что из-за эрозии в некоторых местах близко к поверхности залегали древние породы, а совсем неподалеку — молодые. В 1799 г. Смит составил геологическую карту окрестностей города Бат, а в течение следующих 15 лет расширял свои познания о геологии Англии и Уэльса, работая над собственными проектами и инспектируя строительные работы в составе различных комиссий. Плодом его трудов стала первая геологическая карта Британии (она включала и часть Шотландии), которая была опубликована в 1815 г. Она стала первой подробной геологической картой в мире, охватившей такую обширную территорию, и в итоге оказала большое влияние на развитие науки. К сожалению, коммерческие проекты Смита, в том числе его инвестиции в карьер по добыче батского камня (известняка), не увенчались успехом, и в 1819 г. ему пришлось провести какое-то время в лондонской долговой тюрьме. После освобождения он сводил концы с концами, работая землемером, пока в 1824 г. не был назначен управляющим имением сэра Джона Джонстона в Йоркшире. В 1831 г. Лондонское геологическое общество наградило его своим высшим знаком отличия — медалью Волластона, а в 1835 г. Тринити-колледж в Дублине удостоил его почетной ученой степени. Умер он в 1839 г.

Хотя геологическая карта Смита не сразу привлекла внимание научного сообщества, еще до ее публикации идея Смита использовать окаменелости для определения геологических слоев уже была известна в кругу геологов-первопроходцев, среди которых был и Уильям Бакленд. Он родился в 1784 г., с 1813 г. читал в Оксфордском университете лекции по минералогии, а с 1818 г. — по геологии. Летом 1817 г. его лекции заразили энтузиазмом молодого человека по имени Чарльз Лайель, недавно заинтересовавшегося геологией — к большому неудовольствию его отца, который отправил сына в Оксфорд изучать классические дисциплины и планировал, что тот сделает карьеру юриста.

Отец Лайеля, которого тоже звали Чарльз, в свое время выучился на адвоката, но в возрасте 26 лет унаследовал земли в Шотландии и загородный дом в Киннорди, так что ему больше было не нужно заниматься адвокатской практикой. Он женился в 1796 г., в год смерти своего отца, и 14 ноября 1797 г., в год смерти Геттона, в имении Киннорди на свет появился «наш» Чарльз Лайель. Вскоре семья переехала в другое имение неподалеку от Саутгемптона, где младший Чарльз рос в компании двух братьев и семи сестер. Окончив малоизвестную частную школу, в 1816 г. Чарльз поступил в Эксетерский колледж в Оксфорде и, казалось, должен был пойти по стопам отца, в итоге став юристом и землевладельцем. Но в том же году в библиотеке отца он наткнулся на книгу, которая его очень впечатлила. Это был труд Роберта Бейквелла «Введение в геологию» (An Introduction to Geology), и он познакомил его с униформизмом Геттона. Затем Лайель прочитал книгу Плейфера и начал посещать лекции Бакленда в Оксфорде. До этого он никогда даже не слышал о геологии. Хотя он продолжил изучать классические дисциплины, окончил колледж в 1819 г. и в 1821 г. получил степень магистра гуманитарных наук, он стал увлеченным геологом-любителем и членом Геологического общества, для чего было достаточно просто быть джентльменом и платить членские взносы. В 1818 г. его отец организовал для семьи большое путешествие по Европе, во время которого Чарльз смог не только своими глазами увидеть разнообразные типы рельефа, но и познакомиться с коллекцией ископаемых образцов, собранной Жоржем Кювье в парижском Музее естественной истории. Забавно, что сам Кювье (о котором пойдет речь в следующей главе) в то время находился в Англии. В 1821 г. в городе Льюисе, графство Сассекс, Лайель встретился с ведущим палеонтологом Гидеоном Мантеллом. Затем он было продолжил изучение права в Лондоне, которое начал годом ранее, но тут у него начались проблемы со зрением и сильные головные боли. Они усугублялись из-за необходимости часами корпеть над рукописными документами в плохо освещенных помещениях. Хотя Лайель никогда не принимал формального решения оставить юриспруденцию и в мае 1822 г. стал барристером, он никогда всерьез не занимался адвокатской практикой. К 1823 г., когда ему представилась возможность съездить в Париж и встретиться с Кювье, он фактически уже был геологом.

Этот факт подтверждается тем, что с 1823 г. он работал секретарем Геологического общества, затем стал его секретарем по иностранным делам, и в конечном счете — его президентом. В 1825 г. его сосекретарем стал его ровесник Джордж Скруп, который к тому времени уже внес значительный вклад в геологию и писал книгу «Рассуждения о вулканах» (Considerations on Volcanoes), основанную на данных, полученных им в ходе исследований активных и потухших вулканов во время экспедиций по Франции и Италии. Они стали верными друзьями, и вскоре Лайель тоже решил отправиться в большую геологическую экспедицию, намереваясь написать собственную книгу.

Скруп родился 10 марта 1797 г. и до 1821 г. носил имя Джордж Томсон, но сменил фамилию, когда женился на Эмме Скруп, богатой наследнице и дочери последнего графа Уилтшира. Мы будем называть его просто Скрупом. Его отец Джон Томсон был богатым торговцем, чья фирма вела дела с Россией, но о ранних годах жизни Джорджа нам почти ничего не известно. После окончания школы Хэрроу в 1815 г. Джордж поступил в Пембрук-колледж в Оксфорде, но быстро понял, что Оксфорд не лучшее место для изучения естественных наук, и в 1816 г. перешел в колледж Святого Иоанна в Кембридже, который окончил в 1821 г. Одним из его преподавателей в Кембридже был профессор геологии Адам Седжвик, который впоследствии оказал большое влияние на Чарльза Дарвина. Переход из Оксфорда в Кембридж указывает на то, что Скруп не был одним из тех многочисленных праздных молодых джентльменов, которые рассматривали свое пребывание в университете как некую общественную условность. Но он все-таки являлся в некотором роде благородным джентльменом (его отец утверждал, что у семьи аристократические корни, хотя свое состояние он заработал на торговле) и происходил из достаточно богатой семьи, чтобы еще до женитьбы (будучи студентом) позволить себе поездку в Неаполь зимой 1816–17 гг. Там его заинтриговал Везувий, и он вернулся в 1818 г., чтобы изучить вулкан более подробно. Год спустя он посетил вулкан Этна, а в год окончания учебы и женитьбы отправился изучать потухшие вулканы центральной Франции.

Вулканическое происхождение этих гор было открыто в 1750-х гг. французом Жан-Этьеном Геттаром, который обратил внимание на их типичную конусовидную форму, хотя на протяжении всей задокументированной истории в этом регионе не наблюдалось никакой вулканической активности. В 1760-х гг. соотечественник Геттара Николя Демаре составил карту базальтовых пород вокруг Центрального массива на юге Франции и продемонстрировал, что их расположение напоминает потоки лавы. Именно Скруп объединил эти идеи с собственными наблюдениями и систематизировал данные, чтобы объяснить, как сочетание вулканической активности и эрозии привело к формированию такого ландшафта.

В 1822 г. он стал свидетелем мощного извержения Везувия. Плодом его исследований стала книга «Рассуждения о вулканах», изданная в 1825 г., и в 1826 г. он был избран членом Королевского общества. В книге Скрупа содержалось первое структурированное обсуждение вулканов, а также предлагалась первая модель их устройства и роли вулканов в геологической истории Земли. Но в то время эта книга вызвала негативную реакцию, и одним из немногих, кто отозвался о ней с похвалой, был Чарльз Лайель в своей статье для журнала Quarterly Review за 1827 г. (что интересно, это было его первое опубликованное сочинение). Проблема заключалась в том, что модель Скрупа опровергала распространенное в то время учение нептунизма, которое популяризировал немецкий геолог Абраам Вернер, отчего нептунизм иногда еще называют «модель Вернера». По мнению нептунистов, ранняя Земля была покрыта горячим океаном, насыщенным взвесью веществ, которые постепенно осели на дно и сформировали слои горных пород, после чего вода остыла и уменьшилась в объеме, обнажив континенты в их современном виде. Скруп понимал, что вулканы активно влияют на формирование суши в таких местах, как Этна, где горячее вещество, поднимавшееся из недр Земли, образовывало новые горные породы. Это были те же породы, что и в центральной Франции. Было абсолютно невозможно допустить, что такие базальты образовались в ходе описанного Вернером осадконакопления, как и то, что вулканические кратеры и связанные с ними геологические образования могли возникнуть вследствие «проседания земной коры», как утверждали последователи немца. Скруп предположил, что структуры, которые он изучал во Франции, образовались в результате повторяющихся извержений потоков лавы во время вспышек вулканической активности, тогда как в длительные периоды затишья под воздействием эрозии в массивах пород появлялись ложбины. Он не проводил точных расчетов, но было очевидно, что этот процесс протекал на протяжении долгого времени. После того как в 1827 г. Скруп опубликовал свою книгу «Геология и потухшие вулканы Центральной Франции» (Geology and Extinct Volcanoes of Central France), Лайель организовал собственную экспедицию, чтобы собрать новые доказательства и закрыть этот вопрос раз и навсегда. По ее результатам Лайель и написал свой величайший труд, свой подарок Чарльзу Дарвину.

Прежде чем продолжить нашу историю, давайте посмотрим, как сложилась карьера Скрупа. Хотя он оставался активным членом Геологического общества, особенно деятельно продвигая работы своего друга Лайеля, Скруп все больше склонялся к карьере политика и социального реформатора, сначала в местных органах власти, а с 1833 по 1868 г. — в качестве депутата парламента. Он написал много научных статей по геологии и в 1867 г. был награжден медалью Волластона, но основная часть его брошюр и книг были посвящены политэкономии. После смерти жены в 1867 г. семидесятилетний Скруп женился во второй раз на двадцатишестилетней Маргарет Сэвидж. Он умер 19 января 1876 г., через несколько месяцев после Чарльза Лайеля. В его некрологе в журнале Лондонского королевского общества Proceedings of the Royal Society было написано, что Скруп и Лайель превратили геологию «из области беспочвенных рассуждений в обобщающую конкретные данные науку». И если Скруп был инициатором этой трансформации, то Лайель был ее движущей силой.

К старту своей европейской экспедиции 1828 г. Лайель уже имел устойчивую репутацию писателя и с самого начала намеревался использовать эту возможность не только для сбора научных данных, но и для написания общедоступной книги по геологии, которая, как он надеялся, развенчала бы модель Вернера. Он отбыл из Англии в мае 1828 г., доехал до Парижа, где встретился со своим коллегой, шотландским геологом Родериком Мэрчисоном, и они вдвоем отправились через Овернь вдоль южного побережья Франции в Италию. К началу сентября они добрались до Падуи. Затем Мэрчисон вернулся в Англию, а Лайель отправился на Сицилию, в ближайший регион, где наблюдалась вулканическая и сейсмическая активность. В ходе полевых исследований он собрал данные, которые убедили его — и в конечном итоге и все сообщество геологов — в том, что особенности рельефа современной Земли были действительно сформированы теми же процессами, которые протекают и сегодня, и эти процессы шли на протяжении очень долгого времени. Лайелю уже было известно, что в Центральном массиве палеонтологи обнаружили ископаемые остатки в породах, которые когда-то явно являлись речными отложениями, а теперь залегали выше уровня речных долин, но под слоем базальта. В одной из точек на склоне вулкана Этна между слоями застывшей лавы он обнаружил слой со следами рельефа морского дна, который располагался на высоте более 210 м над уровнем моря. В отличие от большинства своих предшественников, Лайель попытался определить, сколько времени могло потребоваться на образование таких отложений, и писал:

Вот очень убедительное свидетельство продолжительности временных интервалов, которые иногда разделяли истечение отдельных лавовых потоков. Слой [окаменелых] устриц, весьма схожих с видом, обычно употребляемым нами в пищу, толщиной не менее двадцати футов [6 м], покоится на толще базальтовой лавы; поверх слоя с устрицами располагается второй слой лавы вместе с туфом или пеперином.

…Невозможно не прийти к высочайшей оценке древности этой горы, если учесть то, что ее основание составляет около девяноста миль [145 км] в окружности; для чего потребовалось бы девяносто потоков лавы, каждый шириной в милю [1,6 км] у своего конца, чтобы поднять современное подножие вулкана на высоту, равную средней толщине одного лавового потока.

…Судя по всему, ничто в нижней части долины Валле-дель-Бове не указывает на то, что потоки лавы далекого прошлого имели объем больший, чем в нынешние времена; и есть множество доказательств тому, что бесчисленные слои твердых пород и вулканических шлаков накапливались в прошлом, как и ныне, один за другим. Следовательно, на основании изложенного выше мы можем заключить, что для образования массы толщиной восемь или девять тысяч футов [2,1–2,4 км], должно быть, потребовалась огромная череда веков, предшествовавших известным историческим периодам; и тем не менее все это следует рассматривать как произошедшее на последнем отрезке относительно недавней плейстоценовой эпохи. Таков, по крайней мере, вывод, который мы делаем из уже изложенных геологических данных, которые указывают на то, что самые старые части горы, если не относятся к периоду, последовавшему после образования морских пород, которые можно наблюдать вокруг ее основания, то как минимум образовались с ними в одно время.

Выделение сделано самим Лайелем. Как свидетельствует этот отрывок, Лайель понял, что даже гора вулканического происхождения вроде Этны постепенно увеличивалась в размерах в результате повторяющихся извержений, а не возникла в результате одного мощного катаклизма, как утверждали сторонники катастрофизма. Этот фрагмент из его книги «Основные начала геологии» (Principles of Geology) также демонстрирует не только его скрупулезное внимание к научным деталям, но и доступный стиль изложения, что в совокупности обеспечило книге огромный успех. Мысль, которую он хотел донести, была понятна читателям: Этна образовалась очень давно по человеческим меркам, однако она покоится на очень молодых по геологическим меркам горных породах, и потому сама Земля должна быть чрезвычайно древней.

Вклад Лайеля в геологию хорошо известен. Менее известно, что он также размышлял о возникновении одних видов из других и задумывался о том, что могло бы произойти, если бы «климат самого высокорасположенного участка лесистой зоны Этны был перенесен на побережье у подножия горы»:

…ни один ботаник не ожидал бы, что оливы, лимонные деревья и опунции смогли бы соперничать с дубом и каштаном, которые начали бы опускаться на нижележащий уровень, или что последние смогли бы устоять против сосны, которая также в течение нескольких лет начала бы занимать нижний уровень.

Лайель рассматривал это как аргумент против переходов между видами, споря с идеями Жан-Батиста Ламарка. Вместо того чтобы превращаться в новые виды, оливы, лимонные деревья и опунции были бы вытеснены видами-захватчиками, уже приспособившимися к новому климату, аналогично тому как — Лайель приводит актуальный для своего времени пример — коренные жители Северной Америки были обречены быть вытесненными европейцами, так что однажды «память об этих племенах сохранится лишь в поэзии и преданиях». Однако любопытно, что Лайель видит тут «смутный образ неизбежной обреченности вида, менее приспособленного к борьбе с каким-либо новым обстоятельством». Приспособленность, в этом смысле, и борьба за выживание в новых условиях, как известно, стали краеугольными камнями теории Чарльза Дарвина. Но Лайель соглашался, что виды вымирали и замещались другими видами, хотя он, судя по всему, склонялся к мысли, что это происходило по воле «постоянно вовлеченного» бога:

Каждый вид мог произойти от единственной пары или от индивидуальной особи, если одной особи было достаточно, и виды могли быть сотворены последовательно в такие времена и в таких местах, которые позволяли им размножаться, существовать в течение назначенного срока и занимать назначенное им место на земном шаре.

Лайель точно предполагал, что виды могли вымирать из-за конкуренции за ресурсы, например за пищу, но новые виды «занимали их место в силу причин, которые практически недоступны нашему пониманию».

Книга Лайеля явилась грандиозным трудом, который суммировал исследования геологов со всей Европы, чтобы дать читателю исчерпывающие сведения о предмете. Он также обсуждал содержание книги, особенно первого тома, со своим другом Скрупом. Название «Основные начала геологии» было сознательной отсылкой к книге Исаака Ньютона «Математические начала натуральной философии», что свидетельствует об амбициозности задач Лайеля. Первый том был опубликован в июле 1830 г. Джоном Мюрреем, издателем журнала Quarterly Review, для которого Лайель много писал. Подзаголовок звучал не менее амбициозно, чем название: «Попытка объяснить прошлые изменения поверхности Земли, ссылаясь на причины, действующие в настоящем». Этой фразой Лайель решительно давал понять, что встал под знамена униформизма — как будто кто-то в этом сомневался.

Хотя книга мгновенно завоевала популярность, выхода второго тома нетерпеливым читателям пришлось подождать. Помимо того что он был занят полевыми исследованиями в Испании, в 1831 г. Лайель был назначен заведующим кафедрой геологии в лондонском Королевском колледже. Эта работа отнимала почти все его время, и второй том «Основных начал геологии» вышел только в январе 1832 г. — в том же году, когда Лайель женился на дочери геолога Мэри Хорнер, которая всецело разделяла его интересы: медовый месяц они провели в геологической экспедиции по Швейцарии и Италии. Преподавательская карьера Лайеля в Королевском колледже складывалась успешно, и он даже прочитал цикл популярных лекций, на которые пускали женщин, что было очень необычно для того времени. Но он получал от отца небольшое содержание, да и приданое Мэри тоже давало скромный доход. Благодаря гонорарам за книги и другие публикации к 1833 г. Лайель обрел финансовую независимость и после выхода третьего тома своего эпического труда уволился из колледжа, чтобы сосредоточиться на написании книг и научной деятельности. Вероятно, он был первым в истории профессиональным автором книг о науке, в том смысле что у него не было других источников дохода.

Книгами, на которых сосредоточился Лайель, были главным образом три тома «Основных начал», которые претерпели множество правок и редакций. Последнее, двенадцатое издание вышло вскоре после его смерти в 1875 г., и он работал над ним до последнего дня. Другой важной работой Лайеля был однотомник «Руководство к геологии» (Elements of Geology), задуманный в качестве справочника для студентов и исследователей. Изначально он был издан в 1838 г. (хотя Лайель, оставаясь Лайелем, постоянно его дорабатывал, чтобы тот соответствовал новейшим данным) и считается первым современным учебником по геологии. Усилия Лайеля не остались незамеченными: в 1848 г. его посвятили в рыцари, в 1864 г. он стал баронетом (по сути, потомственным рыцарем), а теперь его именем названы кратеры на Луне и на Марсе.

Последняя часть жизни Лайеля не имеет прямого отношения к нашей теме, за исключением его отношений с Чарльзом Дарвином, но о ней стоит упомянуть, чтобы продемонстрировать, как менялся мир в XIX в. В 1841 г. Лайель отправился на пароходе в Северную Америку, где стал свидетелем мощи «действующих в настоящем причин» у Ниагарского водопада и собрал новые доказательства древнего возраста Земли. Он много путешествовал по железной дороге и читал публичные лекции, увеличивая продажи своих книг и свои доходы. Лайель еще трижды побывал в Северной Америке, добираясь туда с такой легкостью, о которой нельзя было и мечтать еще полвека назад. Чего уж там, он путешествовал в гораздо лучших условиях, чем начинающий геолог, который взял с собой в кругосветное плавание первый том «Основных начал геологии» всего десятью годами ранее.

Этот молодой человек, Чарльз Дарвин, был последователем Лайеля и в начале карьеры сделал себе имя в науке благодаря геологическим исследованиям, проведенным во время экспедиции на корабле «Бигль», капитаном которого был Роберт Фицрой. Фицрой был выходцем из аристократической семьи и потомком одного из признанных внебрачных сыновей Карла II, которому король даровал титул герцога Графтонского. Роберт, родившийся в 1805 г., был младшим сыном лорда Чарльза Фицроя и не мог рассчитывать на значительное (в понимании его круга) наследство, так что в возрасте 12 лет его отправили учиться в Королевское военно-морское училище в Портсмуте, чтобы он смог обеспечивать себя сам, служа во флоте. Он добился в этом таких успехов, что к 1828 г. уже был лейтенантом и флаг-адъютантом адмирала сэра Роберта Отуэя на корабле «Ганг» в водах Южной Америки. Когда капитан исследовательского судна «Бигль» покончил жизнь самоубийством, измученный тяготами службы и так называемым «одиночеством власти», Фицроя повысили до звания коммандера и назначили его преемником. Будучи всего лишь коммандером, отныне он носил почетное звание капитана.

Фицрой завершил обследование побережья, начатое его предшественником, и осенью 1830 г. вернулся в Англию. Корабль был настолько потрепан, что нуждался в капитальном ремонте, и ближайшее будущее Фицроя было неопределенным. Но вскоре было решено продолжить изучение Южной Америки: Фицрой на отремонтированном «Бигле» должен был отплыть к восточному побережью континента, обогнуть Огненную Землю, пройти вдоль западного побережья и вернуться в Англию через Тихий океан. Экспедиция должна была начаться в конце 1831 г., когда Фицрою было всего 26 лет. Уже испытав на себе тяготы одиночества власти и не желая повторить судьбу своего предшественника (дядя Фицроя тоже покончил с собой во время депрессивного эпизода), Фицрой решил взять с собой в плавание компаньона, который бы соответствовал его социальному и интеллектуальному уровню, разделял бы его интерес к миру природы и в чьем обществе он был бы не связан жесткими требованиями флотской дисциплины. Фицрой обсудил эту идею с гидрографом адмиралтейства капитаном Фрэнсисом Бофортом, который руководил всеми работами по обследованию океанов. Летом 1831 г. Бофорт рассказал об этом своему другу Джорджу Пикоку, профессору математики из Тринити-колледжа в Кембридже, который находился в Лондоне в отпуске. Пикок предложил поучаствовать в экспедиции своему кембриджскому коллеге натуралисту Джону Генслоу. Но Генслоу было уже 35 лет, он недавно женился, и у него как раз родился ребенок, поэтому он решил, что это предложение запоздало на десять лет, и рассказал об этом Леонарду Дженинсу, молодому перспективному кембриджскому ученому. Но и Дженинс отказался, потому что недавно получил место священника в деревне Боттишем в Кембриджшире. Срок отплытия «Бигля» неумолимо приближался, и 24 августа Генслоу в письме одному из ровесников Дженинса, Чарльзу Дарвину, описал это предложение в таких выражениях, что молодой человек вряд ли мог отказаться:

Я надеюсь увидеть вас в ближайшее время, с уверенностью ожидая, что вы охотно примете предложение, которое, весьма вероятно, будет сделано вам, отправиться в путешествие к Огненной Земле с возвращением домой через Ост-Индию. Ко мне обратился Пикок, который прочтет это письмо и перешлет его вам из Лондона, попросив меня порекомендовать ему натуралиста в качестве компаньона для капитана Фицроя, нанятого правительством для обследования южной оконечности Америки. Я заверил его, что считаю вас наиболее компетентным человеком из всех, кого я знаю, кто может согласиться принять участие в таком предприятии, — я утверждаю это не потому, что вы являетесь полностью состоявшимся натуралистом, но потому, что вы вполне компетентны для сбора образцов, наблюдений и описания всего, что достойно описания в естествознании. Пикок волен распоряжаться этим местом, и если он не сумеет найти человека, готового его занять, то эта возможность скорее всего будет упущена. Капитану Ф. (насколько я понимаю) такой человек нужен больше в качестве компаньона, чем просто собирателя образцов, и он не возьмет на борт даже хорошего натуралиста, если его не отрекомендовали ему в качестве джентльмена.

Так кем же был тот молодой человек, который получил это письмо 29 августа 1831 г. по возвращении домой из геологической экспедиции?

Дарвин родился в графстве Шропшир 12 февраля 1809 г. и был сыном врача Роберта Дарвина (а также внуком другого врача, Эразма Дарвина). Он был пятым из шести детей: у него были три старшие сестры, одна младшая и брат Эразм, который был старше его на четыре года. В 1817 г. умерла их мать, и, хотя две старшие сестры Марианна и Кэролайн смогли взять на себя управление домом (при наличии нескольких слуг), Роберт впал в депрессию и с головой погрузился в работу, пытаясь забыть о потере. К тому времени Чарльз уже ходил в местную дневную школу, а в 1818 г. отец перевел его в школу-пансион в Шрусбери, где уже учился его брат. Перемены в семье очень сблизили братьев. В 1822 г. Эразм уехал из Шрусбери в Кембридж изучать медицину, но лекции ему быстро наскучили, и он стал вести разгульный образ жизни. Когда Чарльзу разрешили навестить брата летом 1823 г., он вкусил все прелести жизни богатого студента, включавшей в себя не только пьянство, но и новомодное увлечение — вдыхание веселящего газа. По возвращении в школу Чарльз забросил учебу, увлекся охотой (особенно на птиц) и в основном бездельничал. По этой причине в 1825 г. Роберт забрал сына из школы и сделал его своим ассистентом при приеме больных. Чарльз ответственно относился к новым обязанностям и проявил явный интерес к медицине, так что впечатленный этим Роберт решил отправить сына в Эдинбургский университет учиться на врача. Эразм, который каким-то чудом сумел окончить трехлетний курс обучения в Кембридже, тоже находился в Эдинбурге на годовой стажировке в больнице, и Роберт надеялся, что старший брат будет приглядывать за Чарльзом. Молодые люди весело проводили время и прилагали минимум усилий к формальной учебе, но уделяли много внимания своим неподдельным научным интересам, в том числе собирая образцы на побережье и вдали от моря.

Эразм снова с большим трудом сумел окончить курс обучения. Но все шансы на то, что Чарльз станет врачом, испарились, когда он посетил две хирургические операции, одна из которых проводилась на ребенке. Обезболивающих в те времена не было, и образ кричащего ребенка остался с ним на всю оставшуюся жизнь. В своей «Автобиографии» он писал:

Я сбежал, не дождавшись окончания. Больше я уже никогда не ходил на операции, и вряд ли нашлась бы приманка столь притягательная, чтобы можно было с ее помощью заставить меня сделать это; то было задолго до благословенных дней хлороформа. В течение очень многих лет эти две операции буквально преследовали меня.

Не в силах признаться в своем отношении отцу, после отъезда Эразма в октябре 1826 г. Чарльз вернулся в Эдинбург, чтобы якобы продолжить обучение медицине. Но на самом деле он посещал лекции по естественной истории и геологии, попав под сильное влияние Роберта Гранта, шотландского анатома и специалиста по морской фауне. Наконец, в августе 1827 г. ему пришлось вступить в неизбежный конфликт с отцом и признаться, что он не собирается дальше изучать медицину и становиться врачом. Для непутевого младшего сына из респектабельной семьи, не проявлявшего склонности к военной службе, оставался только один вариант. Было решено, что Чарльз поступит в колледж Христа в Кембридже, будет изучать классические дисциплины и станет приходским священником.

Для интересовавшегося естествознанием молодого человека это было не такой уж плохой перспективой. Многие сельские священники были натуралистами-любителями — их ярким представителем был Гилберт Уайт из Селборна, — и Дарвин вполне мог пойти по их стопам. В Кембридже Дарвин (разумеется, пренебрегая официальными занятиями) увлекся трудами ботаника Джона Генслоу и геолога Адама Седжвика. Ему пришлось отчаянно зубрить запущенные дисциплины в самый последний момент, но в 1831 г. Дарвин успешно окончил колледж. Затем он отправился в геологическую экспедицию по Уэльсу, которую наверняка считал последним глотком свободы перед тем, как начать размеренную жизнь сельского священника. Но именно по возвращении из этой экспедиции он получил письмо от Пикока с известием о предложении Фицроя. Можно представить, с каким энтузиазмом Дарвин ухватился за эту возможность, и несмотря на то, что поначалу ему пришлось уговаривать отца отпустить его в это, по мнению последнего, безрассудное путешествие, в конце концов все было улажено, и 27 декабря 1831 г. Дарвин, которому еще не исполнилось и 23 лет, отплыл от берегов Англии на борту ведомого Фицроем «Бигля». С собой он вез тщательно подобранную библиотеку: на корабле было 245 книг, и среди них — первый том «Основных начал геологии» Лайеля, который ему вручил Фицрой в качестве приветственного подарка. Генслоу советовал Дарвину прочитать эту книгу, но «ни в коем случае не соглашаться с изложенными в ней взглядами». Однако собственные наблюдения Дарвина вскоре убедили его в том, что взгляды Лайеля были верными.

Доказательства этого он обнаружил уже во время первой стоянки «Бигля» — у острова Сантьягу в архипелаге Зеленого Мыса. Внимание Дарвина привлекла полоса белой породы, которая находилась на высоте 9 метров над уровнем моря и явно состояла из остатков кораллов, раздавленных и спрессованных под тяжестью вышележащих слоев. Но такие породы образуются только под водой. Как Дарвин позже написал в своей «Автобиографии», «некогда поток лавы разлился по дну моря, покрытому мелко искрошенными современными раковинами и кораллами, которые спеклись в твердую белую породу». Означало ли это, что в прошлом уровень моря был как минимум на 9 метров выше, чем сегодня? Или это остров поднялся? Факты подсказывали находившемуся под влиянием Лайеля Дарвину, что остров действительно поднялся из воды; но, так как признаки катаклизма полностью отсутствовали, это должно было означать, что подъем происходил постепенно на протяжении очень длительного времени.

Пока Фицрой и экипаж «Бигля» месяцами осуществляли трудоемкую топографическую съемку южноамериканского побережья, Дарвин проводил бо́льшую часть времени не на корабле, а на суше, занимаясь ботаническими и геологическими наблюдениями, а также сбором образцов, которые он отправлял Генслоу в Кембридж. Среди первой партии были окаменелые кости ранее неизвестного науке огромного млекопитающего. Эти остатки древнего животного, принадлежавшие, как было установлено впоследствии, гигантскому ленивцу, произвели сенсацию среди коллег Генслоу, и в 1834 г. он продемонстрировал их во время ежегодного собрания Британской ассоциации содействия развитию науки. Таким образом, первую известность в научных кругах Чарльз Дарвин приобрел в качестве геолога и палеонтолога.

Куда бы он ни направился, Дарвин везде находил доказательства подъема геологических слоев. К 1835 г., когда «Бигль» обследовал западное побережье Южной Америки, Дарвин начал задаваться вопросом о том, могли ли даже могучие Анды образоваться таким образом. 20 февраля того же года он сам стал свидетелем подобного подъема. Дарвин находился на берегу во время мощного землетрясения, которое разрушило город Вальдивию и его окрестности, а после обнаружил погибшие колонии свежих мидий, которые лежали примерно на метр выше верхней границы прилива. Именно на столько поднялась суша после этого землетрясения. В результате повторяющихся землетрясений такого рода, происходивших на протяжении достаточно длительного времени, Анды действительно могли подняться до их нынешней высоты. Это также подтвердилось в ходе экспедиций Дарвина в горы. Он обнаружил ископаемые остатки рыб намного выше уровня моря, окаменелые леса выше верхней границы лесной зоны и беспорядочные геологические слои, свидетельствовавшие о воздействии на них некой мощной силы.

Но у этой медали была и обратная сторона. Если Анды поднимаются, то тогда, если Лайель прав, в других местах суша должна опускаться. Еще до того, как «Бигль» пошел на запад через Тихий океан, Дарвин уже знал о существовании коралловых островов, окруженных более или менее кольцеобразными коралловыми рифами, и коралловых атоллов, у которых был только кольцевой риф и не было центрального острова. Кораллы растут только на теплом мелководье в условиях обилия солнечного света. До Дарвина было распространено мнение (с которым соглашался даже Лайель), что рифы возникают вокруг недавно образовавшихся островов, в местах, где вулканы поднимаются из моря. Но Дарвин понял, что все происходит с точностью до наоборот. На самом деле кораллы отмечали края островов, которые постепенно погружаются в море, оставляя на поверхности лишь видимый коралловый барьер. Пересекая Тихий океан, Дарвин лично убедился в том, что обитающие у поверхности молодые кораллы вырастают на останках мертвых кораллов по мере их погружения в воду. Хотя сегодня мы знаем, что это не является результатом опускания всего Тихоокеанского бассейна, предложенная Дарвином версия строения коралловых островов, по сути, остается верной и тоже помогла ему получить признание в качестве геолога.

Генслоу настолько впечатлили эти исследования, что еще до возвращения Дарвина домой он издал некоторые из его писем с описанием научных находок в виде брошюры для ограниченного круга читателей. В ноябре 1835 г. Седжвик зачитал в Геологическом обществе отчет об открытиях Дарвина в Южной Америке, а по прибытии в Англию в октябре 1836 г. Дарвин почти сразу был избран его действительным членом (в Зоологическое общество он вступил только в 1839 г.). 4 января 1837 г. Дарвин выступил в Геологическом обществе с докладом, в котором представил доказательства постепенного подъема Южной Америки со скоростью примерно 2,5 см за столетие, а 17 февраля, спустя несколько дней после своего двадцативосьмилетия, был избран в президиум общества. Карьеру молодого геолога можно было считать состоявшейся.

Дарвин продолжил писать научные труды по геологии и в марте 1838 г. выступил с очередным докладом «О вулканических явлениях и поднятии горных цепей» в Геологическом обществе. Детально изложенные им доказательства того, что Анды действительно поднялись под влиянием тех же процессов, которые можно наблюдать (и ощущать!) в этом регионе и сегодня и которые протекали на протяжении огромного периода времени, спровоцировали бурную дискуссию, которая увенчалась консенсусом в его пользу. Именно после этого события Лайель написал:

Меня весьма поразила та разница в тоне, с которым все обсуждали мои постепенные причины… по сравнению с обсуждением четырехлетней давности, [когда о них отзывались] настолько насмешливо, насколько это позволяли нормы вежливости в моем присутствии.

Во многом благодаря исследованиям в Южной Америке 24 января 1839 г., незадолго до его тридцатилетия, Дарвина избрали членом Королевского общества. Краткое описание этих исследований содержалось в книге «Путешествие на корабле “Бигль”», изданной в мае того же года. Ее главная идея была понятна даже тем, кому не нравились авторские выводы. Один из рецензентов, намереваясь раскритиковать книгу, писал, что если Дарвин прав, то «должно было пройти не меньше миллиона лет» с тех пор, как «море омывало подножие Андских Кордильер». Но этот критик был в меньшинстве. В целом широкое признание научным сообществом концепции градуализма и древнего возраста Земли началось с дарвиновского объяснения того, что он увидел в Южной Америке. За одно только это достижение история науки могла бы увековечить его как выдающегося ученого.

К началу 1840-х гг. Дарвин зарекомендовал себя как авторитетный геолог, женился и поселился со своей растущей семьей в загородном доме возле деревни Даун в графстве Кент, где прожил всю оставшуюся жизнь. Однако он уже обдумывал идею эволюции. Впервые он заинтересовался этой темой, прочитав второй том «Основных начал геологии» Лайеля, который ему доставили в Южную Америку. В этом томе автор подробно изложил идеи Жан-Батиста Ламарка, но с целью не поддержать, а опровергнуть их. Благодаря этому Дарвин ознакомился с одной из версий идеи эволюции как раз в тот момент, когда сам изучал разнообразие живого мира и окаменелости, которые свидетельствовали о вымирании видов и замене их другими видами. Однако он не спешил обнародовать свои новые идеи, зная, что они вызовут бурную реакцию, особенно с учетом того факта, что их автором был геолог, никак пока не зарекомендовавший себя в области биологии.

Но, прежде чем рассказать о том, как геолог превратился в эволюционного биолога, давайте вернемся к истории о даре времени. Известная нам протяженность истории Земли превращает в мгновение ока даже миллион лет и обеспечивает более чем достаточно времени для функционирования механизмов эволюции.

Как раз тогда, когда собранные Лайелем и Дарвином доказательства склоняли геологов согласиться с тем, что история Земли в действительности очень продолжительна, физики начали вставлять им палки в колеса. В XIX в. термодинамика — наука о тепле и движении — развивалась параллельно с усовершенствованием паровых двигателей. Практическое использование паровых двигателей двигало вперед науку — развитие науки помогало совершенствовать паровые двигатели. К середине века выяснилось, что, хотя энергия способна преобразовываться из одной формы в другую (как в паровом двигателе, где тепловая энергия преобразуется в кинетическую энергию и приводит в движение машины), такие процессы не являются эффективными на 100% и энергия постепенно рассеивается обратно во Вселенную. Этот феномен формально описан тем, что известно как Второе начало термодинамики, а неформально — фразой «вещи изнашиваются». Неисчерпаемых источников энергии не существует. В 1840-х гг. несколько человек осознали, что это также касается Солнца, от которого зависит жизнь на поверхности Земли.

Двумя не признанными в то время первопроходцами в этой области были немецкий врач Юлиус фон Майер (1814–1878) и английский инженер и учитель Джон Уотерстон (он родился в 1811 г. и пропал при загадочных обстоятельствах в 1883 г.). Они оба самостоятельно пытались ответить на вопрос, за счет какого вещества продолжает светить Солнце, и независимо друг от друга предположили, что оно «питается» непрерывным потоком метеоров, падающих на его поверхность, преобразуя гравитационную энергию сначала в кинетическую энергию ускоряющихся метеоров, а затем в тепловую энергию в момент столкновения. Но их работы по большому счету остались незамеченными, так что примерно ту же идею выдвинули другой немец и другой британец, которые развили ее гораздо дальше.

Уильям Томсон (он же лорд Кельвин, 1824–1907) довел гипотезу о падении метеоров до логического завершения и связал ее с судьбой Земли. Если само существование Солнца является конечным, то тогда, как писал Томсон в 1852 г.,

определенное время назад Земля, должно быть, была и через определенное время, должно быть, снова будет непригодной для обитания человека в том виде, в котором он существует в настоящем, если только не были или не будут запущены процессы, невозможные согласно законам, которым подчиняются известные нам явления, протекающие в материальном мире в настоящее время.

Год спустя Томсон узнал о гипотезе Уотерстона о падении метеоров и решил рассчитать, сколько энергии может высвободиться в результате такого процесса и как долго она может поддерживать горение Солнца. Он быстро пришел к выводу, что метеоры не справятся с этой задачей, и обратил внимание на планеты. Он обнаружил, что даже если Солнце поглотит одну за другой все планеты Солнечной системы, то высвободившейся энергии хватит всего на несколько тысяч лет.

Примерно в то же время, в феврале 1854 г., немецкий физик Герман фон Гельмгольц (1821–1894) опубликовал свою первую статью, посвященную проблеме солнечной энергии, в которой выдвинул новую блестящую идею. Он предположил, что вся масса Солнца может обеспечивать гравитационную энергию, используемую для выделения тепла, которое заставляет его сиять. Если вся масса Солнца была рассеяна в виде скопления камней с поперечником больше, чем Солнечная система, и эти камни сближались и сталкивались друг с другом, преобразуя гравитационную энергию в тепло, то в результате образовался бы расплавленный огненный шар. В то время Гельмгольц не подсчитал, сколько тепла могло быть выделено в результате такого процесса, но это сделал Томсон, обнаружив, что выделится столько же энергии, сколько излучает Солнце за 10–20 млн лет. Но зачем одномоментно высвобождать всю эту энергию? Сначала Томсон отверг эту идею, но затем подошел к ней с обратной стороны. Если бы эта энергия каким-то образом могла высвобождаться постепенно, то Солнце могло бы светить на протяжении 10 или 20 млн лет. Прикинув, что умножить эти цифры на десять вполне допустимо, в марте 1862 г. Томсон заявил в статье для журнала Macmillan’s Magazine:

Поэтому в целом представляется весьма вероятным, что Солнце освещало Землю не сто миллионов лет и почти наверняка не пятьсот миллионов лет. Что же касается будущего, то мы можем с той же уверенностью сказать, что обитатели Земли не смогут наслаждаться светом и теплом, необходимыми для жизни, на протяжении еще многих миллионов лет, если только в великой сокровищнице творения для нас не заготовлены ресурсы, о которых мы еще не знаем.

Позже Томсон развил эту идею, придав ей окончательную форму. Если бы Солнце сжималось очень медленно, то оно бы до сих пор выделяло энергию, но понемногу, а не всю сразу. Звезда, подобная Солнцу, действительно может светить на протяжении 10 или 20 млн лет только за счет постепенного сжатия и преобразования гравитационной энергии в тепло. Сегодня астрономы знают, что именно это происходит со звездами в начале их жизни, и этот начальный период получил название «тепловое время», или «время Кельвина — Гельмгольца» (а в Германии — «время Гельмгольца — Кельвина»). Но даже ранней версии этой идеи было достаточно, чтобы у Дарвина возникли серьезные проблемы.

Чтобы продемонстрировать древний возраст Земли, основываясь на аргументах униформизма, Дарвин рассчитал, сколько времени должно было пройти, чтобы эрозия сформировала рельеф региона Уилд на юге Англии, проведя измерения, которые показали, что меловые скалы разрушаются со скоростью примерно 2,5 см за столетие. Это были лишь приблизительные расчеты, и возраст получился завышенным по сравнению с современными оценками, но разница была в пределах разумного. Томсон воспринял эту цифру практически с презрением:

Что же тогда мы должны думать о таких геологических подсчетах как триста миллионов лет, потребовавшихся для «эрозии Уилда»? Является ли более вероятным, что физическое состояние материи Солнца в 1000 раз больше, чем велят законы динамики, отличается от состояния материи в наших лабораториях; или что штормовое море, возможно при помощи узконаправленных приливов неистовой силы, дробит меловые скалы в 1000 раз быстрее, чем один дюйм в столетие, как подсчитал господин Дарвин?

Эта проблема мучила Дарвина всю оставшуюся жизнь и заставила его внести в свою теорию некоторые ненужные (и неразумные) поправки, в детали которых мы не будем вдаваться. Проблема солнечной энергии была в итоге решена уже после смерти Дарвина благодаря открытию радиоактивности, специальной теории относительности Эйнштейна, а также пониманию того, что Солнце черпает энергию из преобразования водорода в гелий в своих недрах; если выразиться точнее, то она была решена именно благодаря тем «процессам», которые были «невозможны согласно законам, которым подчиняются известные нам явления, протекающие в материальном мире» на момент заявлений Томсона. Как оказалось, «в великой сокровищнице творения» действительно были заготовлены «ресурсы, о которых мы еще не знаем», и этих ресурсов достаточно для того, чтобы Солнце продолжало светить более-менее так же, как оно светит сегодня, на протяжении 10 млрд лет, из которых к настоящему времени прошла примерно половина. Почти 5 млрд лет свечения Солнца вполне достаточно, чтобы механизмы эволюции сработали именно так, как это описал Дарвин.

Параллельно с развитием представлений об истинном возрасте Солнца и прочих звезд благодаря открытию радиоактивности физики XX в. научились со все большей точностью определять возраст Земли. Все началось с исследований Эрнеста Резерфорда, который родился в Новой Зеландии в 1871 г., но работал в Канаде вместе с англичанином Фредериком Содди (1877–1956) и обнаружил, что радиоактивные ядра ведут себя весьма характерным образом: за определенное время каждое второе радиоактивное ядро определенного типа в любом образце «распадается», превращаясь в нечто другое, — этот отрезок времени Резерфорд назвал «период полураспада». Неважно, сколько радиоактивного вещества у вас было изначально, за один период полураспада распадется половина таких радиоактивных ядер; за следующий период полураспада распадется половина оставшихся атомов (четверть от исходного количества), и т.д. Период полураспада свой для каждого типа радиоактивных ядер, и продукты, в которые превращаются ядра, также характерны для каждого такого типа.

Радиоактивный уран распадается, образуя свинец, и американец Бертрам Болтвуд (1870–1927) разработал метод определения возраста образцов горных пород путем измерения в них соотношения концентрации свинца и различных типов (изотопов) урана. Студент Королевского колледжа наук в Лондоне Артур Холмс (1890–1965) применил этот метод для определения возраста норвежских горных пород девонского периода, который составил 370 млн лет. К концу первого десятилетия XX в., менее чем через 30 лет после смерти Дарвина, даже студент в рамках своей курсовой работы имел возможность определить возраст горной породы. На протяжении всей своей последующей карьеры Холмс занимался усовершенствованием этого метода и в итоге установил, что возраст самых древних горных пород (а следовательно, возраст самой Земли) составляет 4,5 млрд лет, что хорошо согласуется с возрастом Солнца, рассчитанным совершенно иными способами. Помимо этого, в 1944 г. он опубликовал учебник под названием «Основные начала физической геологии» (Principles of Physical Geology — это преднамеренная отсылка к Лайелю), который на десятилетия вперед стал стандартным университетским пособием. Одним из залогов его успеха являлась ясность: Холмс писал в письме другу, что для того, «чтобы книгу повсеместно читали в англоязычных странах, нужно представить самого глупого из всех студентов и затем подумать, как бы ты объяснил ему этот предмет». Нам, возможно, не удалось достичь ясности того же уровня, но хочется надеяться, что мы представили достаточно доказательств и вам, в отличие от Дарвина, не придется беспокоиться о хронологической шкале эволюции, когда мы вернемся к нашей основной теме.

Отправить