Воды мира. Как были разгаданы тайны океанов, атмосферы, ледников и климата нашей планеты: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Необходимость прибегать к другим способам мышления для решения проблемы ледниковых периодов многих заставляла чувствовать себя неуютно. В такой ситуации трудно понять, что считать доказательством или фактами. Как относиться к теориям, которые нельзя проверить? Иногда, как в случае Кролла, может быть действительно полезно взять за основу идею, такую как чередование ледниковых и межледниковых периодов, чтобы в свете ее рассмотреть геологические данные в масштабах всей планеты. Разумеется, всегда найдется что-то, что будет выпадать из общей картины. Сложность в том, чтобы определить, когда эти нетипичные данные достаточно весомы, чтобы обрушить всю теоретическую конструкцию, а когда эта конструкция поддерживается необходимым количеством данных и кажется вполне устойчивой для того, чтобы отклонениями можно было пренебречь.

Гейки с оптимизмом писал о том, что мы назвали бы междисциплинарным подходом к поиску ответов на сложные научные проблемы, такие как проблема ледникового периода. «По мере расширения знания, – писал он в своей книге 1874 г. "Великий ледниковый период", – становится все труднее разграничивать его. И к геологии это относится, пожалуй, в большей степени, чем к другим естественным наукам. В прежние времена ученый, изучавший прошлое нашей планеты, имел отведенное исключительно для него поле исследований, границы которого определялись столь же четко, как если бы были обозначены вехами и нанесены на карту. Но сегодня этому исследователю приходится вторгаться на территории своих научных соседей, поскольку невозможно далеко продвинуться ни в одном из направлений, не объединившись знаниями с теми, кто трудится на прилегающих научных полях. Его исследования неизменно охватывают родственные науки, а последние проникают и на его поле». Такое объединение дисциплин, по мнению Гейки, само по себе было доказательством того, что все природные феномены сплетены в единую ткань. «Это станет еще одним доказательством единства Природы, если те сложнейшие проблемы, которые до сих пор заводили геологов в тупик, в конечном итоге будут разрешены благодаря исследованиям астрономов и выводам физиков»[31].

Среди тех, кто приветствовал теорию Кролла и вдохновился ею, был и Джон Тиндаль, что неудивительно, учитывая склонность обоих ученых мыслить, как физики. Коллеги вели переписку, в которой более признанный англоирландец поддерживал никому не известного шотландца в его научных поисках. К своей теории о глобальных климатических механизмах Кролл пришел непосредственно после того, как завершил работу по изучению поведения тепла в твердых телах. Как и у Тиндаля, его понимание действующих в планетарном масштабе сил было основано на молекулярной физике. Как и Тиндаль, Кролл не был великим математиком. Изучая взаимодействие различных физических сил, оба полагались на присущую им поразительную научную интуицию, а не на сложные математические расчеты. Тиндаль высоко оценил метафору, к которой Кролл прибег, чтобы описать действие молекул: «В вашем письме примечательно для меня то, как вы уловили физический образ: молекулы, действующие как молотки, – превосходны»[32]. Для Тиндаля Кролл был попутчиком в интеллектуальном путешествии, гениальным мыслителем, умеющим выражать мысли с помощью образов и не боящимся выдвигать грандиозные и смелые идеи. «Было интересно, – писал Тиндаль в другом письме, посвященном исследованиям тепла, – увидеть параллели между вашими и моими мыслями по этому вопросу»[33].

Но если Кролла всегда интересовало самое глобальное явление – планета в целом, то Тиндаль пытался связать между собой явления разных масштабов. Его наблюдения и теории охватывали и столь малые объекты, как кристаллы льда и молекулы воды, и такие огромные, как горы и ледники. Тиндаль видел связи повсюду, но именно вода давала ему ключ к пониманию главной тайны и красоты Вселенной – ее целостности. Как ни странно, писал Тиндаль, «холодные льды Альп берут свое начало в солнечном тепле»[34]. «Невозможно основательно изучить снежинку без того, чтобы шаг за шагом не вернуться к химическому составу Солнца. И это свойственно всей Природе. Все ее части взаимосвязаны, и полноценное изучение какой-либо одной из них включает и изучение всех остальных»[35]. Для Тиндаля фундаментальные силы, действующие в самом малом масштабе, никогда не были отделены от глобальных явлений: малейшие изменения, происходящие в сердце ледника, в его понимании были связаны не только со всем ледником и его движением, но и с общими физическими процессами на Земле и во всей Вселенной. Воображение Тиндаля, не зная границ, двигалось все дальше и дальше, связывая физику Земли с физикой Солнца и космоса.

Идея целостности природы и взаимосвязи энергии и материи была для Тиндаля сродни религии. Но хотя он высказывал свои убеждения громче и настойчивей, чем многие его современники, среди них также были те, кто стремился объяснить самые сложные и масштабные феномены с помощью физики мельчайших частиц, образующих материю. Если в прежние времена естествоиспытатели и геологи, изучавшие Землю, довольствовались составлением карт и описанием наблюдаемого, то к середине XIX в. прогресс науки дал им возможность не просто описывать, но и объяснять существующие явления и раскрывать их механизмы. Ледники оказались идеальной лабораторией, позволявшей не только подвергнуть проверке различные гипотезы о прошлом планеты, но и преобразовать сами науки о Земле. «Никакая другая область исследований не подводит нас ближе к пониманию внутренней кухни природы, – писал рецензент о работах Тиндаля, Агассиса и Форбса, – и не находится в лучшем положении, чтобы наблюдать за тем, как мельчайшие физические элементы объединяются, чтобы произвести впечатляющие своей масштабностью результаты, чем та, которая занимается изучением этих огромных масс льда, называемых ледниками»[36]. Ледники помогали пролить свет на внутренние механизмы природы, понять, как нечто столь малое и хрупкое, как кристаллы льда, в соединении с другими такими же кристаллами способно с течением времени сформировать рельефы гор и даже целых континентов.

Уникальность подхода Тиндаля заключалась в том, что открытия, сделанные в горах, он развивал далее с помощью экспериментов, которые проводил в лабораторных условиях. В Альпах Тиндаль измерял движение ледяных потоков, заполнявших целые горные котловины, а по возвращении в Лондон продолжал исследовать движение льда, но в гораздо меньших масштабах. Хотя, по его собственному признанию, им двигало острое желание «сокрушить» теории тех, кого он считал своими соперниками, главным его вкладом в развитие геологической науки стала именно эта комбинация полевых и лабораторных исследований, а не победа в битве за окончательную теорию движения ледников.

Его лаборатория удобно располагалась в цокольном этаже здания Королевского института, где он читал лекции как профессор естественных наук, на Альбемарл-стрит, недалеко от Пикадилли. Летом 1856 г., по возвращении из своей первой, совместной с Томасом Хаксли экспедиции в горы, Тиндаль засел в лаборатории и принялся экспериментировать: превращать плотный речной лед в трещиноватый глетчерный, создавать характерную полосчатую структуру льда, формировать трещиноватость в почти кристально прозрачной ледяной толще.

Эксперименты были прекрасны своей простотой. Тиндаль поручил лаборанту изготовить набор прочных деревянных форм и в них замораживал лед и проводил с ним различные манипуляции, чтобы сымитировать поведение ледника. Он хотел показать, что лед движется за счет чередования процессов таяния и замерзания, которые происходят в таких незначительных масштабах как по объему, так и по времени, что это делает процесс неотличимым от течения жидкости. Но, несмотря на кажущееся сходство с вязкой жидкостью, такой как патока или мед, в действительности лед ведет себя как нестабильное вещество. Под давлением тысяч тонн вышележащих слоев в месте соприкосновения с твердой землей он претерпевает дискретную смену физических состояний – от твердого к жидкому и обратно к твердому. Этот процесс чередующегося плавления и замерзания Тиндаль назвал уродливым словом «режеляция»[37], изначально придуманным его учителем Майклом Фарадеем. Братья Джеймс и Уильям Томсоны добавили в понимание этого процесса еще один критически важный фактор – давление. Они предсказали, а затем экспериментально доказали, что оно снижает температуру плавления льда[38]. Это означает, что таяние легче всего происходит в самых нижних слоях ледника, лежащих под неимоверной тяжестью верхних. Талая вода вытекает из-подо льда, отчего давление постепенно снижается и в результате основание ледника вновь замерзает – до тех пор, пока давление не возрастет опять настолько, чтобы лед начал плавиться. И так повторяется снова и снова.

Едва слышное гудение атомов, которое, как считал Тиндаль, наполняло жизнью каждую частицу Вселенной, перерастало в мощный гул там, в глубине ледника, где лед пребывал в неустойчивом состоянии на границе плавления. Под действием колоссального давления он постоянно пересекал этот порог туда-обратно – плавился и вновь возвращался к твердому состоянию, выпустив тепло в форме воды. То, что казалось текучей субстанцией, в действительности было подобно массивному локомотиву, рывками соскальзывающему по склону вниз, в долину.

15 января 1857 г. Тиндаль впервые представил результаты своих исследований научному сообществу. Он не только изложил концепцию, которую разработал совместно со своим другом Томасом Хаксли, но и воспользовался возможностью, чтобы раскритиковать другую, популярную на тот момент, теорию движения ледников, выдвинутую Джеймсом Форбсом. Форбс был старше Тиндаля на 11 лет и на 15 лет раньше впервые побывал в Альпах вместе с самим Агассисом. Вскоре он рассорился с Агассисом, опубликовав статью, в которой, по мнению последнего, недостаточно признал его вклад. Тем не менее Форбс продолжил ездить в Альпы и публиковать научные статьи, продвигая свою идею о том, что лед ведет себя подобно вязкому веществу вроде патоки. Тиндаль и Хаксли критиковали Форбса за использование термина «вязкий». Тиндаль утверждал, что, находясь под достаточно высоким давлением, лед становится хрупким и нестабильным. По его словам, вязкость, о которой твердил Форбс, была лишь кажущейся.

На наш современный взгляд, теория Тиндаля не так уж сильно отличается от теории Форбса. Оба утверждали, что лед течет подобно жидкости, и расходились лишь в деталях относительно того, как происходит этот процесс. Принципиальная разница между двумя учеными и их теориями заключалась в подходах. Для Форбса движение ледников было проблемой геологии – проблемой понимания механизмов, формирующих Землю в целом. Микрофизика того, как именно происходит перемещение льда, его не интересовала. Тиндаль же считал иначе, придавая ключевое значение пониманию физического аспекта. Опираясь на работы Хопкинса и братьев Томсонов, он пришел к выводу, что ледник движется шагами. Конечно, он признавал, что это были крошечные шажки, затрагивавшие малые объемы льда, которые таяли и замерзали в основании ледника. Однако в этом крылся куда более важный смысл – а именно то, что знания о молекулах и энергии, полученные благодаря математике и физике, могут быть использованы для предсказания и понимания поведения таких огромных, сложных и, казалось бы, непостижимых феноменов, как альпийские ледники. В этом смысле борьба между Тиндалем и Форбсом носила поистине фундаментальный характер. Это был не просто спор по поводу семантики, это была битва за то, чтобы признать один способ познания Земли и научного объяснения более верным, чем другой.

Не все были согласны с видением науки, которое предлагал Тиндаль. Прежде чем прийти к согласию по вопросам, связанным с природой ледниковых периодов, историей Земли или движением ледников, научному сообществу необходимо было договориться о том, как должен выглядеть ответ на такие вопросы – то есть сама теория. Тиндаль пытался выиграть битву, дополняя свои героические полевые исследования в горах четко организованными экспериментами в лаборатории. Он был убежден, что благодаря такому подходу ученому под силу в одиночку (если не брать в расчет помощь ассистентов, носильщиков и т. п.) раскрыть истинную суть явлений, которые казались одним, но в реальности были совсем другим – как в случае с движением ледников, которое внешне напоминало течение вязкой субстанции, но на деле оказалось режеляцией – процессом попеременного замерзания и оттаивания.

Уильям Хопкинс считал, что и Тиндаль, и Форбс были отчасти правы и отчасти не правы в том, что оба называли «теорией движения ледников». Среди «многочисленных дискуссий, имевших место в течение последних 20 лет», писал Хопкинс, слишком многие представляли неполные теории. Чего не хватало, так это «убедительной, полной теории, основанной на строгих определениях и четко сформулированных гипотезах вкупе с тщательным сопоставлением результатов теоретического исследования и прямого наблюдения». Иными словами, Хопкинс считал, что теория, объясняющая геологические явления, должна выглядеть так же, как физическая. На его взгляд, и Тиндаль, и Форбс были не правы, называя «теорией» то, что было всего лишь описанием одного из способов движения ледника. «Теория расширения не учитывает теорию скольжения, тогда как их следовало бы объединить, – писал Хопкинс, – а последняя не принимается во внимание теорией вязкости… Что же до теории режеляции, то это не теория движения ледников как таковая, а прекрасная демонстрация совершенно нового для нас свойства льда, от которого зависят определенные особенности движения ледников». Лучшей и окончательной теорией будет та, заявлял Хопкинс, которая не потребует «уточняющего названия», чтобы отличить ее от конкурирующего утверждения[39].

Именно такую полную теорию и стремился разработать Тиндаль, курсируя между ледником Мер-де-Глас и своей лабораторией на Альбемарл-стрит. Он хотел объединить два разных научных подхода – подход геологов, таких как Форбс, с их грязными ботинками, грубыми инструментами и изнурительными экспедициями в горы и на ледники, и подход физиков, таких как Уильям Томсон и Уильям Хопкинс, которые пытались объяснить природные явления при помощи «чистой» физики и математики. То, что делал Тиндаль в своей лаборатории и в Альпах, во многом предвосхитило последующее развитие наук о Земле, объединивших математическую физику и описательную геологию[40]. Но было бы неверным считать Тиндаля современным ученым в привычном нам понимании. Его физическое мышление носило скорее качественный, нежели количественный характер, а главными инструментами были аналогия и метафора, а не математика. Самым важным достижением Тиндаля было объединение двух разных способов познания. Сочетая опыт экспедиций на ледники – с их опасностями и героизмом, с присущими ему восторгом перед красотой природы и особым пониманием природных явлений, которое становится возможным лишь благодаря непосредственному переживанию, – и экспериментальные исследования в лаборатории, «очищенные» от всего вышеперечисленного, Тиндаль утверждал, что именно такой и должна быть наука[41].

То же самое он делал и в своих сочинениях – совмещая два разных способа познания природы, но одновременно и подчеркивая различие между ними. Написанная им в 1860 г. книга «Ледники Альп» была разделена на две части[42]. Одна из них, которую Тиндаль назвал «повествовательной», включала такие главы, как «Экспедиция 1856 г.» и «Первое восхождение на Монблан, 1857 г.». Другая, «научная», содержала главы «Свет и тепло», «Происхождение ледников» и «Цвет воды и льда». Тесно связанные между собой, эти две части тем не менее существенно разнились по характеру. «Разум, заинтересовавшись одним, – предупреждал Тиндаль, – не может с легкостью резко переключиться на другое»[43]. Он знал, как завоевать внимание читателя. «В тот день, когда мы спускались по особо трудному крутому склону, нога Беннена соскользнула с опоры, – так начинался рассказ об одном из опасных эпизодов, произошедших с ним и его швейцарским проводником при спуске с вершины Финстерархорн. – Он покатился вниз и потянул меня за собой. Я тоже упал, но, ловко извернувшись, воткнул в лед острие своего ледоруба и удержал нас обоих»[44]. Это начало призвано было заинтересовать юношей и мужчин, на которых Тиндаль и нацеливал свою книгу. Впечатлив читателей суровой, полной опасностей романтикой гор (а также собственной отвагой и силой духа), ученый надеялся увлечь их за собой в исследование более сложных предметов, таких как структура ледников и механизм их движения.

Книга «Ледники Альп» стала настоящим бестселлером, сделав Тиндаля популярным в кругах лондонской интеллигенции. Разумеется, публику больше интересовали истории об опасных приключениях, а не рассуждения о движении ледников, однако тот факт, что эти рискованные подвиги совершались ради покорения не только горных, но и научных вершин, лишь добавляло им героизма. Подобно тому как экспедиция Джона Франклина по поиску легендарного Северо-Западного прохода (и последующие экспедиции, отправленные на поиски пропавших кораблей) возбуждала чувства национальной гордости и восхищения покорителями неизведанных просторов, так и работа Тиндаля привлекала тем, что сочетала в себе приключенческий дух с благородным поиском научного знания.

Однако не всем его коллегам это пришлось по вкусу. Некоторые собратья по цеху сочли своим долгом противостоять ему. На их взгляд, Тиндаль представлял собой наихудшую из возможных комбинаций: позер с опасно нехристианскими идеями, которому недостает знания математики. Джеймс Максвелл задействовал всю силу своего литературного таланта, чтобы обрушиться на этого англо-ирландского выскочку, и даже придумал слово «тиндализировать» для описания присущей Тиндалю театральной манеры публичных выступлений. В рукописном стихотворении, датируемом 1863 г., которое распространялось среди противников Тиндаля, анонимный автор (почти наверняка Максвелл) не сдерживал сарказма:

В язвительном стихотворении Максвелл нарисовал гротескную карикатуру на Тиндаля и «представления», устраиваемые им для лондонской публики, в которых, по его мнению, не было места науке. Как будто этого было мало, в рецензии на эссе Тиндаля в популярном журнале, где тот отстаивал свою теорию движения ледников, П. Г. Тейт заметил: «Доктор Тиндаль принес свой научный авторитет в жертву популярности, в достижении коей значительно преуспел»[46].

Судя по этим выпадам, расплатой за внимание широкой общественности для Тиндаля стала враждебность со стороны части коллег. Однако успеха на ниве публичных лекций было недостаточно, чтобы одержать победу в борьбе ледниковых теорий. Впрочем, не досталась эта победа и Форбсу. Спор между двумя учеными так и не был разрешен. Вопросы приоритета и цитируемости возобладали, и вся дискуссия в итоге выродилась в немногим более чем обычную перебранку[47]. Отчасти причина крылась в том, что в споре сошлись две сильные личности, но скорее дело было в другом: предметом спора оказалась не конкретная теория, а вопрос, что именно следует считать теорией вообще. Когда границы рассматриваемого вопроса не определены, трудно, если не невозможно, признать какое-либо из объяснений более полным, чем другое.

Разочарованный тем, что дебаты по ледникам зашли в тупик, Тиндаль, неутомимый мыслитель и, прежде всего, деятель, нашел вскоре другую тему, в изучении которой оказались востребованы и его бурная энергия, и страсть к исследованию природных явлений, и приверженность к лабораторным экспериментам. Этот новый прожект стал естественным продолжением изучения ледников. Тиндаля по-прежнему интересовало, какую роль играет тепло на базовом физическом уровне, а также в сложных процессах, происходящих на планете. Изучение альпийских ледников и их движения заставило его задуматься о газах, тепле и солнечном излучении. Наблюдая за происходящими в горах процессами, он не мог не думать о постоянной передаче энергии от одного вещества другому. Исследование ледников, писал он, «обратило мое внимание на передачу солнечного и земного тепла в атмосфере»[48]. Поэтому теперь он решил исследовать экспериментальным образом влияние тепла не на твердые объекты, подобные льду, а на газы, в том числе и находящиеся в земной атмосфере. Именно благодаря этой работе Тиндаль – вместе с Жозефом Фурье и Сванте Аррениусом – вошел в историю науки как один из первооткрывателей того, что сегодня мы называем парниковым эффектом.

В начале 1859 г. он решил сосредоточиться на поисках ответа на конкретный вопрос: сколько тепла могут поглощать различные газы? В своей лаборатории в подвале Королевского института Тиндаль создал контролируемую искусственную среду, изобретя установку, представлявшую собой комбинацию электрического аппарата и конденсационной камеры. Эта установка, которая так и не получила названия, состояла из герметизированной стеклянной трубки, внутрь которой можно было вводить различные газы, постоянного источника искусственного тепла (газовой горелки и емкости с кипящей водой) и совсем недавно изобретенного прибора под названием гальванометр, который измерял разницу между силой тока, проходящего через трубку с газом и без него, на основе чего можно было довольно точно рассчитать количество поглощенного газом тепла[49].

В теории все было довольно просто. Но на практике устройство, подобно «колесу Екатерины»[50], приносило сплошные мучения. Прежде всего Тиндаль столкнулся с тем, что даже в отсутствие электрического заряда стрелка гальванометра отклонялась сама по себе на целых 30° от нейтрального положения. Немало поломав голову, ученый наконец понял, что причина – в намотанной на катушку проволоке из меди с примесью магнитных металлов. Чистая медь уменьшила отклонение с 30° до 3°, но и такая погрешность была слишком велика, если учесть, что поглощающие свойства газов могли быть очень слабыми. В конце концов Тиндаль догадался, что остаточное количество железа могло содержаться в составе краски, которой был окрашен зеленый шелк, использовавшийся для обмотки медной проволоки. После того как он сам, чистыми руками, обмотал беспримесную медную проволоку белым шелком, стрелка гальванометра перестала отклоняться.

Несмотря на усовершенствование установки, первые эксперименты с газами не дали никаких результатов. Еще одной серьезной проблемой оказалось создание постоянного источника тепла. Несколько недель весны 1859 г. прошли в безуспешных попытках получить результаты. Порой Тиндаль впадал в отчаяние: «Весь этот период был непрекращающейся борьбой с экспериментальными трудностями», – писал он. Как разительно этот опыт отличался от тех моментов мгновенного прозрения, которые он переживал в горах, когда понимание скрытой истины озаряло его разум внезапно, словно выглянувшее из-за туч солнце![51] И вот 18 мая 1859 г., после нескольких месяцев упорного труда, наконец-то произошел прорыв: «Экспериментировал весь день; предмет изучения полностью в моих руках!» На следующий день Тиндаль написал: «Эксперименты, главным образом с парáми и угольным газом, превосходны – а с эфирными парами и того лучше»[52].

В июне 1859 г. Тиндаль, казалось, внезапно прервал свои экспериментальные изыскания и отправился в Альпы, чтобы продолжить исследование ледников. Однако это не было спонтанным решением. Не занимая постоянного преподавательского места в каком-либо учебном заведении, он тем не менее придерживался академического графика – с осени до конца весны читал лекции и работал в лаборатории, а летом уезжал в Альпы. Только в сентябре 1860 г. Тиндаль вернулся к своей экспериментальной установке и снова занялся ее отладкой, пытаясь найти новый, более совершенный источник тепла. На протяжении следующих семи недель он безостановочно экспериментировал, проводя в лаборатории по восемь – десять часов в день. Среди газов, с которыми он работал, были серный эфир, озон, этилен, дисульфид углерода, йодистый этил, йодистый метил и десятки других веществ. К концу октября длинный список, который Тиндаль обозначил как первоначальное направление своих исследований, был исчерпан. Постепенно он научился очищать воздух в помещении, представлявший собой смесь разнообразных веществ, до такой степени, что прибор мог регистрировать самые слабые изменения их состояния. Но эксперименты приносили сплошь разочарования: вещества, которые он изучал, оказались удручающе плохими поглотителями тепла, исходившего от емкости с кипящей водой. Да, эффекты разнились, и Тиндаль напряженно работал, пытаясь уловить скрытую мелодию в череде варьирующихся цифр[53]. Но результаты измерений его не устраивали, и он в итоге отверг все свои выводы. Это было временем испытаний, «продолжающейся борьбы с трудностями, сопряженными с предметом изучения и несовершенствами обстановки, в коей проводилось исследование»[54].

Все это время Тиндаль продолжал работать над созданием источника стабильного тепла. И вот в ноябре 1860 г. ему наконец-то улыбнулась удача. Образец воздуха из лаборатории, очищенный от влаги и углекислого газа, отклонял стрелку гальванометра примерно на 1°. Такое же отклонение давали кислород, полученный из хлората калия и пероксида марганца, азот, водород, полученный из цинка и серной кислоты, и водород, полученный путем электролиза воды. Особые усилия Тиндаль приложил к тому, чтобы получить максимально чистый образец кислорода: для этого добытый путем электролиза кислород был последовательно пропущен через восемь сосудов с концентрированным раствором йодида калия, который полностью очистил его от озона. Но и чистый кислород отклонил стрелку гальванометра всего на 1°. Тогда Тиндаль решил нагреть кислород, не пропущенный через йодистый калий, то есть загрязненный озоном, – и стрелка прыгнула на целых 4°. Это означало, что озон был в три раза более сильным поглотителем теплового излучения, чем кислород.

Двадцатого ноября произошло нечто еще более удивительное. Сначала Тиндаль измерил поглощение тепла воздухом, очищенным от влаги и углекислого газа. Количество абсорбированного излучения оказалось незначительным, что было неудивительно, учитывая результаты по другим веществам. Но затем Тиндаль решил нагреть неочищенный образец воздуха, взятый прямо из лаборатории, – и стрелка гальванометра отклонилась на невероятные 15°! Тиндаль вычел влияние углекислого газа, но результат все равно был поразительным: невидимая влага, присутствовавшая в неосушенном воздухе, поглощала в 13 раз больше тепла, чем чистый кислород.

Потратив на эксперименты 14 недель, Тиндаль наконец-то был готов сообщить о результатах в своей Бейкеровской лекции[55] 1861 г. Новость о сделанном им крупнейшем открытии ученый приберег напоследок. Он начал лекцию с описания незначительных поглощающих свойств таких веществ, как хлороформ и спирт, и лишь затем перешел к теме, представлявшей «значительный интерес», а именно к взаимодействию атмосферы с тем, что он назвал солнечным и земным теплом. Им был обнаружен любопытный феномен: воздух, очищенный от влаги и других составляющих, поглощал очень мало тепла, тогда как воздух, взятый непосредственно в лаборатории, поглощал его в 15 раз больше.

Вывод был следующим: даже очень незначительные изменения в содержании таких основных газов, как водяные пары, углекислый газ и пары углеводородов, могли значительно менять количество тепла, поглощаемого атмосферой, приводя таким образом к изменению температуры на планете. Этот механизм потенциально мог объяснять как глобальные похолодания, так и потепления, о которых свидетельствовали ископаемые останки. Он также объяснял, почему на вершинах гор, хотя те находятся ближе к солнцу, так холодно и почему в полдень солнце греет намного жарче, чем к вечеру. Все дело было в двойственной природе водяного пара. Производя, по выражению Тиндаля, «останавливающее воздействие» на тепло, исходящее от остывающей земли, он в то же время был полностью проницаем для световых лучей. Это и играло решающую роль. Солнечный свет легко проходил через водяной пар и поглощался землей, которая затем излучала тепло обратно, как это делает любой нагретый на солнце камень. Это тепло поглощалось содержащимся в атмосфере водяным паром, действовавшим подобно огромному окутывающему Землю одеялу и удерживавшим тепло, которое в противном случае улетучилось бы в космическое пространство. Тиндаль предположил, что именно различия в содержании водяного пара в атмосфере могут объяснять многие, если не все, изменения климата, зафиксированные в окаменелостях и геологических слоях. Больше не нужно было теоретизировать о возможных изменениях в плотности или высоте атмосферы или о поднятии целых континентов, чтобы объяснить колебания температуры на планете: «небольшого изменения» количества водяного пара в атмосфере было достаточно для того, чтобы произвести «все перемены земного климата, обнаруживаемые исследованиями геологов»[56]. Значение этого открытия было колоссально. Разумеется, эксперимент требовалось повторить в других местах, с другими образцами атмосферного воздуха, чтобы устранить любое возможное влияние присутствия пыли или иных частиц. Но «с чрезвычайно высокой степенью вероятности», заявлял Тиндаль, «поглощение тепла атмосферой… происходит главным образом благодаря водяному пару, который содержится в воздухе»[57].

[31] Geikie, Great Ice Age, 95.

[32] Irons, Croll, 104.

[33] Письмо Джона Тиндаля Джейсу Кроллу, 14 января 1865 г., цит. в: Irons, Croll, 104.

[34] Тиндаль, «Формы воды».

[35] Указ. соч.

[36] «Glacial Theories,» North American Review 96, no. 198 (January 1863): 2.

[37] Режеляция – смерзание льда в результате повторной кристаллизации воды. – Прим. науч. ред.

[38] Crosbie Smith, «William Thomson and the Creation of Thermodynamics: 1840–1855,» Archive for the Exact Sciences 16 (1977): 231–288.

[39] William Hopkins, «On the Theory of the Motion of Glaciers,» Philosophical Transactions of the Royal Society 152 (1862): 677.

[40] Naomi Oreskes and Ronald Doel, «The Physics and Chemistry of the Earth,» in Mary Jo Nye, ed., The Cambridge History of Science (Cambridge: University of Cambridge Press, 2003), 544.

[41] Hevly, «Heroic Science»; Michael Reidy, «Mountaineering, Masculinity, and the Male Body in Victorian Britain,» in Robert Nye and Erika Milam, eds., «Scientific Masculinities,» Osiris 30 (November 2015): 158–181.

[42] Tyndall, Glaciers.

[43] Ibid., v.

[44] Ibid., 116.

[46] Цит. в: Brown, Poetry, 117.

[47] Цит. в: Rowlinson, «Theory,» 194.

[48] Tyndall, «The Bakerian Lecture: On the Absorption and Radiation of Heat by Gases and Vapours, and on the Physical Connexion of Radiation, Absorption and Conduction,» Philosophical Transactions of the Royal Society 151 (1861): 1.

[49] Эта лабораторная установка и проблемы, связанные с ее использованием, описаны Тиндалем в его Бейкеровской лекции; см.: Tyndall, «Bakerian Lecture.»

[50] «Колесо Екатерины» – древнее орудие пыток, на котором была замучена св. Екатерина Александрийская. – Прим. пер.

[51] Дневник Джона Тиндаля, лето 1861 г., Королевский институт.

[52] Там же.

[53] Поначалу Тиндаль даже не пытался исследовать водяной пар и углекислый газ; поскольку они присутствовали в атмосфере в незначительных количествах, он предположил, что «их влияние на тепловое излучение должно быть ничтожно малым». A. J. Meadows, «Tyndall as a Physicist,» in W. H. Brock, N. D. McMillan, and R. C. Mollan, eds., John Tyndall: Essays on a Natural Philosopher (Dublin: Royal Dublin Society, 2918), 88. Цитаты взяты из: John Tyndall, Heat Considered as a Mode of Motion (London: Longmans, Green and Company, 1863), 333.

[54] Tyndall, «Bakerian Lecture,» 6.

[55] Бейкеровская лекция читается при получении награды, с 1775 г. ежегодно присуждаемой Лондонским королевским обществом за вклад в развитие естествознания. Награждаемый получает 10 000 фунтов стерлингов и медаль. – Прим. ред.

[56] Ibid., 29.

[57] Ibid., 28.