Ископаемые находки
Доказав, что древние виды растений и животных отличались от современных, Жорж Кювье рассказал нам историю Земли через окаменелости.
В конце XVIII века Кювье открыл, что виды растений и животных могут вымирать. После этого он много лет проработал с Александром Броньяром, горным инженером, вместе с которым они составили карту окаменелостей, найденных в окрестностях Парижа. Броньяр работал минералогом в городском горном училище, исследовал горные породы, залегающие в регионе. Опираясь на труды Стено, Броньяр составил карту горных пород, и дополнил ее данными об окаменелостях, найденных в каждом слое.
В 1808 году Кювье и Броньяр были готовы продемонстрировать первые результаты совместной работы, однако финальный отчет был представлен публике только в 1811 году. Они нашли ископаемые, которые доказывали, что Северо-Французская низменность периодически менялась, становясь то морским дном, то сушей, то пресным водоемом. Кювье видел в этом доказательство своей теории катастроф, а кроме того, это стало обоснованием концепции биостратиграфии. Биостратиграфия занимается определением геологического возраста осадочных пород (по крайней мере, по отношению друг к другу), изучая распределение ископаемых останков организмов в этих породах.
Уильям Смит одним из первых создал геологическую карту в 1815 году и подробно описал ископаемые, найденные в разных слоях пород.
Более поздние работы в этой области открыли «руководящие окаменелости», или формы жизни, наиболее часто встречающиеся в породах определенного возраста. Возраст горной породы, найденной в Америке, будет приблизительно равен возрасту породы, найденной в Китае, если в них присутствует одинаковая руководящая окаменелость. Таким образом, можно использовать окаменелости, чтобы сопоставлять геологические образования по всему миру и узнавать о далеких событиях длинной истории нашей планеты.
Палеонтологическая летопись основана на принципе преемственности фауны, согласно которому останки живых организмов (как флоры, так и фауны) появляются в определенных слоях, причем более древние виды залегают глубже, чем более новые. Следовательно, останки человека не могут находиться в том же слое, где находятся останки динозавра. Впрочем, в результате геологических процессов молодые слои пород могут изгибаться так, что оказываются под более древними.
Климатология
Барон Александр фон Гумбольдт, немецкий географ и путешественник, совершил множество экспедиций, что дало ему возможность наблюдать за климатом в разных частях света. Так появилась наука о климате.
Уильям Ченнинг Вудбридж создал эту карту климатических зон на основе изотермических данных, предоставленных Гумбольдтом.
Фридрих Вильгельм Генрих Александр фон Гумбольдт был родом из Пруссии, немецкоязычного государства, которое некогда простиралось от Северного моря вдоль Балтийского побережья до границы с Россией. Мировые события стали причиной того, что этого государства больше нет на карте. Однако имя Гумбольдта встречается на картах повсюду. В честь него названы 17 географических объектов (заливы, водопады, пещеры и т. д.), а также примерно столько же городов; по меньшей мере 4 университета, десятки средних школ и даже океанское течение, текущее на север вдоль тихоокеанского побережья Южной Америки. Что же такого сделал этот эрудит XIX века, чем заслужил все эти почести? Во-первых, свои главные экспедиции (1799–1804) он совершил в Америку, где в то время у многих объектов не было европейских названий. Кроме того, Гумбольдт положил начало нескольким новым научным областям, таким как биогеография и климатология, а также наблюдению за изменениями магнитного поля Земли.
Биогеография изучает то, как распространение животных и растений в разных точках планеты связано с климатом. Чтобы разобраться в этом, Гумбольдт объединил биологию, геологию и исследования климата. В течение многих лет он анализировал сведения, собранные во время экспедиций в Америку, и сводил их с данными из других источников, чтобы в итоге получить глобальную географическую картину.
Александр фон Гумбольдт создал карту произрастания растений на склонах высокого вулкана Чимборасо в Эквадоре, отмечая, как изменяется флора по мере того, как с увеличением высоты погодные условия становятся хуже.
В 1817 году он первым стал наносить на карты изотермические линии, соединяющие точки на Земле с одинаковой средней температурой. На изотермических картах показаны температурные пояса, которые окружают земной шар, разделяя его на климатические зоны. (Однако первые изотермические карты были довольно примитивными.) Гумбольдт описал самые теплые зоны вокруг экватора как жаркий пояс. К северу и югу от экватора шли горячий, теплый, умеренный, холодный, ледяной и пояс вечной мерзлоты. С тех пор, как все крупные части суши были открыты и картографированы, первая изометрическая карта положила начало климатологии, науке, изучающей особенности погодных условий в разных уголках планеты.
На картине 1810 года Александр фон Гумбольдт стоит у подножия Чимборасо, вулкана в Эквадоре. Из-за того, что земной шар имеет форму эллипсоида, вершина этой горы — самая отдаленная от центра Земли точка на поверхности планеты.
Гумбольдта очень интересовало то, как в разных климатических зонах обитают разные виды растений и животных. Сегодня научные исследования в этой области нашли отражение в идее биомов — климатических зон, отличающихся по типу растительности. Помимо средней температуры, они имеют и другие характеристики, такие как атмосферные осадки и сезонные изменения. Хорошо известные нам биомы — это тропические леса и пустыни (по Гумбольдту они находятся в жарком поясе), тундра и степь (в холодных и сухих районах).
Карты современного климата и биогеографических областей становятся ценным ориентиром для палеонтологической летописи. Ископаемые находки показывают изменения мест обитаний растений и животных в геологическом прошлом (как обнаружил Кювье в Париже), а кроме того, климатические сдвиги. Эти размышления вдохновили Чарлза Дарвина, который через пару десятков лет прошел по следам экспедиции Гумбольдта и заинтересовался происхождением разнообразных форм жизни. Других ученых больше интересовало, чем вызваны изменения в климатических зонах. Не потому ли это происходит, что на планете становится более тепло или холодно, более влажно или сухо? Или, возможно, те земли, которые располагаются в жарком экваториальном поясе, в далеком прошлом находились в другом месте на поверхности Земли? Все эти вопросы требовали ответов.
«Базальтовые призмы Санта-Мария-Регла в Мексике» — такую запись сделал Александр фон Гумбольдт в своем путевом дневнике во время путешествия в эту страну в 1803 году.
Синоптические карты
Хорошо знакомые нам карты погоды, которые печатают в газетах или показывают после выпуска новостей по телевизору, основаны на синоптических картах, впервые разработанных Генрихом Брандесом в 1820-х годах.
Немецкий ученый Генрих Брандес внес большой вклад в метеорологию: он не только подарил нам карту погоды, но и исследовал погодные явления. Брандес окончил университет в 1800 году и погрузился в изучение астрономии (помимо прочих его интересов). Он установил, что метеоры — или «падающие звезды» — находятся так высоко в атмосфере, что никак не влияют на погодные явления на поверхности Земли. Это наблюдение помогло ему сделать второе большое научное открытие — спустя 20 лет Брандес доказал, что метеорология не имеет отношения к метеорам.
Старейшая метеорологическая карта США, созданная в 1843 году, с прогнозом на 30 января. Ее составил Джеймс Поллард Эспи для медицинской службы армии США.
Тем не менее термин «метеорология» остался, хотя Брандес использовал термин «погодные условия», так что название не слишком его волновало. Сегодня он считается отцом «синоптической метеорологии», но известен лишь в профессиональной среде синоптиков.
Слово «синоптический» происходит от древнегреческого языка и означает «увиденное в целом». Синоптическая карта, впервые опубликованная Брандесом в книге «Вклад в метеорологию», — это масштабная сводка (или синопсис) погодных условий в определенный момент времени недавнего прошлого. Но диаграмма Брандеса была неточной. В то время возможности наблюдать за погодными условиями на большой территории и сопоставлять полученные сведения были ограничены. Современная синоптическая карта охватывает область земной поверхности радиусом около 1000 км и содержит данные о температуре, направлении и скорости ветра и атмосферном давлении в разных точках. На карте могут присутствовать и другие показатели, например облачность. Представленное таким образом описание метеорологических условий позволяет в дальнейшем прогнозировать изменения погоды.
Метеосводка Восточного побережья США на 12 марта 1888 года, 22:00, показывает прохождение урагана, который привел к Великой метели 1888 года, также известной как Снежная буря.
Динозавры
В 1822 году во время раскопок в Англии было сделано открытие, которое изменило наше представление о естественной истории. Далекое прошлое было совсем не похоже на привычный нам мир: тогда на Земле царили существа, похожие на гигантских ящериц!
Как видно на этом изображении, раньше считалось, что игуанодоны ходили на задних ногах, в то время как передними они добывали себе пищу. В действительности большую часть жизни они проводили на всех четырех конечностях.
Сегодня мы знаем, что эти древние животные принадлежали к отдельной группе наземных пресмыкающихся. В 1842 году они получили подходящее название — динозавры, — образованное от двух греческих слов, буквально означающих «ужасный ящер». Людям и раньше случалось находить кости и зубы динозавров, но они понятия не имели об их происхождении. В Древнем Китае их называли «костями драконов».