Автобиография Земли. 4,6 миллиарда лет захватывающей истории нашей планеты бесплатное чтение

Николаус Стенон

Николаус Стенон (1638–1686; при рождении получил имя Нильс Стенсен, которое ученый впоследствии латинизировал и стал известен как Николаус Стенон (Стено, Стенониус) родился в Копенгагене в семье ювелира-лютеранина. В раннем детстве Николаус отличался слабым здоровьем, и поэтому общению со сверстниками предпочитал дружбу с более взрослыми друзьями семьи, которые способствовали формированию у мальчика серьезного склада ума. Стенон изучал медицину и в 1660 г. отправился в Амстердам, чтобы продолжить образование у анатома Герарда Блазиуса. Во время пребывания в Амстердаме Стенон сделал открытие: он обнаружил проток околоушной слюнной железы, по которому секрет железы поступает в рот. Ныне этот проток называют стеноновым, ductus stenonianus, а Стенон получил заслуженное признание после того, как его наставник попытался приписать это открытие себе. После нескольких лет работы в Лейдене и Париже по приглашению великого герцога Фердинанда II Стенон приехал во Флоренцию, где стал членом Академии дель Чименто (Академии опыта), первого научного сообщества Европы.

В 1666 г. внимание герцога привлекла гигантская белая акула, пойманная рыбаками в Средиземном море. Стенон по просьбе герцога провел препарирование и был поражен, увидев у акулы тринадцать рядов зубов. Ученый интуитивно понял, что зубы похожи на камни в форме языка – глоссопетры (glossopetrae) (рис. 1.1), которые были обнаружены в пластах горных пород высоко над уровнем моря[13]. Стенон не был первым, кто соотнес ископаемые глоссопетры с зубами живых акул, но он подтвердил эту догадку с помощью анатомического исследования, опубликовав результаты в 1667 г.[14] вместе с иллюстрациями препарированной головы акулы и образцами глоссопетр[15]. После этого ученые стали рассматривать окаменелости как останки древних животных, сохранившиеся в слоях осадочных пород. Стенон выдвинул гипотезу о том, что древние зубы, найденные в осадочных породах, превратились в камень в результате процесса «корпускулизации», при котором «корпускулы», или молекулы, исходного вещества были замещены молекулами минералов. Возникал еще один вопрос: почему эти окаменелые зубы находили так далеко от океана? Стенон пришел к выводу, что, вероятно, очень давно или поднялся уровень моря, в результате чего затопило сушу, или произошло поднятие дна океана, и образовался новый участок суши. Если верно последнее, то условия окружающей среды, должно быть, изменились кардинально.

Рис. 1.1. Рисунки Стенона, на которых изображены голова препарированной акулы и окаменелые зубы (Steno, 1667, fol. 90)

Стенон выполнял и другие наблюдения, критически важные для развития геологии. В 1669 г. он написал небольшую книгу «О твердом, естественно содержащемся в твердом» (De solido intra solidum naturaliter contento dissertationis prodromus)[16] – исследование горных пород в окрестностях Тосканы. Ученый обратил внимание на расположение пластов по отношению друг к другу и начал разрабатывать главные принципы стратиграфии, науки об осадках и слоях осадочных горных пород Земли. Геологи и сегодня продолжают полагаться на эти принципы.

Принцип суперпозиции, один из шести принципов, открытых Стеноном, гласит, что древнейшие горные породы залегают в самом низу последовательности слоев, а самые молодые – наверху, если не вмешивались никакие иные процессы. Сейчас эта мысль кажется очевидной, но во времена Стенона она была революционной, поскольку указывала на связь одного слоя с другим и дала начало концепции упорядочения отложений на основе возраста.

Согласно принципу горизонтального залегания слоев, сформулированному Стеноном, все осадки при прочих равных условиях отлагаются горизонтально под действием гравитации. Следовательно, если слои не горизонтальные, а наклонные или складчатые, в дело вмешивались другие процессы. В своем принципе латеральной непрерывности Стенон также обращает внимание на то, что пласты осадочных пород охватывают обширные участки, которые первоначально простирались во все стороны. Из этого следует, что слои пород, которые выглядят похожими, но в более позднем периоде оказались разделены, например, в результате речной эрозии, при образовании были непрерывными. Более того, если какая-то другая особенность проявляется или охватывает последовательность слоев, эта особенность обязательно сформировалась позже, что приводит к принципу секущих взаимоотношений (который Стенон сначала называл принципом формирования или формования, связанного с принципом «вверх-вниз»).

Стенон доказал, что ученый может раскрыть геологическую историю участка, исследуя и мысленно удаляя по одному слою в толще горных пород, начиная с вершины (самые молодые слои) и до основания (древнейшие слои). В результате появился принцип реконструкции (или бэкстриппинга – снятия слоев в обратном порядке). Эта процедура (рис. 1.2) начинается с анализа недавно сформировавшегося состояния (20 на рисунке), а затем, снимая один слой за другим во всей последовательности, ученый может прийти к расположению слоев (25 на рисунке) в более древние времена и таким образом понять, какие геологические процессы происходили.

Николаус Стенон, обладавший множеством талантов, был еще и минералогом и разработал еще один стратиграфический принцип: принцип включенных фрагментов (альтернативное название – принцип включений). Идея заключается в том, что если фрагмент другого минерала или горной породы обнаруживается в пласте осадочной породы, то он должен быть старше, чем содержащая его порода. Помимо разработанных принципов, Стенон также теоретически рассуждал о том, каким образом ископаемые остатки оказались внутри горных пород: по его мнению, когда-то вещество горных пород было жидким и слоями осаждалось на дно океана, в связи с этим животные оказывались в ловушке и образовывались окаменелости.

Рис. 1.2. Принцип реконструкции Стенона (Steno, 1916 [1669]. P. 226)

Теории Стенона иногда называют законами, но будет точнее называть их принципами. Законы – это утверждения и правила, выраженные математически, которые, по-видимому, на данный момент не имеют исключений и подкреплены повторяющимися проверками, как, например, законы движения, сформулированные Исааком Ньютоном. С другой стороны, принципы представляют собой руководящие концепции и теории явлений, продемонстрированные с преобладающим количеством доказательств. Они могут иметь, а могут и не иметь математическое выражение, как принцип суперпозиции Стенона.

Стратиграфические концепции преподают и в наши дни, и они стали основополагающими для понимания геологического времени. Работа и исследования Стенона дали начало одному из видов датирования геологических материалов – датированию относительного возраста, определяющему порядок слоев на основании их расположения по отношению друг к другу и соотношению во времени. При таком методе датирования для создания шкалы геологического времени были впервые использованы окаменелости.

Стенон обратился в католическую веру и в 1675 г. стал священником. При посвящении в сан он дал обет бедности, а в 1677 г. стал номинальным епископом Титиополиса, города бывшей Восточной Римской империи на территории современной Турции, которого больше не существует. Следуя своему обету, Стенон вел аскетическую жизнь, продав все, что можно, чтобы пожертвовать бедным. Этот добровольно выбранный аскетизм довел его до истощения, и в 1686 г. он скончался в возрасте сорока восьми лет. Другие ученые того времени игнорировали работы Стенона из-за его обращения к религии. Тем не менее хотя Стенон и оставил научную карьеру, но не забросил науку. Его биограф Йенс Мортен Хансен утверждает:

До самой смерти Стенон считал научное знание высшей формой восхваления Бога и утверждал, что религиозные домыслы не должны довлеть над научными доказательствами[17].

Стенон признан первым ученым современности, который подчеркнул значение окаменелостей и расположения слоев, не только заслуженно заняв почетное место в истории геологии, но и став предвестником появления почти век спустя «отца геологии».

Джеймс Геттон

Джеймс Геттон (1726–1797) – шотландский ученый, считающийся родоначальником современной геологии, – родился в 1726 г. Он был приверженцем градуализма и считал, что земные силы действовали медленно с течением времени и циклично, в отличие от приверженцев теории катастроф, таких как библейская история о Всемирном потопе. В молодости Геттон изучал медицину и стал врачом; научным изучением Земли он занимался всю жизнь, но до шестидесяти лет не публиковал свои результаты. Геттон жил и работал в Шотландии в эпоху Просвещения – в конце XVIII в. – и был современником Бенджамина Франклина, Дэвида Юма и Адама Смита. Вместе с Франклином, Юмом, Смитом, Джоном Плейфером и другими знаменитостями Геттон в 1783 г. стал одним из основателей Эдинбургского королевского общества, созданного по королевской грамоте для «продвижения образованности и полезных знаний». Собрания этого общества на первых порах проходили в библиотеке Эдинбургского университета.

Наряду с богатыми домами и салонами Эдинбурга и окрестностей Эдинбургское королевское общество было местом, где представляли и обсуждали идеи и научные открытия. Франклин посетил Эдинбург в 1759 и 1771 гг., встретившись с коллегами-мыслителями, и потом многие годы вел переписку с Геттоном и другими. Как и многие его коллеги, Геттон был деистом и считал, что Творец установил законы природы и создал мир для людей, которые посредством рационального мышления могут разгадать тайны Земли. Более того, как свидетельствуют сочинения Геттона, порой очень сложные, ученый пытался втиснуть свои открытия, касающиеся мира природы, в рамки этого деистского контекста.

В 1785 г. Геттон представил Эдинбургскому королевскому обществу доклад о своих геологических открытиях «К вопросу о системе Земли, ее возрасте и стабильности» (Concerning the System of the Earth, Its Duration, and Stability)[18], который был записан и опубликован три года спустя под названием «Теория Земли» (Theory of Earth). Полное сочинение в двух томах, состоящее почти из 1200 страниц, было опубликовано в 1795 г., за два года до смерти Геттона[19]. В «Теории Земли» Геттон разрабатывает свои более ранние идеи и отвечает на критику своих представлений со стороны оппонентов. В третьем томе, вышедшем после смерти ученого, излагается теория происхождения гранита: по утверждению Геттона, гранит – это горная порода магматического происхождения, то есть образовалась из расплавленной магмы, а не в результате процесса седиментации. Геттон связал формирование этих горных пород с «жаром» Земли и продвигал идеи плутонизма – названного в честь Плутона (бога подземного царства и жара) научного течения, сторонники которого верно утверждали, что магматические породы, созданные в огненной магме, в конце концов разрушались и накапливались в слоях осадочных пород. По мнению плутониста Геттона, первичные – или простые – породы были результатом внедрения или извержения магмы из недр Земли.

Геттон понимал, что осадки откладываются в течение длительных периодов, преимущественно в результате действия воды (рек и ручьев, а иногда и океанов), и залегают горизонтально (как наблюдал Стенон): древнейшие – на дне толщи, самые молодые – наверху. Со временем осадки литифицируются (превращаются в горную породу) в результате погружения и изменений температуры, а затем поднимаются наверх в ходе процессов горообразования, которые искажают и деформируют слои. Потом обнажившиеся породы разрушаются в результате эрозии, и со временем поверх нарушенных слоев откладываются новые осадки. Даже без многочисленных современных методов датирования Геттону было ясно, что для прохождения всех этапов одного из этих естественных процессов требуются миллионы лет. Так появилась теория униформизма.

Геттон также исследовал и обсуждал временные пробелы в геологической летописи, которые называются несогласиями (периоды геологического времени, в которых нет остатков горных пород, указывающих на поднятие массива, периоды эрозии или силы, под действием которых старые породы были разрушены в результате выветривания и эрозии, о чем свидетельствуют отсутствующие слои). Эти «неправильные соединения первичных и вторичных слоев»[20] крайне важны для понимания возраста Земли и шкалы геологического времени, потому что они показывают, как формировались слои горных пород в течение огромного периода. Геттон не первым обратил внимание на изменения углов и ориентации слоев горных пород, но он впервые правильно интерпретировал это явление и осознал последствия. Стенон отмечал изменения углов наклона слоев в своем сочинении «О твердом, естественно содержащемся в твердом», опубликованном в 1669 г.[21]. Швейцарские и французские геологи, в том числе Орас Бенедикт де Соссюр, который был еще и альпинистом, сообщали об изменениях в ориентации слоев горных пород в Альпах[22]. Геттону было известно об этих более ранних открытиях, и он занимался поиском соединений, где разные слои находились в контакте. Сначала он исследовал наклонные горные породы на северной оконечности острова Арран, но знал, что ему требуется больше данных. Друзья сообщили Геттону об обнажениях пород вдоль подвергшихся эрозии берегов реки Джед, где слои мергеля (осадочной горной породы из известняка и глины) и песчаника горизонтально залегали над другими слоями с выраженным наклоном. Геттон пришел к выводу, что почти вертикальные слои являются результатом поднятия и они старше, чем покрывающие их горизонтальные слои. Он утверждал, что какое-то событие разрушило поверхность тех слоев, что сейчас залегают ниже, но в течение длительного периода условия менялись, и поверх отлагались осадки в горизонтальном положении. Геттон документально зафиксировал явление, которое он назвал «великим несогласием» Инчбонни в Джедборо, Шотландия (рис. 1.3) в 1787 г. Идеи о роли «жара» Земли в формировании горных пород, представления о циклах и возрасте Земли все больше подтверждались во время полевых исследований Геттона, но ученому требовались дополнительные доказательства. Геттон начал искать другие примеры, где более молодые слои находились в контакте с гораздо более старыми, а промежуточные комплексы пород отсутствовали, что указывало на значительный разрыв во времени.

Дальнейшее подтверждение было найдено в скалах Сиккар-Пойнт (см. цветную вклейку 1.1). Услышав от сэра Джеймса Холла, политика, землевладельца и химика, об омываемом морем обнажении, Джеймс Геттон вместе со своим коллегой из Эдинбургского королевского общества Джоном Плейфером отправился на маленькой лодке, рискуя жизнью и здоровьем, исследовать угловое несогласие (когда смежные слои расположены под острым углом друг к другу). Наклонные слои красного песчаника залегали над впечатляющими почти вертикальными слоями сланцев (определенных как глинистый сланец и известняк) – такое расположение сейчас называется геттоновским несогласием. Эта особенность служила подтверждением существования пробела в геологическом времени. Геттон понял, что, вероятно, в период между образованием слоев сланцев и появлением слоев песчаника, расположенных под углом к ним, происходили какие-то серьезные события, в результате которых сначала более старые горные породы перевернулись и встали перпендикулярно, потом промежуточные слои разрушились в результате эрозии или были уничтожены, и осталась гладкая поверхность, на которую еще позже стал наслаиваться песок, и со временем он превратился в песчаник. К силам, которые способны привести к утрате слоев и явным пробелам в геологической летописи, относятся периоды нагрева, поднятия, действие рек или выветривание, причем все это происходит в течение огромного отрезка времени – миллионов лет.

Рис. 1.3. Великое несогласие Инчбонни в Джедборо (Hutton, 1795. Vol. 1. Plate III; гравюра с рисунка Джона Клерка из Элдина)

С идеей о том, что геологические изменения происходят медленно с течением времени, связан предложенный Геттоном додарвиновский принцип изменчивости, который, хотя и не дотягивает до теории эволюции, гласит, что живые организмы также постепенно меняются со временем. Геттон оспаривал выводы Петра Симона Палласа (1741–1811), немецкого зоолога и ботаника[23], о том, что останки сухопутных и морских животных, найденные вместе в Сибири, были занесены туда великим Ноевым потопом. Геттон утверждал, что в таком потопе не было необходимости: присутствие окаменелостей морских животных среди останков сухопутных млекопитающих можно объяснить геологическими процессами, перемещением их с водой, и действительно «когда-то слоны и носороги жили в Сибири»[24]. Джеймс Геттон так и не принял идею о вымирании целых видов, родов и семейств живых организмов и утверждал, что формы жизни остаются постоянными, хотя могут изменяться в определенных рамках[25].

Геттон скончался в 1797 г., но третий том его труда «Теория Земли с доказательствами и иллюстрациями» (Theory of the Earth: With Proofs and Illustrations), в котором были представлены не только его мысли о происхождении гранита, но и описания его путешествий и полевых исследований, был опубликован лишь в 1899 г.[26]. Эта 102-летняя задержка была связана с Лондонским геологическим обществом, потому что, как утверждал сэр Арчибальд Гейки, редактор последнего тома «Теории Земли», некоторые иллюстрации Геттона были неполными.

Надо признаться, описания путешествий в иногда запутанных сочинениях Геттона временами затрудняли понимание его идей, в том числе попыток объяснить свой деизм и то, каким образом ему удавалось примирить деизм с пониманием мира с точки зрения геологии. В черновом варианте предисловия к опубликованной в 1788 г. «Теории Земли», озаглавленного «Заметки, снимающие с представленной теории Земли подозрения в нечестивости» (Memorial justifying the present theory of the Earth from suspicion of impiety), Геттон пишет:

Религии принадлежит право учить, что Бог сотворил все сущее своей созидательной силой, что идеальная мудрость служила руководством в выборе целей и средств, и все было сделано из самых благих намерений. Но не религии дано рассказывать историю природы или осведомлять человечество о вещах, подлинно существующих; не религии учить о том естественном порядке событий, который человек, руководствуясь наукой, возможно, способен раскрыть и, благодаря мудро устроенному разуму, найти средства для его установления[27].

Геттон дальше обсуждает власть религии и науки. Он пытается предотвратить религиозную критику своей геологической теории, но по мере углубления в предмет его доводы становятся все более туманными. Друг и коллега Геттона Уильям Робертсон, ректор Эдинбургского университета, тактично внес поправки, пытаясь оградить ученого от религиозных споров и смягчить его многословность. Тем не менее, несмотря на эту помощь, Геттон решил не публиковать предисловие, и впервые оно появилось почти два столетия спустя, в 1973 г., в статье Денниса Дина «Джеймс Геттон о религии и геологии: неопубликованное предисловие к его “Теории Земли”» (James Hutton on Religion and Geology: The Unpublished Preface to His Theory of the Earth)[28].

После смерти Джеймса Геттона Плейфер решил написать биографию своего друга и наставника, посвятив время выделению сути идей, касающихся геологии, которые были скрыты в длинных и витиеватых описаниях Геттона, лишенных ясности и полных отступлений на богословские темы. В конце концов Плейфер временно отложил написание биографии и сосредоточился на придании ясности концепциям Геттона в области геологии. 1 июля 1799 г. Плейфер прочитал первую часть своего сочинения перед членами Эдинбургского королевского общества, а вторую часть представил на следующем заседании[29]. Итогом работы стала книга Плейфера «Изложение Геттоновой теории Земли» (Illustrations of the Huttonian Theory of the Earth), опубликованная в 1802 г. В отличие от самого Геттона, Джон Плейфер понятно объяснял геттоновские концепции геотермальной теплоты и несогласий, его представления о циклах горных пород (процессах превращения горных пород из одного типа в другой) с точки зрения градуализма, а также идею, что периоды эрозии и поднятия являются повторяющимися событиями в истории Земли. Таким образом, Плейфер разъяснил геттоновскую теорию униформизма и его утверждение «настоящее – ключ к прошлому»[30]. Природные силы, действующие на Земле в настоящем, действовали и в прошлом с такой же интенсивностью и продолжительностью.

Плейфер наконец зачитал свои биографические заметки о Геттоне на заседании Эдинбургского королевского общества 10 января 1803 г., через пять лет после смерти Геттона, и опубликовал их в журнале The Transaction of the Edinburgh Royal Society[31]. Это была элегия и дань его другу и наставнику. Работа Плейфера, в которой представлены переработанные гипотезы и теории Геттона, обеспечила Джеймсу Геттону исключительное звание «отца геологии». Благодаря такой поддержке Плейфера через тридцать лет в сочинениях Чарлза Лайеля продвигаются идеи Геттона об униформизме, градуализме и магматическом происхождении горных пород.

Геологические исследования и сочинения Геттона вместе с интерпретацией Плейфера выдержали проверку временем. Из них можно получить сведения о следующих принципах: о древнем возрасте Земли; о циклах в геологии – включая поднятие и факторы эрозии; о влиянии рек; о тепловой энергии земного ядра, которая вносит вклад в развитие горных пород, формирование коры и недр; и о постепенных изменениях на протяжении длительных периодов в ходе процессов, которые продолжаются и сегодня. В опубликованной в 1788 г. «Теории Земли» Геттон сказал свою знаменитую фразу:

Таким образом, результат нашего настоящего исследования заключается в том, что мы не обнаружили ни следов начала, ни признаков будущего конца[32].

Абраам Вернер

Абраам Вернер (1750–1817) родился на век позже Стенона и на четверть века позже Геттона, в семье горных инженеров (в некоторых источниках годом его рождения указывается 1749-й). Его работа стала фундаментальной для понимания расположения горных пород по возрасту и источников их происхождения на основе принципов, установленных Стеноном[33]. Определяя последовательность горных пород, Вернер заложил основу для создания первой шкалы геологического времени и предложил метод классификации слоев Земли.

Отец Вернера был инспектором металлургического завода герцога Саксонского в Верау, Германия[34]. В детстве Абраам был хилым мальчиком, и болезнь преследовала его всю жизнь. Обучением Абраама в детстве занимался отец, и хотя Вернер, еще будучи ребенком, собирал и коллекционировал минералы, плохое здоровье не позволило ему и дальше заниматься полевыми исследованиями, когда он заинтересовался геологией. Вернер получил образование в Горной академии во Фрайберге и Лейпцигском университете и в возрасте двадцати шести лет был приглашен на должность преподавателя горного дела и минералогии, а также хранителя коллекции минералов во Фрайбергской горной академии. Он преподавал в университете следующие сорок лет, его лекции были живыми и увлекательными, и благодаря им минералы становились важными и интересными для его студентов.

Вернер внес значительный вклад в области распознавания, классификации и цветового анализа минералов. Он написал несколько книг на эту тему. Фундаментальный труд Вернера «О внешних признаках ископаемых тел» (Von den äusserlichen Kennzeichen der Fossilien) впервые был опубликован в 1774 г. (еще до того, как ученого пригласили преподавать в академии) и переведен на английский язык в 1805 г.[35]. Термин fossil («ископаемые тела»), введенный Георгом Агриколой (1494–1555) в работе «О природе ископаемых» (De natura fossilium), известной как учебник минералогии, использовался в Германии как для определения «земель» (собственно минералов), так и «фигурных камней» (окаменелостей)[36] вплоть до 1820 г., когда постепенно пришло осознание, что это две разные категории. Источником для формирования минералов в основном служат неорганические вещества, тогда как большинство окаменелостей образуются в результате жизнедеятельности живых организмов. Вернер формулирует свое определение минералогии как естественной истории «ископаемых тел». Он классифицировал минералы на основе систематических и логически понятных признаков, заложив основу современного подхода к изучению минералов.

Наряду с исследованием минералов Абраам Готлоб Вернер занимался изучением горных пород, их особенностей и последовательности их образования во времени – тем, что он назвал геогнозией. Особое влияние на него оказали работы его предшественников: немецких геологов Иоганна Готлоба Лемана (1719–1767) и Георга Кристиана Фюкселя (1722–1773)[37]. Леман и Фюксель, каждый по отдельности, обсуждали в своих сочинениях положение комплексов горных пород по отношению друг к другу на участке на севере Германии, в курфюршестве Саксония. В наши дни эти комплексы идентифицируются как горные породы триасового и пермского периодов. Вернер изложил свои представления о геологических формациях в изданной в 1787 г. брошюре «Краткая классификация и описание различных горных пород» (Kurze Klassifikation und Beschreibung der verschiedenen Gebirgsarten)[38]. Ученый разделил формации на четыре категории: «первозданные» (примитивные), «флецевые» (вторичные), «намывные» (аллювиальные) и вулканические. Вернер также добавил пятый тип – переходные горные породы между примитивными и вторичными слоями[39]. Это разделение основывалось на времени образования: по мнению Вернера, примитивные горные породы – самые древние, а аллювиальные и вулканические – самые молодые.

Леман также предположил, что когда-то океан покрывал весь земной шар[40]. Вернер продвигал эти идеи и предложил гипотезу, согласно которой формации образовались из частиц и осадков, отлагавшихся из бескрайнего моря. Таким образом, Вернер стал основоположником нептунизма (научного течения, названного по имени римского бога моря Нептуна; сторонники нептунизма считали, что горные породы образовались путем осаждения из воды). Гипотеза Вернера о происхождении горных пород в некоторых интерпретациях иногда трансформировалась в утверждение о том, что отложения стали результатом Ноева, или Всемирного, потопа, о котором говорится в Библии. Сам же Абраам Вернер никогда не упоминал о Библии или библейских историях в качестве сведений об источниках геологических процессов, и ученые, занимающиеся исследованием его сочинений, не считают его геологом, который рассматривал геологию с точки зрения Библии[41]. Вернер считал вулканические породы, такие как базальт (темная мелкозернистая порода), необычными, чуждыми, но полагал, что они образовались таким же образом, как и остальные – в результате отложения осадков из покрывавшего всю Землю океана, тогда как плутонисты, такие как Геттон, утверждали, что тепловая энергия и магма создали базальт.

Вернер по состоянию здоровья не мог много путешествовать, но студенты и ученые со всей Европы приезжали послушать его курсы и посетить его во Фрайбергской горной академии. Уже находясь на смертном одре, Абраам Вернер, член Парижской академии и английского Вернеровского общества естествознания, с большой радостью узнал, что в Кембридже, Оксфорде, Лондоне, Глазго, Дублине и Белфасте преподавание минералогии базируется на его принципах[42]. Вернер умер в 1817 г., оставив богатое наследие в виде научных работ, но он знаменит не только этим: ему удалось вдохновить множество молодых геологов на занятия наукой.

Отчасти трудности нептунистской гипотезы Вернера были связаны с тем, что ученый не мог сам заниматься изучением горных пород в других частях Европы, поэтому он проецировал данные, полученные в местных условиях, на остальной геологический мир. Кроме того, теория Вернера не могла объяснить, что произошло со всей той водой, из которой состоял древний океан, покрывавший весь земной шар. Тем не менее Вернеру принадлежит видное место в истории геологии благодаря нескольким теориям. Он пришел к выводу, что горные породы следует классифицировать не традиционным способом – по содержащимся в них минералам, – а по их геологическому возрасту[43]. Исследования залегания слоев по отношению друг к другу, выполненные Вернером, привели к созданию одного из самых первых вариантов шкалы геологического времени. Он также предложил объединяющую теорию геологии своей эпохи[44].

Этелдред Бенетт

Важнейшую работу по определению местоположения и классификации окаменелостей продолжила в Англии Этелдред Бенетт (1776–1845), которая родилась в Уилтшире. (Некоторые источники указывают годом ее рождения 1775-й.) Осталось всего лишь несколько настоящих портретов Бенетт. Сводный брат невестки Бенетт, ботаник и член Геологического общества Лондона, поощрял стремление Этелдред изучать естествознание, и она стала глубоко интересоваться ископаемыми и стратиграфией.

К 1809 г. Бенетт собрала обширную коллекцию окаменелостей из карьеров, расположенных в окрестностях Уилтшира. Она была современницей Уильяма «Страты» Смита, знаменитого картографа Англии, оказавшего влияние на ее работу, и пользовалась его стратиграфическими методами (способами установления связи одного геологического слоя с другим), хотя и не всегда была согласна с ними. Этелдред сама собирала образцы для своей коллекции и была знатоком таксономии, находя и давая название новым таксонам (таксономия – раздел науки, касающийся классификации). Бенетт составила стратиграфический разрез (способ графического представления комплексов горных пород в вертикальной плоскости от древнейших на дне до самых молодых на вершине, в том виде, в каком они наблюдаются в полевых условиях) верхнего карьера Чиксгроув в Уилтшире. Этот стратиграфический разрез Бенетт впервые отправила Геологическому обществу в 1815 г. Он был опубликован без ведома исследовательницы, и ее работе не отдали должное[45].

Многие знаменитые геологи того времени, в том числе Уильям Бакленд, Чарлз Лайель и Луи Агассис, приезжали, чтобы увидеть и изучить знаменитые ископаемые, которые обнаружила и курировала Бенетт. Она великодушно предлагала найденные ею образцы для изучения учеными, а некоторые экземпляры из своей коллекции направила в музеи. В 1831 г. Этелдред Бенетт опубликовала «Каталог органических остатков графства Уилтшир» (A Catalog of the Organic Remains of the County of Wiltshire) со стратиграфической характеристикой местности, перечнем образцов своей коллекции и иллюстрациями Э. Д. Смита. В предисловии она пишет:

Я старалась выполнить этот каталог настолько точно, насколько это возможно; и если я упомяну, что его одобрил мистер [Джордж Беллас] Гринаф, каталог не подвергнется риску быть отвергнутым в геологическом мире[46].

Среди собранных Бенетт материалов были редкие моллюски с сохранившимися мягкими тканями – первые из тех, что когда-либо были идентифицированы (рис. 1.4)[47]. Многие из находок Бенетт были типовыми ископаемыми (представительными экземплярами, используемыми для определения вида), а большая часть ее коллекции состояла из беспозвоночных (представленных животными с наружной раковиной и мягкими отделами тела), таких как показанные на этом рисунке раковины. Тем не менее редкая кость позвоночного (животного с внутренним скелетом), Ichtyosaurus trigonus (хищный морской ящер, ныне вымерший гигант), оказалась настолько важным экземпляром, принадлежащим животному этого вида, что, когда материалы были открыты заново, для Международной комиссии по зоологической номенклатуре этот образец заменил другой типовой экземпляр.

Поскольку Бенетт была женщиной, ей не позволяли вступить в какое-нибудь геологическое общество того времени. Этелдред отправила несколько образцов ископаемых из своей коллекции в Санкт-Петербургский музей, и в благодарность, полагая, что это мужчина, Императорское московское общество испытателей природы присвоило ей почетную степень. В письме Сэмюэлю Вудворду от 12 апреля 1836 г. Бенетт отмечала:

Досадно, что никто не поверит, что леди способна написать такой пустяк: в этом дипломе меня называют Dominum Etheldredum Benett[48]. А мистер Лайель сказал мне, что ему пишут иностранцы, чтобы узнать, действительно ли мисс Бенетт – не джентльмен… так что, как Вы видите, ученые мужи в целом очень низкого мнения о способностях представительниц моего пола[49].

Бо́льшая часть коллекции Бенетт после ее смерти была продана Томасу Беллерби Уилсону (1807–1865), натуралисту и филантропу из Ньюарка, штат Делавэр. Разделив материал на несколько частей, он преподнес его в качестве дара Филадельфийской академии естественных наук в период между 1848 и 1852 гг.[50]. Но ископаемые не были внесены в каталоги музея вплоть до 1980-х гг., отчасти потому, что основное внимание Филадельфийской академии было сосредоточено на неогеновых (более молодых) ископаемых моллюсках. Более того, было трудно разобрать записи и сведения о номенклатуре различных видов. В редких упоминаниях о коллекции в течение многих лет даже неправильно указывалось название музея, так что до 1989 г. кураторы считали коллекцию Бенетт утраченной[51]. Теперь, когда она открыта заново, музеи и исследователи признают коллекцию Этелдред Бенетт главной в истории палеонтологии.

Рис. 1.4. Ostrea recurvirostra, Ostrea transversa и Turrilites undulates из коллекции Этелдред Бенетт (Benett, 1831, figure 17; иллюстрации Э. Д. Смита)

Уильям «Страта» Смит

Любое обсуждение современной геологии будет неполным без признания вклада Уильяма «Страты» Смита (1769–1839). Смит родился в Оксфордшире в семье кузнеца. Отец Смита умер, когда мальчику было восемь лет, и его растил дядя, дом которого находился в районе известняковых холмов Котсуолдс. В этих местах было много ископаемых юрского периода, и юный Уильям сосредоточенно их собирал. В восемнадцать лет он поступил на работу к Эдварду Уэббу, картографу и землемеру, который отправил его проводить землемерную съемку богатых поместий, и Уильям овладевал своим ремеслом во время работы.

Изучая формации горных пород в Южной Британии, Смит впервые понял, что в характерных, четко определенных слоях осадочных пород содержится конкретный набор ископаемых, которые отличаются от тех, что находят в выше- и нижележащих слоях. Это открытие привело к развитию Смитом принципа последовательности фауны, согласно которому геологические пласты можно идентифицировать и классифицировать по найденным в них ископаемым.

На юге Британии находятся группы осадочных формаций, состоящих из угля каменноугольного периода, песчаников триасового периода, известняка юрского периода и мела мелового периода (из последнего образованы белые утесы Дувра толщиной 300–400 м). Эти формации откладывались горизонтально в морских условиях, а затем образовались слабые складки. Указанная область, Уилд, простирается от Танбридж-Уэллса на севере до Брайтона на юге. Более молодые осадки кайнозойской эры, такие как лондонская глина, откладывались к северу от Уилда.

В 1795 г. началось строительство двух каналов для доставки угля баржами из Бристоля и Бата в Лондон. Надзирая за рытьем траншей, Смит вел пространные записи об ископаемых, найденных во время раскопок, и коллекционировал их в стратиграфической последовательности (с указанием возраста и комплекса пород). Потом ему удалось соотнести слои в том месте, где располагался один канал, со слоями во втором на основе найденных в них окаменелостей. Со временем Смит создал стратиграфическую колонку комплексов горных пород вокруг Бата[52] на основе органических останков в слоях и глубины залегания пластов. Это было первое биостратиграфическое исследование (соотнесение пластов на основании найденных в них ископаемых остатков), проведенное в таком масштабе. Увлеченный наблюдатель, Смит проводил исследования и выявил связь между многими обнажениями горных пород по всей Англии, Уэльсу и Южной Шотландии.

В 1815 г. Смит опубликовал «Определение границ пластов в Англии и Уэльсе, а также части Шотландии» (A Delineation of the Strata in England and Wales, with Part of Scotland) – первую геологическую карту Британии (см. цветную вклейку 1.2). Геологические подразделения на карте были вручную раскрашены акварелью и, что наиболее важно, в легенде карты были показаны стратиграфические единицы по порядку, от более старых у основания к более молодым на вершине[53]. Два года спустя Смит издал «Стратиграфическую систему организованных ископаемых» (Stratigraphical System of Organized Fossils)[54]. В его работе показано, что ископаемые, обнаруженные в комплексах горных пород, позволяют отличать одну формацию от другой и классифицировать их по содержащимся в них живым организмам.

В связи с публикацией в 1820 г. карты конкурента, Джорджа Белласа Гринафа, президента Лондонского геологического общества, продажи карты Смита сократились. Смит не был членом этого престижного общества[55], вероятно, только потому, что не имел знатного происхождения. Несмотря на то что Гринаф отвергал биостратиграфию Смита и выделение специфических геологических подразделений, заметки на его карте[56] показывают, что он, по большей части, полагался на карту Смита, но не ссылался на его работу[57].

В конце концов Смит оказался в долговой тюрьме и провел там десять недель. И все же уважаемое Геологическое общество наконец признало его вклад в геологию, и в 1831 г. Смит получил свою первую медаль Волластона[58].

Смит продолжал заниматься геологией, читая лекции о геологических пластах Йоркшира и создавая местные геологические карты. В конце концов он переехал в Скарборо, город на берегу моря, где помогал определять источники подходящего строительного камня для здания парламента. В 1838 г. Смиту предложили должность в Геологической службе Лондона, но он отказался. В следующем году, по пути на ежегодное собрание Британской ассоциации содействия развитию науки в Бирмингеме, он вместе с другом и коллегой остановился в Нортгемптоне. Они предприняли ряд путешествий по окрестностям для изучения геологии этих мест, но Смит подхватил простуду, тяжело болел и скончался в том же месяце, августе 1839 г., занимаясь своим любимым делом.

Уильям Бакленд

Уильям Бакленд (1784–1856) был сыном приходского священника, который брал его с собой в походы в местные карьеры для сбора образцов ископаемых. Уильям в 1804 г. получил степень бакалавра в Оксфорде, а в 1808 г. – степень магистра одновременно с посвящением в сан. Оставшись в Оксфорде, он читал лекции по минералогии в 1813 г., а в 1819 г. – по геологии. Среди его студентов были Чарлз Лайель и, что любопытно, художественный критик викторианской эпохи, филантроп и писатель Джон Рёскин. При вступлении в должность лектора по геологии Бакленд произнес речь, озаглавленную «Vindiciae geologiciae, или Объяснение связи геологии с религией» (Vindiciae geologiciae; or the Connexion of Geology with Religion Explained), в которой геология интерпретировалась в соответствии с библейскими рассказами, в частности о Всемирном потопе.

В 1818 г. французский натуралист и палеонтолог Жорж Кювье (1769–1832), считающийся в среде палеонтологов основоположником палеонтологии позвоночных, посетил Бакленда, который показал ему необычно большие кости, найденные в карьере Стоунсфилд в Оксфордшире. Изучив зубы, челюсть и кости животного, Бакленд описал первый полный скелет большой хищной рептилии, которую он назвал мегалозавром, Megalosaurus (согласно современным палеонтологическим исследованиям, мегалозавр принадлежит к вымершим хищным тероподам, обитавшим на суше, – это динозавр с полыми костями и трехпалыми стопами).

Бакленд прочитал доклад о своих находках на заседании Геологического общества в 1824 г. и опубликовал статью «Заметка о мегалозавре, или большом ископаемом ящере из Стоунсфилда» (Notice on the Megalosaurus or Great Fossil Lizard of Stonesfield)[59] с иллюстрациями Мэри Морленд, опытного иллюстратора, выполнявшей зарисовки ископаемых[60] для Кювье (рис. 1.5). В том же году Бакленд стал президентом Геологического общества, а в следующем году женился на художнице-иллюстраторе. Мэри Бакленд тоже собирала окаменелости, занималась полевыми исследованиями, готовила образцы ископаемых для демонстрации и иллюстрировала статьи мужа. Мегалозавр, вместе еще с несколькими рептилиями, был заново классифицирован в 1841 г. британским ученым Ричардом Оуэном, ведущим палеонтологом Британского музея естествознания в середине XIX в. Оуэн первым предложил термин «динозавр», Dinosauria («страшный большой ящер», или «ужасный ящер»)[61]. Таким образом, мегалозавр Бакленда отличается тем, что был самым первым динозавром, которого так назвали.

Бакленд получил возможность продвигать свою точку зрения о Ноевом потопе за счет исследований отложений в пещере Киркдейл в Йоркшире. Эти отложения состояли из большого числа окаменелых костей слонов, носорогов, бегемотов, лошадей и гиен. Какая-то сила разрушила кости хищников, на основании чего Бакленд решил, что хотя Всемирный потоп и скрыл некоторые из костей, большую часть костного материала в пещеру принесли гиены. Бакленд опубликовал результаты своих открытий в 1823 г. в статье с громоздким названием: «Reliquiae diluvianae, или Об исследованиях органических останков, содержащихся в пещерах, расщелинах и делювиальных галечнике и гравии, и других геологических явлениях, свидетельствующих о действии Всемирного потопа» (Reliquiae diluvianae; Or, Observations on the Organic Remains Contained in Caves, Fissures and Diluvial Gravel, and on Other Geological Phenomena, Attesting the Action of an Universal Deluge)[62]. Бакленд поначалу полагал также, что наводнения создали глубокие борозды, найденные на гладких обнаженных поверхностях (они называются мостовыми) горных пород. Однако позже швейцарский гляциолог Жан Луи Агассис выяснил, что появление этих борозд связано с действием ледников, тащивших валуны по поверхности. Представления Бакленда о ледниках изменились в 1838 г. после его поездки в Швейцарию, где он встретился с Агассисом. Двумя годами позже Агассис посетил Бакленда в Оксфорде, и они провели некоторое время в Шотландии, занимаясь поиском свидетельств ледниковых борозд, морен и других признаков ледников, включая перенос эрратических валунов.

Рис. 1.5. Бедренная кость, ключица, малоберцовая кость и плюсневые кости мегалозавра (Buckland, 1824, plate XLIV; иллюстрации Мэри Морленд Бакленд)

Лондонское геологическое общество избрало Бакленда своим президентом в 1824 г., а в следующем году он был назначен каноником колледжа Крайст-Черч в Оксфорде. В 1836 г. Бакленд опубликовал внушительных размеров двухтомный труд «Бриджуотерские трактаты о могуществе, мудрости и доброте Бога, явленных в Творении: физиология животных и растений, рассмотренная со ссылками на естественную теологию» (The Bridgewater Treatises on the Power, Wisdom and Goodness of God as Manifested in the Creation: Animal and Vegetable Physiology, Considered with Reference to Natural Theology). Он услужливо включил множество схем, некоторые в цвете, для читателей, незнакомых с геологией. Это была философская работа, включающая все его открытия в области палеонтологии и минералогии. На обработку всех материалов для включения в книгу ушло пять лет.

Бакленд был эксцентричным человеком и шутником. Его сын, Фрэнсис Т. Бакленд, отмечает, что они оба «совершили кулинарное путешествие в царство животных»[63]. В доме Бакленда содержали самых разных животных, и среди тех, что он употреблял в пищу, были мыши, поданные на гренках к завтраку. На приеме у Харкортов в Ньюнэм-хаус, Оксфордшир, когда Бакленду показали драгоценную реликвию – законсервированное сердце французского короля Людовика XIV, – он сказал: «Я ел много странных вещей, но никогда прежде не пробовал сердце короля», после чего бросил кусочек в рот и проглотил его[64].

Среди почестей, оказанных Бакленду в зрелые годы, было назначение его деканом Вестминстерского аббатства в 1845 г. Однако в 1849 г. он заболел, «впал в депрессию и летаргию» и скончался семь лет спустя, в 1856 г. Когда могильщики приступили к выкапыванию могилы на заранее выбранном Баклендом участке, на очень небольшой глубине они наткнулись на твердую подстилающую породу, состоящую из известняка юрского периода. Для того чтобы выкопать могилу, участок пришлось взрывать. Несомненно, Бакленд знал об этом факте, когда выбирал место погребения, и некоторые считают это его прощальной шуткой.

Чарлз Лайель

Чарлз Лайель (1797–1875) родился в богатой семье в Шотландии, он был старшим из десяти детей. Следовавший по следам Геттона, Лайель больше всего известен как автор эпохальной книги «Основные начала геологии» (1830–1833)[65]. В довольно юном возрасте Лайель вместе с семьей переехал на юг Англии, в Гемпшир, где наслаждался природой и коллекционировал бабочек. В Эксетер-колледже в Оксфорде он учился под руководством Бакленда, но разочаровался в библейской интерпретации геологии, представленной его наставником. После получения степени бакалавра в области античной филологии Лайель стал изучать право, но из-за слабого зрения это было непросто. Несмотря на то что в 1822 г. его приняли в коллегию барристеров Линкольнс-Инн, финансовая поддержка со стороны отца позволяла ему продолжать заниматься тем, что он любил с детства: изучением природы и геологии.

В 1823 г. Лайель вступил в Геологическое общество и избирался его президентом на два срока. Чарлз Лайель стал горячим сторонником идей Геттона, много путешествовал и изучал геологию не только в Англии, но и во Франции, на Сицилии, в Альпах, на Канарских островах и в Северной Америке (территории от Новой Шотландии до дельты Миссисипи)[66].

На Лайеля значительное влияние оказали исследования и сочинения Геттона, но самого Лайеля история Земли интересовала больше, чем ее происхождение: он отмечал, что, для того чтобы писать об истории отдельного государства, нет необходимости знать о происхождении человечества[67]. Он не наблюдал разницы между процессами, происходящими в настоящее время и имевшими место в прошлом, признавая, что Земля – это стабильная система, и таким образом развивая геттоновскую теорию униформизма и постепенного изменения Земли на протяжении больших периодов времени. Лайель переформулировал доказательства и придал им дополнительный вес, подтверждая идеи Геттона большим количеством примеров и результатов наблюдений в полевых условиях и рассматривая связанные с действием воды (осадочные) и вулканические процессы в качестве скульпторов поверхности Земли. Водные факторы играли роль в обнажении, разрушении и выравнивании поверхности, тогда как в результате вулканических процессов происходило поднятие, возникали неровности, и они же служили новым источником материалов, на которые действовала вода. Основное место в тезисах Лайеля отводилось действию воды. В качестве примера приводились результаты исследований в полевых условиях в системах дельт, особенно дельты Миссисипи. Суша на этих участках создавалась и разрушалась на протяжении геологической истории под действием волн и приливов. Эти данные были тщательно собраны во время одной из четырех поездок, совершенных Лайелем и его женой Мэри по Соединенным Штатам в период между 1841 и 1853 гг.[68]. Для дальнейшей поддержки идей униформизма Лайель добавил подробности, касающиеся циклов, обсуждавшихся Геттоном, такие как роль землетрясений в создании долин. Он также признавал, что в недрах Земли идут процессы, в результате которых производится тепло, лава и газ.

Чарлз Лайель опубликовал первый том «Основных начал геологии» в 1830 г., второй – в 1832 г., а третий – в 1833-м. После выхода первого тома последовала резкая критика взглядов Лайеля на униформизм со стороны религиозных кругов, а также от Уильяма Дэниела Конибира (1787–1857), известного геолога и палеонтолога, и Адама Седжвика (1785–1873), президента Геологического общества[69]. Катастрофисты, как называли представителей этого течения, утверждали, что Земля претерпевала резкие изменения в результате катаклизмов в прошлом, а не находилась в состоянии устойчивости, на чем настаивали Геттон и Лайель. Катастрофисты считали, что вулканическая деятельность уменьшается в настоящем, и ссылались на естественную теологию – представление о том, что геология является подтверждением библейского описания истории мира, – чтобы описывать нециклический, однонаправленный путь Земли[70].

Том 3 «Основных начал» (первое издание) примечателен обсуждением вернеровской классификации горных пород и собственными представлениями Лайеля об их происхождении. Исходя из собственных исследований гранитных масс, внедренных в осадочные горные породы, и ассоциированных с ними жил и даек[71] магматических пород горной долины Глен-Тилт в Шотландии, Корнуолла, Столовой горы в Южной Африке и других мест, Лайель утверждал, что вернеровские «первозданные» породы могли сформироваться в любое время. Признавая геттоновский плутонизм, Лайель предложил термин «плутонические» (горные породы, образовавшиеся из магмы) для гранитов, утверждая, что они произведены магмой, и их возраст не следует определять исходя из их положения по отношению к другим горным породам. Чарлз Лайель также предложил отказаться от введенной Вернером категории промежуточных горных пород, поскольку она слишком неопределенна и не подтверждается полевыми исследованиями. В томе 3 Лайелем также представлена своя трактовка циклов горных пород – процессов превращения горных пород одного типа в другой. Ученый обратил внимание, что гранитные массивы породы, по-видимому, вызывают превращение окружающих их осадочных пород в кристаллическую форму из-за выделяемого ими тепла; Лайель назвал такие трансформированные горные породы метаморфическими, изменяющимися под действием температуры и давления. Лайель дальше развивает свою теорию метаморфизма горных пород в книге «Элементы геологии» (Elements of Geology), вышедшей в 1838 г. Эти доказательства стали кульминацией его работы и понимания геологии. Лайель пришел к выводу, что вулканические горные породы и граниты имеют одинаковое происхождение, поскольку и те и другие сформированы магмой. Лайель также отмечал изменения в других горных породах, вызванные метаморфизмом. Основа для понимания поверхностных и глубинных процессов, циклов эрозии и формирования горных пород, а также изменений, происходящих с Землей с течением времени, была заложена в третьем томе «Основных начал геологии» Лайеля[72].

Опубликованные сочинения Лайеля не только привели к революции в изучении геологии в XIX в., но и потрясли основы других естественных наук, особенно биологии. При жизни Лайеля «Основные начала геологии» выдержали одиннадцать переизданий, а двенадцатое вышло в свет после смерти ученого. Поздние издания включали последние достижения науки и возражения Лайеля в ответ на критику. Лайель оказал огромное влияние на Чарлза Дарвина, особенно в том, что касалось геологического времени. Дарвин даже брал третий том «Основных начал» с собой в путешествие на корабле «Бигль»[73].

Тем не менее в вопросе об изменениях живых организмов взгляды Лайеля во многом были схожи с представлениями Геттона. Лайель полагал в соответствии с теорией униформизма, что биологические виды оставались практически неизменными, а не олицетворяли движение по пути усложнения живых организмов на протяжении геологической истории (единственным исключением было творение человека: подразумевалось, что люди были созданы при непосредственном участии божественных сил). Эта идея расходилась с данными палеонтологической летописи – Геттон и Лайель не смогли полностью обосновать отсутствие ископаемых остатков в древнейших осадочных породах, – и противоречила развивающейся дарвиновской теории эволюции путем естественного отбора.

Существует несколько возможных причин, почему Лайель не принимал теорию эволюции. Он упорно придерживался изложенных в «Основных началах геологии» представлений, то есть отрицал последовательное изменение живых организмов, из-за религиозных сомнений, чему отчасти способствовало научное течение катастрофизма. Возможно, Лайелю претила мысль о том, что человек произошел от животных[74]. В своей более поздней работе, «Геологические доказательства древности человека с некоторыми замечаниями о теориях происхождения видов» (1863), Лайель кратко изложил доказательства Дарвина в пользу естественного отбора, не принимая их. Как бы то ни было, Лайель с неохотой частично принял дарвиновскую теорию эволюции в десятом издании «Основных начал геологии» (1866–1868), ознакомившись с преобладающим количеством доказательств действия естественного отбора. Однако в этом издании Лайель утверждает, что работа Дарвина «не объясняет творение», и стойко придерживается своей точки зрения об уникальности человека по сравнению с миром животных.

В любом случае в середине 1830-х гг. критики переключились с отвержения работ Геттона на обсуждение сочинений Лайеля[75]. В конце концов ученые, считавшие, что Землю сформировали катастрофические события, переработали свои теории в ответ на приводимые Лайелем доказательства в пользу униформизма. Популярность вернеровской школы мысли постепенно снижалась по мере того, как геология становилась единой наукой – преимущественно на основе работ Геттона и Плейфера, сочинений Лайеля, а также его обширных исследований в полевых условиях.

Мэри Эннинг

Во времена, когда мужчины доминировали во всех областях науки, включая и палеонтологию, Мэри Эннинг (1799–1847), как и Этелдред Бенетт за поколение до нее, стала знаменитой женщиной-палеонтологом, которая, несмотря на существовавшие социальные ограничения, в том числе и в области образования, внесла значительный вклад в развитие геологии. Мэри родилась в Дорсете в небольшом городе Лайм-Реджис на побережье, где располагались участки с самыми большими скоплениями ископаемых на юге Англии. В семье Эннинг было десять детей, из которых до взрослого возраста дожили только двое, включая Мэри.

Семья Мэри была небогатой: ее отец был столяром-краснодеревщиком, который собирал «диковины» (ископаемые) в скалах и продавал их, чтобы получать дополнительный доход для содержания семьи. Он умер в 1810 г., и семья осталась почти без средств. После этого Эннинги жили за счет продажи ископаемых, найденных в скалах. В 1817 г. с семьей Эннинг познакомился подполковник Томас Берч, богатый коллекционер окаменелостей. Взволнованный бедственным положением Эннингов, Берч продал собственную коллекцию ископаемых, чтобы помочь им финансово.

Собирание окаменелостей в скалах Лайм-Реджис было связано с риском для жизни, отчасти из-за того, что скалы имели отвесные склоны, горные породы были хрупкими, а из-за действия волн берег был зыбким, и часто происходили оползни и обвалы. Например, в 1833 г. Мэри Эннинг получила серьезные травмы, а ее пес Трэй погиб, когда глыбы мела обрушились с утеса на берег.

В этих местах поверх почти вертикальных утесов, сложенных из морских глин юрского периода и относящихся к формации голубого лейаса, образовывая холмы, несогласно залегают (слои разделены пробелом в геологическом времени) меловые формации глауконитовых песков (морской ил и глина, окрашенные в зеленый цвет минералом глауконитом), которые содержат кремнистый сланец (горные породы, образованные из богатых кремнием раковин) и мел[76]. В пластах голубого лейаса представлена летопись подъема и снижения уровня моря в мезозое и содержится самое большое в мире количество самых разнообразных видов аммонитов, вымерших моллюсков со спиральной раковиной. В лейасовых глинах находятся ископаемые морские животные, такие как аммониты, белемниты, а также уникальные ихтиозавры, Ichtyosaurus, и плезиозавры, Plesiosaurus. Размер представителей аммонитов, Ammonoidea (подкласс головоногих моллюсков), варьируется от 1 см до 2 м (6 футов). Ископаемые останки аммонитов преобладают в геологической летописи, и изменения родов аммонитов помогли привести в порядок часть шкалы геологического времени. Размер ростров белемнитов (другие ныне вымершие головоногие моллюски, отряд Belemnitida, похожи на кальмара с прямой раковиной) варьировал от 1 до 46 см, но общая длина этих существ могла достигать 3 м.

Плавающие ящеры больших размеров были представлены ихтиозаврами (длиной от 3 м) и плезиозаврами (от 1,5 до 15 м). Ихтиозавры, систематическое положение которых неясно (они не относятся ни к рыбам, ни к динозаврам, ни к млекопитающим), представляли собой животных рыбообразной формы с большими глазами (чтобы видеть хищников); они плавали в воде, совершая волнообразные движения. Плезиозавры обладали округлым телом, длинной шеей и ластовидными конечностями.

Вместе со своим братом Джозефом Мэри Эннинг в 1811–1812 гг. нашла полный скелет ихтиозавра. Сначала брат Мэри зимой, когда берег был больше всего разрушен эрозией, заметил голову, а следующей зимой Мэри обнаружила остальные части тела ихтиозавра. Ископаемые остатки этого вида животных находили в Лайм-Реджисе и раньше, но это был лучший на тот момент экземпляр, и его продали «ученому джентльмену». В 1823 г. высоко в скалах Эннинг нашла полный сочлененный скелет плезиозавра (рис. 1.6) и наняла местных рабочих, чтобы они помогли его извлечь[77]. Научное сообщество сразу же признало, что это одна из важнейших находок среди тех, что когда-либо были извлечены из-под земли, а обнаруженное животное не имеет ныне живущих аналогов. У животного была относительно маленькая голова и очень длинная шея. Английский палеонтолог Генри де ла Беш в феврале 1824 г. на заседании Геологического общества представил информацию о скелете животного, которого он классифицировал как принадлежащего к эналиозаврам (от греческого слова, обозначающего морского ящера – представителя вымершей группы ископаемых ящеров, включающей плезиозавра и ихтиозавра). Уильям Конибир отправил Жоржу Кювье письмо с описанием плезиозавра, но поскольку Кювье никогда не видел шеи такой длины, то объявил находку выдумкой. Однако он быстро отказался от этой точки зрения, получив от Бакленда и Конибира детальный рисунок, выполненный Мэри Бакленд на основании зарисовок Мэри Эннинг. С тех пор Кювье признавал Мэри Эннинг уважаемым «собирателем окаменелостей» (палеонтологом) и отдавал должное ее работе[78].

Все больше ученых приезжали в Лайм-Реджис, стремясь получить консультацию у Мэри Эннинг как у специалиста, обладающего большими знаниями в развивающейся области науки – палеонтологии. Среди посетителей были Генри де ла Беш, Уильям Бакленд, Уильям Конибир, Чарлз Лайель и Уильям Смит[79]. Хотя Мэри Эннинг и не получила формального образования, она читала статьи, написанные известными учеными того времени, и переписывала их слово в слово, копируя иллюстрации, чтобы тщательно их изучить[80]. Мэри также препарировала разных рыб и скатов, чтобы разобраться в их анатомии. Она часто переписывалась с Уильямом Баклендом и другими геологами. Эннинг не только находила и извлекала окаменелости, но и готовила их для экспозиции, а для соединения костей ископаемых животных в правильном анатомическом порядке требовались обширные знания и навыки. Третьей знаменитой находкой Эннинг стал птерозавр, Pterosaurus (вымерший летающий ящер, живший в юрском и меловом периодах; он обладал удлиненным четвертым пальцем передней конечности, который поддерживал крыло), обнаруженный в 1828 г. Это был первый летающий ящер, найденный в Британии. В следующем году Мэри Эннинг обнаружила ископаемые останки рыбы Squaloraja (вымерший вид), которая оказалась связующим звеном между акулами и скатами. В 1830 г. Мэри Эннинг определила местонахождение в скалах скелета еще более крупного плезиозавра и провела раскопки. Генри де ла Беш выполнил литографии ее находок.

Рис. 1.6. Plesiosaurus macrocephalus, найденный Мэри Эннинг. Название виду дал Уильям Бакленд в 1836 г., а описание позже выполнил Ричард Оуэн (Owen, 1840, plate 43; литография Джорджа Шарфа)

В дальнейшем Мэри поняла, что круглые камни, которые называли безоарами, на самом деле представляют собой окаменелые фекалии, и это позволило получить первые данные о пищевых привычках древних рыб, включая акул, а потом применять такой же подход ко многим другим видам.

Эннинг не публиковала никаких докладов, но журнал Magazine of Natural History в 1839 г. напечатал одно из ее писем, касающееся шипов в передней части спинных плавников конкретного вида акулы: «Заметка о предполагаемом плавниковом шипе рода Hybodus» (Note on the Supposed Frontal Spine in the Genus Hybodus)[81]^]. Как правило, музеи указывали дарителей ископаемых, а не тех, кто их нашел, поэтому работу Мэри Эннинг трудно отследить. Луи Агассис назвал в честь Эннинг несколько видов ископаемых рыб, которых, вероятно, она и открыла. В конце концов в 1838 г. Британская ассоциация содействия развитию науки признала заслуги Мэри Эннинг, что обеспечило ей небольшой ежегодный доход. И все же в то время членами ассоциации могли стать только мужчины.

Мэри Эннинг умерла от рака груди в сорок семь лет, в 1847 г. Генри де ла Беш написал ей панегирик в квартальном журнале Геологического общества и в своем президентском обращении к обществу 14 февраля 1848 г. – редкий случай, когда отдали должное человеку, которого в иных случаях не допускали в свой круг:

Я не могу закончить это уведомление о наших утратах, не упомянув о той, кто, пусть и не принадлежала к состоятельным классам общества и должна была зарабатывать свой хлеб ежедневным трудом, при этом в немалой степени посвятила свой талант и беспрестанные исследования нашим знаниям о больших эналиозаврах [sic] и других формах органической жизни, погребенных в окрестностях Лайм-Реджиса… Среди нас есть те, кто хорошо знает, насколько ценно было ее мастерство (происходящее от знания различных работ по предмету по мере их появления) в обнаружении остатков множества прекрасных скелетов ихтиозавров и плезиозавров, которые без ее внимания и тщательности никогда бы не были представлены специалистам по сравнительной анатомии в неповрежденном виде, желательном для их исследований[82].

За короткую жизнь Мэри Эннинг отношение к ископаемым изменилось: из «диковин» они превратились в объект полноценного научного исследования. Занимаясь поиском и сохранением образцов, Мэри Эннинг внесла значительный вклад в палеонтологию и развитие знаний о живых организмах, существовавших в прошлом.

Луи Агассис

Жан Луи Родольф Агассис (1807–1873) в 1837 г. стал первым геологом, официально предположившим существование ледниковых периодов и ледниковых эпох, знаменующихся распространением обширных ледниковых щитов. Сын священника, Агассис вырос в горах Юра в Швейцарии. Как и другие первые геологи, в том числе Геттон, Агассис изучал разные науки: в 1829 г., окончив университет Эрлангена в Германии, он получил докторскую степень по философии, а год спустя в Мюнхене получил степень по медицине.

В следующем году Агассис отправился в Париж изучать сравнительную анатомию под руководством Кювье, и хотя через несколько месяцев, в 1832 г., знаменитый палеонтолог умер, он оказал значительное влияние на Агассиса. Луи Агассис соглашался с основными принципами классификации, изложенными Кювье, и защищал его точку зрения. В течение следующих четырнадцати лет Агассис преподавал в колледже Невшателя, Швейцария, изучая палеонтологию, и особенно классификацию рыб. В 1836 г. под руководством швейцарско-немецкого геолога Жана де Шарпантье (1786–1855) Агассис начал исследование ледников в Савойских Альпах рядом с Женевским озером. Агассис и Шарпантье поняли, что крупные валуны с гор, найденные далеко в долинах, – эрратические валуны – были принесены туда ледниками. Агассис стал создателем первой ледниковой теории[83].

В 1837 г. Агассис представил в Невшателе статью, в которой предполагал существование «ледникового периода», охватившего Европейский континент. В 1840 г. ученый опубликовал диалог с иллюстратором и писателем Жозефом Беттаньером «Этюды о ледниках» (Études sur les Glaciers); в этой книге Агассис берет за основу работу Шарпантье, не приписывая ему авторство первой ледниковой теории. Агассис развенчал представление о том, что появление эрратических валунов связано с Всемирным потопом, и позднее, по мере накопления данных, ученый заявил, что в прошлом был не один, а несколько ледниковых периодов, когда лед покрывал части земного шара. Ледниковая теория, разработанная Агассисом, оказала влияние на Лайеля, который не только принял новую теорию, но отнесся с недоверием к более ранней гипотезе, согласно которой айсберги, а не движение ледников ответственны за появление эрратических валунов.

В 1845 г. Агассис столкнулся с финансовыми и личными трудностями, когда разорилась основанная им фирма – издательство научной литературы, и жена оставила его[84]. Потом они развелись. В 1846 г., не имея больше оснований оставаться в Европе, Агассис отправился в лекционный тур по США, финансируемый королем Пруссии. Оставшуюся часть жизни Луи Агассис провел в Америке, читая лекции по геологии и зоологии в Гарвардском университете (см. главу 2).

Первые французские геологи

После Французской революции XVIII в. наука во Франции была реорганизована: вместо королевских академий приоритет в научных исследованиях получили более равноправные научные общества. В это время геология процветала: этот предмет рассматривался в работах таких натуралистов, как Жан Батист Ламарк (1744–1829), Жорж Кювье и Александр Броньяр (1770–1847)[85].

Британия и континентальная Европа имеют сходное геологическое строение: осадочные горные породы откладывались в виде протяженных слоев, которые еще совсем недавно – в четвертичном периоде, 450 тыс. лет назад – были соединены сухопутным мостом. До этого времени Британия и Европейский континент представляли собой единую массу суши, которая периодически испытывала наступление океана, ответственного за отложение комплексов подстилающих горных пород Уилда в Британии и Парижского бассейна в северо-западной части Франции. Крупная складка из слоев осадочных пород, которая называется «антиклиналь Уилд-Артуа» (в антиклинали слои горных пород изогнуты таким образом, что образуют структуру, похожую на перевернутую букву U), тянется через Ла-Манш до Франции. Примерно 450 тыс. лет назад мощное наводнение (первое из двух), вызванное подъемом воды в ледниковом озере, проложило путь через относительно мягкие породы Дуврского пролива[86]