ג'יימס האטון

ג'יימס האטון (באנגלית: James Hutton; 14 ביוני 1726 – 26 במרץ 1797) היה גאולוג, רופא, חוקר טבע וכימאי סקוטי, שעסק גם בחקלאות ניסויית. נחשב לאבי הגאולוגיה המודרנית, אם כי ניתן לייחס זאת גם לגאולוגים אחרים, מאחר שבכמה אופנים חשיבתו של האטון הייתה מיושנת על-פי אמות המידה של זמננו. התאוריות שלו בדבר הזמן הגאולוגי, הקרויות גם זמן עמוק (deep time), המסבירות את תכונות קרום כדור הארץ באמצעות תהליכים טבעיים ומניחות את היסוד לתורת הסטרטיגרפיה – נכללו בתאוריית הפלוטוניזם ובעקרון האחידות.

קורות חייו
האטון נולד באדינבורו שבממלכת בריטניה הגדולה ב-14 ביוני 1726, כבן היחיד מבין חמשת ילדיהם של ויליאם האטון (William Hutton), סוחר שכיהן כגזבר העיר אדינבורו, ושל שרה לבית בלפור (Sarah Balfour). אביו מת ב-1729, כאשר ג'יימס היה בן 3, והותיר את משפחתו במצב כלכלי טוב: ג'יימס מעולם לא נאלץ לעבוד לפרנסתו והקדיש את זמנו ומרצו ללימודים. אמו דאגה להשכלתו ורשמה אותו ל"בית הספר התיכון המלכותי" (Royal High School) היוקרתי, שבו גילה ג'יימס הצעיר עניין בעיקר במתמטיקה ובכימיה. בגיל 14 החל ללמוד מדעי הרוח באוניברסיטה של אדינבורו, שם נכח בהרצאות שנשא ג'ון סטיבנסון (John Stevenson) על לוגיקה ורטוריקה ובהרצאות של המתמטיקאי קולין מקלורין על פיזיקה, פילוסופיה ניסויית, מתמטיקה וגאוגרפיה.

על-אף נטייתו ללימודים אקדמיים עזב האטון את האוניברסיטה בגיל 17 והתקבל לעבודה כשוליה של עורך-דין, אולם שגרת המשרד לא הייתה לרוחו והוא התעניין יותר בניסויים בכימיה מאשר בעבודה משפטית. בגיל 18 היה לעוזר לרופא, ובמקביל נכח בהרצאות על רפואה באוניברסיטת אדינבורו. החל משנת 1747 למד האטון רפואה בפריז, שם גם התוודע לראשונה לגאולוגיה ולמינרלוגיה במסגרת הרצאות בכימיה. ב-1749 עבר לאוניברסיטת ליידן, שם קיבל תואר דוקטור לרפואה (M.D.) באמצעות תזה שדנה במחזור הדם. כותרת התזה מתייחסת לגוף האנושי כאל "מיקרוקוסמוס", אשר נחשב באופן מסורתי כאנלוגיה לכדור הארץ או ליקום כולו ("מקרוקוסמוס"). תזה זו עשויה להיות הזרע שממנו נבעה התאוריה המחזורית המאוחרת של האטון על כדור הארץ.

בסוף קיץ 1750 שב האטון לאדינבורו והמשיך לערוך ניסויים בכימיה עם ידידו הקרוב, ג'יימס דייווי (James Davie). עבודתם על ייצור אמוניום כלוריד (NH4Cl) מפיח הובילה לשותפות במפעלים כימיים רווחיים שייצרו את המלח הגבישי – שנעשה בו שימוש בצביעה, במטלורגיה וכמלחי הרחה, וקודם לכן היה זמין ממקורות טבעיים בלבד ויובא ממצרים. האטון רכש והשכיר נכסים באדינבורו, ושכר מתווך לניהול עסקיו אלה.

החיים בחווה ומחקריו בחקלאות ובגאולוגיה

ג'יימס האטון ירש מאביו שתי חוות: "סלייהאוזס" (Slighhouses), שהייתה בבעלות המשפחה מאז 1713 ובה בחר להתגורר, והחווה ההררית "נתר מונינט" (Nether Monynut) – שתיהן בנפת ברוויקשייר בגבול סקוטלנד ואנגליה. מאחר שרמת החקלאות בסקוטלנד באותה עת הייתה נמוכה, הוא החל לתכנן שיפורים בחוות תוך שימוש בשיטות חקלאיות שהיו נהוגות בחלקים אחרים של בריטניה וניסויים בגידול צמחים ובעלי חיים. את רעיונותיו וחידושיו כתב במסה שלא הודפסה על "יסודות החקלאות" (The Elements of Agriculture).

העיסוק בחקלאות עורר בו עניין במטאורולוגיה ובגאולוגיה. לצורך לימוד שיטות חקלאיות מתקדמות שהה האטון כשנה (1753-1752) בחווה במזרח אנגליה, שם ערך מסעות רגליים, החל לבדוק מחשופי סלעים וכמו כן "למד לאהוב את חקר פני האדמה והתבונן בשקיקה סקרנית לתוך כל בור או תעלה או קרקעית נהר שנקרו בדרכו". הטיפול בחווה סיפק להאטון הזדמנויות מרובות. הוא הבחין כי חלק נכבד מהסלעים מורכבים מחומרים שמקורם בהרס גופים, בעלי חיים, צמחים ומינרלים קדומים, ועד 1760 גובשו הרעיונות התאורטיים שלו.

האטון היה מיודד עם כמה מחברי משפחות אצולה מקומיות. משפחה אחת הייתה קלרק (Clerk) מפניקוויק (Penicuik), שבה התיידד בעיקר עם ג'ורג' קלרק מקסוול (George Clerk Maxwell) שגילה עניין במינרלוגיה, וב-1764 יצא עם האטון לסיור גאולוגי בצפון סקוטלנד. חבר נוסף של האטון – ג'יימס הול (James Hall) מדנגלס (Dunglass) – היה גאולוג, והשניים שיתפו פעולה במחקרים בנושא וולקנולוגיה. בשנת 1767 הצטרף האטון, ביחד עם קלרק והול, לוועדת הניהול של תעלת פורת וקלייד – המחברת בין הים הצפוני סמוך לאדינבורו לבין הים הצפוני סמוך לגלאזגו – והיה מעורב בפרויקט כגאולוג וכבעל מניות עד שנת 1774.

חייו באדינבורו
ב-1768 – לאחר שהצליח להביא את החוות שלו למצב כלכלי טוב – השכיר אותן האטון ועבר לגור באדינבורו לשארית חייו לצד אחיותיו הנשואות, אך המשיך להביע עניין בשיפורים ובמחקרים חקלאיים ניסויים ב"סליהאוזס", ואף פיתח צבע אדום שמקורו בשורשים של הצמח פואת הצבעים שבמשפחת הפואתיים. הוא התקבל כחבר ב"חברה הפילוסופית" – שמאוחר יותר התמזגה אל תוך "החברה המלכותית של אדינבורו" – והציג בפניהם כמה מאמרים שכתב, מהם פורסם רק אחד. האטון המשיך בניסוייו הכימיים, ומבקר שהתארח בשנת 1772 בבית שבנה האטון בגבעת סנט ג'ון (St John’s Hill) המשקיפה על צוקי סולסברי (Salisbury Crags), דיווח כי "חדר העבודה שלו כל-כך מלא במאובנים ובציוד מעבדה עד כי אין כמעט מקום לשבת".

האטון היה מטבעו חברותי ומכניס אורחים והשתקע בחיים האינטלקטואליים והחברתיים של העיר. הוא היה משתתף בעל השפעה בתנועת ההשכלה הסקוטית, ביחד עם מדענים בולטים כמו המתמטיקאי ג'ון פליפייר (John Playfair, שלימים כתב ביוגרפיה על האטון), הפילוסוף דייוויד יום, המהנדס והממציא ג'יימס ואט והכלכלן אדם סמית. הרופא והפיזיקאי ג'וזף בלק (Joseph Black) הפך לחברו הקרוב ביותר של האטון, וביחד עם אדם סמית הקימו השלושה את "מועדון הצדפה" (Oyster Club) לשם מפגשים שבועיים, במקום שמצאו האטון ובלק, שהתברר בדיעבד כמוסד בעל שם מפוקפק.

בשנת 1774 ערך האטון סיור לאנגליה ולוויילס, וביחד עם ואט ביקר בברמינגהאם ובמכרות המלח של צ'שייר. במכתב לג'ורג' קלרק מקסוול כתב האטון כי עתה היה בקי בגאולוגיה של אנגליה, להוציא קורנוול. את הידע החסר השלים לימים בנו של ואט, הגאולוג גרגורי ואט, בדמות דו"ח על הגאולוגיה של קורנוול. קשריו עם ואט זימנו להאטון היכרות עם חברים בקבוצת הדיון של ברמינגהאם – שנוסדה ב-1755 ונודעה מאוחר יותר כ"אגודת הירח של ברמינגהאם" (Lunar Society of Birmingham) – כמו ארסמוס דרווין ומתיו בולטון (Matthew Boulton).

ב-1777 פרסם האטון חוברת בשם "שיקולים על טבע, איכות וההבדלים של פחם וקוּלְם", פרסום מסחרי שעזר להשיג הקלה במס הבלו על נשיאת כמות קטנה של פחם. הצלחת החוברת בהורדת המס, וחברותו בוועדת הניהול של תעלת פורת וקלייד, שבה שימש כגאולוג של הפרויקט, העידו על ההכרה הציבורית לה זכה האטון כמומחה בתחום הגאולוגיה.

כשהוקמה החברה המלכותית של אדינבורו בשנת 1783, הפך האטון אחד התומכים הפעילים ביותר שלה מתוך אמונה כי הקמתה הייתה חשובה לקידום המדע.

שנותיו האחרונות
העניין הפעיל של האטון בגאולוגיה נמשך, ובשנים 1785–1788 ביקר בחלקים של סקוטלנד, באי מאן ובאנגליה על מנת להרחיב את הידע הגאולוגי שלו. ככל הידוע, היו אלה סיורי השדה האחרונים של האטון. בשנת 1788 הוא נבחר כחבר זר של האגודה המלכותית הצרפתית לחקלאות (Société Royale d'Agriculture de France), שנשיאה באותה עת היה הגאולוג ניקולה דמארה.

האטון לא נישא מעולם, אולם נולד לו בן – ג'יימס סמיטון האטון (James Smeaton Hutton), ככל הנראה בשנת 1747. הוא לא שמר על קשר עם בנו, שהיה בבגרותו פקיד דואר בלונדון ואב ל-5 ילדים, אך העניק לו סיוע כלכלי. החל משנת 1791 היה האטון נתון להתקפים חוזרים ונשנים של אבנים בשלפוחית השתן. ההתקף הראשון נפתר באמצעות ניתוח, אולם משנת 1794 רותק האטון לביתו, והמשיך בכתיבתו המדעית עד יומו האחרון. ביום זה עוד הספיק האטון לציין את הערותיו על כמה ניסיונות שנעשו בתקופה זו ליצירת מינוח מינרלוגי, ובו בערב נתקף רעד וחוסר נוחות שקדמו למותו.

האטון לא הותיר צוואה ולכן עברו נכסיו וחוותיו לאחותו איזבלה. היא הציעה דגימות גאולוגיות שאסף אחיה לג'וזף בלק, שהעניק אותן לחברה המלכותית של אדינבורו בתנאי שיקוטלגו וישומרו כהלכה. דגימות אלה נמסרו כעבור שנים למוזיאון האוניברסיטה של אדינבורו – שם אצר אותן הגאולוג וחוקר הטבע רוברט ג'יימסון (Robert Jameson). האוסף הוצג במשך זמן מה, אבל בסופו של דבר נעלם ולא נותר ממנו זכר.

מחקריו

גאולוגיה

תהליכים מחזוריים
האטון, שאיבד כנראה את האמונה הנוצרית שלו בשלב מוקדם של חייו, נחשף לעקרונות הדאיזם בעקבות היכרותו עם מקלורין. לתפיסתו של האטון, העיצוב האלוהי התבטא בטבע עצמו, גם בעיצוב ובתפקוד של אורגניזמים וגם באופן בו היה כדור הארץ מתוכנן – באמצעות אוויר, מים, קרקע, בעלי חיים וצמחים – לקיום אנושי. אולם נראה בבירור כי הקרקע נשטפת בקביעות אל הים, ומאחר והיא חיונית לאדם היא התחדשה באופן כלשהו. כדאיסט יכול היה האטון להביט בהרחבה על הזמן: כדור הארץ עשוי להיות בן מיליונים של שנים, אבל במקרה כזה האדמה הטובה הייתה נשחקת לחלוטין ומורבדת על קרקעית הים. על כן תהה האטון כיצד יכולה להיווצר אדמה גבוהה שתישחק ותיצור קרקע חדשה. את הדרך לתשובה סללו חבריו: ג'וזף בלק ערך ניסויים בחום ואילו ג'יימס ואט עסק בשיפור מנוע הקיטור של תומאס ניוקומן. יש מקום לסברה כי הם היו המקור למחשבה על חום כסיבה לשינויים גאולוגיים.

תאוריות על היווצרות סלעים
סלעים געשיים נחשבו בעבר לכאלה שנוצרו בסביבה ימית. לרעיון זה היו מקורות תאולוגיים מושרשים בסיפור המבול. דמות מפתח באסכולת המוצא הימי היה אברהם גוטלוב ורנר, שייחס חשיבות מועטה בלבד להרי געש, והתייחס אליהם כאל תופעה מקרית ומאוחרת להשקעה הימית. הוא הציע תאוריה לפיה בתחילת דרכו היה כדור הארץ כולו מכוסה מים, ושכבות הסלעים שאנחנו מכירים היום נוצרו במקור מהצטברות של מינרלים על קרקעית הים, תהליך שנפסק לאחר שהיבשות התרוממו. על פי התאוריה ככל שהשכבה עתיקה כך היא קשה יותר. מכך המסקנה שגרניט (שהוא סלע יסוד) הוא סלע משקע עתיק מאוד. סימן נוסף לגיל השכבה היא הימצאות מאובנים: ככל שיש יותר מאובנים, כך השכבה צעירה יותר. תומכי השיטה טענו כי בבזלת התגלו מאובנים. התאוריה של ורנר נקראה נפטוניזם, על שם נפטון – אל הים במיתולוגיה הרומית.

האטון יצא נגד הנפטוניזם בתאוריה משלו שכונתה פלוטוניזם, על שם פלוטו – אל השאול במיתולוגיה הרומית. ביסוד השקפתו נמצאה ההנחה כי התהליכים המעצבים את פני כדור הארץ הם איטיים ואחידים: הרים נוצרו באיטיות על ידי התכה איטית של חומר במעמקי האדמה, נסחפו והורבדו במעמקי הים כסלעי משקע שהתרוממו והפכו לאדמה יבשה. תהליך זה, לדבריו, נמשך כל העת ואורך זמן רב ביותר, והוא ניסח אותו בעקרון האחידות. חסידי האטון, שנקראו "פלוטוניסטים", האמינו כי הסלעים נוצרים בתהליכים געשיים מהתמצקות של לבה הפורצת מהרי געש, וראו בהיווצרות בזלת וגרניט הוכחה להמסת סלעים בטמפרטורות גבוהות בתוך כדור הארץ, וכמו כן טענו כי הבזלת נוצרה מהתקררות לבה ולא מהשקעה של מינרלים וכי המבנים שנתגלו בה אינם מאובנים כפי שטענו חסידי הנפטוניזם.

עבודה השוואתית על שתי התאוריות פורסמה על ידי ג'ון פלייפייר בשנת 1802.

התאוריה המודרנית תומכת בעיקר בתאוריה הפלוטוניסטית, אבל גם משלבת בין שתי התאוריות. התאוריה המודרנית על היווצרות סלעי משקע דומה למדי לתאוריה הנפטוניסטית.

החיפוש אחר ראיות

בחודש ספטמבר 1785 יצא האטון לסיור בהרי גרמפיאן (Grampian Mountains) בהיילנדס הסקוטיים במטרה למצוא את הקשר בין גרניט לבין הסלעים אליהם חדר הגרניט בעודו מותך. ג'ון קלרק (John Clerk of Eldin), חברו של האטון ודוֹדוֹ של ג'יימס קלרק מקסוול, התלווה אליו ויצר רישומים של התצפיות. האטון קיווה למצוא את הראיות שביקש מערבית לגוש הגרניט של אברדין, אולם בעקבות מידע שקיבל פנו השניים לגלן טילט (Glen Tilt), שם מצאו מחשופים של עורקי גרניט שחצו את סלעי הסביבה – אבן גיר וצפחה.
לשמע קריאות הצהלה של השניים השתכנעו המדריכים שליוו אותם כי מה שגילו היה לכל הפחות עורקי כסף או זהב. האטון עקב אחר עורקי הגרניט עד למסה גרניטית גדולה מצפון לגלן טילט, ושמח בשל העובדה כי גילוי זה מאשר את הניבוי הנובע מהתאוריה שפיתח ובשל העובדה כי הגאומטריה של העורקים תאמה את חדירתו של גרניט מותך מן המסה הגדולה אל תוך סלעי הסביבה והתקררותו, ולא מתגובת שיקוע בתוך המים כפי שהאמינו אחרים בעת ההיא. היה בכך גם אישור כי הגרניט חייב להיות צעיר יותר מהסלעים לתוכם חדר. הוא המשיך לחפש ומצא מחדר דומה של סלע געשי בסלע משקע בצוקי סולסברי, במקום הנקרא "קטע האטון". דוגמאות נוספות נמצאו בשנת 1786 בגאלווי (Galloway – המחוז הדרום מערבי ביותר של סקוטלנד) ושנה מאוחר יותר באי אראן (Isle of Arran – אי במפרץ קלייד מערבית לגלאזגו) ב-1787.

הוכחה נוספת לכך שתהליכי יצירת הסלעים הם תהליכים מתמשכים ואינם, כפי שטענו הפלוטוניסטים, תהליכים שהסתיימו, מצא האטון בתופעת אי התאמות זוויתיות (אי התאמה המתאפיינת בנטייה שונה של השכבות מעל ומתחת למישור אי ההתאמה). ההסבר המקובל גם במחקר המודרני הוא שהנטיה השונה של השכבות מעל מישור אי ההתאמה מעידה על היווצרותן במועד מאוחר לאחר שהשכבות מתחת למישור אי ההתאמה כבר עברו תהליכי הטיה, ולכן על כך שתהליך יצירת הסלעים אינו אירוע חד פעמי. על קיומן של אי התאמות זוויתיות דיווחו כבר ניקולאוס סטנו וגאולוגים צרפתים, כמו גם המדען השווייצרי הוראס-בנדיקט דה סאסור (Horace-Bénédict de Saussure), שפירשו אותן במונחים של נפטוניזם כ"תצורות ראשיות". האטון רצה לבחון תצורות כאלה בעצמו ולראות את "הסימנים המיוחדים" של היחסים שבין שכבות הסלע. במסע שערך לאראן הוא מצא את הדוגמה הראשונה שלו באחד המקומות שנקראו על שמו: אי התאמה על שם האטון צפונית לנקודת ניוטון (Newton Point) בסמוך ללוכרנזה (Lochranza), אך התצפית במקום הייתה מוגבלת ועקב כך התנאים של השכבות התחתונות לא היו מוחוורים לו מספיק, והוא טעה לחשוב שהשכבה הייתה אחידה בעומק שמתחת למחשוף. מאוחר יותר באותה שנה הבחין האטון באי התאמה נוספת, שכונתה בהמשך כאי התאמה על שם האטון באינצ'בוני שבג'דבורו (Jedburgh), בשכבות של סלע משקע.

כפי שמוצג בתמונות משמאל, גריוואקה בשכבות הנמוכות של פני הצוק נוטות אנכית בזווית הקרובה לישרה, ומעל שכבת ביניים של קונגלומרט מונחות שכבות אופקיות לחלוטין של אבן חול אדומה. מאוחר יותר כתב האטון: "שמחתי במזלי הטוב כשנתקלתי בחפץ כה מעניין בתולדות הטבע של הארץ, ואשר חיפשתי אחריו זמן רב לשווא". באותה שנה מצא האטון אותו צירוף בנהר טוויאוט.

באביב 1788 יצא האטון למסע עם ג'ון פליפייר לחוף ברוויקשייר ומצא דוגמאות נוספות לצירוף זה בעמקים של טור ופיז ברנס (Tour and Pease Burns) בסמוך לקוקברנספאת (Cockburnspath). השניים השתתפו בהפלגה בספינה מדנגלס ברן (Dunglass Burn) מזרחית לאורך החוף ביחד עם הגאולוג סר ג'יימס הול (James Hall) מדנגלס (Dunglass). הם מצאו אותו רצף בצוק מתחת לסנט הלנס (St. Helens), ואחר-כך, מעט מזרחה לסיקר פוינט, מצאו את מה שהאטון כינה "ציור יפהפה של מפגש זה שנשטף על ידי הים". מאוחר יותר כתב פלייפייר על אותה חוויה: "המחשבה מסתחררת במבט כה רחוק אל תוך תהום הזמן". כשהמשיכו לאורך החוף הם מצאו תגליות נוספות, כולל חלקים משכבות אופקיות שהראו סימני גלים, שגרמו להאטון סיפוק גדול ואישוש להשערה שלו ששכבות אלו הורבדו אופקית במים. הם מצא גם קונגלומרט בגבהים שהוכיחו את היקף הסחיפה של השכבה, והאטון אמר על כך: "מעולם לא היינו אמורים לחלום על מפגש עם מה שאנו תופסים כעת".

האטון טען שהיו חייבים להיות כמה מחזורים – שכל אחד מהם כולל השקעה על קרקעית הים, הרמה תוך כדי שיפוע וסחיפה ואז שוב אל קרקעית הים – על מנת שיורבדו שכבות נוספות, ויכולים להיות מחזורים רבים לפני כן על-פני היסטוריה ארוכה ביותר. במאמר שהציג ב-1788 לחברה המלכותית של אדינבורו ציין האטון: "איננו מוצאים שום זכר לראשית, שום סיכוי לאחרית" (We find no vestige of a beginning, no prospect of an end) – ביטוי שהתייחס באופן מיוחד למחזור הסלעים ולדימוי הטבע המחזורי של התהליכים הגאולוגיים. שורה בלתי נשכחת זו צוטטה בשיר מ-1989 "No Control" מאת הפזמונאי וסולן להקת בד רליג'ן גרג גרפין (Greg Graffin), המשמש כמרצה למדעי החיים ופלאונטולוגיה באוניברסיטת קליפורניה בלוס אנג'לס.

"תאוריה של הארץ"
להאטון היה אם כן שפע של רעיונות כיצד להסביר את תצורות הסלעים שראה סביבו. עם זאת, כפי שתיאר פליפייר, "הוא לא נחפז לפרסם את התאוריה שלו; מאחר שהיה מאלה הנהנים יותר מהתעמקות באמת, מאשר משבחים על גילויה". רעיונות תאורטיים אלה גובשו עוד ב-1760, ורק 25 שנים אחר-כך, הוקראה המסה שלו "תאוריה של הארץ; או חקירה של החוקים הניתנים לצפייה בהרכבה, התפרקות ובנייה מחדש של האדמה על פני הגלובוס" בשני חלקים, בפגישות של החברה המלכותית של אדינבורו. את החלק הראשון הקריא ידידו ג'וזף בלק ב-7 במרץ 1785, ואת החלק השני הקריא הוא עצמו ב-4 באפריל 1785. לאחר מכן הקריא האטון תקציר של עבודת המחקר שלו "בנוגע למערכת הארץ, משך חייה, ויציבותה" בפגישה של החברה ב-4 ביולי 1785, שאותו הדפיס והפיץ באורח פרטי. בעבודה פירט את התאוריה שלו כדלהלן:

רעיונותיו של האטון הדהימו את הקוראים ביחס לדעות ששררו באותה עת. עד פרסומם כבר נצבר ידע רב על סלעים, שכבות סלע ומאובנים, אבל עושר המידע הזה לא הפך לתאוריה כללית ומעשית של הגאולוגיה. משימה כזו סוכלה על ידי האמונה המקובלת כי כדור הארץ נוצר רק לפני כ-6,000 שנים, בהתאם לסיפורי הבריאה בספר בראשית, וכי סלעי המשקע בכל העולם נוצרו כאשר כמות עצומה של מינרלים הושקעה על ידי מי המבול. תהליכי שחיקה כבר היו ידועים, אבל לא היה שום הסבר מקביל ליצירת שטחי האדמה, בניגוד להרס שלהם על ידי בליה. חשיבות היווצרות סלעים באמצעות געשיות ותהליכים תוצרי-חום אחרים בקרום כדור הארץ הוכרה באופן חלקי בלבד, וכן לא הוכר כלל קיומם של סלעי יסוד וסלעים מותמרים.

רעיונות אלה היו מנוגדים בתכלית לתאוריות בנות-זמנו. האטון טען כי סלעים רבים אכן נוצרו על ידי השקעה, כלומר חלקיקי סלע נשטפו מהאדמה אל האוקיינוסים, הצטברו על קרקעיתם והתמצקו לסלעים. אולם, עמדתו הייתה כי התמצקות הסלעים נבעה לא מהשקעה מתוך תמיסה מימית אלא כתוצאה מלחץ וחום – הסבר שנותר תקף גם במחקר המודרני. האטון הוסיף כי בליה ושחיקה יצרו משטחים חדשים באמצעות געשיות ותהליכים אחרים המונעים בחום הפנימי של כדור הארץ שהביאו סלעים חדשים לפני השטח. הרים חדשים אלה וצורות נוף אחרות נשחקו בתורן והושקעו בתוך הים, משם יכלו להידחף אל פני השטח וליצור משטחים חדשים באמצעות תהליכים מונעי-חום מפנים כדור הארץ.

לתפיסתו, מכלול תהליכים גאולוגיים אלה יכול להסביר באופן מלא את צורות הנוף הנוכחיות בכל רחבי העולם, וכי ההסבר המקראי לא היה נחוץ בעניין זה. לבסוף, הוא ציין כי תהליכי השחיקה, ההשקעה, ההרבדה וההרמה היו מחזוריים, ובוודאי חזרו על עצמם פעמים רבות לאורך ההיסטוריה של כדור הארץ. הוא אף הצהיר, כי בהתחשב במשך הזמן הנחוץ לכל אחד ממחזורים אלה – הרי שכדור הארץ חייב להיות עתיק לאין שיעור.

בעקבות ביקורת, במיוחד של המדען האירי ריצ'רד קירוואן (Richard Kirwan) שטען בין השאר כי האטון הוא "אתאיסט ודל-הגיון" ואף כינה את תורתו "אקסצנטרית" ו"פרדוקסלית", החליט האטון להדפיס גרסה של התאוריה שלו בשני כרכים ב-1795, המכילים את עיקרי התאוריה מ-1788 וחומר רב נוסף שנלקח ממאמרים קצרים שפרסם בנושאים שונים, כדוגמת מקור הגרניט. שני הכרכים כללו סקירה של תאוריות חלופיות, כגון אלו של התאולוג האנגלי תומאס ברנט (Thomas Burnet) וז'ורז'-לואי לקלרק דה בופון, וכן סיכום השקפותיו ועדויות רבות מתצפיותיו לתמיכה במסקנותיו. כרך שלישי שהיה נחוץ להשלמת התאוריה נותר בכתב-יד ולא הושלם עד מותו.
הגם שמדענים באירופה נטו לקבל את הרעיונות החדשניים, ההשפעה המיידית שלהם הוקהתה בשל כתיבתו המסורבלת של האטון. בשנת 1802 פרסם ג'ון פלייפייר עבודה בשם "Illustrations of the Huttonian Theory of the Earth", שכללה תמצית ברורה לעבודתו של האטון בתוספת תצפיות משלו – פרסום שביסס את עקרון האחידות כאבן-פינה למדע הגאולוגיה. תרומה נוספת לביסוס תורתו של האטון התגלמה בעקרונות הגאולוגיה – ספר בן 3 כרכים שפרסם צ'ארלס לייל בשנים 1830–1833, ובו סיכם את עקרון האחידות בביטוי: ההווה הוא המפתח לעבר.

תאוריות מנוגדות

התאוריות החדשות של האטון הפכו אותו ל"בר פלוגתא" של כמה תפיסות, שהיו מקובלות עד אותה עת:
הנפטוניזם של אברהם גוטלוב ורנר – לפיו כל הסלעים נוצרו ממינרלים ששקעו מתוך מבול עצום אחד. האטון העלה את ההשערה כי מרכז כדור הארץ היה לוהט, ושחום זה היה המנוע ליצירת הסלע החדש: האדמה נסחפה על ידי האוויר והמים ושקעה בים בשכבות; החום גיבש את המשקע לסלע ואז הרים אותו לאדמות חדשות. תאוריה זו כונתה פלוטוניזם.
קטסטרופיזם – תפיסה לפיה שינויים גאולוגיים התרחשו באירועים קטסטרופיים בממדים עצומים, דוגמת המבול, ולא בהשתנות איטית לאורך מיליוני שנים. בניגוד לתפיסה זו פיתח האטון את מושג "הזמן העמוק" והחזיק בדעה כי כדור הארץ חייב להיות עתיק הרבה יותר, כשההיסטוריה משתרעת עמוק לתוך העבר המרוחק. הטיעון המרכזי שלו היה שההעתקות והשינויים הכבירים בהם חזה לא אירעו בתוך פרק זמן קצר כתוצאה מקטסטרופה, אלא שתהליכים, שעדיין מתחוללים על כדור הארץ, גרמו להם. מכיוון שתהליכים אלו איטיים מאוד, כדור הארץ חייב להיות עתיק על-מנת לאפשר מספיק זמן להתרחשות השינויים. מחקרים מדעיים שהתבצעו בעקבות טיעונים אלה "דחפו" את גיל כדור הארץ אחורה לכמה מיליוני שנים – צעיר בהתחשב במידע המקובל במחקר המודרני, האומד את גילו בכ-4.57 מיליארד שנה – והיוו פריצת-דרך בחקר ההיסטוריה הגאולוגית של כדור הארץ.

התקבלות התאוריות הגאולוגיות
כתיבתו של האטון הייתה לא ברורה עד כי בלמה את קבלת התאוריות הגאולוגיות שלו, אולם ניסוחים מחודשים של רעיונותיו הגאולוגיים (אם כי לא רעיונות על אבולוציה) על ידי ג'ון פליפייר ב-1802 וצ'ארלס לייל ב-1830 סילקו מכשול זה. עם זאת, התאוריה נקראה בהרחבה ברחבי בריטניה ומחוץ לה: התקציר תורגם לגרמנית ולצרפתית בשנת 1788, נכתבו עליה ביקורות רבות והיא קיבלה הכרה בארצות הברית כבר ב-1805. דעותיו של האטון היו מוכרות היטב בראשית המאה ה-19. עם זאת, על אף העניין ההולך וגובר בגאולוגיה וההצטברות המהירה של תצפיות עובדתיות, טרם התקבלה התאוריה בשלמותה. לייל אמנם קיבל את מרבית דעותיו של האטון והסביר אותן בספרו, אולם הוא וחסידיו דחו את מסקנותיו של האטון הנוגעות לחשיבות הסחיפה בנהרות. העיכוב בהכרת תרומתו של האטון מיוחס למגוון סיבות שפעלו ביחד:
שמרנות טבעית של מרבית הגאולוגים בני-זמנו
הסתייגות מנטישת האמונה בהסבר המקראי לבריאה
השפעה נרחבת של האסכולה הנפטוניסטית
התגברות התמיכה בקטסטרופיזם
עם זאת, ב-1830 היו גאולוגים – גם השמרנים שבהם – מצוידים במידע תומך שאיפשר להם לתמוך בתאוריה של האטון, שקיבלה הכרה נרחבת בבריטניה ובארצות הברית. אולם, רעיונותיו של האטון התקבלו לעיתים ללא ביקורת: ההתנגדות הראשונית לרעיונות מדעיים מודרניים – דוגמת טקטוניקת הלוחות והכחדות המוניות שאירעו כתוצאה מהתנגשות עם אסטרואידים – מקורה בדבקוּת נוקשה מדי בעקרון האחידות.

אתרים על שם האטון
שני אתרים בפארק הולירוד הסמוך לביתו באדינבורו נקראו על שמו של האטון:
קטע האטון – בנקודה זו מצא האטון הוכחה לכך שצוקי סולסברי נוצרו מסלע מותך, שחדר לתוך שכבות סלעי משקע והתגבש. אתר זה מהווה מוקד עלייה לרגל בקרב גאולוגים.
סלע האטון – סמוך ל"קטע האטון" מצויה בליטה סלעית, בתוכה נראה עורק המטיט שעוביו כ-30 סנטימטרים החוצה את הסיל של צוקי סולסברי. בליטה זו נחשבת לאתר השימור הגאולוגי הראשון בעולם, מאחר שהאטון ביקש שלא לכרות בה, כפי שנעשה במקומות אחרים בפארק.

מדעים נוספים

מטאורולוגיה

האטון לא התמקד בגאולוגיה בלבד, אלא חקר במשך תקופה ארוכה גם את השינויים באטמוספירת כדור הארץ. חיבורו "תאוריה של גשם" הופיע בפרוטוקול הראשון של החברה המלכותית של אדינבורו, ובו פותח האטון בהנחה כי כמות הלחות המסוגלת להתמוסס באוויר גדלה עם הטמפרטורה, ולכן בתערובת שבין שתי מסות של אוויר בעלות טמפרטורות שונות – חלק מהלחות חייב להתעבות ולהופיע בצורה גלויה לעין. הוא חקר את המידע הזמין בנוגע לכמות גשמים ואקלים באזורים שונים על פני כדור הארץ, והגיע למסקנות כי כמות הגשם מווּסתת על ידי הלחות באוויר, וכי זרמי אוויר שונים מתערבבים בגובה האטמוספירה.

לדברי פלייפייר, תאוריה גאונית זו משכה תשומת-לב מיידית וזכתה להערכה רבה בשל יכולתה לספק מושג ברור לדרך בה פועל קור בתהליך יצירת משקעים מתוך לחות.

מדעי הטבע

ב-7 באפריל 1794 הקריא האטון בפני החברה המלכותית של אדינבורו את חלקו הראשון של דיון ארוך בפיזיקה, וחלקים נוספים הוקראו על ידיו בפגישות נוספות באותה שנה. כל החלקים אוגדו לספר "מחקר על הפילוסופיה של אור, חום ואש" (A Dissertation upon the Philosophy of Light, Heat, and Fire), בו דן האטון בטבעם של חומר, נזילות, לכידות, אור, חום וחשמל. בפתח דבריו התייחס האטון לפלוגיסטון – חומר היפותטי חסר-צבע, חסר-טעם וחסר-ריח, אשר על-פי "תאוריית הפלוגיסטון" שהייתה פופולרית עד שלהי המאה ה-18 – נמצא בכל גוף בר-בעירה ומשתחרר במהלך בעירה והופך למעשה לאש:

תאוריית הפלוגיסטון הוחלפה בסופו של דבר על ידי תאוריית החמצן של אנטואן לבואזיה. גם תאוריית הקלוריק – שגרסה כי חום הוא יסוד כימי נוזלי הזורם מגופים חמים לגופים קרים – נעלמה מאוחר יותר עם התפתחות מדע הכימיה.

אבולוציה

ב-1794 פורסם "חקירה של עקרונות הידע והתקדמות השכל הישר, מהגיון למדע ופילוסופיה" 2,138 העמודים שנכללו בו הביאו את ג'ון פלייפייר להעיר כי "גודלו העצום של הספר וחוסר הבהירות, שניתן ובצדק להתנגד לו בחלקים רבים שלו, מנעו ממנו קרוב לוודאי להתקבל באופן שהוא ראוי לו באמת". האטון דגל ביישום עקרון האחידות גם לגבי יצורים חיים, ואף הציע את הברירה הטבעית כמנגנון אפשרי המשפיע עליהם. בכרך השני כתב האטון:

האטון נתן את הדוגמה כיצד כלבים שרדו באמצעות "זריזות הרגליים ומהירות הראייה... אלה הלוקים ביותר בתכונות הכרחיות אלו, יהיו מטרה להכחדה, בעוד שאלה שיישמו אותן בצורה המושלמת ביותר יישארו לשמר את עצמם ולהמשיך את הגזע." באופן דומה, אם חוש ריח חד היה "הכרחי יותר להישרדות החיה... אותו עיקרון ישנה את תכונות החיה, ו... יצור גזע של כלבים בעלי חוש ריח חד, במקום כזה הלוכד את טרפו בעזרת קלות רגליו". אותו "עקרון השינוי" ישפיע על "כל המינים של הצמחים, בין אם הם צומחים ביער או באחו".

הוא הגיע לרעיונות אלו כתוצאה מניסיונותיו בטיפוח צמחים וגידול בעלי חיים, שאת חלקם פירט בכתב-יד שלא פורסם: "יסודות החקלאות". הוא הבדיל בין שינוי תורשתי כתוצאה מהכלאה לבין שינוי שאינו תורשתי הנגרם מהבדלי סביבה כדוגמת קרקע ואקלים.

האטון ראה ב"עקרון השינוי" שלו תאוריה המסבירה את התפתחות המינים, אך דחה את הרעיון שהאבולוציה גורמת ליצירת מינים חדשים והגדירה "פנטסיה רומנטית". כדאיסט קיבל האטון את האפשרות כי מנגנון זה מתיר למינים ליצור סוגים המותאמים טוב יותר לתנאים מסוימים וראה בכך הוכחה של תכנון טוב-לב בטבע. רעיונותיו של האטון על גאולוגיה הובהרו בספריו של צ'ארלס לייל, שאותם קרא צ'ארלס דרווין במהלך המסע השני של האונייה "ביגל". על דרווין היה לפתח באורח עצמאי את רעיון הברירה הטבעית על-מנת להסביר את "מוצא המינים" ולהביא אותו לחזית מודעות הציבור, ובה-בעת לספק ראיות מרובות שהיו הכרחיות לשכנוע של הקהילה המדעית בנכונות התאוריה שלו.

פילוסופיה ואמונה
ב"חקירה של עקרונות הידע" עסק האטון גם ברעיונות פילוסופיים, ופיתח את הרעיון כי העולם החיצון – כפי שהוא נתפס בעינינו – הוא יציר מוחנו המושפע מרשמים חיצוניים, מאחר שאין דמיון בין תמונתנו על העולם החיצון לבין המציאות. עם זאת, רשמים אלה הנוצרים במוחנו – תמידיים ועקביים – הופכים בעבורנו למציאות במקרה שהם דומים לדברים הקיימים באמת, ולכן ההתנהגות המוסרית שלנו חייבת להישאר זהה כאילו רעיונותינו תואמים לסיבות בגללן נוצרו.

אף שהואשם בכפירה, האטון לא היה אתאיסט. בכל כתביו הוא אישר את קיומו של אלוהים, אותו הגדיר כ"משגיח הנפש... ישות בעלת ידע מושלם חוכמה מוחלטת". הוא התייחס לטבע כמשועבד לאלוהים, וסבר כי שני המונחים לא היו נרדפים מאחר שאלוהים הוא אינסופי ויציב ואילו הטבע מוגבל ומשתנה. בעוד הוא כולל את מערכות הפאונה, הפלורה והמינרלים כחלק מהעיצוב הכללי של הטבע, הוא מגדיר את המונח "טבע" כמייצג ראוי של כל הפעולות מהן אנו למדים על קיומה של הישות המשגיחה.

עם זאת, יחסו של האטון לדת הנוצרית תועד בכתב-יד קצר שלא פורסם בשם "Memorial Justifying the Present Theory of the Earth From the Suspicion of Impiety", שנכתב כנראה בין השנים 1788 ו-1795 בתגובה לביקורת על התאוריה שלו. בכתב-יד זה לא עשה האטון כל ניסיון לפשרה עם הכנסייה – כפי שעשה ז'ורז'-לואי לקלרק דה בופון – ונותר בדעתו כי הכתבים היהודיים עליהם מתבססת הדת הנוצרית יכולים להתקבל רק אם הם מתארים את ההיסטוריה של האדם על-פני הארץ. זאת, בדחותו את סיפור הבריאה המקראי, שחשיבותו היחידה – לדעתו של האטון – הייתה בעדות כי האל ברא את כל הדברים בסדר מסוים. הוא סבר כי היה זה אבסורדי להניח כי המילה "יום", כפי שהיא מופיעה בסיפור התנ"כי, משמעותה שונה מ"פרק זמן בלתי מוגדר".

האטון טען כי לא היה זה מחובתה של הדת לספק את ההיסטוריה של פעולות טבעיות שהתרחשו על-פני כדור הארץ בעבר, אלא היה זה תפקידו של האדם להשתמש באינטלקט שלו וליישם את השיטות של הפילוסופיה הטבעית. הוא ראה את מטרות ה"התגלות" והפילוסופיה הטבעית כשונות לגמרי אלה מאלה, ולא מצא סיבה לכך שאחת תסכל את השנייה – ובלבד שמטרותיהן יופרדו.

כתבים
 1785. Abstract of a dissertation read in the Royal Society of Edinburgh, upon the seventh of March, and fourth of April, MDCCLXXXV, Concerning the System of the Earth, Its Duration, and Stability. Edinburgh. 30pp.
 1788. The theory of rain. Transactions of the Royal Society of Edinburgh, vol. 1, Part 2, pp. 41-86.
 1788. Theory of the Earth; or an investigation of the laws observable in the composition, dissolution, and restoration of land upon the Globe. Transactions of the Royal Society of Edinburgh, vol. 1, Part 2, pp. 209-304.
 1792. Dissertations on different subjects in natural philosophy. Edinburgh & London: Strahan & Cadell.
 1794. Observations on granite. Transactions of the Royal Society of Edinburgh, vol. 3, pp. 77-81.
 1794. A dissertation upon the philosophy of light, heat, and fire. Edinburgh: Cadell, Junior, Davies.
 1794. An investigation of the principles of knowledge and of the progress of reason, from sense to science and philosophy. Edinburgh: Strahan & Cadell.
 1795. Theory of the Earth; with proofs and illustrations. Edinburgh: Creech. 2 vols.
 1797. Elements of Agriculture. Unpublished manuscript.
 1899. Theory of the Earth; with proofs and illustrations, vol III, Edited by Sir Archibald Geikie. Geological Society, Burlington House, London.

ראו גם
גאולוגיה
וולקנולוגיה
פטרולוגיה
סטרטיגרפיה
עקרון האחידות
אי התאמה
לוח הזמנים הגאולוגי
גאולוגיה - מונחים

לקריאה נוספת
 Encyclopedia of Geology, Elsevier Academic Press, First edition 2005, , כרך 2, עמ' 200–206
 Earth Science: The People Behind The Science (Pioneers in Science), , פרק 3, עמ' 31–42
 Jack Repcheck: The Man Who Found Time: James Hutton and the Discovery of the Earth's Antiquity. London and Cambridge, Massachusetts: Simon & Schuster (2003).  (United Kingdom),  (United States).
 Stephen Baxter: Ages in Chaos: James Hutton and the Discovery of Deep Time. New York City: Tor Books (Forge imprint), 2004. . Published in the United Kingdom as Revolutions in the Earth: James Hutton and the True Age of the World. London: Weidenfeld & Nicolson, 2003. .

קישורים חיצוניים

 Dictionary of Scientific Biography עמ' 120–132
 ביוגרפיה של ג'יימס האטון מאת ג'ון פלייפייר באתר גוגל ספרים, עמ' 31–118
 אתר המוקדש לג'יימס האטון
 Dennis R. Dean, James Hutton and the history of geology, 1992 באתר גוגל ספרים
 סטיבן ג'יי גולד, Time's Arrow, Time's Cycle: Myth and Metaphor in the Discovery of Geological Time, Cambridge: Harvard University Press, 1987, עמ' 61–97
 קברו ומצבתו של ג'יימס האטון בבית העלמין Greyfriars Kirkyard, אדינבורו
 פרסומים של ג'יימס האטון ואודותיו בקטלוג Worldcat
 ג'יימס האטון, תקציר תאוריה של הארץ כפי שהוקרא בפני האגודה המלכותית של אדינבורו, 1785
 ג'יימס האטון, תאוריה של הארץ: חלק 1 וחלק 2, בפרויקט גוטנברג

הערות שוליים

גאולוגים בריטים
הנאורות הסקוטית
רופאים בריטים במאה ה-18
רופאים סקוטים
בריטים שנולדו ב-1726
בריטים שנפטרו ב-1797