Откуда взялся уголь?
Все сказанное нами выше еще не объясняетъ названія " каменноугольный ", данное естествоиспытателями тому геологическому періоду, исторію котораго мы хотимъ излагать. Мы постараемся сдѣлать это въ настоящей главѣ, показавъ какимъ образомъ употребляемый нами теперь въ видѣ топлива каменный уголь произошелъ отъ разложенія растительности допотопныхъ лѣсовъ.
Всѣмъ извѣстно, что ткани, органы и соки всѣхъ растеній заключаютъ въ себѣ углеродъ, но не въ свободномъ видѣ и не въ томъ состояніи, въ какомъ онъ намъ извѣстенъ, а въ соединеніи съ небольшимъ числомъ другихъ веществъ.
Вещества эти, хотя малочисленны, соединяются однако въ столь разнообразныхъ пропорціяхъ, что порождаютъ дѣйствительно громадное количество всевозможныхъ составныхъ тѣлъ. Въ одномъ мѣстѣ онѣ образуютъ клѣточку, -- это основаніе всѣхъ растительныхъ тканей,-- въ другомъ -- тѣла, растворенныя въ растительномъ соку, вещество коры, древесины, сердцевины и проч.
Но особенно замѣчательно то, что углеродъ входитъ въ составъ почти всѣхъ этихъ тѣлъ. Онъ соединяется съ кислородомъ, водородомъ и азотомъ, причемъ соединенія состоятъ то изъ всѣхъ 4-хъ элементовъ, то изъ трехъ, то только изъ двухъ.
Изъ этихъ соединеній образуются всѣ части растенія, со всѣми его органами. Если теперь представимъ себѣ, что, по какой либо причинѣ, вещества эти отдѣлятся отъ углерода, съ которымъ до того были соединены, то въ результатѣ получится уголь во всѣхъ различныхъ извѣстныхъ намъ видахъ его. Такому именно превращенію и подверглись многочисленныя и громадныя растенія каменноугольной эпохи.
И такъ намъ очень хорошо извѣстно происхожденіе каменнаго угля, составляющаго разработываемыя теперь залежи; но намъ остается еще объяснить, изъ какого источника почерпнули растенія такое громадное количество углерода и какимъ путемъ происходило ихъ разложеніе. Отвѣтъ на эти вопросы вытекаетъ изъ изученія атмосферы, почвы и климатическихъ условій каменноугольнаго періода.
Современныя намъ даже самыя мощныя растенія, не смотря на огромное число ихъ, далеко не содержатъ въ себѣ столько углерода, сколько нужно для образованія такихъ огромныхъ пластовъ каменнаго угля, какіе намъ извѣстны. Породившая ихъ растительность должна была содержать въ себѣ весьма значительное количество углерода, и это предположеніе вполнѣ оправдывается громадными размѣрами растеній разсматриваемаго періода. Но какія же обстоятельства способствовали подобному порядку вещей? Постоянно возрастающая потребность въ каменномъ углѣ побудила насъ отыскивать новыя его мѣсторожденія, вслѣдствіе чего уже съ точностію изслѣдованы очень многія каменноугольныя мѣстности земного шараПри этомъ замѣтили, что каменноугольная флора, во всѣхъ точкахъ земной поверхности, была почти одинакова, что растенія, требующія для своего развитія весьма значительной теплоты, прозябали въ такихъ мѣстахъ, средняя температура которыхъ въ настоящее время весьма низка.
Отсюда логически было выведено то заключеніе, что температура каменноугольнаго періода не только была высока, но, что особенно важно, повсюду одинакова. Но даже въ томъ случаѣ, еслибы солнце надѣляло тогда землю большимъ количествомъ теплоты, чѣмъ теперь, все же оно должно было, какъ и въ настоящее время, неодинаково нагрѣвать разныя точки земной поверхности, такъ какъ взаимное положеніе этихъ двухъ небесныхъ тѣлъ не измѣнилось. Гдѣ же искать источника столь сильной теплоты, если не въ самомъ земномъ шарѣ?
Въ ту эпоху онъ только что покрылся твердой минеральной оболочкой; внутренность же его была громаднымъ пылающимъ горниломъ, которое, нагрѣвая и раскаляя почву, дѣлало ее способною питать гигантскую растительность. Въ то время происходило въ большихъ, размѣрахъ то, что дѣлаютъ наши садовники теперь, сажая извѣстныя растенія въ искусственно нагрѣтую почву.
И такъ мы выяснили одну сторону вопроса; остается другая -- особенно важная:-- изъ какого источника Почерпнули растенія тотъ углеродъ, которымъ они насъ снабжаютъ въ видѣ угля?
За разрѣшеніемъ этого вопроса намъ слѣдуетъ обратиться на нѣкоторое время къ физіологіи растеній. Растенія, какъ и животныя, дышатъ особыми органами, о чемъ мы скажемъ далѣе съ большею подробностію. Органы эти листья, которые посредствомъ множества маленькихъ, расположенныхъ на нижней ихъ поверхности, поръ или устьицъ, поглощаютъ изъ окружающаго воздуха всегда въ немъ находящуюся углекислоту. Вещество это газообразное и, какъ показываетъ его названіе, содержитъ въ себѣ углеродъ. Оно есть результатъ соединенія углерода съ кислородомъ -- газомъ, существенно необходимымъ для жизни.
Углекислота проникаетъ внутрь листьевъ, проходитъ чрезъ стѣнки ихъ маленькихъ клѣточекъ и разлагается тамъ подъ вліяніемъ солнечной теплоты и свѣта, при чемъ кислородъ возвращается въ воздухъ, а углеродъ остается въ растеніи, одну изъ существенныхъ составныхъ частей котораго и составляетъ.
Развитіе растеній каменноугольной эпохи, какъ это доказано наукою, шло тѣмъ же путемъ, какъ и развитіе современныхъ намъ растеній. Какъ процессъ дыханія, такъ и предназначенный для того органъ, у тѣхъ и у другихъ одинаковы. Слѣдовательно, весь свой углеродъ растенія могли получить только изъ атмосферы. Такимъ образомъ количество углекислоты въ воздухѣ должно было быть весьма значительно въ эту эпоху. Мнѣніе это подтверждается тѣмъ признаннымъ геологами фактомъ, что въ то время не было ни одного такого животнаго, которое бы дышало непосредственно воздухомъ, за исключеніемъ развѣ нѣкоторыхъ насѣкомыхъ. Извѣстно же, что углекислота, способствуя развитію жизни растеній, останавливаетъ дыханіе животныхъ.
Этотъ взглядъ весьма правдоподобенъ. Дѣйствительно, если тогда въ воздухѣ преобладала углекислота,-- кислородъ долженъ былъ находиться сравнительно въ небольшомъ количествѣ, а между тѣмъ его не мало нужно было и для растеній. Нѣмецкій ученый Бишофъ предложилъ быть можетъ наиболѣе вѣроятную изъ всѣхъ гипотезъ относительно этого предмета.
Онъ основывается на томъ, что всѣ дѣйствующіе вулканы постоянно выбрасываютъ изъ своихъ отверстій уг лекислый газъ. Далѣе онъ предполагаетъ, что въ каменноугольную эпоху вулканы были очень многочисленны, такъ какъ весьма тонкая и только что образовавшаяся земная кора должна была легче подниматься и разрываться. Вулканы эти, по мнѣнію Бишофа, постоянно выбрасывали потоки углекислоты, которая и способствовала поддержанію растительности того времени. Предположеніе это, безъ сомнѣнія, самое правильное изъ всѣхъ возможныхъ при настоящемъ состояніе науки.
Къ этому слѣдуетъ прибавить, что сильный жаръ производитъ на поверхности водъ обильное испареніе; водяные же пары, накопляясь въ атмосферѣ, сгущались и падали обратно на почву въ видѣ плодотворнаго дождя. На это возражали, что растенія могли получить углеродъ и не изъ атмосферы; но въ такомъ случаѣ слѣдуетъ предположить, что они заимствовали его изъ почвы, на которой росли, или, вѣрнѣе, изъ плодоноснаго слоя, называемаго черноземомъ. Но слой этотъ образовался изъ разложившихся растеній. И такъ, чтобы выдти изъ этого замкнутаго круга, мы, вмѣстѣ съ геологами, должны принять, что растенія получили свой углеродъ изъ окружавшаго ихъ воздуха.
Изъ всего сказаннаго читатель видитъ, что вопросъ этотъ, по совершенному почти отсутствію доказательствъ, не рѣшенъ еще окончательно. Поэтому ученому не остается ничего болѣе, какъ обратиться къ своему разуму за объясненіемъ большаго числа явленій, оставившихъ по себѣ лишь одиночные, или покрайней мѣрѣ неимѣющіе видимой между собою связи слѣды. То же отсутствіе достовѣрности имѣетъ мѣсто и въ вопросѣ о процессѣ разложенія растеній.
Въ первое время существованія науки геологіи, свѣдѣнія о каменноугольной формаціи были весьма незначительны. Такъ, объясненіе происхожденія каменнаго угля основывали на слѣдующемъ, повторяющемся и въ наше время фактѣ. Замѣчено было, что большія рѣки, въ особенности такія, какъ напр., нѣкоторыя изъ американскихъ, по которымъ движеніе незначительно, уносятъ съ собою плоты изъ обломковъ деревьевъ и разнаго рода растеній. Плоты эти идутъ въ море, гдѣ они разбиваются, опускаются на дно и затѣмъ разлагаются.
Предполагали, что то же было и въ каменноугольную эпоху, и это мнѣніе держалось до послѣдняго времени, когда знаменитый естествоиспытатель Адольфъ Броньяръ изслѣдовалъ ископаемыя растенія, замѣчательнымъ образомъ расположенныя въ копи Трель, въ Сентъ-Этьенѣ.
Броньяръ нашелъ, что эти гигантскія деревья принадлежали къ роду каламитовъ, о которыхъ мы уже говорили. Ихъ было около десяти совершенно сохранившихся, и что особенно замѣчательно, въ вертикальномъ положеніи. Казалось они постоянно углублялись въ осѣдавшую почву, сохраняя при томъ свое первоначальное положеніе, т. е. то, которое они имѣли при жизни. Тогда вспомнили, что подобные же факты были уже давно извѣстны въ Англіи, въ копяхъ которой встрѣчаются многочисленные тому примѣры. Такъ, въ Бристольскомъ и Ньюкастльскомъ бассейнахъ находятъ множество такихъ ископаемыхъ деревьевъ. Почти всегда ихъ основаніе покоится на угольномъ пластѣ; стволъ ихъ по большей части состоитъ изъ угольной оболочки, внутри которой находится стержень изъ песчаника. Кора сохранила свою форму, даже перейдя въ состояніе угля, а внутреннія частицы, послѣ многочисленныхъ измѣненій, уступили свое мѣсто минеральнымъ веществамъ изъ окружающей почвы.
Фактъ этотъ въ связи съ нѣкоторыми другими, открытыми около того же времени, пролилъ новый свѣтъ на занимающій насъ вопросъ.
Такъ, великій геологъ Ляйель разсказываетъ, что въ 1844 г., близь Вальвергамптона, въ Англіи, раскапывая почву, нашли цѣлый зарытый во внутренности земли лѣсъ. Составлявшія его деревья имѣли до 3-хъ метровъ въ окружности и, по большей части, сохранили свои корни. Любопытство заставило продолжать раскопки, и вскорѣ былъ открытъ другой подобный же лѣсъ, а за тѣмъ еще третій, подъ двумя предъидущими. Впослѣдствіи сдѣланы были подобныя же наблюденія во Франціи -- на берегахъ Бретани, Шотландіи и въ Соединенныхъ штатахъ.
Не всѣ угольныя копи заключаютъ въ себѣ деревья, въ вертикальномъ положеніи вросшія въ послѣдовательные слои. Большею частію они состоятъ изъ горизонтальныхъ слоевъ угля, поперемѣнно съ слоями песчаника и вещества, называемаго сланцемъ, имѣющаго листовое сложеніе. Въ этихъ почернѣвшихъ, отъ продолжительнаго соприкосновенія съ углемъ, песчаникахъ и сланцахъ, мы находимъ замѣчательно тонкіе и правильные отпечатки всѣхъ растеній каменноугольной эпохи. Самыя тонкія жилы, самые нѣжные арабески, мельчайшія подробности, словомъ все произведено въ этихъ отпечаткахъ съ самою строгою точностью.
Особенно замѣчательны въ этомъ случаѣ сланцы. Почти каждый листъ, который отдѣляютъ онъ нихъ для выдѣлки аспидныхъ досокъ, имѣетъ различный отпечатокъ. Они представляютъ собою гигантскій, устроенный самою природою гербарій, въ которомъ человѣкъ находитъ слѣды всѣхъ исчезнувшихъ видовъ. Отпечатки эти до того совершенны, что Броньяръ, посредствомъ одного ихъ изслѣдованія, могъ установить классификацію растеній каменноугольнаго лѣса, могъ въ точности опредѣлить характеристическіе признаки каждаго изъ нихъ и доказать соотношеніе ихъ съ существующими видами.
Таковы разнородные, постепенно изслѣдовавшіеся факты, сопоставляя которые, можно вывести раціональное объясненіе образованія каменнаго угля. Двумъ французскимъ геологамъ Эли-де-Бомону и Броньяру, первымъ принадлежитъ честь составленія теоріи, по всей вѣроятности истинной. Мы изложимъ ее въ нѣсколькихъ строкахъ.
Первое слѣдствіе, выведенное учеными изъ существованія послѣдовательныхъ слоевъ, было то, что эти разнообразныя измѣненія должны были произойти въ періодъ относительнаго покоя нашей планеты, когда почва только что начала отвердѣвать, увеличиваясь въ то же время въ толщину. Въ обширныхъ и многочисленныхъ болотахъ, покрывавшихъ землю, развивалась густо растущая, великолѣпная растительность, о которой мы говорили въ первой главѣ. Съ теченіемъ времени собирались подъ водой остатки папоротниковъ, плауновъ, сигиллярій и проч., которые образовали плотные и толстые слои. Дожди были часты и обильны. Стремительно падая на глинистыя скалы, они постепенно разрушали ихъ, унося съ собой ихъ обломки, которыми наполнялись переполненныя дождевою водой болота.
Эти нерастворимыя въ водѣ минеральные обломки, вслѣдствіе большей своей тяжести, осаждались однородными, горизонтальными слоями -- на поверхости пласта изъ растительныхъ остатковъ. На этой плодородной почвѣ развивалась новая могущественная растительность, образовывавшая въ свою очередь новый растительный слой, который также покрывался землистыми частями. Такимъ образомъ составились послѣдовательные пласты каменнаго угля съ одной стороны, сланца и песчанника съ другой. Въ другихъ случаяхъ весьма тонкая почва, легко уступая вліянію жидкаго, раскаленнаго ядра земного шара,-- внезапно осѣдала и образовывала впадины, увлекая за собою покрывавшіе ее растенія, которыя, сохраняя при такомъ паденіи свое вертикальное положеніе, исчезали подъ водою и вскорѣ окружались остатками другихъ растеній, удерживавшими ихъ въ первоначальномъ положеніи. Такъ объясняютъ присутствіе и странное положеніе нѣкоторыхъ растеній въ копяхъ, о которыхъ мы уже говорили.
Тогда то, подъ вліяніемъ сильнаго внутренняго жара земли, разрушающаго дѣйствія водъ, громаднаго давленія верхнихъ слоевъ, разложились эти массы растеній. Вещества, ихъ составлявшія, выдѣлились и дали начало новымъ, болѣе постояннымъ, при этихъ условіяхъ, соединеніямъ. Въ одномъ мѣстѣ отложилась самая большая часть угля, въ другомъ углеродъ соединился въ различныхъ пропорціяхъ съ водородомъ, образуя такъ называемый рудничный газъ, горныя масла и вообще всѣ тѣла, о которыхъ мы будемъ говорить далѣе. Прочіе элементы также соединились между собой, образуя множество другихъ тѣлъ, имѣющихъ въ настоящее время весьма различное употребленіе.
Сравнивая составъ атмосферы настоящаго времени съ составомъ ея въ каменноугольную эпоху, мы приходимъ къ тому по истинѣ удивительному, но нисколько не преувеличенному выводу, что эти послѣдовательные разложенія и соединенія могли совершиться не менѣе какъ въ 500 тысячъ лѣтъ.
Нѣмецкій естествоиспытатель Карлъ Мюллеръ увеличиваетъ это число даже до 9 милліоновъ. Какъ, бы то ни было, но достовѣрно то, что для всего этого дѣйствительно необходимъ громадный періодъ времени, точное опредѣленіе котораго однако совершенно невозможно. Къ тому же вопросъ этотъ и не особенно важенъ, а потому лучше направить свои усилія къ инымъ вопросамъ, разрѣшеніе которыхъ и легче, и въ то же время дастъ болѣе полезные результаты.
Такова въ короткихъ словахъ принятая въ настоящее время теорія образованія каменнаго угля. Лучшимъ ея подтвержденіемъ служатъ наши торфяныя болота, въ которыхъ происходитъ совершенно подобный описанному нами рядъ явленій; съ другой стороны правильность ея подтверждается при внимательномъ изслѣдованіи остатковъ растеній въ каменноугольныхъ копяхъ.
Дѣйствительно, разсматривая эти остатки, часто находятъ угольную оболочку на мѣстѣ первобытной коры. Всѣ эти разложившіеся растительные остатки представляются въ настоящее время знающимъ ихъ происхожденіе настоящими черными камнями, что происходитъ отъ того, что они и въ самомъ дѣлѣ бываютъ покрыты извѣстнымъ количествомъ такихъ веществъ, какъ глина и песчанникъ, которыя и сообщаютъ имъ видъ минераловъ. Угольный слой, о которомъ мы говоримъ, воспроизводитъ отличительные признаки разложившагося растенія съ гораздо большею вѣрностію иточностью, чѣмъ глиняная оболочка. Сворхъ того болѣе или менѣе значительна толщина этой угольной коры вполнѣ соотвѣтствуетъ толщинѣ первобытной коры. Слѣдовательно мы можемъ вполнѣ логически предположить,-- что угольная оболочка есть ничто иное, какъ результатъ разложенія древесной коры, и то же самое можно сказать и относительно всѣхъ другихъ составныхъ частей растенія.
Если мнѣ удалось дать вамъ понять, читатель, эту остроумную теорію образованія каменнаго угля не утомивъ еще вашего вниманія, то вы вѣроятно обратите его на геологію и на славныхъ ея основателей; на ту науку, которая позволила человѣку открыть въ нихъ тайну образованія земли и послѣдовательныхъ ея видоизмѣненій.