Джеймс Хаттон: Отец современной геологии

Введение

Шотландский геолог (1726–1797)

Джеймс Хаттон (/pron/'/hʌ//t//ən/; 3 июня 1726 – 26 марта 1797) был шотландским геологом, агрономом, химиком-производителем, натуралистом и врачом. Его часто называют «отцом современной геологии», и он сыграл ключевую роль в утверждении геологии как современной науки. Хаттон выдвинул идею о том, что отдалённую историю физического мира можно установить по свидетельствам, содержащимся в современных породах. Изучая особенности ландшафта и береговой линии своей родной Шотландской низменности, такие как скалы Солсбери или мыс Сиккар-Пойнт, он разработал теорию о том, что геологические образования не являются статичными, а подвергаются непрерывным изменениям на протяжении неопределённо долгих периодов времени. Исходя из этого, он утверждал, в согласии со многими другими ранними геологами, что Земля не может быть молодой. Он был одним из первых сторонников того, что в 1830-х годах получило название униформизм – науки, объясняющей особенности земной коры как результат продолжающихся естественных процессов в течение огромных геологических периодов времени. Хаттон также выдвинул тезис о «системе обитаемой Земли», представленный как деистический механизм, предназначенный поддерживать мир вечно пригодным для жизни человека, однако именно новаторская работа Хаттона заложила основы этой области знаний.

Ранние годы и карьера

Хаттон родился в Эдинбурге 3 июня 1726 года, он был одним из пяти детей Сары Бальфур и Уильяма Хаттона, купца, занимавшего должность казначея города Эдинбурга. Отец Хаттона умер в 1729 году, когда ему было три года. Он получил образование в Эдинбургской высшей школе, где проявлял особый интерес к математике и химии, а затем, в возрасте 14 лет, поступил в Эдинбургский университет в качестве студента, изучающего гуманитарные науки и классическую литературу. В 17 лет он стал учеником адвоката Джорджа Чалмерса WS, однако химические эксперименты привлекали его больше, чем юридическая практика. В 18 лет он стал ассистентом врача и посещал лекции по медицине в Эдинбургском университете. После двухлетнего пребывания в Париже Джеймс Хаттон прибыл в Лейден в 1749 году, где 14 августа 1749 года поступил в Лейденский университет, в доме тогдашнего ректора Иоахима Шварца, для получения докторской степени по медицине. Он остановился у вдовы Ван дер Тас (урожденной Джудит Буват) на Лангебруге, что соответствует современному адресу Лангебруг, 101 в Лейдене. Его научным руководителем был профессор Фредерик Винтер, который являлся не только профессором Лейденского университета, но и придворным врачом штатгальтера. Латинский манускрипт диссертации Хаттона содержал 92 тезиса, два из которых Джеймс Хаттон успешно защитил публично 3 сентября 1749 года. 12 сентября 1749 года Джеймс Хаттон получил докторскую степень по медицине в Лейденском университете, представив физико-медицинскую диссертацию под названием Sanguine et Circulatione Microcosmi. Диссертацию напечатал Вильгельм Бут, книгопечатник в Лейдене. Считается, что Джеймс Хаттон вскоре после получения степени вернулся в Британию. После окончания университета Хаттон отправился в Лондон, а затем в середине 1750 года вернулся в Эдинбург и возобновил химические эксперименты с близким другом Джоном Дэви. Их работа по производству нашатыря из сажи привела к созданию ими прибыльного химического предприятия.

Сельское хозяйство и геология

Хаттон унаследовал от отца фермы в Бервикшире: Слайхауз, равнинную ферму, принадлежавшую семье с 1713 года, и горную ферму Нетер-Монинут, являясь предком знаменитого Джеймса Клерка Максвелла.

Эдинбург и строительство канала

В 1768 году Хаттон вернулся в Эдинбург, сдавая свои фермы в аренду, но продолжая интересоваться улучшением сельского хозяйства и исследованиями, включая эксперименты, проводимые в Слайхаусах. Он разработал красную краску из корней марены красильной. В 1770 году он построил дом на холме Святого Иоанна в Эдинбурге с видом на скалы Солсбери. Впоследствии этот дом стал родовым поместьем семьи Бальфур, а в 1840 году – местом рождения психиатра Джеймса Крихтона Брауна. Хаттон был одним из наиболее влиятельных деятелей шотландского Просвещения и общался с выдающимися учеными, включая математика Джона Плейфэйра, философа Дэвида Юма и экономиста Адама Смита. Хаттон не занимал никакой должности в Эдинбургском университете и представлял результаты своих научных исследований через Королевское общество Эдинбурга. Он был особенно близок с врачом и химиком Джозефом Блэком, и вместе с Адамом Смитом они основали клуб "Устричный" для еженедельных встреч. В период с 1767 по 1774 год Хаттон принимал активное участие в строительстве канала Форт и Клайд, в полной мере используя свои геологические знания как акционера и члена управляющего комитета, и посещал совещания, включая детальные осмотры всех строительных площадок. В это время он числился проживающим на улице Бернард-стрит в Лейте. В 1777 году он опубликовал памфлет «Рассуждения о природе, качестве и различиях угля и кульного угля», который способствовал освобождению от акциза на перевозку мелкого угля. В 1783 году он стал одним из основателей Королевского общества Эдинбурга.

Поздние годы и смерть

С 1791 года Хаттон страдал от мучительных болей, вызванных камнями в мочевом пузыре, и оставил полевые исследования, чтобы сосредоточиться на завершении своих книг. Опасная и болезненная операция не принесла облегчения. Он умер в Эдинбурге и был похоронен в склепе Эндрю Бальфура, напротив склепа его друга Джозефа Блэка, в ныне запечатанной юго-западной части кладбища Greyfriars Kirkyard в Эдинбурге, обычно известной как тюрьма Ковенантеров. Хаттон не был женат и не имел внебрачных детей.

Теория горных образований

Хаттон разработал несколько гипотез, чтобы объяснить скальные образования, которые он видел вокруг себя, но, по словам Плейфэйра, он "не спешил публиковать свою теорию, ибо он был одним из тех, кто гораздо больше наслаждается созерцанием истины, чем похвалой за ее открытие". После 25 лет работы его "Теория Земли; или Исследование законов, наблюдаемых в составе, растворении и восстановлении земли на земном шаре" была представлена на заседаниях Королевского общества Эдинбурга в двух частях: первую – его друг Джозеф Блэк 7 марта 1785 года, а вторую – сам Хаттон 4 апреля 1785 года. Впоследствии Хаттон прочитал краткий доклад своей диссертации "О системе Земли, ее продолжительности и стабильности" на заседании Общества 4 июля 1785 года. Хаттон представил свою теорию Земли 4 марта и 7 апреля 1785 года в Королевском обществе Эдинбурга. Он продолжил находить аналогичное проникновение вулканических пород сквозь осадочные в Эдинбурге, в Солсбери-Крэгс. Другие примеры он обнаружил в Галлоуэе в 1786 году и на острове Арран в 1787 году. Существование угловых несоответствий было отмечено Николасом Стено и французскими геологами, включая Горация Бенедикта де Соссюра, который интерпретировал их в рамках нептунизма как "первичные образования". Хаттон хотел самостоятельно изучить такие образования, чтобы увидеть "особые признаки" взаимосвязи между слоями пород. Во время поездки на остров Арран в 1787 году он обнаружил свой первый пример несоответствия Хаттона к северу от Ньютон-Пойнт близ Лохрансы, но ограниченный обзор не позволил ему четко увидеть состояние лежащих ниже слоев, и он ошибочно полагал, что слои согласованы на глубине под обнажением. Позже, в 1787 году, Хаттон отметил то, что теперь известно как Хаттоново или "Великое" несоответствие в Инчбонни. Как показано на иллюстрациях справа, слои грейвака в нижней части скалы наклонены почти вертикально, а над промежуточным слоем конгломерата лежат горизонтальные слои старого красного песчаника. Позже он писал о том, как "рад был своей удаче, наткнувшись на объект, столь интересный в естественной истории Земли, который я долго искал безуспешно". В том же году он обнаружил ту же последовательность в Тевиотдейле. Плейфэр позже прокомментировал этот опыт: "разум, казалось, кружился, заглядывая так далеко в бездну времени". Продолжая движение вдоль побережья, они сделали новые открытия, включая участки вертикальных слоев с отчетливыми следами ряби, что принесло Хаттону "большое удовлетворение" как подтверждение его предположения о том, что эти слои были отложены горизонтально в воде. Он также обнаружил конгломерат на высотах, которые демонстрировали степень эрозии слоев, и сказал, что "мы никогда бы не догадались о том, что нам предстоит увидеть". Полный текст его теории, представленный 7 марта и 4 апреля 1785 года, был опубликован только в 1788 году. Он был озаглавлен "Теория Земли; или Исследование законов, наблюдаемых в составе, растворении и восстановлении земли на земном шаре" и опубликован в Transactions of the Royal Society of Edinburgh, vol. I, Part II, pp. 209–304, plates I and II, 1788. Он высказал мнение, что "исходя из того, что уже было, мы можем делать выводы относительно того, что произойдет в дальнейшем". Это перефразировало концепцию шотландского Просвещения, которую Дэвид Юм сформулировал в 1777 году как "все выводы из опыта предполагают, что будущее будет похоже на прошлое", а Чарльз Лайелл запоминающе перефразировал в 1830-х годах как "настоящее – ключ к прошлому". В статье Хаттона 1788 года заключено: "Таким образом, результатом нашего нынешнего исследования является то, что мы не находим никаких следов начала, – никакой перспективы конца". (Эта цитата была использована в песне 1989 года "No Control" автора песен и профессора Грега Граффина.) После критики, особенно аргументов Ричарда Кирвана, который считал идеи Хаттона атеистическими и нелогичными, работа включала версию его теории 1788 года (с небольшими дополнениями) и большой объем материала из более коротких статей Хаттона по различным темам, таким как происхождение гранита. В нее также вошел обзор альтернативных теорий, таких как теории Томаса Бернета и Жоржа Луи Леклерка, графа де Бюффона. Полный третий том был озаглавлен "Исследование принципов знания и прогресса разума от чувств к науке и философии", и был завершен в 1794 году. Его 2138 страниц заставили Плейфэйра отметить: "Большой размер книги и неясность, которую справедливо можно отнести ко многим ее частям, вероятно, помешали ей быть воспринятой так, как она того заслуживает".

Hutton developed several hypotheses to explain the rock formations he saw around him, but according to Playfair he "was in no haste to publish his theory; for he was one of those who are much more delighted with the contemplation of truth, than with the praise of having discovered it". After some 25 years of work, his Theory of the Earth; or an Investigation of the Laws observable in the Composition, Dissolution, and Restoration of Land upon the Globe was read to meetings of the Royal Society of Edinburgh in two parts, the first by his friend Joseph Black on 7 March 1785, and the second by himself on 4 April 1785. Hutton subsequently read an abstract of his dissertation Concerning the System of the Earth, its Duration and Stability to Society meeting on 4 July 1785, Hutton presented his theory of the earth on 4 March and 7 April 1785, at the Royal Society of Edinburgh. He went on to find a similar penetration of volcanic rock through sedimentary rock in Edinburgh, at Salisbury Crags, He found other examples in Galloway in 1786, and on the Isle of Arran in 1787. The existence of angular unconformities had been noted by Nicolas Steno and by French geologists including Horace Bénédict de Saussure, who interpreted them in terms of Neptunism as "primary formations". Hutton wanted to examine such formations himself to see "particular marks" of the relationship between the rock layers. On the 1787 trip to the Isle of Arran he found his first example of Hutton's Unconformity to the north of Newton Point near Lochranza, but the limited view meant that the condition of the underlying strata was not clear enough for him, and he incorrectly thought that the strata were conformable at a depth below the exposed outcrop. Later in 1787 Hutton noted what is now known as the Hutton or "Great" Unconformity at Inchbonny, As shown in the illustrations to the right, layers of greywacke in the lower layers of the cliff face are tilted almost vertically, and above an intervening layer of conglomerate lie horizontal layers of Old Red Sandstone. He later wrote of how he "rejoiced at my good fortune in stumbling upon an object so interesting in the natural history of the earth, and which I had been long looking for in vain." That year, he found the same sequence in Teviotdale. Playfair later commented about the experience, "the mind seemed to grow giddy by looking so far into the abyss of time". Continuing along the coast, they made more discoveries including sections of the vertical beds showing strong ripple marks which gave Hutton "great satisfaction" as a confirmation of his supposition that these beds had been laid horizontally in water. He also found conglomerate at altitudes that demonstrated the extent of erosion of the strata, and said of this that "we never should have dreamed of meeting with what we now perceived". the full account of his theory as read at 7 March 1785 and 4 April 1785 meetings did not appear in print until 1788. It was titled Theory of the Earth; or an Investigation of the Laws observable in the Composition, Dissolution, and Restoration of Land upon the Globe and appeared in Transactions of the Royal Society of Edinburgh, vol. I, Part II, pp. 209–304, plates I and II, published 1788. He put forward the view that "from what has actually been, we have data for concluding with regard to that which is to happen thereafter." This restated the Scottish Enlightenment concept which David Hume had put in 1777 as "all inferences from experience suppose that the future will resemble the past", and Charles Lyell memorably rephrased in the 1830s as "the present is the key to the past". Hutton's 1788 paper concludes; "The result, therefore, of our present enquiry is, that we find no vestige of a beginning,–no prospect of an end." (It was quoted in the 1989 song "No Control" by songwriter and professor Greg Graffin.) Following criticism, especially the arguments from Richard Kirwan who thought Hutton's ideas were atheistic and not logical, consisting of the 1788 version of his theory (with slight additions) along with a lot of material drawn from shorter papers Hutton already had to hand on various subjects such as the origin of granite. It included a review of alternative theories, such as those of Thomas Burnet and Georges Louis Leclerc, Comte de Buffon. The whole was entitled An Investigation of the Principles of Knowledge and of the Progress of Reason, from Sense to Science and Philosophy when the third volume was completed in 1794. Its 2,138 pages prompted Playfair to remark that "The great size of the book, and the obscurity which may justly be objected to many parts of it, have probably prevented it from being received as it deserves."

Противоположные теории

Его новые теории поставили его в оппозицию к тогдашним популярным нептунистским теориям немецкого геолога Авраама Готлоба Вернера, согласно которым все горные породы образовались в результате осаждения из единого огромного потопа. Хаттон предположил, что недра Земли горячи, и что это тепло является движущей силой образования новых пород: суша разрушалась под воздействием воздуха и воды и отлагалась в виде слоев в море; затем тепло спрессовывало осадок в камень и поднимало его, формируя новые земли. Эта теория получила название "плутонизма" в отличие от теории, основанной на идее потопа. Помимо противостояния нептунистам, он также поддержал растущее научное признание концепции глубокого времени. В отличие от распространенного мнения о том, что Земле всего несколько тысяч лет, он утверждал, что Земля гораздо старше, а ее история простирается в бесконечное прошлое. Популяризацию его геологических идей (но не его взглядов на эволюцию) обеспечили переформулировки Джона Плейфэра в 1802 году и затем Чарльза Лайелла в 1830-х годах, которые сделали концепцию бесконечно повторяющегося цикла широко известной, хотя Лайелл, как правило, критиковал взгляды Хаттона за чрезмерное доверие к катастрофическим изменениям.

Метеорология

Не только Земля привлекала внимание Хаттона. Он давно изучал изменения в атмосфере. Тот же том, в котором была опубликована его "Теория Земли", содержал также "Теорию Дождя". Он утверждал, что количество влаги, которое воздух способен удерживать в растворенном состоянии, возрастает с температурой, и, следовательно, при смешении двух воздушных масс с разной температурой часть влаги должна конденсироваться и выпадать в виде видимых осадков. Он исследовал доступные данные об осадках и климате в различных регионах земного шара и пришел к выводу, что количество осадков регулируется влажностью воздуха, с одной стороны, и смешением различных воздушных потоков в верхних слоях атмосферы – с другой.

Земля как живое существо

Хаттон учил, что биологические и геологические процессы взаимосвязаны. Джеймс Лавлок, разработавший гипотезу Гайи в 1970-х годах, цитирует Хаттона, утверждавшего, что Земля – это суперорганизм, и ее следует изучать с точки зрения физиологии. Лавлок пишет, что взгляд Хаттона на Землю был отвергнут из-за сильного редукционизма, преобладавшего среди ученых XIX века. Под влиянием деизма, Хаттон полагал, что этот механизм позволяет видам формировать разновидности, лучше приспособленные к конкретным условиям, и свидетельствует о благотворном замысле в природе. Исследования записных книжек Чарльза Дарвина показали, что Дарвин независимо пришел к идее естественного отбора, которую он изложил в своей книге 1859 года «О происхождении видов». Однако предполагается, что у него сохранилась смутная память о идеях отбора в природе, высказанных Хаттоном, Уильямом Чарльзом Уэллсом и Патриком Мэтью, с которыми он сталкивался во время учебы в Эдинбурге, до того как они опубликовали свои работы на эту тему в начале XIX века. Гора Хаттон в хребте Сьерра-Невада названа в честь Хаттона.