Вернер внес значительный вклад в области распознавания, классификации и цветового анализа минералов. Он написал несколько книг на эту тему. Фундаментальный труд Вернера «О внешних признаках ископаемых тел» (Von den äusserlichen Kennzeichen der Fossilien) впервые был опубликован в 1774 г. (еще до того, как ученого пригласили преподавать в академии) и переведен на английский язык в 1805 г.[35]. Термин fossil («ископаемые тела»), введенный Георгом Агриколой (14941555) в работе «О природе ископаемых» (De natura fossilium), известной как учебник минералогии, использовался в Германии как для определения «земель» (собственно минералов), так и «фигурных камней» (окаменелостей)[36] вплоть до 1820 г., когда постепенно пришло осознание, что это две разные категории. Источником для формирования минералов в основном служат неорганические вещества, тогда как большинство окаменелостей образуются в результате жизнедеятельности живых организмов. Вернер формулирует свое определение минералогии как естественной истории «ископаемых тел». Он классифицировал минералы на основе систематических и логически понятных признаков, заложив основу современного подхода к изучению минералов.
Наряду с исследованием минералов Абраам Готлоб Вернер занимался изучением горных пород, их особенностей и последовательности их образования во времени тем, что он назвал геогнозией. Особое влияние на него оказали работы его предшественников: немецких геологов Иоганна Готлоба Лемана (17191767) и Георга Кристиана Фюкселя (17221773)[37]. Леман и Фюксель, каждый по отдельности, обсуждали в своих сочинениях положение комплексов горных пород по отношению друг к другу на участке на севере Германии, в курфюршестве Саксония. В наши дни эти комплексы идентифицируются как горные породы триасового и пермского периодов. Вернер изложил свои представления о геологических формациях в изданной в 1787 г. брошюре «Краткая классификация и описание различных горных пород» (Kurze Klassifikation und Beschreibung der verschiedenen Gebirgsarten)[38]. Ученый разделил формации на четыре категории: «первозданные» (примитивные), «флецевые» (вторичные), «намывные» (аллювиальные) и вулканические. Вернер также добавил пятый тип переходные горные породы между примитивными и вторичными слоями[39]. Это разделение основывалось на времени образования: по мнению Вернера, примитивные горные породы самые древние, а аллювиальные и вулканические самые молодые.
Леман также предположил, что когда-то океан покрывал весь земной шар[40]. Вернер продвигал эти идеи и предложил гипотезу, согласно которой формации образовались из частиц и осадков, отлагавшихся из бескрайнего моря. Таким образом, Вернер стал основоположником нептунизма (научного течения, названного по имени римского бога моря Нептуна; сторонники нептунизма считали, что горные породы образовались путем осаждения из воды). Гипотеза Вернера о происхождении горных пород в некоторых интерпретациях иногда трансформировалась в утверждение о том, что отложения стали результатом Ноева, или Всемирного, потопа, о котором говорится в Библии. Сам же Абраам Вернер никогда не упоминал о Библии или библейских историях в качестве сведений об источниках геологических процессов, и ученые, занимающиеся исследованием его сочинений, не считают его геологом, который рассматривал геологию с точки зрения Библии[41]. Вернер считал вулканические породы, такие как базальт (темная мелкозернистая порода), необычными, чуждыми, но полагал, что они образовались таким же образом, как и остальные в результате отложения осадков из покрывавшего всю Землю океана, тогда как плутонисты, такие как Геттон, утверждали, что тепловая энергия и магма создали базальт.
Вернер по состоянию здоровья не мог много путешествовать, но студенты и ученые со всей Европы приезжали послушать его курсы и посетить его во Фрайбергской горной академии. Уже находясь на смертном одре, Абраам Вернер, член Парижской академии и английского Вернеровского общества естествознания, с большой радостью узнал, что в Кембридже, Оксфорде, Лондоне, Глазго, Дублине и Белфасте преподавание минералогии базируется на его принципах[42]. Вернер умер в 1817 г., оставив богатое наследие в виде научных работ, но он знаменит не только этим: ему удалось вдохновить множество молодых геологов на занятия наукой.
Отчасти трудности нептунистской гипотезы Вернера были связаны с тем, что ученый не мог сам заниматься изучением горных пород в других частях Европы, поэтому он проецировал данные, полученные в местных условиях, на остальной геологический мир. Кроме того, теория Вернера не могла объяснить, что произошло со всей той водой, из которой состоял древний океан, покрывавший весь земной шар. Тем не менее Вернеру принадлежит видное место в истории геологии благодаря нескольким теориям. Он пришел к выводу, что горные породы следует классифицировать не традиционным способом по содержащимся в них минералам, а по их геологическому возрасту[43]. Исследования залегания слоев по отношению друг к другу, выполненные Вернером, привели к созданию одного из самых первых вариантов шкалы геологического времени. Он также предложил объединяющую теорию геологии своей эпохи[44].
Этелдред Бенетт
Важнейшую работу по определению местоположения и классификации окаменелостей продолжила в Англии Этелдред Бенетт (17761845), которая родилась в Уилтшире. (Некоторые источники указывают годом ее рождения 1775-й.) Осталось всего лишь несколько настоящих портретов Бенетт. Сводный брат невестки Бенетт, ботаник и член Геологического общества Лондона, поощрял стремление Этелдред изучать естествознание, и она стала глубоко интересоваться ископаемыми и стратиграфией.
К 1809 г. Бенетт собрала обширную коллекцию окаменелостей из карьеров, расположенных в окрестностях Уилтшира. Она была современницей Уильяма «Страты» Смита, знаменитого картографа Англии, оказавшего влияние на ее работу, и пользовалась его стратиграфическими методами (способами установления связи одного геологического слоя с другим), хотя и не всегда была согласна с ними. Этелдред сама собирала образцы для своей коллекции и была знатоком таксономии, находя и давая название новым таксонам (таксономия раздел науки, касающийся классификации). Бенетт составила стратиграфический разрез (способ графического представления комплексов горных пород в вертикальной плоскости от древнейших на дне до самых молодых на вершине, в том виде, в каком они наблюдаются в полевых условиях) верхнего карьера Чиксгроув в Уилтшире. Этот стратиграфический разрез Бенетт впервые отправила Геологическому обществу в 1815 г. Он был опубликован без ведома исследовательницы, и ее работе не отдали должное[45].
Многие знаменитые геологи того времени, в том числе Уильям Бакленд, Чарлз Лайель и Луи Агассис, приезжали, чтобы увидеть и изучить знаменитые ископаемые, которые обнаружила и курировала Бенетт. Она великодушно предлагала найденные ею образцы для изучения учеными, а некоторые экземпляры из своей коллекции направила в музеи. В 1831 г. Этелдред Бенетт опубликовала «Каталог органических остатков графства Уилтшир» (A Catalog of the Organic Remains of the County of Wiltshire) со стратиграфической характеристикой местности, перечнем образцов своей коллекции и иллюстрациями Э. Д. Смита. В предисловии она пишет:
Я старалась выполнить этот каталог настолько точно, насколько это возможно; и если я упомяну, что его одобрил мистер [Джордж Беллас] Гринаф, каталог не подвергнется риску быть отвергнутым в геологическом мире[46].
Среди собранных Бенетт материалов были редкие моллюски с сохранившимися мягкими тканями первые из тех, что когда-либо были идентифицированы (рис. 1.4)[47]. Многие из находок Бенетт были типовыми ископаемыми (представительными экземплярами, используемыми для определения вида), а большая часть ее коллекции состояла из беспозвоночных (представленных животными с наружной раковиной и мягкими отделами тела), таких как показанные на этом рисунке раковины. Тем не менее редкая кость позвоночного (животного с внутренним скелетом), Ichtyosaurus trigonus (хищный морской ящер, ныне вымерший гигант), оказалась настолько важным экземпляром, принадлежащим животному этого вида, что, когда материалы были открыты заново, для Международной комиссии по зоологической номенклатуре этот образец заменил другой типовой экземпляр.
Поскольку Бенетт была женщиной, ей не позволяли вступить в какое-нибудь геологическое общество того времени. Этелдред отправила несколько образцов ископаемых из своей коллекции в Санкт-Петербургский музей, и в благодарность, полагая, что это мужчина, Императорское московское общество испытателей природы присвоило ей почетную степень. В письме Сэмюэлю Вудворду от 12 апреля 1836 г. Бенетт отмечала:
Досадно, что никто не поверит, что леди способна написать такой пустяк: в этом дипломе меня называют Dominum Etheldredum Benett[48]. А мистер Лайель сказал мне, что ему пишут иностранцы, чтобы узнать, действительно ли мисс Бенетт не джентльмен так что, как Вы видите, ученые мужи в целом очень низкого мнения о способностях представительниц моего пола[49].
Бо́льшая часть коллекции Бенетт после ее смерти была продана Томасу Беллерби Уилсону (18071865), натуралисту и филантропу из Ньюарка, штат Делавэр. Разделив материал на несколько частей, он преподнес его в качестве дара Филадельфийской академии естественных наук в период между 1848 и 1852 гг.[50]. Но ископаемые не были внесены в каталоги музея вплоть до 1980-х гг., отчасти потому, что основное внимание Филадельфийской академии было сосредоточено на неогеновых (более молодых) ископаемых моллюсках. Более того, было трудно разобрать записи и сведения о номенклатуре различных видов. В редких упоминаниях о коллекции в течение многих лет даже неправильно указывалось название музея, так что до 1989 г. кураторы считали коллекцию Бенетт утраченной[51]. Теперь, когда она открыта заново, музеи и исследователи признают коллекцию Этелдред Бенетт главной в истории палеонтологии.
Рис. 1.4. Ostrea recurvirostra, Ostrea transversa и Turrilites undulates из коллекции Этелдред Бенетт (Benett, 1831, figure 17; иллюстрации Э. Д. Смита)
Уильям «Страта» Смит
Любое обсуждение современной геологии будет неполным без признания вклада Уильяма «Страты» Смита (17691839). Смит родился в Оксфордшире в семье кузнеца. Отец Смита умер, когда мальчику было восемь лет, и его растил дядя, дом которого находился в районе известняковых холмов Котсуолдс. В этих местах было много ископаемых юрского периода, и юный Уильям сосредоточенно их собирал. В восемнадцать лет он поступил на работу к Эдварду Уэббу, картографу и землемеру, который отправил его проводить землемерную съемку богатых поместий, и Уильям овладевал своим ремеслом во время работы.
Изучая формации горных пород в Южной Британии, Смит впервые понял, что в характерных, четко определенных слоях осадочных пород содержится конкретный набор ископаемых, которые отличаются от тех, что находят в выше- и нижележащих слоях. Это открытие привело к развитию Смитом принципа последовательности фауны, согласно которому геологические пласты можно идентифицировать и классифицировать по найденным в них ископаемым.
На юге Британии находятся группы осадочных формаций, состоящих из угля каменноугольного периода, песчаников триасового периода, известняка юрского периода и мела мелового периода (из последнего образованы белые утесы Дувра толщиной 300400 м). Эти формации откладывались горизонтально в морских условиях, а затем образовались слабые складки. Указанная область, Уилд, простирается от Танбридж-Уэллса на севере до Брайтона на юге. Более молодые осадки кайнозойской эры, такие как лондонская глина, откладывались к северу от Уилда.
В 1795 г. началось строительство двух каналов для доставки угля баржами из Бристоля и Бата в Лондон. Надзирая за рытьем траншей, Смит вел пространные записи об ископаемых, найденных во время раскопок, и коллекционировал их в стратиграфической последовательности (с указанием возраста и комплекса пород). Потом ему удалось соотнести слои в том месте, где располагался один канал, со слоями во втором на основе найденных в них окаменелостей. Со временем Смит создал стратиграфическую колонку комплексов горных пород вокруг Бата[52] на основе органических останков в слоях и глубины залегания пластов. Это было первое биостратиграфическое исследование (соотнесение пластов на основании найденных в них ископаемых остатков), проведенное в таком масштабе. Увлеченный наблюдатель, Смит проводил исследования и выявил связь между многими обнажениями горных пород по всей Англии, Уэльсу и Южной Шотландии.
В 1815 г. Смит опубликовал «Определение границ пластов в Англии и Уэльсе, а также части Шотландии» (A Delineation of the Strata in England and Wales, with Part of Scotland) первую геологическую карту Британии (см. цветную вклейку 1.2). Геологические подразделения на карте были вручную раскрашены акварелью и, что наиболее важно, в легенде карты были показаны стратиграфические единицы по порядку, от более старых у основания к более молодым на вершине[53]. Два года спустя Смит издал «Стратиграфическую систему организованных ископаемых» (Stratigraphical System of Organized Fossils)[54]. В его работе показано, что ископаемые, обнаруженные в комплексах горных пород, позволяют отличать одну формацию от другой и классифицировать их по содержащимся в них живым организмам.
В связи с публикацией в 1820 г. карты конкурента, Джорджа Белласа Гринафа, президента Лондонского геологического общества, продажи карты Смита сократились. Смит не был членом этого престижного общества[55], вероятно, только потому, что не имел знатного происхождения. Несмотря на то что Гринаф отвергал биостратиграфию Смита и выделение специфических геологических подразделений, заметки на его карте[56] показывают, что он, по большей части, полагался на карту Смита, но не ссылался на его работу[57].
В конце концов Смит оказался в долговой тюрьме и провел там десять недель. И все же уважаемое Геологическое общество наконец признало его вклад в геологию, и в 1831 г. Смит получил свою первую медаль Волластона[58].
Смит продолжал заниматься геологией, читая лекции о геологических пластах Йоркшира и создавая местные геологические карты. В конце концов он переехал в Скарборо, город на берегу моря, где помогал определять источники подходящего строительного камня для здания парламента. В 1838 г. Смиту предложили должность в Геологической службе Лондона, но он отказался. В следующем году, по пути на ежегодное собрание Британской ассоциации содействия развитию науки в Бирмингеме, он вместе с другом и коллегой остановился в Нортгемптоне. Они предприняли ряд путешествий по окрестностям для изучения геологии этих мест, но Смит подхватил простуду, тяжело болел и скончался в том же месяце, августе 1839 г., занимаясь своим любимым делом.