Однако мы увлеклись рассуждениями об эксплуатации шпицбергенского угля, как будто вся наша задача заключается в разрешении этого сухого коммерческого вопроса. Не следует забывать о том, что бесконечно интереснее, а именно – о наличии самого угля на Шпицбергене; оно служит верным свидетельством тех великих перемен, которые совершались в этой удивительной природе.

Когда мы тут, при ветре и снегопаде, мерзнем в самый разгар лета, нам кажется непостижимым, что эта голая страна снега и льда в те далекие времена, когда угольные слои отлагались, была покрыта пышными тенистыми лесами, а еще раньше здесь на взморье и в лесах лежали и жарились на солнце исполинские ящеры.

И все это было не далее как в конце третичного периода, то есть ближайшего геологического времени, предшествовавшего тому, в которое мы живем, но столь на него непохожего.

В течение большей части третичного периода вся эта страна была покрыта морем. За это время, длившееся миллионы лет, отложились слои мощностью по меньшей мере в 1200 метров. И в этих слоях мы теперь находим многих окаменелых морских животных.

Но в переходные эпохи эта же самая страна поднималась над уровнем моря и покрывалась большими роскошными лесами. Последние оставили в слоях, очевидно отложенных в пресных озерах или в лагунах, отпечатки листьев, ветвей и семян. Некоторые из этих отпечатков сохранились так хорошо, что мы имеем возможность изучать по ним с помощью микроскопа тончайшее строение листьев и других частей растений почти так же хорошо, как и на живых растениях.

Таким образом, мы могли составить себе удовлетворительное представление о лесах, произраставших в те времена здесь на Севере. В них росли между прочим: двенадцать видов еловых и сосновых пород (Pinus), в том числе наша обыкновенная ель, а также виды, родственные виргинской сосне; семь видов дуба, три вида клена, плющ, липа, бук, терновник (Prunus); два вида орехового дерева, два вида боярышника, семь видов тополя, в том числе душистый тополь; два вида калины, ясень, водяная лилия, платан, два вида магнолии, лесной орешник, два вида болотного кипариса (Taxodium), исполинские секвойи того же семейства, что и современные калифорнийские великаны, и еще много других травянистых растений, кустарников и деревьев.

Эта роскошная флора – доказательство того, что в те времена на Шпицбергене было так же тепло, как в настоящее время на Женевском озере или даже в Северной Италии. Средняя годовая температура должна была быть не ниже 10 ℃, то есть, по крайней мере, на 20° выше теперешней.

Но если мы еще дальше углубимся в древние геологические века, то убедимся, что климат в этих местах был некогда еще теплее, чем в третичный период.

Здесь залегают также богатые окаменелыми растениями слои юрского периода и нижнего мелового (неокома). В те времена на Земле еще не появились двудольные растения (дикотиледоны), да и однодольных было еще мало; преобладали тайнобрачные, у которых не видно ни цветка, ни семени, а также голосеменные (гимноспермы). Последние были представлены на Шпицбергене так называемой ложной саговой пальмой из семейства цикадовых, близкородственной по форме саговой пальме наших времен, произрастающей в тропических странах. Тогда же росли здесь замечательные деревья гингко, из которых теперь сохранился лишь один вид (Gingko bilobia), встречающийся в Китае и Южной Японии. Они составляют особое семейство, стоящее между хвойными и цикадовыми. Кроме них, мы находим разные древовидные гигантские папоротники и еще некоторые вымершие виды деревьев.

Те же самые виды отчасти находят в отложениях юрского и мелового периода в Северной Европе – так что, по-видимому, между климатами этих вообще столь различающихся между собой стран существовала лишь незначительная разница.

Из остатков триасового периода, предшествовавшего юрскому, на Шпицбергене, между прочим, находили кости и зубы разных гигантских водных, земноводных и других ящеров (ихтиозавров, минозавров, пессозавров и пр.), которые всегда водились только в жарком климате.

От каменноугольного периода, или карбона, относящегося к еще более далекому прошлому, остались отложения с окаменелостями, представляющими флору той же ступени развития, на какой находилась южноевропейская флора того же геологического периода; это доказывает, что тогда существенной разницы между климатами этих областей не было.

Растительность карбона состояла преимущественно из давно исчезнувших видов. Росли тогда и деревья гингко, и деревья совершенно вымершего вида Соrdaites; это было высокоствольное дерево с удлиненными лентообразными листьями. Росли каламиты (Calamites), соответствующие нашим хвощам (Equisetum), и лепидодендроны, соответствующие нашим плауновым (Lycopodium), но выраставшие тогда в огромные деревья 30-метровой высоты. Росли также различные древовидные папоротники и другие. Эта область должна была тогда отличаться влажным субтропическим климатом, весьма сходным с тем, который господствовал в те же времена в Южной Европе.

Невольно приходит в голову вопрос: какие же причины могли вызвать столь разительное изменение климата, о котором свидетельствуют эти окаменелые остатки доисторических времен?

Разумеется, ученые многократно пытались разрешить этот вопрос и создали множество гипотез. Но и до сих пор не появилось ни одной, настолько обоснованной, чтобы можно было считать ее удовлетворительной. И, по совести говоря, надо сознаться, что мы до сих пор причин этих не знаем.

Многие ученые считают, что земная ось в течение всех этих геологических периодов сохраняла приблизительно то же положение, что и теперь, – то есть что Северный полюс постоянно находился приблизительно на том же самом месте.

Исходя из этой предпосылки, некоторые думали, что изменения в распределении суши и моря и вызываемые этим изменения в системе морских течений могли вызвать большие изменения климатических условий в различных областях земного шара. Но одних этих явлений во всяком случае было недостаточно, чтобы вызвать такую огромную разницу температур, о какой идет речь.

Аррениус[61] выдвинул другую теорию. Он утверждал, что изменение состава земной атмосферы, в смысле содержания в ней углекислоты, способно так сильно повлиять на соотношение между поглощением и излучением теплоты, что вполне может вызвать такие перемены климата. Увеличение содержания углекислоты в воздухе будет иметь то же самое действие, какое производят парниковые стекла, – то есть темные тепловые лучи будут задерживаться, а светлые проходить. Но и эта теория при дальнейшем рассмотрении недостаточно объясняет упомянутые перемены.

Другие ученые полагали, что уменьшение или увеличение количества вулканической пыли, носящейся в нашей атмосфере, может вызвать подобные колебания климата. Но и это предположение не в состоянии объяснить повышение средней годовой температуры Шпицбергена по крайней мере на 20° (а в каменноугольный период, вероятно, еще больше).

Весьма распространенная и тщательно разработанная теория, впервые высказанная Кроллем[62], гласит, что колебания наклона плоскости эклиптики, а также эксцентриситета орбиты, описываемой Землей вокруг Солнца, в состоянии вызвать периодические колебания климата на земном шаре. Но и это объяснение должно быть отклонено как абсолютно недостаточное для объяснения столь больших изменений температуры. Не в состоянии также разрешить этот вопрос указания на изменения скорости вращения Земли.

Отчаявшись найти объяснение в тех или иных условиях, которые существовали и менялись на самой Земле, стали искать это объяснение вне Земли, причем высказали предположение, что вся наша Солнечная система на своем пути в мировом пространстве могла проходить через области с разной температурой. Однако тепло, которое наша планета может получить из мирового пространства, во всяком случае будет составлять ничтожное количество, а изменения теплового лучеиспускания Земли в мировое пространство, не вызванные изменениями в нашей собственной атмосфере, должны быть так малы, что ими тоже невозможно объяснить интересующие нас колебания климата.

Единственным мощным источником тепла для нас является Солнце. Поэтому гораздо проще искать объяснения в возможных колебаниях солнечной радиации.

О том, что в деятельности Солнца происходят известные колебания, можно заключить уже из появления на нем пятен. Такой же вывод подсказывают северные сияния, которые возникают благодаря электрическому излучению Солнца (что впервые было доказано Кр. Биркеландом[63]) и которые в разные годы бывают так различны. Это указывает на значительные колебания электрического излучения. Поэтому можно предположить, что другие виды излучения солнечной энергии, и прежде всего тепловое излучение, также подвержены колебаниям.

Между тем существование колебаний солнечной радиации доказано только в последние годы американским астрофизиком Ч. Г. Абботом[64]. Другими словами, наше Солнце оказалось переменной звездой.

Каких размеров могут достигать эти изменения, нам еще неизвестно, но колебания, которые до сих пор удалось измерить, довольно значительны: они превышают одну двадцатую часть общей радиации Солнца.

Эти-то изменения деятельности Солнца и способны вызвать колебания климата на земле. Профессор Б. Хелланд-Хансен и я исследовали связь между колебаниями температуры воздуха в самых различных частях земного шара и колебаниями деятельности Солнца, поскольку последние нам известны отчасти из непосредственных измерений, отчасти благодаря солнечным пятнам (а также солнечным протуберанцам, излучению электричества и пр.).

Мы нашли, что температуры земной поверхности, несомненно, меняются вместе с солнечной радиацией, и эти температурные изменения осуществляются посредством колебаний общей циркуляции земной атмосферы. Так как последние колебания вызываются колебаниями солнечной радиации и излучением тепла с Земли, то ясно, что увеличение или уменьшение солнечной радиации должно вызвать усиление или ослабление циркуляции в нашей атмосфере – при условии, что земное лучеиспускание остается неизменным.

В местах, где преобладают «теплые» ветры (то есть приносящие тепло, как, например, юго-западные ветры в Норвегии), усиление воздушной циркуляции вызовет, как правило, повышение температуры, в то время как там, где господствуют «холодные» ветры (то есть приносящие холод, как, например, северо-восточный пассат у западного побережья Африки), усиление воздушной циркуляции вызовет понижение температуры.

Из вышеизложенного ясно, что изменения солнечной радиации могут в различных частях Земли вызвать прямо противоположный температурный эффект.

Если мы сделаем предположение, что в различные ранние периоды жизни Земли солнечная радиация была значительно больше, чем в настоящее время, то возникает вопрос, какое действие это могло оказать на климаты Земли.

Циркуляция атмосферы на Земле должна была быть тогда значительно интенсивнее по сравнению с современными условиями. Это должно было непосредственно вызвать повышение температуры там, где господствовали «теплые» ветры (то есть в областях, куда ветры приносили тепло), и понижение температуры там, где дули «холодные» ветры (то есть ветры, уносившие тепло).

Так как циркуляция атмосферы имеет следствием перенос тепла из тропических и субтропических стран в северные и умеренные, то усиление циркуляции скажется в общем в уменьшении разницы температур холодных и теплых областей Земли.

Таков был бы, следовательно, непосредственный результат увеличения солнечной радиации. Если солнечная радиация будет оставаться повышенной в течение долгого времени, то это, очевидно, будет иметь следствием общее повышение температуры на Земле – как у ее поверхности, так и в более высоких слоях атмосферы.

Две трети солнечного тепла, проникающего в нашу атмосферу, поглощаются последней, и только одна треть непосредственно достигает земной поверхности.

Эта последняя треть так незначительна, что, как видно из предыдущего, прямое действие непродолжительных колебаний этой величины может легко затушеваться действием, вызванным изменениями атмосферной циркуляции. Но в течение долгих периодов времени увеличенная радиация Солнца будет, конечно, нагревать нашу атмосферу, а также поверхность Земли все больше и больше, и если непродолжительные колебания солнечной радиации будут иметь все те же прямые последствия в отношении температуры на земной поверхности, то последние все же будут происходить на беспрестанно повышающемся уровне тепла, то есть средняя температура будет постоянно возрастать.

Итак, конечным результатом усиления солнечной радиации в течение долгого периода времени явится общее повышение температуры вблизи земной поверхности и уменьшение температурной разницы между теплыми и холодными поясами Земли.

На нечто подобное как раз и указывают обнаруженные на Шпицбергене остатки флоры разных геологических периодов.

Вопрос в том: действительно ли солнечная радиация претерпела столь значительные изменения, чтобы создать в третичный период на Шпицбергене, на 78° с. ш., среднюю годовую температуру выше теперешней по крайней мере на 20 ℃, а в юрский и каменноугольный периоды – и еще более высокую? Мы не в состоянии опровергнуть такую возможность, но, с другой стороны, не в состоянии и представить достаточные доказательства правильности этого предположения.

Другой не менее загадочный вопрос: способно ли повышение солнечной радиации – достаточно значительное, чтобы создать на Шпицбергене климат, соответствующий субтропическому наших дней, – настолько уменьшить разницу температур, чтобы сравнять в развитии и богатстве флору Шпицбергена на 78° с. ш. с флорой Южной Европы тех же времен, как это, по-видимому, имело место в каменноугольный период?

Остается еще рассмотреть возможность того, что Северный полюс с течением времени смещался. Многие утверждают, что этого не могло быть. Но в сущности мы до сих пор не можем разрешить этот вопрос ни в отрицательном, ни в положительном смысле.

Непосредственные измерения показали, что Северный полюс действительно смещается, но эти смещения чрезвычайно малы, и полюс, по-видимому, имеет склонность всегда возвращаться почти на то же самое место. Это, однако, не исключает возможности и более значительных смещений за очень долгий период времени. Нет ничего невероятного в том, что весь земной шар вследствие сдвигов своей коры или, быть может, еще скорее вследствие изменений в своих недрах мог настолько изменить положение оси своего вращения, что полюсы сместились на значительные расстояния.

Возможно также, что земная кора или отдельные ее участки, подстилаемые магмой, могли более или менее смещаться.

Мы теперь знаем, что земная кора в разных местах была подвержена очень большим вертикальным и горизонтальным движениям. Движения эти следует в большинстве случаев приписать еще неизвестным изменениям, происходящим внутри Земли.

Действовавшие здесь силы были так огромны, что могли поднять отлагавшиеся на морском дне горные породы до уровня высочайших вершин Гималайского хребта.

Но если эти неизвестные силы могли в столь сравнительно короткий срок, как третичный период, произвести такие громадные вертикальные смещения – смещения, направленные против силы тяготения, – то почему они не могли вызвать еще более грандиозных движений в горизонтальном направлении, при которых участки земной коры могли перемещаться на подстилающей ее расплавленной магме? Если же такие горизонтальные движения происходили в течение столь длительных промежутков времени, о каких здесь идет речь, то они могли вызвать значительные смещения суши. Что такие силы, действовавшие в горизонтальном направлении, существовали, мы знаем. Действие их сказывалось как в образовании на земной коре складок в виде горных хребтов, так и в образовании широких трещин – так называемых грабенов.

Поэтому утверждение, что участки земной поверхности не могли в течение очень долгого времени изменить свое местоположение, то есть градус широты, не должно считаться незыблемым. Напротив, смещения, несомненно, имели место, но спрашивается: насколько значительны были эти смещения? Достаточны ли они для объяснения ими больших колебаний климата?

На основании вышеизложенного я полагаю, что колебания солнечной радиации, возможно в связи с изменением географической широты данных стран (что могло быть вызвано как изменением положения земной оси, так и горизонтальным движением участков земной коры, или обеими причинами вместе), могут служить достаточным объяснением больших климатических перемен, достоверными памятниками которых являются отложения, содержащие окаменелости, в особенности встречающиеся в арктических странах.

Сомнение вызывает еще один вопрос, связанный с каменноугольными слоями, залегающими в местности между Ис-фьордом и Белльсунном. Как могли отложиться такие до известной степени однородные слои на протяжении столь обширного пространства?

Они во всяком случае не могли быть обязаны своим происхождением лесам из вышеперечисленных древесных пород, росших некогда на сухой почве всего этого пространства, ибо леса в сухих местностях не могут образовать угольных слоев на тех участках, где они произрастают. Отложения такого леса гниют и истлевают, образуя с течением времени, как это нам известно из современных наблюдений, слой гумуса на лесной почве, но никоим образом не каменноугольный слой. Только с переносом этих отложений в пресные озера или лагуны возможно образование слоев, со временем превращающихся в каменный уголь, но в таких случаях эти слои не могут охватывать столь обширных пространств и отличаться повсюду приблизительно одинаковой мощностью, как мы видим здесь.

Залегающие на Шпицбергене слои с растительными окаменелостями образовались, вероятно, путем смешения с минеральными отложениями, которые выносятся ручьями в озера или лагуны.

Относительно угольных слоев остается только предположить, что они образовались на огромных ровных торфяных болотах со стоячей водой, где в изобилии произрастали большие древовидные растения: болотные кипарисы, древовидные хвощи (Equisetum), кувшинки (Nymphaea), папоротники и т. п.

Эти растения постепенно образовали в болоте мощные отложения, как это и теперь происходит в наших торфяных болотах. С течением времени слои эти были спрессованы слоями песчаника, отложенного сверху, когда вся страна была погружена в море, и превратились вследствие этого в каменный уголь, который мы теперь здесь находим.

В нем накоплен запас солнечного тепла тех давно прошедших времен. Этого тепла хватило бы, чтобы растопить весь снег и лед, покрывающий всю эту страну, и даже нагреть добрую часть моря кругом.