Согласно Кроллу, тепло распространяется по земному шару посредством воды, а «вторичные причины», на которые он указал, возникали в результате сложного взаимодействия ее форм и происходили из ее физических свойств. Даже если общее количество солнечного света в году оставалось постоянным, в более холодные зимы выпадало больше снега. Не успевая растаять за короткое лето, он постепенно накапливался и начинал отражать все больше солнечного излучения обратно в космос, в результате чего Земля получала все меньше тепла и остывала. Увеличение площади снежного покрова способствовало образованию туманов, что создавало дополнительный барьер для солнечного тепла. С возрастанием перепада температур между холодными полюсами и теплыми тропиками пассаты начинали сильнее дуть в направлении экватора, отклоняя Гольфстрим на север, а родственное ему Южное экваториальное течение на юг, что только усиливало тепловой дисбаланс. Таким образом запускался механизм положительных обратных связей (хотя сам Кролл не использовал этот термин), конечным результатом которого было погружение планеты в ледниковый период. Так продолжалось до тех пор, пока из-за влияния гравитационных сил орбита Земли не сжималась. Летом начинало таять все больше снега, океанические течения возвращались в прежние русла, и механизм положительных обратных связей раскручивался в обратном направлении, ускоряя таяние льдов и повышение температуры.
Предложенная Кроллом теория изменения климата была основана не на геологических, а на физических факторах, действовавших в глобальном масштабе. Он показал, что значительные и устойчивые изменения климата вызывались теплооборотом в атмосфере, океанах и на земной поверхности, а не медленным и монументальным поднятием и опусканием континентов, о чем говорила гипотеза Лайеля. «Причина долговременных изменений климата, писал Кролл, кроется в отклонении океанических течений под воздействием физических процессов, вызванных высоким значением эксцентриситета земной орбиты»[24]. Кролла не беспокоили откровенно физический характер его теории и отсутствие геологических данных, ее подтверждающих. Более того, он утверждал, что это свидетельствует в пользу его теории. Эрозионное действие ледников таково, что они уничтожают все признаки своего движения по поверхности земли. Как и Тиндаль, Кролл не боялся делать выводы на основе фундаментальной физики. Он был достаточно уверен в своих физических знаниях и аналитическом аппарате, чтобы доводить предположения до логического конца. Масштабность не была для него самоцелью. Но если цепочка умозаключений привела его к тому, что ледниковые периоды на планете стали следствием глобальных физических процессов, связанных с изменением астрономических параметров, значит, так оно и есть.
Хотя Кролл был совершенно неизвестен в научных кругах, выдвинутая им теория была слишком убедительна, чтобы остаться незамеченной. Она вызвала интерес подчас приправленный немалой долей раздражения у самых выдающихся мыслителей того времени. В процессе подготовки десятого издания своего эпохального труда «Принципы геологии» Лайель написал другу, астроному Джону Гершелю, чтобы узнать его мнение о теории Кролла. Убежденный в правильности собственной теории, согласно которой климат Земли подвергался постепенному и постоянному изменению, Лайель тем не менее не мог закрыть глаза на то, что, по его собственному признанию, было весомым доказательством обратного. «Я более чем когда-либо убежден, что именно изменения в положении суши и моря были основными причинами изменений климата в прошлом, но и астрономические причины, несомненно, должны были оказывать некоторое влияние, и вопрос в том, в какой мере они могли действовать»[25]. Действительно, вопрос был именно в этом. По мнению Лайеля, изменение климата происходило главным образом в результате географических перемен поднятия и опускания участков суши, а также связанных с этим изменений уровня моря и преграждения или, напротив, открытия пути океаническим течениям[26]. Он считал, что ни астрономические, ни вызванные ими физические процессы потепления и похолодания не могли привести к изменениям климата, свидетелем которых стала Земля. Однако ответ Гершеля не был обнадеживающим. По словам астронома, описанные Кроллом факторы были «вполне достаточны, чтобы объяснить любое количество ледников и каменноугольных бассейнов». При соответствующих астрономических условиях, продолжал Гершель, пусть и с неохотой, но принимая теорию Кролла, «в вашем распоряжении будет любое, какое захотите, количество ледников»[27].
Не все геологи встретили теорию Кролла так, как Лайель: у многих она вызвала подлинный энтузиазм, поскольку предлагала убедительный выход из запутанного лабиринта, созданного накопленными массивами малопонятных геологических данных. На протяжении десятилетий ученые ломали голову над объяснением беспорядочных дрифтовых отложений с их почти полным отсутствием окаменелостей. До сих пор все разработанные геологами средства анализа структуры Земли были основаны на присутствии окаменелостей, позволяющих проводить сравнительное датирование, и на убеждении, что отложения накапливались последовательно и постепенно и потому могли свидетельствовать об изменениях, происходивших в прошлом. Дрифтовые отложения не подчинялись ни одному из этих правил и потому не могли быть проанализированы. Ознакомившись с теорией Кролла, Чарльз Дарвин был смущен тем, что не сумел распознать свидетельства движения ледников на уэльском нагорье, где побывал в 1831 г. Теперь же он ясно осознал, что такие особенности рельефа могли возникнуть только в результате перемещения массивных ледяных щитов. «Никогда прежде в своей жизни я, кажется, не был столь глубоко заинтересован геологической дискуссией, увлеченно писал он Кроллу. Теперь я начинаю понимать, что означает миллион лет, и мне стыдно за себя из-за того, как неразумно я рассуждал об этом Сколько раз прежде я понапрасну размышлял о происхождении долин на меловой платформе вокруг этого места, но теперь мне все стало ясно»[28].
Гораздо сложнее было увидеть даже тем, кто занимался этим вопросом, свидетельства многократного наступления и отступления ледников. В 1871 г. Джеймс Гейки (с 1867 г. работавший вместе с Кроллом в Шотландской геологической службе) опубликовал научный труд, в котором изложил свою знаменитую теорию ледникового периода, точнее говоря ледниковых периодов, поскольку ключевое утверждение Гейки состояло в том, что этот период в действительности представлял собой серию сменявших друг друга оледенений и потеплений. Воодушевленный идеями Кролла, Гейки также стал искать причины изменений земного климата в пределах Солнечной системы. Неудовлетворенный объяснением, что такие значительные изменения климата в прошлом, о которых свидетельствовали ископаемые останки животных и растений, могли быть вызваны поднятием и опусканием континентов, Гейки задался вопросом: «Не может ли решение проблемы крыться в отношениях между нашей планетой и Солнцем?»[29]
Будучи геологом по образованию и образу мышления, Гейки вряд ли сумел бы прийти к своей теории только лишь на основе анализа фрагментарных и трудноинтерпретируемых геологических данных. Без озарения Кролла ему бы не хватило ни дерзости, ни масштабности мышления, чтобы предположить, что ледниковый период в действительности представлял собой, как выразился один из историков, «плотную» череду глобальных похолоданий. В семи работах, написанных на эту тему, Гейки предусмотрительно предварил изложение своих идей геологическими данными анализом гляциальных отложений, найденных в Скандинавии, Швейцарии и Северной Америке, упомянув о климатической теории Кролла только в последних трудах. Это было сделано намеренно, чтобы создать впечатление, будто теория была выстроена им индуктивным путем, принятым в геологической науке, то есть двигаясь в направлении от конкретных данных о гляциальных отложениях к общим выводам. Этот путь представлялся широкому геологическому сообществу более надежным и убедительным, чем тот, к которому прибег Кролл, сформулировавший на основе умозаключений теорию, призванную объяснить фактические данные[30].
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].