Над океаном видна только вершина айсберга. Лед состоит из пресной воды, которая имеет значительно меньшую плотность по сравнению с плотностью соленой воды океана. Соленая морская вода, замерзая, образует на поверхности океана ледяные поля.

Лед занимает больше места, чем вода, из которой он состоит. Поэтому емкости с замерзшей водой могут треснуть. Увеличение объема связано с перестроением молекул, которые при переходе в твердое состояние образуют кристаллическую решетку. Та же масса при большем объеме означает, что плотность льда ниже плотности воды, поэтому льды дрейфуют в воде. Вода – единственное вещество, которое способно, находясь одновременно в твердом и в жидком состоянии, плавать в самом себе. В естественных условиях лед образуется на поверхности воды. Слой льда препятствует замерзанию воды под ним и создает условия для жизни рыб и других существ даже зимой. Кроме того, лед подвергается воздействию солнечных лучей и потому тает. Если бы лед не плавал, а накапливался на дне океана, это радикально изменило бы погоду и строение Земли.

Магматические породы

При наблюдении за тем, как остывает расплавленное стекло, зародилась идея, ставшая ключом к пониманию того, как образуются горные породы.

Шотландский промышленник Джеймс Кейр проявлял интерес к новым наукам, которые дали толчок охватившей Британию промышленной революции. Он был одним из ведущих деятелей Лунного общества, неформального собрания интеллектуалов-единомышленников, куда входили Эразм Дарвин (дедушка Чарлза Дарвина), Джеймс Уатт (изобретатель паровой машины) и Бенджамин Франклин во время своего пребывания в Англии.

На гравюре 1778 года изображено, как лава, стекая в реку, превращается в базальтовые столбы.

В 1776 году Кейр выпустил статью, в которой предположил, что современные горные породы образовались в прошлом из расплавленной лавы, подобно тому, как расплавленное стекло при застывании становится твердым. Сегодня мы называем такие породы магматическими.

Скалы Национального парка Йосемити, такие как Эль Капитан, – это большие массивы гранитных батолитов, образовавшихся под землей и вышедших на поверхность в результате эрозии более мягких пород вокруг них.

Магматические породы, образовавшиеся на поверхности земли, например, базальт, очень быстро остывали при контакте с водой или воздухом, поэтому они состоят из мелких кристаллов. Породы, которые находятся в подземных полостях, наполненных магмой (она называется лавой, только когда выходит на поверхность), остывают гораздо медленнее – например, гранит. Они характеризуются более крупными кристаллами.

Возраст Земли

В Библии, с ее длинной историей семьи Авраама, говорится, что Земля была создана в 4004 году до н. э. В 1779 году одному французскому дворянину пришла в голову идея, как проверить возраст нашей планеты.

Граф де Бюффон служил управляющим Сада короля – французского королевского ботанического сада в Париже.

Это был не кто иной, как Жорж-Луи Леклерк, граф де Бюффон. Выдающийся натуралист своего времени, он помог реконструировать королевский зверинец и ботанические сады в окрестностях Парижа. За несколько десятилетий до Чарлза Дарвина граф делал первые наброски теории эволюции. Эта работа заставила его задуматься о происхождении Земли и Солнечной системы. Он усомнился в точности возраста Земли, указанного в Библии, и предположил, что Земля образовалась в результате столкновения с Солнцем кометы, выбившей из светила часть его раскаленного вещества. С тех пор планета постоянно теряла тепло.

Граф де Бюффон вдохновился работами Исаака Ньютона, который за 70 лет до него наблюдал за тем, как остывают железо и другие раскаленные металлы.

Вулканическая активность служила свидетельством того, что под оболочкой Земли все еще было очень жарко. Леклерк утверждал, что магнитное поле Земли говорит о высоком содержании железа в недрах планеты. Он решил, что скорость остывания металла поможет ему вычислить возраст Земли. Раскалив добела небольшую железную сферу, он подождал, пока сфера остынет. Затем, используя математические методы, разработанные сэром Исааком Ньютоном, Леклерк вычислил время, за которое остынет сфера размером с земной шар. Конечно, полученный им результат в 75 000 лет был неверным, но это была первая подсказка, что наша планета значительно старше, чем считалось.

Теория Земли

Начало современной геологии положила работа шотландского фермера и инженера Джеймса Хаттона. В 1788 году он опубликовал трактат о формировании горных пород под названием «Теория Земли».

Джеймс Хаттон около 30 лет изучал процессы образования горных пород, анализируя то, что он видел под землей и на ее поверхности.

Работая в полях на юге Шотландии и участвуя в строительстве каналов, Хаттон имел возможность хорошо ознакомиться с тем, что находится под землей. В конце 1750-х годов он задумался о том, как образовались горные породы. Он сделал предположение, что породы, залегающие глубоко под землей и имеющие определенную структуру, сформировались из осадочного слоя, который в прошлом образовывался на поверхности земли. Его состав был тем же, что и в наше время, – песок, ракушки и глина. По сути предположение Хаттона было переосмыслением того, что писал в своих трудах Шэнь Ко несколькими веками ранее (хотя Хаттон навряд ли слышал об этом китайском мыслителе).

Принцип актуализма

Хаттон следовал принципу «настоящее – это ключ к будущему». В 1785 году он объединил свои идеи в теорию, которую назвал «принцип актуализма». Согласно его теории, процессы формирования горных пород в далеком прошлом и в настоящем ничем не отличаются.

В 1787 году Джеймс Хаттон обнаружил в слоях породы или пласте значительный сдвиг, который он назвал несогласным залеганием. Такой сдвиг – который теперь называется «несогласным напластованием Хаттона» – он наблюдал в разных точках Шотландии. Этот рисунок сделан в шотландском городе Джедборо. На нем показано, что старые слои породы сдвинуты и расположены почти вертикально, а новые горизонтальные образовались поверх них.