阿加西的理论在英国得到的支持更少,那里的大多数博物学家从未见过冰川,并且常常无法理解冰块整体所产生的碾压力量。“刮痕和磨光难道仅仅是由于冰造成的吗?”罗德里克·默奇森在一次会议上以嘲讽的口吻问道,显然是想象着岩石被一层薄薄的光滑冰霜覆盖着。直到临终,他都对那些相信冰川能解释如此之多现象的“冰川狂”地质学家表示最坦率的怀疑。剑桥教授、地质学会的主要成员威廉·霍普金斯赞同这一观点,认为冰能搬运巨石的观念呈现出“如此明显的机械荒谬性”,以至于不值得学会关注。
阿加西毫不气馁,不知疲倦地旅行以推广他的理论。1840年,他在格拉斯哥举行的英国科学促进协会会议上宣读了一篇论文,会上伟大的查尔斯·莱尔公开批评了他。次年,爱丁堡地质学会通过一项决议,承认该理论可能有一定的普遍价值,但肯定没有任何部分适用于苏格兰。
莱尔最终确实转变了看法。他的顿悟时刻发生在他意识到苏格兰家族庄园附近的一条冰碛线,即一排岩石,他曾路过数百次,只有接受冰川将它们遗弃在那里才能理解。但转变之后,莱尔又失去了勇气,退缩了对冰河时代观点的公开支持。对阿加西来说,那是一段令人沮丧的时期。他的婚姻正在破裂,辛珀激烈地指责他窃取了自己的想法,夏庞蒂埃不愿与他说话,而当时最伟大的在世地质学家只给予了最冷淡和摇摆不定的支持。
1846年,阿加西前往美国进行一系列讲座,并在那里终于找到了他渴望的尊重。哈佛大学给了他一个教授职位,并为他建造了一座一流的博物馆——比较动物学博物馆。毫无疑问,定居在新英格兰对他有所帮助,那里漫长的冬天鼓励了人们对漫长寒冷时期的想法产生某种同情。同样有帮助的是,在他到达六年后,第一次前往格陵兰的科学探险队报告说,那个半大陆几乎整个都被冰盖覆盖着,就像阿加西理论中想象的古代冰盖一样。终于,他的想法开始找到了真正的追随者。阿加西理论的一个核心缺陷是他的冰河时代没有原因。但援助即将来自一个意想不到的方面。
在1860年代,英国的期刊和其他学术出版物开始收到来自格拉斯哥安德森大学一位名叫詹姆斯·克罗尔的人关于流体静力学、电学和其他科学主题的论文。其中一篇关于地球轨道变化如何可能引发冰河时代的论文于1864年发表在《哲学杂志》上,并立刻被公认为最高水准的作品。因此,当人们发现克罗尔并非该大学的学者,而是一名看门人时,感到有些惊讶,也许还有一丝尴尬。
克罗尔出生于1821年,家境贫寒,正规教育只持续到十三岁。他做过各种工作——木匠、保险推销员、禁酒旅馆老板——之后在格拉斯哥的安德森大学(现斯特拉斯克莱德大学)担任看门人。通过某种方式诱使他的兄弟承担了他大部分的工作,他得以在大学图书馆度过许多安静的夜晚,自学物理学、力学、天文学、流体静力学以及当时其他流行的科学,并逐渐开始撰写一系列论文,特别强调地球运动及其对气候的影响。
克罗尔是第一个提出地球轨道形状的周期性变化,从椭圆形(也就是略呈椭圆)到近乎圆形再到椭圆形,可能解释了冰河时代的开始和退却。以前从未有人想过要考虑用天文解释来解释地球天气的变化。几乎完全归功于克罗尔有说服力的理论,英国人开始对地球某些部分曾在某个时期被冰覆盖的观念更加 receptive。当他的独创性和才能被认识到后,克罗尔在苏格兰地质调查局找到了一份工作,并受到了广泛的荣誉:他被选为伦敦皇家学会和纽约科学院的院士,并获得了圣安德鲁斯大学的荣誉学位等等。
不幸的是,就在阿加西的理论终于在欧洲开始找到信徒之际,他却忙于在美国将其推向更加奇异的领域。他开始几乎在他所到之处都找到冰川的证据,包括靠近赤道的地方。最终他确信冰曾覆盖整个地球,消灭了所有生命,然后上帝重新创造了生命。阿加西引用的所有证据都不支持这种观点。尽管如此,在他移居的国家,他的声望与日俱增,直到他被视为仅次于神的存在。他于1873年去世时,哈佛大学认为有必要任命三位教授来接替他的位置。
然而,正如有时会发生的那样,他的理论迅速失宠。在他去世后不到十年,他在哈佛大学地质学教授职位的继任者写道,那个“所谓的冰川纪元……几年前在冰川地质学家中如此流行,现在可以毫不犹豫地予以否定了”。
问题的一部分在于,克罗尔的计算表明最近一次冰河时代发生在八万年前,而地质证据日益表明,地球在更近的时期经历了某种剧烈的扰动。由于缺乏对可能引发冰河时代的合理解释,整个理论陷入了停滞。它可能就此搁置一段时间,但二十世纪初,一位名叫米卢廷·米兰科维奇的塞尔维亚学者,他对天体运动完全没有背景——他受训的是机械工程师——对此事产生了意想不到的兴趣。米兰科维奇意识到克罗尔理论的问题不在于它不正确,而在于它太简单了。
当地球在太空中移动时,它不仅受到其轨道长度和形状变化的影响,而且其相对于太阳的倾角——其倾斜度、俯仰度和摆动度——也会发生有节奏的变化,所有这些都会影响落在任何一块土地上的阳光的长度和强度。特别是,它会经历三种位置变化,正式名称为倾角、岁差和偏心率,这些变化发生在很长的时间段内。米兰科维奇想知道这些复杂周期与冰河时代的来去之间是否存在关系。困难在于这些周期长度差异很大——大约为2万年、4万年和10万年,但每种情况都有几千年的变化——这意味着要确定它们在长时间跨度内的交点需要几乎无休止的专注计算。基本上,米兰科维奇必须计算出地球上每个纬度、每个季节、一百万年内入射太阳辐射的角度和持续时间,并根据三个不断变化的变量进行调整。
幸运的是,这恰恰是适合米兰科维奇性情的重复性劳动。在接下来的二十年里,即使在度假期间,他也用铅笔和计算尺不停地计算他的周期表——这项工作现在用计算机一两天就能完成。这些计算都必须在他的业余时间进行,但在1914年,当第一次世界大战爆发时,米兰科维奇突然有了大量的时间,因为他作为塞尔维亚军队的预备役军官而被捕。接下来的四年里,他大部分时间都在布达佩斯受到宽松的软禁,只需要每周向警察报到一次。其余时间他都在匈牙利科学院的图书馆工作。他可能是历史上最快乐的战俘。
他勤奋笔耕的最终成果是1930年出版的著作《数学气候学与气候变化的天文理论》。米兰科维奇关于冰河时代与行星摆动之间存在关系的看法是正确的,尽管像大多数人一样,他认为正是严酷冬季的逐渐增加导致了这些漫长的寒冷时期。是一位俄裔德国气象学家弗拉基米尔·柯本——我们构造板块的朋友阿尔弗雷德·魏格纳的岳父——看到了这个过程更为微妙,也更令人不安。
柯本认为,冰河时代的原因在于凉爽的夏季,而非严酷的冬季。如果夏季过于凉爽,无法融化掉特定区域落下的所有积雪,那么更多的入射阳光会被反射性表面反射回去,加剧冷却效应,并促使更多的雪落下。结果往往会自我延续。随着积雪累积成冰盖,该区域会变得更冷,促使更多的冰累积。正如冰川学家格温·舒尔茨指出的那样:“导致冰盖形成的未必是雪量,而是雪,无论多少,都能持续存在。”据认为,一个冰河时代可能始于一个反常的夏季。未融化的积雪反射热量,加剧了降温效应。“这个过程是自我放大的,无法停止的,一旦冰真正开始增长,它就会移动,”麦克菲说。于是就有了冰川推进和一个冰河时代。
在20世纪50年代,由于测年技术不完善,科学家们无法将米兰科维奇精心计算出的周期与当时认定的冰河时代日期联系起来,因此米兰科维奇和他的计算逐渐失宠。他于1958年去世,未能证明他的周期是正确的。到这个时候,约翰和玛丽·格里宾写道,“你很难找到一位地质学家或气象学家认为这个模型不仅仅是一个历史奇闻。”直到20世纪70年代,随着用于测定古老海底沉积物年代的钾-氩法的改进,他的理论才最终得到证实。