آخرین زنده باد علم کلاسیک (2)

زمین ساخت ورقه ای

در پایان سال 1966، شواهد حامی نظریه رانش قاره ای و گسترش کف دریا، دیگر جای تردید باقی نمی گذاشت، گر چه این شواهد هنوز به صورت یک مجموعه کامل تدوین نشده بود. بیشتر ترک های جوان ژئوفیزیک دان(1) به این مسئله پرداختند و با هم برای انتشار مقالات مسابقه می دادند. مک کنزی (که در سال 1966 دکترای خود را گرفت) و همکارانش، رابرت پارکر، در این مسابقه برنده شدند. پارکر در مقاله ای که در سال 1967 در مجله نیچر منتشر کرد،(2) برای اولین بار عبارت زمین ساخت ورقه ای (Plate tectonics) را در مورد مجموعه این ایده ها به کار برد و از آن برای تشریح جزئیات فعالیت ژئوفیزیکی منطقه اقیانوس آرام یا به اصطلاح امروزی صفحه آرام استفاده کرد. او برای تشریح این موضوع از نحوه حرکت صفحه ای بر روی کره (قضیه اویلر) استفاده کرد. جیسون مورگان از دانشگاه پرینستون هم با طرح ایده مشابهی وارد صحنه شد و چند ماه بعد مقاله ای منتشر کرد، گرچه بسیاری از جزئیات را در مراحل بعدی افزود. بعضی اوقات از این کوشش تحت عنوان «انقلاب در علوم زمین» نام برده می شود که تا پایان همان سال تکمیل شد.(3) حرف اصلی زمین ساخت ورقه ای این است که مناطقی که زلزله خیز نیستند به این علت آرام اند که صفحات صلبی تشکیل می دهند (شش صفحه بزرگ و در حدود دو جین صفحه کوچک که کل سطح زمین را می پوشانند). این صفحات بزرگ می توانند از یک پوسته اقیانوس یا فقط یک پوسته قاره ای و یا هر دوی آنها تشکیل شده باشند؛ اما اغلب فعالیت های جالب زمین شناسی که در سطح زمین روی می دهد، در مرزهای بین این صفحات یا حاشیه آنها اتفاق می افتد. چنان که دیدیم، حاشیه های سازنده مناطقی هستند که پوسته های اقیانوسی جدید در پشته های اقیانوسی به وجود می آورند و از هر دو طرف گسترش می یابند. حاشیه های مخرب مناطقی هستند که یک صفحه در زیر لبه صفحه دیگری رانده می شود و با زاویه 45 درجه رو به پایین فرو می رود و در ماگمای زیرین ذوب می شود.
حاشیه های پایستار (Conservative margins) به مناطقی گفته می شود که پوسته نه به وجود می آید و نه از بین می رود بلکه صفحات از کناره ها و در حالی که می چرخند به هم ساییده می شوند. این پدیده هم اکنون در طول گسل سان آندریاس روی می دهد. شواهدی از قبیل وجود رشته کوه های قدیمی و پوسته های کف دریا در قلب قاره های امروزی نشان می دهد که تمام فعالیت های زمین ساختی از دوران های گذشته و پیش از تجزیه پانگه آ ادامه داشته است. ابرقاره ها بارها تجزیه شده اند و به شکل های مختلف و از طریق فعالیت ناآرام سطح کره زمین از نو ساخته شده اند.
پس از افتتاح دانشگاه آزاد بریتانیا در سال 1969، این ایده ها و بقیه بسته زمین ساخت ورقه ای در نزد کارشناسان شناخته شده و گزارش های مربوط به آن در صفحات مجلات علمی مردم پسند مانند ساینتیفیک امریکن (Scientific American) و نیوساینتیست (New Scientist) منتشر شده بود اما هنوز در کتاب های درسی جایگاهی نداشت. کارکنان دانشگاه آزاد به منظور روزآمد کردن موضوع و حفظ وجهه درخشان مؤسسه جوان خود به سرعت متن درسی خود را آماده کردند که اولین بنای مستحکم نظریه جهانی زمین ساخت ورقه ای را در دسترس قرار داد. از آنجا که باید مرزی را مشخص کنیم، می توان انتشار کتاب شناخت زمین (Understanding the Earth) در سال 1970 را در پایان دهه ای که شاهد «انقلاب» علوم زمین بود، به سهولت (البته تا اندازه ای به دلخواه)، به عنوان زمان تبدیل نظریه رانش قاره ای به یک راست کیشی جدید در نظر گرفت- آخرین پیروزی علم کلاسیک.(4)
پس از آنکه واقعیت رانش قاره ها به اثبات رسید، مبانی جدیدی برای درک جنبه های دیگر زمین و به ویژه رابطه میان موجودات زنده و تغییرات کلی محیط زیست جهانی فراهم شد. اهمیت این بینش را می توان به کمک یک مثال روشن کرد. آلفرد راسل والاس در دوران اقامت در مجمع الجزایر مالی متوجه شد که تفاوت مشخصی بین گونه های شمال غربی و گونه های جنوب شرقی این منطقه مشاهده می شود. این منطقه که بین آسیا و استرالیا واقع شده است، تقریباً به طور کامل متشکل از جزایری است که مساحتشان از جزایر بورنئو و گینه جدید تا جزایر بسیار کوچک تر متغیر است. در اولین نگاه، مانعی برای مهاجرت گونه ها در هر دو مسیر مشاهده نمی شود. اما والاس توانست نوار باریکی روی نقشه رسم کند (مشهور به خط والاس) که کم و بیش از جنوب غربی تا شمال شرقی بین بورنئو و گینه جدید گسترده است. در یک طرف این خط، در شمال غربی این منقطه انتقالی، جانداران متمایز آسیایی و در طرف دیگر، به سمت جنوب شرقی، جانداران متمایز استرالیایی بدون هیچ تداخلی در بین دو منطقه دیده می شود. این موضوع که در آن زمان به معمایی بدل شده بود، اکنون با استفاده از نظریه زمین ساخت ورقه ای توضیح داده می شود. بررسی های جدید نشان می دهد که در زمان جدایی ابرقاره جنوبی یا سرزمین گوندوانا، ابتدا هند-آسیا جدا شد و به طرف شمال غربی حرکت کرد. در آنجا انتخاب طبیعی، فشارهای تکاملی اعمال کرد که با فشارهای فعال در استرالیا- جنوبگان تفاوت داشت. در مرحله بعدی، فعالیت زمین ساختی، استرالیا- گینه نو را از جنوبگان جدا کرد و به سرعت (البته با معیار رانش قاره ای) به سمت شمال و آسیا راند. این دو قاره اخیراً به یکدیگر نزدیک شده اند و زمان کافی برای اختلاط چشمگیر گونه ها در دو طرف خط والاس وجود نداشته است. وگنر تفسیری بر امکان این موضوع نوشته بود (او این مطلب را در چاپ سوم کتابش در سال 1924، شصت و پنج سال پس از انتشار نظریه انتخاب طبیعی و یازده سال پس از مرگ والاس نوشت)؛ اما سرانجام نظریه زمین ساخت ورقه ای اثبات قاطع این موضوع را فراهم کرد.
نظریه رانش قاره ای با بسیاری از جنبه های تکامل حیات در زمین ارتباط دارد و از طرف دیگر در توضیح نحوه بهبود درک ما از ارتباط میان نوع بشر و جهان به طور کلی و کنار رفتن پیوسته ما از صحنه اصلی از طریق کشفیات جدید به کار می آید. چارلز داروین مانند والاس طرز کار تکامل را توضیح داد اما پیش از این کار او در درجه اول یک زمین شناس بود و مطمئناً خرسند و شگفت زده می شد اگر از درک جدید ما از تأثیر قاره ای در شرایط اقلیمی و شکل گیری گونه ها مطلع می شد. بدون تردید تمام این موضوعات با داستان دوران های یخبندان آغاز می شود.

داستان دوران یخبندان: ژان دو شارپانتیه

حتی پیش از آغاز قرن نوزدهم، برخی چنین تصور می کردند که اروپا در گذشته شاهد یخبندانی بسیار عظیم تر از آنچه امروز تصور می شود بوده است. بارزترین شاهد این موضوع، وجود تخته سنگ های عظیمی است که بسیار دورتر از چینه های اولیه انباشته شده و توسط یخچال هایی که بعداً آب شده و پس نشسته اند حمل شده اند. بنابراین جای شگفتی نیست که یکی از اولین کسانی که توجه دانشمندان را به این یخ رفته ها جلب کرد، یک دانشمند سوئیسی به نام برنارد کوهن (Bernard Kuhn) در سال 1787 بود. اما مورد کم و بیش تعجب آور این است که او با وجودی که کشیش بود، از این ایده جانب داری کرد؛ بنابر باور عمومی در آن زمان، صرف نظر از دیدگاه کوهستان نشینان درباره شواهد روزمره تماسشان با آثار یخچال ها، تمام این پدیده ها آثاری از توفان نوح است. تقریباً همه مردم از این باور عمومی پیروی می کردند و حامیان وجود یخبندان برای توضیح پدیده یخ رفته در اقلیت محض بودند. از جمله این افراد می توان به جیمز هاتون اشاره کرد که در بازدید از کوهستان ژورا، شواهد قانع کننده ای در وجود این پدیده پیدا کرد. ینس اسمارک (Jens Esmark) نروژی که در دهه 1820 مطالبی منتشر کرد و راینهارد برنهاردی (Reinhard Bernhardi) آلمانی که از کار اسمارک آگاه بود و در سال 1832 مقاله ای نوشت بر این باور بودند که قطب یخ زده شمال در گذشته تا مرکز آلمان گسترده بوده است. یک سال پیش از آن، چارلز لایل این ایده را مطرح کرد که یخ رُفته ها توسط یخ و نه یخچال ها جا به جا شده اند. او در جلد سوم اصول زمین شناسی چنین نوشت که امکان دارد که تخته سنگ های بزرگ در دل کوه های یخی جای گرفته و جا به جا شده و یا در میان انبوهی از یخ بی حرکت مانده و سپس بر روی سطح توفان بزرگ شناور شده باشند. اما سرنخی را که سرانجام به مدل قابل قبول دوران های یخبندان رهنمون شد، نه هیچ کدام از نام آوران علم قرن نوزدهم، بلکه کوهنوردی سوئیسی به نام ژان-پیر پرودن (Jean-Pierre Perraudin) به دست داد.(5)
پرودن در دره های فاقد یخ مشاهده کرد که در سطح تخته سنگ های سخت که به آسانی بر اثر قرار گرفتن در معرض آب و هوا تغییر شکل نمی دهند، شیارهایی دیده می شود که ظاهراَ بر اثر فشار زیاد ایجاد شده است و تشخیص داد که این پدیده به احتمال زیاد بر اثر فشار سنگ های حاصل از یخچال های قدیمی رخ داده است. او در سال 1815 درباره این مطالب با ژان دو شارپانتیه نامه نگاری کرد. شارپانتیه در آن زمان مهندس معدن و در عین حال طبیعی دان سرشناسی بود که علاقه اش به زمین شناسی فراتر از ملزومات شغلی اش بود. او در سال 1786 در شهر فرایبورگ آلمان به دنیا آمد و نامش را یوهان فون شارپانتیه نهادند. او در سال 1813 به سوئیس رفت و نام فرانسوی ژان را که معادل یوهان آلمانی است برای خود برگزید؛ او باقی عمر خود را در شهر به (Bex) واقع در دره آر (Aar) گذراند و در سال 1855 درگذشت. دو شارپانتیه این ایده را که تخته سنگ ها توسط یخچال ها جابه جا شده اند و توسط آب به مکان های فعلی خود منتقل شده اند دور از ذهن دانست. پرودن که بیش از پیش در فکرخود مصمم بود، به ارائه شواهد به دانشمندان مختلف ادامه می داد و شنونده موافقی به نام ایگناس ونتز (Ignace Venetz) پیدا کرد. وی مهندس راه سازی بود که به خاطر اقتضائات شغلش مانند مورد شارپانتیه از اطلاعات وسیعی در زمینه زمین شناسی برخوردار بود. ونتز به تدریج با دسترسی به شواهد از جمله انبوه واریزهای یافته شده در چند کیلومتری انتهای یخچال فلش (Flesch) که ظاهراً همان یخ رفت های پایانی (انبوه پسماندهای زمین شناختی باقی مانده در انتهای یخچال ها) در دورانی بوده اند که یخچال تا پایین دره گسترده بوده است متقاعد شد. ونتز در سال 1829 تاریخچه این یخچال را در همایش سالیانه انجمن علوم طبیعی سوئیس تشریح کرد. در این همایش، شارپانتیه تقریباً تنها کسی بود که این ایده را پذیرفت. شارپانتیه از گذشته با ونتز آشنا بود و با او درباره برخی از ایده هایش گفتگو کرده بود. او پرچمدار دفاع از این ایده شد و در طول پنج سال آتی شروع به جمع آوری شواهد جدید کرد و آنها را در سال 1834، به انجمن علوم طبیعی سوئیس ارائه کرد. این بار، ظاهراً هیچ یک از شرکت کنندگان همایش قانع نشدند (شاید تا اندازه ای به این علت که به نظر می آمد مدل یخ های شناور لایل، یخ رُفته های ناشی از توفان بزرگ را توضیح می دهد). در واقع یکی از شنوندگان به نام لویی آگاسی آن قدر تحت تأثیر این موضوع قرار گرفت که با تکیه بر بهترین سنت علمی شروع به مخالفت با ایده مزبور کرد و یک بار و برای همیشه در برابر طرح این مطالب واهی قد علم کرد.

لویی آگاسی و مدل یخچالی

آگاسی (به نام تعمیدی ژان لویی رودولف که به لویی معروف بود)، فردی بی تاب و بی قرار بود. او در 28 مه سال 1807 در موتیه آن وولی (Motier-en-Vuly) در سوئیس به دنیا آمد؛ در رشته پزشکی در زوریخ، هایدلبرگ و مونیخ تحصیل کرد و در سال 1831 به پاریس رفت. در آنجا تحت تأثیر نظریات ژرژ کوویه (که در آن هنگام در اواخر عمر خود بود) قرار گرفت. او به دیرینه شناسی علاقه مند شد و به زودی به برجسته ترین کارشناس دنیا در زمینه فسیل ماهی ها بدل شد. آگاسی در سال 1832 به سوئیس بازگشت و به عنوان استاد تاریخ طبیعی کالج جدید و موزه تاریخ طبیعی که در شهر نوشاتل در حال راه اندازی بود به کار مشغول شد. نوشاتل مرکز ناحیه ای بود که آگاسی در آن بزرگ شده بود. در آن زمان این منطقه از سوئیس وضع دوگانه عجیبی داشت؛ چرا که از سال 1707 به بعد، به رغم ساکنان فرانسوی زبانش، جزئی از قلمرو پادشاهی پروس بود (بجز دوره فترت کوتاه در زمان ناپلئون) و در سال 1815 به ائتلاف سوئیس پیوست اما پیوند با پروس نه هرگز رسمی بود و نه رسماً ملغی شد (به همین دلیل آگاسی در آلمان به تحصیلات خود ادامه داد) و منابع مالی کالج جدید از سوی دولت پروس تأمین می شد. آگاسی پیش از آنکه به کار مشغول شود شارپانتیه را می شناخت (آنها در دورانی که آگاسی در لوزان شاگرد مدرسه بود با یکدیگر دیدار کرده بودند)، او را دوست داشت و به او احترام می گذاشت. او در هنگام تعطیلات با شارپانتیه (که از او مسن تر بود) دیدار و با وی به کاوش ویژگی های زمین شناسی منطقه پرداخته بود. شارپانتیه تلاش کرد تا آگاسی را قانع کند که در گذشته دوران یخبندان بزرگی وجود داشته است؛ آگاسی در جستجوی شواهدی بود تا این ادعا را رد کند.
او در تابستان سال 1836 در اطراف منطقه به کاوش کرد و رأی شارپانتیه را پذیرفت و با هیجان بسیار، همچون کسی که کیش خود را تغییر داده و به آرمان جدید وفادار است، از آن دفاع کرد. او در 24 ژوئن سال 1837 با سخنرانی خود، اعضای دانش آموخته انجمن علوم طبیعی سوئیس را شگفت زده کرد (همایشی که برحسب اتفاق در نوشاتل برگزار شد). او به عنوان رئیس نه درباره موضوع تخصصی اش یعنی فسیل ماهی ها بلکه با شور و حرارت در دفاع از مدل یخبندان یا به اصطلاح خودش دوران یخبندان سخنرانی کرد (او واژه آلمانی دوران یخبندان (Eizeit) را از کارل شیمپر(Karl Schimper)، گیاه شناس و یکی از همکاران قدیمی خود اقتباس کرده بود). این بار، طرح ایده مذکور آشوب به پا کرد. هر چند همه شنوندگان قانع نشدند اما هیجان آگاسی به عنوان رئیس همایش در جمعی از شرکت کنندگان تأثیرگذار بود. او حتی اعضای مردد انجمن را به راه پیمایی در کوه ها دعوت کرد تا خود شواهد و سایش های ناشی از یخبندان بر روی سنگ های سخت را ببینند (برخی از شاهدان سعی کردند وجود سایش ها را به عنوان اثر چرخ های کالسکه توضیح بدهند). همکاران او تحت تأثیر قرار نگرفتند، اما با وجود این، آگاسی به اظهارنظرهای خود ادامه داد و تصمیم داشت که شواهد تردیدناپذیری در مورد مدل دوران یخبندان پیدا کند. آگاسی برای اندازه گیری جابه جایی یخ ها ایستگاه کوچکی برای دیده بانی (یک کلبه کوچک) در یخچال آر برپا کرد. به این منظور، دیرک هایی در یخ فرو کرد و به بررسی سرعت حرکت آنها پرداخت. در طول سه سال آینده و در جریان بازدیدهای تابستانی با شگفتی کشف کرد که یخ ها سریع تر از آنچه انتظارش را داشت، حرکت کرده اند و بدون تردید توان آن را داشته اند که تخته سنگ های بزرگ را در سر راه خود جابه جا کنند. در سال 1840، آگاسی که از این اکتشافات هیجان زده بود، کتابی با عنوان پژوهش هایی درباره یخچال ها (Etudes sur les Glaciers) به زبان فرانسه (با سرمایه شخصی و در نوشاتل) منتشر کرد. به این ترتیب، او مدل دوران یخبندان را به طرز قاطعی در میدان بحث عمومی وارد کرد.
آگاسی در واقع به اوج قلعه صعود کرد. به سختی می توان (به عنوان موافق یا مخالف) براهین دانشمندی را که اظهار می کند کل سیاره زمین در گذشته از یخ پوشیده بوده است شنید و به هیجان نیامد. دانشمندی که مطالب خود را به این زیبایی بیان می کند:
گسترش این لایه های عظیم یخ به نابودی حیات همه موجودات سطح زمین منجر شده است. زمین های اروپا که پیش از آن از گیاهان منطقه حاره پوشیده شده بود و گله های فیل های عظیم الجثه، اسب آبی های بزرگ و گوشت خواران غول پیکر که در آن زندگی می کردند، یکباره به همراه جلگه ها، دریاچه ها، دریاها و فلات ها در زیر توده عظیم یخ مدفون شد. این واقعه سکوت مرگ را به دنبال داشت... چشمه ها خشکید، جریان آب جویبارها قطع شد و پرتوهای آفتاب از سواحل یخ زده بازتابید... و تنها چیزی که وجود داشت صدای سوسو زن بادهای شمالی و غرش شکاف هایی بود که در روی سطح عظیم اقیانوس های یخ زده دهان باز می کردند.
این سخنان اغراق آمیز و عنان گسیخته حتی شارپانتیه را که در سال 1841 نظریات سنجیده تر (و کمتر سرگرم کننده ای) درباره دوران یخبندان منتشر کرده بود، ناراحت کرد. از سوی دیگر تلقی آگاسی از دوران یخبندان او را به طور جدی در اردوگاه معتقدان به فاجعه گرایی مستقر کرد و همان طور که برجسته کردن واژه «ناگهانی» نشان می دهد، شانس آن را که دیدگاهش با استقبال درخور لایل و طرفداران او روبه رو شود کاهش داد. اما شواهد به طرز پیوسته ای انباشته می شد و با این روند، دیگر امکان نادیده گرفتن این موضوع وجود نداشت که یک دوران یخبندان بزرگ وجود داشته است. لایل حتی از مدت ها پیش اطمینان پیدا کرده بود که می توان این مدل را از جلوه های فاجعه گرایی اش زدود و آن را به صورت قابل قبولی به عنوان نظریه ای در حوزه یکنواخت گرایی مطرح کرد.
چند سال پیش از آن، آگاسی برای مطالعه مجموعه فسیل های ماهیان از بریتانیا دیدن کرده بود. او بخشی از مدت اقامت خود در آکسفورد را با ویلیام باکلند، حامی سابق لایل گذراند (که هنوز معتقد به فاجعه گرایی بود) و با او پیوند دوستی برقرار کرد. یک سال پس از سخنرانی آگاسی در نوشاتل، باکلند در گردهمایی علمی فرایبورگ شرکت کرد، ایده های آگاسی را شنید و سپس برای آنکه خود شاهد آثار دوران یخبندان باشد، با همسرش به نوشاتل رفت. این شواهد او را فوراً قانع نکرد اما کنجکاوی اش را برانگیخت. اما درسال 1840، آگاسی برای مطالعه فسیل ماهی ها سفر دیگری به بریتانیا کرد. او از این موقعیت استفاده کرد تا در گردهمایی سالانه انجمن بریتانیایی برای پیشبرد علم (که در آن سال در شهر گلاسکو برگزار می شد) شرکت و مدل دوران یخبندان خود را ارائه کند. در پی این گردهمایی، آگاسی به همراه باکلند و زمین شناس دیگری به نام رودریک مارچیسون(1871-1792) در جریان سفری کاری از اسکاتلند دیدن کردند. باکلند با مشاهده مدارک موجود سرانجام متقاعد شد که حق با آگاسی است. آگاسی پس از این دیدار به ایرلند سفر کرد، در حالی که باکلند به ملاقات کینوردی رفت. چارلز و ماری لایل پس از گردهمایی گلاسکو مدتی نزد وی اقامت کردند. باکلند در ظرف چند روز، با تکیه بر شواهد یخبندان گذشته در آن نواحی، سرانجام موفق شد لایل را قانع کند. او در 15 اکتبر سال 1840 به آگاسی نوشت:
لایل روی هم رفته نظر شما را پذیرفت! پس از آنکه من انبوه نمونه های جالب یخ رُفت هایی را که در فاصله دو مایلی پدر او قرار داشت به او نشان دادم، فوراً این ایده را قبول کرد. مثل این بود که او بر مشکلاتی که در تمام مدت عمر او را آزار می داد، فائق آمده است. نظریه شما نه تنها این یخ رُفت ها، بلکه یخ رفت های مشابه و آوارهای یخ رفت ها را که نیمی از مناطق مجاور را می پوشاند توجیه می کند. او پیشنهاد مرا پذیرفت که تمام این داده ها را روی نقشه منطقه پیاده کند و به صورت مقاله ای در روز پس از سخنرانی شما، در انجمن زمین شناسی ارائه کند.(6)
به نظر می رسد که تغییر عقیده لایل تکان دهنده نبود زیرا همان طور که از مطالب فوق معلوم است، او از مدت ها پیش در جستجوی سرچشمه این گونه ویژگی های زمین شناسی بوده است؛ او در سال 1834 از سوئد نیز بازدید کرد و قطعاً شواهد یخبندان را در آنجا مشاهده کرده بود، گر چه امکان دارد که فوراً به تفسیر فوق الذکر نرسیده باشد. وجود یخبندان در مقایسه با توفان بزرگ (که همچنان عقیده رایج بود) با در نظر گرفتن این موضوع که امروز هم یخچال هایی در روی زمین وجود دارد، بر مبنای نظریه یکنواخت گرایی تبیین می شد.
باکلند در نامه مذکور به همایشی که به زودی در لندن برگزار می شد و سخنرانی آگاسی اشاره کرده بود. در جریان این همایش، آگاسی، باکلند و لایل مقالاتی در دفاع از مدل دوران یخبندان و در طی دو جلسه انجمن در روزهای 18 نوامبرو 2 دسامبر ارائه کردند. از آن تاریخ، بیست سال یا بیش از آن وقت لازم بود تا این مدل کاملاً پذیرفته شود. اما در چارچوب بررسی ما می توان این جلسات را تقدیرکرد که در آن باکلند و لایل، چهره های درخشان زمین شناسی، شروع به موعظه کتاب مقدس آن لحظه ای کردند که مدل دوران یخبندان از تاریکی سر بر آورد. مسئله بزرگ بعدی که در انتظار پاسخ بود این بود که در دوران یخبندان چه عاملی موجب سردتر شدن زمین شده است؟ اما پیش از آنکه نحوه پاسخ به این سؤال را بررسی کنیم، نگاه کوتاهی به سرنوشت آگاسی پس از سال 1840 می اندازیم.
در سال 1833، آگاسی با سسیل براون، دختری که در دوران دانشجویی در هایدلبرگ با او آشنا شده بود ازدواج کرد. این زوج بسیار خوشبخت بودند و صاحب یک پسر (الکساندر که در سال 1835 به دنیا آمد) و دو دختر(به نام های پاولین و آیدا) شدند. در اواسط سال 1845، سسیل، سوئیس را ترک و نزد برادر خود در آلمان اقامت کرد. وی دو دختر خود را همراه برد اما پسرش را که بزرگ تر بود برای تکمیل تحصیلاتش در سوئیس باقی گذاشت. در همین دوران، آگاسی به علت شرکت نامعقول در پروژه ای ناموفق که به سرانجام نرسید (و عاملی که در جدایی آن دو سهم داشت)، با مشکلات مالی شدیدی دست به گریبان شد. این وضعیت او را بر آن داشت که در سال 1846 اروپا را ترک کند و برای سفری که فکر می کرد تنها یک سال به طول خواهد انجامید، به آمریکا برود. هدفش آن بود که با چشمان خود ویژگی های زمین شناسی دنیای جدید را مشاهده و در بوستون چند سخنرانی ایرد کند. در این سفر دو موضوع موجب مسرت او شد. اول آنکه در فاصله کمی از اسکله محل توقف کشتی در هنگام ورود او به هالیفاکس در نووا اسکوشا (Nova Scotia)، در راه حرکت به بوستون، شواهد بی شماری از یخچال ها را مشاهده کرد. دوم آنکه خبر کشف او درباره دوران یخبندان، نه تنها پیش تر به آمریکا رسیده و در سطح وسیعی پذیرفته شده بود بلکه با استقبال امیدوار کننده زمین شناسان آمریکایی مواجه شد و آنها تصمیم گرفتند که او را نزد خود نگه دارند. در سال 1847، کرسی استادی جدید در دانشگاه هاروارد به خاطر او تأسیس شد. به این ترتیب نه تنها مسائل مالی او حل شد بلکه از جایگاه دانشگاهی مطمئنی نیز برخوردار شد. او صاحب کرسی استادی جانورشناسی و زمین شناسی شد و تا پایان عمر در آنجا ماند. آگاسی در سال 1859 (سال انتشار کتاب منشأ گونه ها اثر داروین) موزه جانورشناسی تطبیقی را تأسیس کرد. او در توسعه روش تدریس موضوعات تخصصی اش در آمریکا تأثیر به سزایی داشت و به لزوم بررسی های عملی پدیده های طبیعی تکیه کرد؛ او همچنین سخنران مردم پسندی بود که به گسترش علاقه مردم در خارج از محیط دانشگاه کمک کرد. اما از آنجا که هیچ کس بی عیب نیست، او تا پایان عمر نظریه انتخاب طبیعی را نپذیرفت.
عزیمت او به آمریکا هم از نظر سیاسی و هم از نظر شخصی به موقع بود. در سال 1848 موج فعالیت انقلابی در اروپا نوشاتل را نیز فرا گرفت و سرانجام پیوندهای این شهر با پروس قطع شد. کالجی که در سال 1838 به سطح آکادمی ارتقاء یافته بود و آگاسی اولین رئیس آن بود، از منابع مالی خود محروم و تعطیل شد. شورش در سراسر اروپا بسیاری از طبیعی دانان را مجبور به مهاجرت به آمریکا کرد. برخی از آنها به آگاسی پیوستند و جریان تحقیقاتی دانشگاه هاروارد را تقویت کردند. در همان سال 1848، خبر رسید که سسیل بر اثر بیماری سل فوت کرده است. پاولین و آیدا به سوئیس رفتند و نزد مادربزرگ خود، رز آگاسی، اقامت کردند در حالی که برادرشان (که یک سال پیش از آن به خانواده در فرایبورگ پیوسته بود) نزد عموی خود ماند تا تحصیلاتش را به پایان برساند. در سال 1849، آلکساندر به پدرش لویی در کمبریجِ ماساچوست پیوست؛ او سرانجام طبیعی دان مشهوری شد و شاخه آمریکایی خانواده آگاسی را پایه گذاری کرد. در سال 1850، لویی با همسر دوم خود، الیزابت کری، ازدواج کرد و دو دختر خود را که در آن زمان 13 و 9 سال داشتند، از اروپا به آمریکا آورد تا به خانواده بپیوندند. او در کشور جدیدش طعم زندگی خانوادگی و موفقیت در عرصه دانشگاهی، هر دو را تجربه کرد و در 14 دسامبر سال 1873 در کمبریج ماساچوست در گذشت.

نظریه اخترشناسانه دوران های یخبندان

ریشه های ایده ای که گاهی از اوقات، نظریه اخترشناسی دوران های یخبندان نامیده می شود به یوهانس کپلر باز می گردد. او در اوایل قرن هفدهم کشف کرد که مدارهای سیاره ها (از جمله زمین) بیضی شکل اند، نه دایره ای شکل. اما آغاز این داستان در واقع به انتشار کتابی تحت عنوان انقلاب های دریاها (Revolutions de la mer) در سال 1842 بر می گردد که ژوزف آدمار (1862-1797)، ریاضی دان فرانسوی، نوشته بود. این کتاب کوتاه زمانی پس از انتشار کتاب آگاسی درباره دوران یخبندان منتشر شد. از آنجا که زمین در مداری بیضی شکل به دور خورشید می گردد، در بخشی از این مدار (بخشی از سال) به خورشید نزدیک تر و در بخشی دیگر (نیم سال بعدی) از خورشید دورتر است. علاوه بر این، محور چرخش زمین به دور خود، نسبت به خطی که زمین در حال چرخش را به خورشید متصل می کند، یک زاویه 23/5 درجه می سازد. این محور به علت اثر ژیروسکوپی دَوَران زمین در مقیاس سال ها و قرن ها، همواره در جهت مشخصی نسبت به ستارگان قرار دارد. در نتیجه با گردش زمین به دور خورشید، ابتدا یک نیم کره و سپس نیم کره دیگر به سمت خورشید قرار می گیرد و از گرمای کامل خورشید بهره می برد. به همین علت است که چهار فصل داریم.(7) در 4ژوئیه هر سال، زمین در دورترین نقطه خود نسبت به خورشید قرار دارد در حالی که در 3 ژانویه، موقعیت آن نسبت به خورشید، نزدیک ترین است. اما این تفاوت تنها 3% از فاصله میانگین 150 میلیون کیلومتری نسبت به خورشید را شامل می شود. زمین در تابستان نیم کره شمالی، دورترین فاصله نسبت به خورشید و بنابراین آهسته ترین گام حرکت مداری خود را دارد (قوانین کپلر را به یاد بیاوریم). آدمار (به درستی) استدلال کرد که از آنجا که زمین در زمستان جنوبی با گام آهسته تری حرکت می کند، تعداد ساعات خاموشی کامل در قطب جنوب در زمستان، ازتعداد ساعات روشنایی روزانه همین منطقه در تابستان جنوبی، زمانی که زمین در آن سوی مدار خود با بیشترین سرعت دَوَران می کند، زیادتر است. به گمان او این پدیده موجب شده است که قطب جنوب با گذشت قرن ها سردتر شود و کلاهک یخی جنوبگان (که به گمان او هنوز در حال گسترش است)، اثباتی بر این عقیده است.

مدل مدار بیضی شکل

اما همین پدیده می تواند در جهت عکس رخ دهد. زمین مانند یک فرفره چرخان در حین دَوَران خود، حرکتی فرفره ای دارد. اما از آنجا که زمین از فرفره اسباب بازی بزرگ تر است، این حرکت فرفره ای (که به تقویم اعتدالین معروف است)، آهسته و موقر است. این حرکت موجب می شود که محور دَوَران زمین به دور ستارگان، هر بیست و دو هزار سال یک بار، دایره ای در آسمان ترسیم کند.(8) بنابراین یازده هزار سال پیش، الگوی فصل ها نسبت به مدار بیضی شکل به صورت معکوس بوده است. زمستان در نیم کره شمالی، زمانی روی می داد که زمین دورترین فاصله از خورشید و کندترین سرعت دَوَران را داشت. آدمار چرخه دیگری از دوران های یخبندان را در نظر گرفت که بر اساس آن، ابتدا نیم کره شمالی و پس از یاده هزار سال، نیم کره یخ زده، دریاها، پایه های این کلاهک یخی عظیم را جویده و آن را تا آنجا که به صورت قارچ ناپایداری در آید خورده است تا جایی که توده باقیمانده در اقیانوس فرورفته و موج عظیمی را با سرعت زیاد به سوی قطب مقابل سوق داده است. عنوان کتاب او از همین جا ناشی می شود. در واقع مبانی مدل آدمار همان قدر متزلزل بود که تصور او از فروپاشی صفحات یخی. این ایده که یک نیم کره زمین گرم تر و نیم کره دیگر سردتر می شود به کلی اشتباه است. همان طور که الکساندر فون هومبولت (1859-1769)، دانشمند آلمانی، در سال 1852 اشاره کرد، محاسبات اخترشناسی که به بیش از یکصد سال پیش و کار ژان دالامبر (1783-1717)، ریاضی دان فرانسوی باز می گردد، نشان می دهد که اثر خنک شدن که آدمار بر آن تکیه می کند، دقیقاً گرمای اضافی را که همان نیم کره در تابستان دریافت می کند، یعنی در زمانی که زمین نزدیک ترین فاصله از خورشید را دارد، خنثی می کند (این تعادل از آن جهت دقیق است چرا که هر دو اثر به قانون عکس مجذور بستگی دارند). مقدار کل گرمایی که هر نیم کره در مدت سال دریافت می کند با کل مقدار گرمای دریافتی نیم کره مقابل برابر است. در قرن بیستم با بهبود شناخت سوابق زمین شناختی و پیشرفت فنون زمان سنجی پرتوزایی، آشکار شد که الگوی جا به جایی یخبندان قطب جنوب و قطب شمال که به اندازه یازده هزار سال از یکدیگر فاصله داشته باشند وجود ندارد. مدل آدمار اشتباه بود، اما کتاب او در مورد تأثیرهای مدار زمین در وضعیت اقلیمی، افکار بازیگر بعدی این داستان را برانگیخت.

جیمز کرول

جیمز کرول در 2 ژانویه سال 1821 در کارگیلِ اسکاتلند به دنیا آمد. خانواده او صاحب قطعه زمین بسیار کوچکی بودند ولی منبع اصلی درآمدشان از کار پدر کرول که سنگ کار بود تأمین می شد. در نتیجه، وی بیشتر اوقات در حال سفر بود و خانواده مسئولیت کار کشاورزی را بر عهده داشتند. جیمز تنها از آموزش پایه بهره مند شد اما زیاد مطالعه می کرد و مبانی علم را از طریق خواندن کتاب ها فرا گرفت. او تلاش کرد تا شغلی برای خود دست و پا کند و ابتدا از ساختن آسیاب شروع کرد ولی پی برد که «گرایش طبیعی و نیرومند من نسبت به اندیشه نظری، به نحوی مرا به فردی نامناسب برای پرداختن به جزئیات عملی کار روزانه بدل می کرد».(9) این وضعیت دشوارتر شد چرا که آرنج چپ او که در اثر تصادفی در کودکی آسیب دیده بود، به طرزی خم شد که دیگر تقریباً قابل استفاده نبود. به این ترتیب امکانات کرول برای کار کردن محدود شد ولی وقت بیشتری برای خواندن و نوشتن در اختیار او قرار گرفت. او کتابی به نام فلسفه یکتاپرستی نوشت که در سال 1857 در لندن منتشر شد و شگفت اینکه سودی جزئی به همراه داشت. او دو سال بعد محل مناسبی برای کار پیدا کرد و به عنوان پیشخدمت در کالج و موزه آندرسونین (Andersonian) در گلاسکو مشغول به کار شد. او بعدها نوشت «با در نظر گرفتن همه جوانب کار، هیچ گاه در جایی نبوده ام که برای من این قدر خوشایند بوده باشد... درست است که دستمزدم کم و اندکی بیش از آن بود که بتوانم زندگی کنم؛ اما این کمبود با امتیازات دیگری که برایم داشت جبران می شد.» منظور او دسترسی به کتابخانه عالی آندرسونین، صلح، آرامش و فرصت فراوان برای فکر کردن بود. کتاب آدمار یکی از کتاب هایی بود که مطالعه کرد؛ یکی از موضوعاتی که توجه او را به خود جلب کرد نحوه تأثیر شکل مدار زمین بر آب و هوا بود.
این ایده از تحلیل دقیق نحوه تغییرات مدار زمین در طول زمان ناشی می شد که اوربن لووریه (Urbain Leverrier)(1877-1811)، ریاضی دان فرانسوی، انجام داده بود. نام این ریاضی دان بیشتر با کارش در زمینه کشف سیاره نپتون در یادها مانده است (همین محاسبات را جان کوچ آدامز (1892-1819)، به طور مستقل در انگلستان، انجام داد). کار لووریه بسیار عمیق بود. او بر اساس قوانین نیوتون و اختلالات مدارهای سایر سیاره ها بر اثر عامل گرانشی ناشناخته و پس از در نظر گرفتن تأثیر گرانشی تمام سیاره های شناخته شده دیگر، وجود نپتون را پیش بینی کرد. این کار از کشف سیاره اورانوس توسط ویلیام هرشل (1822-1738) در سال 1781 عمیق تر بود، گر چه آن اکتشافات به این علت که اورانوس اولین سیاره ای بود که پس از کشفیات پیشنیان در دوران باستان قدیم کشف می شد، هیجان مردمی بیشتری ایجاد کرده بود. کشف هرشل از سوی دیگر با شانس خوبی همراه بود (زیرا او بهترین تلسکوپ دنیا را ساخت و علاوه بر این، مشاهده کننده ای عالی هم بود). وجود نپتون (مانند بازگشت ستاره دنباله دار هالی در سال 1758) با محاسبات ریاضی پیش بینی شد و اثبات بزرگی در تأیید قوانین نیوتون و روش علمی بود. اما این پیش بینی به وسیله محاسبه، در دورانی که رایانه وجود نداشت، با کار سنگین وحشتناکی به همراه استفاده از مداد و کاغذ توأم بود. یکی از میوه های این کار سخت، دقیق ترین تحلیلی بود که تا آن زمان از تغییرات مدار زمین در مقیاس زمانی صد هزار سال به بار نشسته بود. این مدار در برخی موارد بیضی شکل و در موارد دیگر دایره ای شکل است؛ گر چه مجموع گرمای دریافتی از زمین در تمام مدت سال ثابت است و زمانی که مدار دایره ای شکل است، گرمای دریافتی زمین از خورشید در تمام مدت سال یکسان خواهد بود، اما اگر مدار بیضی شکل باشد، زمین در ایامی که به خورشید نزدیک تر است، بیشتر گرما دریافت می کند تا در ایامی که از خورشید دورتر است. کرول در این فکر فرو رفت که آیا این اختلاف می تواند دوران یخبندان را توضیح دهد؟
مدلی که او توسعه داد بر مبنای این فرض استوار بود که اگر دوران یخبندانی در هر یک از دو نیم کره روی داده باشد، زمستان های بسیار سختی رخ داده است. او تغییرات مدار بیضی شکل بر مبنای محاسبات لووریه و تأثیر حرکت تقویم اعتدالین، هر دو را در نظر گرفت تا مدلی بسازد که در آن، دوران های یخبندان متناوب در هر یک از دو نیم کره در دوران یخ که صدها هزار سال طول کشیده است، تثبیت شده اند. بنابر این مدل، زمین از دویست و پنجاه هزار سال تا هشتاد هزار سال پیش، دوران گرمی در بین دوره های یخی را از سر گذرانده است که آن را دوران میان یخی می نامند. کرول به تحلیل بیشتر جزئیات پرداخت که شامل ایده های درستی درباره نقش جریان های آب دریا بر وضعیت اقلیمی زمین بود. او این بررسی ها را در مجموعه ای از مقاله ها منتشر کرد که با انتشار اولین مقاله اش درباره دوران های یخبندان در مجله فلسفی در سال 1864، در سن 43 سالگی، آغاز می شود. کار کرول بلافاصله مورد توجه گسترده قرار گرفت و او به هدف خود که کار به عنوان دانشمند تمام وقت بود رسید. او در سال 1867 پستی را برای زمین شناسی اسکاتلند پذیرفت و در سال 1876، یک سال پس از انتشار کتابش تحت عنوان اقلیم و زمان (Climate and Time)، به عضویت انجمن سلطنتی انتخاب شد (او احتمالاً تنها پیشخدمت سابقی بود که به این افتخار دست یافت). او کتاب دیگرش تحت عنوان اقلیم و کیهان شناسی (Climate and Cosmology) را در سال 1885، در سن 64 سالگی منتشر کرد. او در 15 دسامبر سال 1890، در پرت (Perth)، واقع در استرالیا درگذشت؛ گر چه تا آن زمان شواهد زمین شناسی محدودی در حمایت از مدل دوران یخبندان او وجود داشت. اما این مدل به طور گسترده ای پذیرفته شده و تأثیر خود را گذاشته بود.
کرول در کتاب اقلیم و زمان، به ایده ای جهت بهبود مدل اخترشناسی دوران های یخبندان اشاره کرده بود. او گوشزد کرد که تغییرات زاویه محور زمین در این زمینه تأثیر داشته است. این زاویه که اکنون 23/5 درجه است، موجب پیدایش فصل ها می شود. در زمان کرول می دانستند که این زاویه تغییر می کند (محور زمان به بالا و پایین می رود و زاویه آن با خط عمودی از 22 تا 25 درجه تغییر می کند)، اما هیچ کس، حتی لووریه، به طور دقیق، میزان تغییرات و مقیاس زمانی آن را محاسبه نکرده بود (در واقع چهل هزار سال طول می کشد تا این محور از عمودی ترین وضع خود به زاویه حداکثر برسد و به موقعیت آغازین باز گردد). کرول گمان می کرد که احتمال وقوع دوران یخبندان در دورانی که زمین در عمودی ترین وضعیت خود بوده است بیشتر است، زیرا در این وضعیت، گرمای دریافتی هر دو قطب زمین از خورشید کمتر است. ولی این بیش از یک حدس نبود. اما در اواخر قرن نوزدهم، تمام این ایده ها با دسترسی به شواهد زمین شناختی بیشتر، محبوبیت خود را از دست داد. این شواهد حاکی از آن بود که آخرین دوران یخبندان نه در هشتاد هزار سال پیش بلکه در ده هزار و پانزده هزار سال پیش به پایان رسیده است. این موضوع کاملاً با فرضیه کرول در تضاد بود. نیم کره شمالی نه تنها در طول هشتاد هزار سال گرم تر نشد، بلکه سردترین دوره آخرین دوران یخبندان را پشت سر گذاشت. این واقعیت درست در نقطه مقابل ادعای مدل کرول بود (هیچ کس در آن زمان به این موضوع توجه نکرد). در همین ایام، هواشناسان محاسبه کردند که هر چند تغییرات گرمای ناشی از این پدیده ها واقعیت داشته است، اما مقدار آن بسیار کمتر از آن بوده است که بتواند اختلاف دمای زیاد بین دوران های یخبندان و دوران های میان یخی را توضیح دهد. ولی شواهد زمین شناسی نشان داد که دوران های یخبندان متناوبی وجود داشته است و مدل اخترشناسی، اگر در همه موارد درست نباشد، دست کم این آهنگ تکراری چرخه های دوران های یخبندان را درست پیش بینی کرده است. کسی که وظیفه مشکل بهبود بخشیدن به محاسبات اخترشناسی را بر عهده گرفت و در این زمینه کاوش کرد که آیا این چرخه ها با ویژگی های زمین شناسی تطبیق می کنند یا نه، میلوتین میلانکوویچ، مهندس صرب بود که در 28 مه سال 1879 در شهر دالج به دنیا آمد (به این ترتیب او چند ماه از اینشتین جوان تر بود).

مدل میلانکوویچ

در آن زمان صربستان پس از آنکه قرن ها تحت تسلط خارجی ها (به ویژه ترک ها) قرار داشت، به تازگی (در سال 1882) به یک پادشاهی مستقل تبدیل شده بود. پیش از آن، از سال 1829 به بعد، این کشور امیرنشینی تحت حاکمیت ترک ها و از جمله کشورهای نا آرام بالکان بود که در فاصله زمانی بین امپراتوری در حال نابودی ترک در جنوب و امپراتوری اتریش-مجارستان در شمال که آن هم وضعیت چندان بهتری نداشت قرار گرفته بود. میلانکوویچ بر خلاف کرول از آموزش معمولی برخوردار شد، تحصیلات خود را در مؤسسه فناوری وین به پایان رسانید و در سال 1904 دکترا گرفت. او در شهر وین اقامت گزید و به مدت پنج سال به عنوان مهندس کار کرد (کار او طراحی ساختارهای بتنی بزرگ بود). سپس در سال 1909 در دانشگاه بلگراد، استاد ریاضیات کاربردی شد و به صربستان بازگشت. صربستان نسبت به شهر درخشان وین که میلانکوویچ قادر بود پیشرفت شغلی مناسبی در آن پیدا کند، استان عقب افتاده ای بیش نبود؛ اما او میل داشت به کشور محل تولد خود کمک کند که نیاز بیشتری به مهندسین آزموده داشت و فکر کرد که بهترین راه برای نیل به این هدف، شغل معلمی است. او مکانیک تدریس می کرد ولی فیزیک نظری و اخترشناسی هم درس می داد. طی این مدت و هم زمان با این فعالیت ها، او علاقه شدیدی به اقلیم شناسی پیدا کرد. بعدها، او لحظه ای را به یاد می آورد که احساساتش برای توسعه مدلی ریاضی برای تشریح اقلیم زمین، مریخ و زهره برانگیخته شده بود.(10) طبق گفته او، این لحظه در حین گفتگو هنگام صرف شام و در وضع مستی، در سال 1911 زمانی که 32 ساله بود، روی داد. البته شاید بهتر باشد که این نقل قول او را با تردید در نظر بگیریم. موضوعی که اهمیت دارد این است که در همین دوران، میلانکوویچ پروژه ای محاسباتی را آغاز کرد که علاوه بر تعیین دمای امروزی در عرض های جغرافیایی این سه سیاره (که روشی برای آزمون مدل اخترشناسی در مقایسه با مشاهدات، دست کم برای کره زمین بود) محاسبه تغییرات این دماها در نتیجه تغییرات چرخه های ستاره شناسی را نیز شامل می شد. این دماها واقعی و نه بر پایه این ادعای مبهم بود که یک نیم کره زمین در زمان هایی از چرخه ها نسبت به زمان های دیگر چرخه ها سردتر بوده است. او تمام این بررسی ها را بدون هیچ کمک مکانیکی و تنها با قدرت مغز، مداد و کاغذ و نه تنها برای یک سیاره بلکه برای سه سیاره انجام داد! برای تأکید بر این نکته هر چه بگوییم کم گفته ایم. این دستاورد، بسیار فراتر از چیزی بود که کرول می توانست آرزوی آن را داشته باشد. میلانکوویچ در آغاز کار از امتیازات زیادی برخوردار بود چرا که او در آغاز کار کشف کرده بود که لودویگ پیلگریم، ریاضی دان آلمانی، در همان ایام (سال 1904) تغییرات سه الگوی اصلی خروج از مرکز، حرکت تقویمی و زاویه محور زمین را در طول یک میلیون سال گذشته محاسبه کرده است؛ گر چه تکمیل کار میلانکوویچ سه دهه به طول انجامید.
اقلیم به فاصله سیاره از خورشید، عرض جغرافیایی سطح مورد نظر و زاویه برخورد پرتوهای خورشید به زمین در آن عرض جغرافیایی بستگی دارد.(11) محاسبات مربوط که از نظر اصولی سرراست ولی در عمل بسیار خسته کننده است، بخش دیگری از زندگی میلانکوویچ را به خود اختصاص داد و هر شب او را در خانه مشغول می داشت. او حتی در طول سفرهای تفریحی، کتاب ها و مقاله های خود را به همراه می برد. در سال 1912، اولین مجموعه از جنگ های بالکان شروع شد. بلغارستان، صربستان، یونان و مونته نگرو به امپراتوری اتریش حمله کردند، به پیروزی برق آسا دست یافتند و به پیشروی خود ادامه دادند. در سال 1913، بلغارستان در کشمکشی که بر سر غنائم جنگ در گرفت به متحدان سابق خویش حمله کرد و شکست خورد و البته تمام شورش های بالکان در شعله ور شدن جنگ جهانی اول در سال 1914، در پی قتل فرانتس فردیناند توسط صرب های بالکان در سارایوو در 18 ژوئن همان سال نقش داشت. میلانکوویچ در اولین جنگ بالکان به عنوان مهندس ارتش صربستان خدمت می کرد. اما او در خط مقدم جبهه نبود و وقت کافی داشت تا به محاسبات خود بیندیشد. او شروع به انتشار مقالاتی درباره کار خود کرد و به ویژه مایل بود نشان دهد که اثر زاویه محور زمین، مهم تر از آن است که کرول در نظر گرفته بود. اما این مقالات که در آن دورانِ طغیان سیاسی به زبان صربی منتشر شد، مورد توجه چندانی قرار نگرفت. با آغاز جنگ جهانی اول، هنگامی که او از شهر خود، دالج، بازدید می کرد، ارتش اتریش- مجارستان این شهر را تصرف کرد. او به اسارت درآمد اما مقامش به عنوان دانشمندی سرشناس، موجبات آزادیش را در پایان سال فراهم کرد. به او اجازه داده شد که به بوداپست برود و او در آنجا به مدت چهار سال دیگر به محاسبات خود ادامه داد. نتیجه این زحمات در سال 1920 به صورت تشریح ریاضی وضع امروزی اقلیم زمین، مریخ و زهره در کتابی منتشر شد و در سطح وسیعی مورد استقبال قرار گرفت. این کتاب همچنین شامل مدارک قاطع ریاضی بود که بر اساس آن تأثیرات نجومی، موجب تغییر مقدار گرمای تابیده به زمین در عرض های جغرافیایی مختلف می شود به نحوی که برای بروز دوران های یخبندان کفایت می کند، گر چه میلانکوویچ جزئیات محاسبات را انجام نداده بود. با این وجود، ولادیمیر کوپن (Wladimir Koppen)این جنبه از کار او را پی گرفت که به مکاتبه ثمربخشی بین این دو دانشمند و طرح این ایده ها در کتاب کوپن و وگنر درباره اقلیم انجامید.
کوپن ایده کلیدی جدیدی مطرح کرد که عبارت از نحوه تأثیر ضرب آهنگ های اخترشناختی در وضع اقلیم زمین بود. او متوجه شد که موضوع حائز اهمیت نه دمای زمستان بلکه دمای تابستان است. در عرض های جغرافیایی بالا (او نیم کره شمالی را در نظر داشت)، سرما همیشه به اندازه ای است که برای بارش برف در زمستان کافی باشد. موضوع مهم آن است که چه مقدار از این برف تا فصل تابستان باقی می ماند و آب نمی شود. بنابراین، عامل دوران یخبندان، تابستان های خنک است نه زمستان های بسیار سرد، هر چند تابستان های خنک با زمستان های نسبتاً معتدلی همراه است. این موضوع درست مخالف ایده کرول بود و روشن می کرد که چرا آخرین دوران یخبندان که از هشتاد هزار سال پیش تا پانزده الی ده هزار سال پیش ادامه داشته است، آن قدر شدید بوده است. زمانی که میلانکوویچ این جزئیات را در نظر گرفت و تغییرات دمای زمین را در سه عرض جغرافیایی (55، 60 و 65 درجه شمالی) محاسبه کرد، به نتیجه ای دست یافت که ظاهراً سازگاری مناسبی میان ضرب آهنگ های اخترشناسی و الگوی دوران های یخبندان گذشته برقرار می کرد، همان طور که شواهد زمین شناسی دهه 1920 چنین نشان می داد.
با تبلیغات کوپن و وگنر در کتابشان، اقلیم ها و زمین شناسی گذشته (Climates of the Geological Past) درباره این ایده ها، مدت زمانی چنین به نظر می آمد که مدل اخترشناسی دورانهای یخبندان دوران بلوغ خود را پشت سر گذارده و به صورت نظریه ای کامل درآمده است. میلانکوویچ در سال 1930 باز هم نتایج گسترده تری، این بار برای هشت عرض جغرافیایی دیگر منتشر کرد. او پس از آن در طول هشت سال آتی محاسبه کرد که چگونه ورقه های یخی نسبت به این تغییرات دما عکس العمل نشان می دهند. کتاب او تحت عنوان ملاک قرار گرفتن در معرض تابش خورشید و مسئله دوران یخبندان (Canon of Insolation and the Ice Age Problem) که شامل تشریح کار یک عمر او بود در دست چاپ بود که در سال 1941، نیروهای آلمان یوگوسلاوی را اشغال کردند (این کشور پس از پایان جنگ جهانی اول تشکیل شد و شامل صربستان نیز می شد). میلانکوویچ که در آن زمان 63 ساله بود تصمیم گرفت که در دوران اشغال کشورش، وقت خود را با نگارش خاطرنشان پر کند. آکادمی علوم صربستان این خاطرات را در سال 1952 منتشر کرد. میلانکوویچ پس از گذراندن دوران بازنشستگی آرام در 12 دسامبر سال 1958 در گذشت. تا آن زمان، مدل او محبوبیت خود را از دست داد، زیرا به نظر می رسید که شواهد دقیق زمین شناسی (هر چند ناقص) دیگر با این مدل و مدل های قدیمی تر که بر اساس شواهدی کم دقت تر استوار بود همخوانی ندارد.

ایده های جدید درباره دوران های یخبندان

در واقع، داده های زمین شناسی برای قیاس قاطع با مدل بسیار دقیق اخترشناسی کفایت نمی کرد و صرف نظر از اینکه مجموعه ای از داده ها با مدل سازگار می شد یا نه، هیچگونه حقیقت ژرفی درباره طرز کار جهان آشکارشدنی نبود. مانند مورد رانش قاره ای، آزمون حقیقی صرفاً در نتیجه اندازه گیری های دقیق تر سوابق زمین شناسی با استفاده از روش ها و فناوری های جدید قابل حصول بود. این فعالیت در دهه 1970 به اوج رسید و تا آن زمان، مدل اخترشناسی معروف به مدل میلانکوویچ، با استفاده از رایانه ها و با دقتی فراتر از تصور او بهبود یافت. مدرک اصلی زمین شناسی، نمونه های رسوبی بود که از کف دریا بیرون آورده شد. لایه های رسوب در طول سالیان بر روی هم انباشته شده بود. این رسوبات که سنشان با به کارگیری روش های معیاری همچون روش سن یابی پرتوزایی و ژئومغناطیسی به دست می آید، حاوی ردی از جانوران ریزی هستند که در گذشته در اقیانوس می زیسته اند و در آنجا مرده اند. این ردها به صورت صدف های گچی نمایان می شوند که پس از مرگ جانوران مذکور باقی مانده است. از یک طرف این صدف ها آشکار می کنند که کدام گونه های جانداران فوق الذکر در دوران های مختلف نشو و نما کرده اند که خود سرنخی برای درک تغییرات اقلیمی است؛ از طرف دیگر، تحلیل ایزوتوپ های اکسیژن موجود در صدف ها گواه مستقیم وضعیت دما در دوران های فعالیت این گونه ها است، زیرا جانداران ایزوتوپ های مختلف اکسیژن را بر حسب دما و میزان آب محبوس در لایه های یخی به نسبت های متفاوتی مصرف می کنند. تمام ضرب آهنگ های سه گانه اخترشناسی آشکارا به شکل ضربان اقلیمی مشاهده می شود که در طول میلیون ها سال گذشته در حال تغییر بوده است. انتشار مقاله ای کلیدی در مجله ساینس در سال 1976 به عنوان لحظه تثبیت این مدل تلقی می شود.(12) این مقاله درست صد سال پس از انتشار کتاب اقلیم و زمان، به خلاصه کردن شواهد مدل مزبور می پرداخت. اما یکی از پرسش های کنجکاوی برانگیز درباره وجود نوع بشر را بی پاسخ می گذاشت؛ چرا زمین نسبت به تغییرات کوچک پرتوهای خورشید که در عرض های جغرافیایی مختلف زمین جذب می شود تا به این اندازه حساس است؟
پاسخ به این پرسش ما را به موضوع رانش قاره ای سوق می دهد. اگر از مدل میلانکوویچ که تغییرات اقلیمی را توضیح می دهد گامی به عقب برداریم، بر اساس تاریخچه زمین شناسی که اکنون به خوبی شناخته و سن یابی شده است، وضع طبیعی زمین در بخش عمده ای از تاریخ طولانی آن کاملاً عاری از یخ بوده است (بجز قله های کوهستان های مرتفع). تا زمانی که جریان آب گرم اقیانوس ها به مناطق قطبی برسد، مسئله میزان جذب نور خورشید در این مناطق اهمیت چندانی ندارد چرا که آب گرم از تشکیل یخ جلوگیری می کند. اما بعضی مواقع، با توجه به آثار یخچال های گذشته، دوره ای از سرما در یک نیم کره یا نیم کره دیگر در فواصل زمانی چند صد میلیون سال رخ می دهد که تا چند میلیون سال طول می کشد؛ می توانیم با اقتباس از کرول، این دوره را دوران یخبندان بنامیم و معنای مشابه با مقیاس زمانی طولانی تری به آن اختصاص بدهیم. به عنوان مثال، دوران یخبندان پرمین 20 میلیون سال به طول انجامیده است؛ این دوران یخبندان در حدود 250 میلیون سال پیش به پایان رسیده است. در توضیح این رویداد می توان گفت که رانش قاره ای، گاه به گاه، سطح وسیعی از خشکی های زمین را تا نزدیکی یکی از قطب ها پیش می راند. این امر دارای دو پیامد است. اولاً جریان آب گرم در عرض های پایین جغرافیایی را قطع می کند (یا دست کم در برابر آن مقاومت می کند).به این ترتیب منطقه مذکور در زمستان بسیار سرد می شود. دوماً قاره، سطحی را ایجاد می کند که برف در روی آن جمع می شود تا آنجا که لایه بزرگی از یخ تشکیل می شود. قاره جنوبگان نمونه کلاسیک این فرایند در عمل است. این فرایند دوران یخبندان را به وجود آورده است که تنها اندکی از ضرب آهنگ های اخترشناسی متأثر بوده است.
جهان پس از پایان دوران یخبندان پرمین (به این دلیل که رانش قاره ای دوباره مسیر حرکت آب گرم به مناطق قطبی را گشود)، به مدت 200 میلیون سال از گرما بهره مند شد و طی این دوره دایناسورها نشو و نما کردند. اما از 55 میلیون سال پیش، سرما تدریجاً شروع شد و در 10 میلیون سال پیش، یخچال ها ابتدا در کوه های آلاسکا و پس از آن در قاره جنوبگان تشکیل شدند. در این مناطق لایه یخ به قدری ضخیم شد که در 5 میلیون سال پیش، از مقدار کنونی بزرگ تر بود. این واقعیت که یخچال ها هم زمان در هر دو نیم کره گسترش یافتند حائز اهمیت است. در حالی که قاره جنوبگان قطب جنوب را پوشاند و یخچال ها به طرزی که هم اکنون تشریح کردیم به وجود آمدند، منطقه قطب شمال نیز سرد شد و سرانجام یخ زد، هرچند اقیانوس منجمد شمالی، قطب شمال را پوشاند نه خشکی. علت این پدیده آن است که رانش قاره ای به تدریج حلقه تقریباً کاملی از خشکی را در اطراف اقیانوس منجمد شمالی به وجود آورد و راه بسیاری از جریان های آب گرم را که در غیر این صورت اقیانوس را یخ زدایی می کرد مسدود کرد. امروزه وجود گرینلند موجب می شود که گلف استریم به سمت شرق منحرف شود و جزایر بریتانیا و شمال غربی اروپا گرم شوند. لایه نازک یخ در اقیانوس قطبی تشکیل شد و در حدود سه میلیون سال پیش، لایه یخ عظیم تری، زمین های مجاور را پوشاند. در این وضعیت که خشکی، اقیانوس قطبی را احاطه می کند و برف روی آن، در تابستان های گرم آب می شود، اقلیم به ویژه نسبت به ضرب آهنگ های اخترشناسی حساس است. در طول پنج میلیون سال گذشته، کره زمین با دو کلاهک برفی در دو قطب که حاصل دو رویداد جغرافیایی کاملاً متفاوت بوده است، در وضعیت کاملاً منحصر به فردی در تمام تاریخ خود قرار داشته است. این واقعیت و به ویژه جغرافیای نیم کره شمالی، کره زمین را به ضرب آهنگ های اخترشناسی مشاهده شده در سوابق زمین شناسی حساس می کند.

تأثیر ایده های مذکور بر تکامل

در دوران یخبندان کنونی، تأثیر ضربان اقلیمی، مجموعه ای از دوران های کامل یخبندان را ایجاد می کند که هر یک در حدود صد هزار سال طول خواهد کشید و شرایط گرم تر مانند وضعیت امروزی با دوره های میان یخچالی در حدود ده هزار سال، آنها را از یکدیگر جدا می کند. بر اساس این تخمین، دوره میان یخچالی کنونی به طور طبیعی در طول چند هزار سال آینده، کمتر از طول زمان ثبت شده در موارد پیشین به پایان می رسد. اما آینده فراسوی موضوع کتاب ما است. از سوی دیگر، موج های کوچک تغییرات اقلیمی با مجموع ضرب آهنگ های مورد تحقیق میلانکوویچ تلفیق می شود. توالی این دوران های یخبندان که با استفاده از فنون پرتوزایی و ایزوتوپ های پتاسیم و آرگون سن یابی می شود، در 3/6 میلیون سال پیش به پایان رسیده است. در آن زمان، اجداد ما در دره کافتی بزرگ آفریقای شرقی (که از طریق فعالیت زمین ساخت ورقه ای به وجود آمده است) زندگی می کردند. در آنجا یک گونه نیاکانی هومینید سه گونه جدید را به وجود آورد: شامپانزه، گوریل و خود ما.(13) در همین زمان است که سوابق فسیل ها شواهد مستقیمی از هومینیدهایی به دست می دهد که به طور ایستاده راه می رفته اند. این شواهد به صورت اثر پا نقش بسته بر روی زمین نرم که بعداً سفت شده است (مانند اثر دست ستاره های سینما در پیاده روهای هالیوود) و به شکل استخوان های فسیلی مشاهده می شود. گر چه هیچ کس نمی تواند بدون کمک ماشین زمان دریابد که دقیقاً چه عاملی موجب شد که هومینید آفریقای شرقی، در طول چهار تا سه میلیون سال پیش، به شکل هوموساپینس تغییر یافت. به آسانی می توان درک کرد که ضربان اقلیمی در این زمینه نقش کلیدی داشته است و به سختی می توان از این نتیجه گیری پرهیز کرد که تغییرات اقلیمی دست کم تا حدودی در این زمینه سهیم بوده است. نوسانات دمایی در آفریقای شرقی تأثیر چندانی نداشته است. گر چه همین عامل در عرض های جغرافیایی بالا حائز اهمیت است. عامل اساسی در منطقه آفریقای شرقی سرمای شدید اقیانوس ها در طول دوران کامل یخبندان بوده است که موجب تبخیر کمتر و در نتیجه بارش کمتر، خشکی زمین و نابودی جنگل ها شده است. این وضعیت موجب رقابت بیشتر میان انسان های جنگل زی (از جمله نیاکان ما) شده و عده ای از آنها را از جنگل به سوی دشت ها رانده است. در این دشت ها، فشار انتخاب طبیعی شدیدی بین موجودات ساکن در گرفته است و تنها دسته ای که خود را با نوع زندگی جدید سازگار کرده اند، به بقای خود ادامه داده اند. اگر این وضعیت برای همیشه بدون تغییر باقی می ماند، این امکان وجود داشت که جانداران ساکن دشت ها در رقابت با گروهی که خود را برای سکونت در آن نواحی تطبیق داده بودند، از بین بروند. اما پس از حدود صد هزار سال، شرایط آسان تر شد و نسل های آتی بازماندگان از این شانس برخوردار بودند که از امتیاز گسترش جنگل ها بهره مند شوند؛ با احساس ایمنی از خطر درندگان دشت، زاد و ولد کنند و بر تعداد خود بیفزایند. به آسانی می توان دریافت که با تکرار ده یا بیست باره این فرایند، اثر چرخ دنده مانند مذکور به نفع هوشمندی و انطباق پذیری به عنوان پیش نیازهای اصلی بقا در نواحی جنگلی عمل کرده است، در حالی که موفق ترین تیره های هومینید خود را با زندگی در اعماق جنگل ها تطبیق داده اند و به شامپانزه ها و گوریل ها بدل شده اند.
این داستان شاید به همان اندازه معقول و باورکردنی باشد که ایده رانش قاره ای در زمان آرتور هولمز. اما حتی اگر جزئیات نادرست باشد، به سختی می توان سازگاری نزدیک میان الگوهای اقلیمی در چهار تا سه میلیون سال گذشته و توسعه گونه انسان از میمون های جنگلی که آن هم در چهار تا سه میلیون سال پیش روی داده است را به حساب تصادف گذاشت. اما هستی خود را به تلفیق رانش قاره ای، وجود شرایط مناسب نادر برای تأثیرگذاری چرخه های اختر شناسی بر اقلیم زمین و ضرب آهنگ های اخترشناختی مدیونیم. این نتیجه گیری ها از فیزیک پایه (درک اساس همرفت که عامل رانش قاره ای است)، دینامیک نیوتون و گرانی (که چرخه های اخترشناختی را توضیح می دهد و پیش بینی می کند)، شیمی (تحلیل نمونه های کف دریا)، الکترومغناطیس (سن یابی ژئومغناطیسی)، درک گونه ها و دنیای موجودات زنده از آثار دانشمندانی مانند ری و لینایوس و نظریه داروین-والاس در مورد تکامل از طریق انتخاب طبیعی بر می آید. این بینشی است که از طرفی ما را به عنوان تنها گونه های حیات در روی زمین که مانند گونه های دیگر از طریق فرایند انتخاب طبیعی به وجود آمده است مطرح می کند و از طرف دیگر، پیروزی سه قرن علم «کلاسیک» را که با کار گالیلئو گالیله و ایزاک نیوتون آغاز شد اعلام می کند. شاید فکر کنید که این مسیر باید ادامه می یافت. اما در اواخر قرن بیستم، علم به آن سوی علم کلاسیک گام نهاد و با استفاده از روش های فراتر از جهان بینی نیوتونی آن را دگرگون کرد. این دگرگونی ها در پایان قرن نوزدهم، با انقلاب کوانتومی آغاز شد که طرز برخورد فیزیک دان ها با دنیای کوچک مقیاس را متحول کرد.(14)

پی نوشت ها :

1- منظور از «ترک های جوان» جوان های پرشور و فعال هستند.-م.
2- جلد 216، صفحات 80-1276
3- البته این مورد یک انقلاب نبود؛ امیدواریم که تا اینجا طرز تکامل اندیشه ها را به خوبی روشن کرده باشیم. به طور معمول مدل های جدید با تکیه بر داده های جدید متولد می شوند. ایده انقلاب علمی اصولاً اسطوره ای بیش نیست و به درد جامعه شناسانی می خورد که هیچ گاه در رگه های معادن زغال سنگ علم حفاری نکرده اند.
4- کتاب به ویراستاری گاس، اسمیت و ویلسون
5- او کوهنورد به معنای علاقه مند به ورزش کوهنوردی نبود بلکه معاش خود را با کوهنوردی، در این حالت خاص، با شکار بزهای کوهی تأمین می کرد.
6- به نقل از الیزابت کری آگاسی
7- در مقیاس های هزاره ها و ده ها هزار سال، این انحنا تحت تأثیر لرزش های مختلفی قرار می گیرد که بعداً به آن اشاره خواهیم کرد.
8- محاسبات جدید نشان می دهد که در مقیاس های زمانی بزرگ تر، این چرخه در واقع بین 23000 و 26000 سال تغییر می کند. علت این تغییرات برهم کنش های گرانشی با سایر سیاره ها در منظومه شمسی است.
9- در مورد یادداشت های مربوط به زندگی کرول به آیرونز نگاه کنید؛ نقل قول های دیگر از کرول نیز از همین منبع است.
10- نگاه کنید به از میان دنیاها و زمان های دور (Durch ferne Welten und Zeiten)؛ این کتاب منبع اصلی (ولی احتمالاً جهت دار) اطلاعاتی است که درباره زندگی میلانکوویچ وجود دارد.
11- و همچنین به ترکیب جو ارتباط دارد که در اینجا نقش ایفا می کند؛ اما در این محاسبات، ما فرض می کنیم که ترکیب جو در چند میلیون سال پیش دستخوش تغییر نشده است.
12- «تغییرات در مدار زمین: گاه شمار دوران های یخبندان» (Variations in the earths orbit: pacemaker of the ice ages) نوشته جی. دی. هیز (J.D.Hays)، جی. ایمبری (J.Imbrie) و ان. جی.شاکلتون (N.J.Shackleton)، جلد194، صفحات 1132-1112، سال 1976.
13- سن یابی گسست انسان از میمون های آفریقا، با استفاده از اندازه گیری مستقیم DNA که به عنوان نوعی ساعت مولکولی میسر می شود. این روش در دهه 1990 توسعه یافت. نگاه کنید به کتاب جان گریبین و جرمی شرفاز (Jeremy Cherfas)، تحت عنوان اولین شامپانزه (The First Chimpanzee) (انتشارات پنگوئن، لندن، 2001).
14- شاید تنها مورد در تاریخ علم که کاربرد واژه «انقلاب» را توجیه می کند.

منبع :گریبین، جان؛ (1389)، تاریخ علم غرب 1543-2001 از آغاز روشنگری تا دوران معاصر، تهران: انتشارات فاطمی، چاپ اول.