Ann. de chimie et de physique, vol. XXVII, p

TEMPÉRATURE

2° de la température des espaces planétaires due à l’irradiation des astres; 3“ d’un reste de la chaleur primitive.

La température des espaces planétaires étant peu inférieure à celle des régions polaires de notre globe, celui-ci n'aurait que cette même température si les deux autres causes ne contribuaient à l’échauffer.

« La chaleur primitive du globe ne produit plus d’effet senti sible à la surface, mais elle peut être immense à l’intérieur « de la Terre. La température de la surface ne dépasse pas « de de degré centigrade la dernière valeur à laquelle elle « doit parvenir. Elle a d’abord diminué très-rapidement, « mais, dans son état actuel, le changement continue avec une « extrême lenteur. »

L’action des rayons solaires, sous notre latitude, ne s’exerçant pas à plus de 30 mètres au-dessous de la surface; l’accroissement que l’on observe quand on pénètre au delà, et qui est d'environ 1° par 32 mètres, ne peut être attribué qu’à une température intérieure propre, très-élevée, qui doit diminuer, mais fort lentement, dans le cours des siècles.

La chaleur solaire produit deux effets distincts : l'un périodique, compris dans son enveloppe extérieure, l’autre constant, observé dans les lieux profonds, à 30 mètres de la surface, par exemple. La température de ces lieux est fixe pendant le cours de l’année, mais différente suivant les climats. Elle résulte de l’action perpétuelle des rayons solaires et de l’inégale exposition des parties de la surface, de l’équateur aux pôles. « On peut déterminer le temps qui a dû « s’écouler pour que cette action ait produit la diversité des « climats telle que nous l'observons aujourd’hui. Tous ces « résultats s’accordent avec ceux des théories dynamiques qui « nous ont fait connaître la stabilité de Taxe de rotation de la « Terre. L’effet périodique de la chaleur] solaire consiste dans « les variations diurnes ou annuelles. #

La présence de l’atmosphère et des eaux rend la distribution de la chaleur plus uniforme, et Ton voit, en résumé, que

PHYSIQUE du globe.

la surface de notre globe est placée entre une masse solide, dont la chaleur centrale peut surpasser celle des matières incandescentes et une enceinte immense dont la température est inférieure à celle de la congélation du mercure. Or toutes ces conséquences s'appliquent aux autres corps planétaires que l’on peut considérer comme placés dans un milieu dont la température constante serait peu inférieure à celle des pôles de la Terre.

Fourier examine ensuite les effets provenant de ces trois causes, et nous n’aurions peut-être.pas à nous occuper ici de ceux dus à l’action solaire, qui sont plus particulièrement du domaine de la météorologie, s’ils n’étaient également dans la relation la plus intime et la plus directe avec les produits organiques des divers âges géologiques, et s’ils ne nous étaient précisément traduits aujourd’hui par les caractères de ces mêmes fossiles Végétaux et animaux.

Sur tous les points du globe un thermomètre placé à kO mètres au-dessous de la surface du sol indique une température fixe. Constante pour un lieu détermiilé, elle n’est pas la même sous les divers climats et décroît en général lorsqu’on s’avance vers les pôles. Par suite du mouvement de la chaleur solaire dans l'enveloppe extérieure et l’étendue des variations, la différence « entre le maximum et le minimum « de température n’est pas la môme à toutes les profondeurs; « elle est d’autant moindre que la distance à la surface est « plus grande. »

« Dans les parties de l’enveloppe les plus voisines de cette « dernière, le thermomètre s’élève et s’abaisse pendant la « durée de chaque jour. Ces variations diurnes cessent d’être « sensibles à 2 ou 3 mètres de profondeur. On ne peut « observer au-dessous que les variations annuelles qui dis- « paraissent elles-mêmes à une plus grande profondeur.

« Si la vitesse de la rotation de la Terre autour de son axe « devenait incomparablement plus grande, et s’il en était de « même du mouvement de cette planète autour du Soleil, les

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R variations diurnes etànnUelles cesseraient d’être observées;

« les points de la superficie auraient acquis et conserveraient « les températures fixes des lieux profonds. En général la « profondeur qu'il faut atteindre pour que les variations ces- « sent d’être sensibles a un rapport très-simple avec la durée « de la période qui ramène les mêmes effets à la surface. « Cette profondeur est exactement proportionnelle à la racine « carrée de la période, et c’est pour cette raison que les a variations diurnes ne pénètrent qu’à utie profondeur dix- « neuf fois moindre que celle où l’on observe encore les « variations annuelles. »

Considérant ensuite la température des espaces célestes indépendante et de la présence du soleil et de celle que la terre a pu conserver de son état primitif, Fourier fait voir que si le globe terrestre et tous les corps qui constituent notre système planétaire se trouvaient « dans une enceinte privée « de toute chaleur, on observerait des phénomènes entière- « ment contraires à ceux que nous connaissons. Les régions « polaires subiraient un froid immense, et le décroissement « des températures, depuis l’équateur jusqu’aux pôles, serait « incomparablement plus rapide et plus étendu.

« Dans cette hypothèse du froid absolu de l’espace, s’il « est possible de le concevoir, tous les ellets de la chaleur, « tels que nous les observons à la surface du globe, seraient « dus à la présence du soleil. Les moindres variations de la « distance de cet astre à la terre occasionneraient <les chan- « gements très-considérables dans la température. L’inter- « mittence du jour et de la nuit produirait des effets subits « et totalement différents de ceux que nous observons. La « surface des corps serait exposée tout à coup au commence- « ment de la nuit à un froid infiniment intense. Les corps « animés et les végétaux ne résisteraient point à une action u aussi forte et aussi prompte qui se reproduirait en sens a contraire au lever du soleil.

« La chaleur primitive conservée dans l’intérieur de la

PHYSIQUE DU GLOBE

« masse terrestre ne pourrait point suppléer à la température « extérieure de l’espace et n’empêcherait aucun des effets que « l'on vient de décrire: car nous connaissons avec certitude, « par la théorie et les observations, que l’effet de cette cha- « leur centrale est devenu depuis longtemps insensible à la « superficie, quoiqu’il puisse être très-grand à une profon- « deur médiocre. »

« Nous concluons de ces diverses remarques et principalement de l’examen mathématique de la question, qu’il existe une cause physique toujours présente qui modère les températures à la surface du globe terrestre et donne à cette planète une chaleur fondamentale indépendante de l’action du soleil et de la chaleur propre que sa masse intérieure a conservée. Cette température fixe que la Terre reçoit ainsi de l’espace diffère peu de celle que l'on mesurerait aux pôles, et elle est nécessairement moindre que celle des contrées les plus froides. »

« L’origine de ce phénomène est due au rayonnement de tous les corps de l’univers dont la lumière et la chaleur peuvent arriver jusqu’à nous Le nombre immense de ces

corps compense les inégalités de leurs températures et rend l’irradiation sensiblement uniforme. Cette température de l’espace n'est pas la même dans les différentes régions de l’univers, mais elle, ne varie pas dans celles où les corps planétaires sont renfermés, parce que les dimensions de cet espace sqnt incomparablement plus petites que les distances qui les séparent des corps rayonnants. Ainsi dans tous les points de l’orbite de la terre cette planète trouve la même température du ciel, et il en est de même des autres planètes de notre système. »

Quant à la chaleur propre que le globe terrestre possédait lors de la formation des planètes et qui continue à se dissiper à la surface sous l'influence de la basse température des espaces célestes, Fourier recherche d’abord suivant quelles lois une sphère solide, échauffée par un très-long séjour dans

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un milieu, perdrait cette chaleur si elle venait à être transportée dans un espace dont la température constante serait inférieure à celle de ce premier milieu.

« La forme du sphéroïde terrestre, dit-il, la disposition régulière des couches intérieures, rendue manifeste par les expériences du pendule, leur densité croissante avec la profondeur et diverses autres considérations concourent à prouver qu’une chaleur très-intense a pénétré autrefois toutes les parties du globe. Cette chaleur se dissipe par l’irradiation dans l’espace environnant , dont la température est très-inférieure à celle de la congélation de l’eau. Or l’expression mathématique de la loi du refroidissement montre que la chaleur primitive contenue dans une masse sphérique d une aussi grande dimension que la Terre diminue beaucoup plus rapidement à la superficie que dans les parties situées à une certaine profondeur. Celles-ci conservent presque toute leur chaleur durant un temps immense, et il n'j a aucun doute sur la vérité des conséquences, parce que nous avons calculé ces temps pour des substances métalliques plus conductrices que les matières du globe. »

Cette théorie indique seulement la loi; mais, si l’on réunit et si l’on discute toutes les observations faites à l’intérieur de la terre suivant une verticale donnée, à partir du point où cessent de se manifester les variations diurnes et annuelles dues à l’action solaire, on trouve en effet un accroissement de température équivalent à 1° pour 30 à 40 mètres de profondeur. 11 est facile de prouver, et l’analyse le constate, que cet accroissement ne peut provenir de l’accumulation longtemps prolongée de la chaleur solaire, et que la cause de cette haute température des couches profondes vient d'une source intérieure placée au-dessous des points où Ton a pu pénétrer. Mais de combien cette cause élève-t-elle aujourd’hui la température de la surface au-dessus de celle que lui donnerait l'action seule du soleil? L’auteur fait voir que cette quantité est devenue presque insensible, et « qu’il existe un

PHYSIQUE DU GLOBE

rapport mathématique entre la valeur de F accroissement par mètres et la quantité dont la température de la surface excède encore celle qui aurait lieu si la cause intérieure dont il s'agit n'existait pas. Or il déduit de ses recherches analytiques, que l’excès de température que la surface terrestre a présentement, en vertu de cette source intérieure, est très-petit, et qu’il est vraisemblablement au-dessous de de degré centigrade. Il faut bien remarquer, ajoüte-t-il, que cette dernière conséquence s’applique à toutes les suppositions que l’on pourrait faire sur la nature de la cause, qu’elle soit universelle. constante ou variable. »

L’illustre physicien, après avoir rappelé la méthode expérimentale et les calculs dont il s’est servi, ajoute que si l’on applique les résultats de son analyse au globe terrestre, pour connaître quels seraient les effets successifs de l’accroissement de température dans un globe formé d’une substance dont les propriétés sont connues, « celui de ^ de degré par mètre « de profondeur, considéré comme résultant de la chaleur « centrale, a été autrefois beaucoup plus grand, qu’il varie « maintenant avec une lenteur extrême, et qu'il s’écoulera « plus de 30,001) ,1ns avant qh'il soit réduit à la moitié de sa « valeur actuelle. »

« Quant à l’excès de température de la surface, il varie « suivant la même loi; la diminution séculaire ou la quantité « dont il s’abaisse durant un siècle est égale à la valeur « actuelle, divisée par le double du nombre de siècles qui se « sont écoulés depuis l'origine du refroidissement; et, comme « une limite de ce nombre nous est donnée par les monu- « ments historiques, on en conclut que, depuis l’école « d’Alexandrie jusqu’à nous, la température de la surface « de la terre n’a pas diminué par cette cause de la « ^ partie de 1". »

« Quoique l’effet de la chaleur intérieure, dit plus loin « Fourier, ne soit plus sensible à la surface de la terre, la « quantité totale de cette chaleur, qui se dissipe dans un temps

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« donné, comme une année on un siècle, est mesurable, et « nous l’avons déterminée. Celle qui traverse , durant un « siècle, un mètre carré de superficie et se répand dans les « espaces célestes, pourrait fondre une colonne de glace, qui « aurait pour base ce mètre carré, et une hauteur d’environ « 3 mètres. »

« Fn résumé, la terre reçoit les rayons du soleil qui pénètrent sa masse et l'v convertissent en chaleur obscure; elle possède aussi une chaleur propre quelle tient de son origine, et qui se dissipe continuellement à sa superficie; enfin, cette planète reçoit des rayons de lumière et de chaleur des astres Innombrables, parmi lesquels le système solaire est placé. Telles sont les trois causes générales qui déterminent les températures terrestres. La troisième, c’est-à-dire l’influence des astres, équivaut à la présence d’une enceinte immense, fermée de toutes parts, dont la température constante serait peu inférieure à celle que nous observerions dans les contrées polaires. » On remarquera, en dernier lieu, que la chaleur solaire qui pénètre à l’intérieur de la terre par les régions équatoriales, est exactement compensée par celle qui s’écoule à travers les régions polaires, de sorte que la terre rend aux espaces célestes toute la chaleur qu’elle reçoit du soleil, et quelle y ajoute encore une partie décollé qui lui e-t propre.

Mémoire de L. Cordîer. — -Jusqu’ici nous avons vu les physiciens et les mathématiciens s’appuyer sur l’accroissement de la température dans les lieux profonds; mais, quoique les observations à cet égard fussent déjà nombreuses, leur peu d’accord pouvait faire douter de leur exactitude, et l’on pouvait s * demander si ce désaccord provenait d’erreurs dans les expériences ou bien de différences réelles dans les températures annotées. Cette question importante fut traitée avec tout le soin possible par L. Cordier, professeur au Muséum d’histoire naturelle et membre de V àcadémie des sciences, trois ans après la publication du travail de Fourier dont nous venons de parler. 1 ! Essai sur lu température intérieure de lu

PHYSIQUE DU GLOBE

Terre 1 est le complément critique, expérimental et géologique de tous les mémoires qui l’ont précédé sur cette matière, l'auteur y donnant d’abord une analyse scrupuleuse de toutes les observations antérieures dont il a eu connaissance et les discutant; puis, exposant les méthodes qu’il a employées dans les siennes, ainsi que les résultats qu’il a obtenus; enfin, appliquant aux phénomènes géologiques les conséquences qui se déduisent de l’ensemble de ses recherches. Ce mémoire offre donc un intérêt multiple, dont l’importance ne nous semble pas avoir été suffisamment appréciée, et sur lequel, par conséquent, nous croyons devoir insister ici.

De l’examen et de la discussion d’environ 300 annotations de température, prises dans les travaux de 40 mines de divers pays, et dont les deux tiers avaient été faites dans l’air et le reste dans les eaux de ces exploitations, Cordier déduisit d’abord qu’elles annonçaient, d’une manière plus ou moins positive, l’existence d’un accroissement notable de température ii partir de la surface de la terre vers l’intérieur, et cela, comme nous venons de voir qu’on l’admettait généralement alors. A l’Observatoire de Paris, les annotations donneraient 28 mètres de profondeur pour l’accroissement d’un degré cent, dans la température, ce qui. en le supposant constant, placerait la température de l’eau bouillante à 2503 mètres au-dessous de la ville. Les autres résultats, dont la valeur peut être acceptée, varient entre 57 et 13 mètres de profondeur pour 1° d’accroissement, et leur moyenne annonce en général une augmentation plus rapide que celle que l’on croyait. Groupées par régions, les observations font pressentir que les irrégularités ou les différences reconnues tiennent à de véritables différences dans la distribution de la chaleur souterraine d’un pays à un autre.

Les observations personnelles de Cordier ont été faites avec toutes les précautions possibles pour se mettre à l’abri

I. Lu à l'Académie rira sciences le i juin, le fl et le 23 juillet 1827.

TEMPÉRATURE

des causes d’erreurs dans les mines de houille de Carmeaux, de Decise et de Littry, et l’accroissement de 1° de température s’est trouvée, en moyenne, pour la première localité, de 36 mètres, pour Littry, de 19, et, pour Decize, de 15 seulement.

I)e ces données et des précédentes résulte :

1° Qu’il existe une chaleur interne propre au globe, indépendamment de l'action solaire, et croissant rapidement avec les profondeurs; 2° que l’augmentation de la chaleur souterraine ne suit pas la même loi par toute la terre, et qu’elle peut être double ou même triple d’un pays à un autre; 3° que ces différences sont indépendantes des latitudes et des longitudes; é" que l’accroissement est certainement plus rapide qu’on ne l’avait supposé, qu’il peut aller à 1" pour 1 5 et même pour 13 mètres de profondeur dans certaines contrées, et que la moyenne, ne peut pas être fixée, quant à présent, à moins de 25 mètres.

« Conclusions importantes, dit l’auteur, qui assurent,

« tout én les modifiant notablement, les bases d’après les- « quelles on peut appliquer au globe terrestre la théorie « mathématique de la répartition de la chaleur dans les corps « de grandes dimensions. Elles sont en harmonie avec les « conséquences tirées des phénomènes de nature’ si difié- « rente, qui avaient fait pressentir depuis longtemps l’incan- « descence intérieure de la terre. »

En cherchant à appliquer ces résultats à la théorie générale de notre globe, Cordier en déduisit un certain nombre de propositions fondamentales pour les diverses spéculations dont cette théorie peut être l'objet, mais que leur étendue ne nous permet pas de reproduire ici.

Observations diverses sur la température intérieure. — Les recherches expérimentales sur la température intérieure de la terre ne se sont point arrêtées à celles que nous venons d’indiquer, et tout ce qui s'est fait dans cette voie depuis quarante ans semble avoir confirmé le principe de son accrois-

PHYSIQUE DU GLOBE

sement, au moins d’une manière générale. Suivant M. G. Bishof, la configuration du sol exercerait une certaine influence sur la marche de la chaleur. Ainsi, dans les plaines et les vallées, l’accroissement serait plus rapide, et sous les montagnes plus lent, et cela d’autant plus que les pentes sont plus fortes. Les couches intérieures d'égale température ou lignes rlilhonisothermale» ne sont parallèles à la surface que dans les plaines et sur des étendues peu considérables. Elles se relèvent sous les montagnes et se dépriment sous les mers, les lacs et les glaciers.

— d«n. le. mine». — Nous avons réuni, discuté et comparé les annotations faites sur la température intérieure depuis la publication du mémoire de Cordier, et nous avons fait voir que les résultats ne sont pas aussi simples qu’on l’avait cru d’abord1. Nous avons considéré la température observée dans les mines en Irlande, en Angleterre, en Belgique, en France, en Allemagne et dans l’Amérique du Nord, et la proportion de l’accroissement s'est montrée très-variable depuis le point de température constante. Dans le terrain houiller de Newcastle jusqu’à 482,n.70 de profondeur totale ou 3D5m.70 au-dessous du niveau de la mer, l'accroissement a été de 1° centigrade pour 32in.57. Dans le Cornouailles, à 530 mètres ou 433 audessous de la mer, les observations faites à des distances assez rapprochées, par M. R.-W. Fox, ont donne des résultats peu concordants. Dans d’autres localités peu éloignées on a observé que la température croissait moins rapidement à mesure que l’on se trouvait à de plus grandes profondeurs, où la progression n’était pas continue et régulière comme on l’avait d’abord pensé. De près de 400 annotations ihermométriques prises par M. Hemvood dans les mines de Cornouailles et du Devonshire, l’auteur a aussi conclu que les lignes isothermales souterraines ne sont point parallèles à la surface du sol. La température dilïère également suivant la uature des roches.

1. Histoire des progrès de la géologie, vol. I, p. (13, l#i7.

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suivant celle des filons, etc.; ainsi elle est plus élevée dans les schistes que dans les granités.

I n Allemagne M. Reich a aussi constaté, dans les mines de l'Erzgebirge et des environs de Freyberg, un accroissement de température, mais différent dans les unes et dans les autres. Dans les mines de charbon de la Virginie, M. W.-B. Rogers a trouvé, comme MM. Fox et Henwood, que la proportion de l’accroissement était moindre à mesure qu'on s'enfonçait.

La température observée dans les puits des mines a donné des résultats également variés. Ainsi, dans le puits de Monteflassi, dans la province de (irossetto, en Toscane, poussé jusqu’à 348 mètres de profondeur, la roche a offert une température de 41". 7, celle de l'air extérieur étant, de 17’. 2. Il y avait donc une différence de 25”, 5 entre les deux extrémités du puits, et T accroissement était de 1° par 13 mètres. Une dernière observation, faite à 370 mètres avant l’écroulement du puits, avait donné 42", la plus haute température qui ait été observée directement à l’intérieur de la terre.

Dans les mines de Valanciana, près de Guanaxato, à 522 mètres de profondeur, mais à plus de 1500 mètres au-dessus du niveau de la mer, la température de l’eau, au fond des travaux, était de 38”. 8. Dans les mines de l’Oural, M. Kupll'er a constaté aussi l'accroissement en déduisant une moyenne de 25'"37 pour 1° lîéaqmur, et dans l’Inde les observations analogues d’Everest ont conduit aux mêmes conclusions.

— dam ie> putt» arté.iem. — Les sondages artésiens devaient, on le conçoit, être utilisés pour ce genre de recherches, et, en se mettant à l’abri des causes d’erreurs qui ne sont pas aussi sérieuses que le croit M. Bischof, on trouve encore de nombreuses preuves à l'appui de l'accroissement de température dans les lieux profonds. Nous en citerons quelques exemples.

M. YValferdin, à qui l’on doit des instruments fort ingénieux et d’une grande précision pour ce genre d’observations, a trouvé dans le puits de Saint-André (Eure), à 263 mètres.

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une température de 17". 95, donnant un accroissement de 1° par 30“'. 95; dans le puits de Grenelle, qui a atteint, audessous de la craie, les argiles du gault, la température de l'eau était de 27". 6 à 548 mètres, ce qui s’accorde avec celle de 26". 43 obtenue à 5Ü5 mètres. En se basant sur la température moyenne de Paris (10". 6), l'accroissement serait de 1° par 31“. 9 et de 32'". 3 en partant de la température constante des caves de l’Observatoire (11®. 7 à la profondeur de 28 mètres). D’un autre côté le môme savant, dans le forage de Troyes, arrivé à 125 mètres dans les argiles du gault, comme au-dessous de Grenelle, a constaté une température de 15”. 54 ou un accroissement de 1” pour 21 mètres, et M. Girardin, dans des sondages exécutés à Rouen, a obtenu des accroissements de 1® pour 20“.15 et de 1® pour 29'". 5. De sorte que dans un bassin peu étendu, dont la constitution assez uniforme est bien connue, on est encore loin de posséder la loi d’accroissement de température avec la profondeur.

Le puits de Prégny, près de Genève, poussé à 221"'. 50, a donné un accroissement de 1° par 32“. 55; celui de Gessingen, près de Luxembourg, à 337 mètres, a donné 1" par-25™.5; celui de Mondorf, sur la frontière de France et de Luxembourg, foré dans le lias et arrêté dans le trias à 700 mètres, a donné une température de 34° ou un accroissement de 1° par 29m.60; celui de New-Salswerck, qui a traversé les mêmes roches en s’arrêtant dans les marnes irisées à 022 mètres ou à 540 mètres au-dessous du niveau de la mer, a présenté une température de 31®. 25 qui donne un .accroissement sensiblement le même que le précédent, mais plus faible qu’au-dessous de Paris. M. Daubrée a fait connaître les observations dirigées par M. le comte de Mandelslohe, dans le forage de Neuffen, en Wurtemberg, à travers les couches jurassiques et le lias, jusqu’à 385 mètres. Des lectures thermométriques avaient été faites à 12 niveaux différents, et celle du fond a donné 38°. 7. La moyenne de ces observations, qui sont presque toutes concordantes, donne 1° d’accroissement pour 10“.5

MESURE DE LA TERRE

de profondeur, c’est-à-dire trois fois la proportion ordinaire, et supérieure même au chiffre donné par le puits de Monte- Massi (1° pour 13 mètres). Cet accroissement rapide est attribué au voisinage des basaltes qui auraient encore conservé une certaine quantité de leur chaleur première.

On voit, par ce peu d’exemples que nous avons rapportés et choisis dans des terrains et des conditions d’expérimentation différents, que, tout en faisant abstraction de quelques anomalies extrêmes, des inlluences locales, etc., nous sommes encore loin de pouvoir indiquer une moyenne de l’accroissement de la température dans les lieux profonds; à plus forte raisonrsi l'on tient compte des résultats singuliers obtenus par des expérimentateurs aussi exercés que MM. Fox, Henvvood et W.-B. Rogers.

Bien qu’en traitant de la théorie générale de la chaleur du globe avec Fourier nous ayons dû, pour ne point rompre les raisonnements de ce savant, prendre en considération l’action de la chaleur solaire à la surface de la Terre , on conçoit que nous ne pourrions en parler davantage sans entrer dans le domaine plus particulier de la météorologie; aussi renverrons-nous le lecteur à ce que nous en avons dit ailleurs1.

g S. MESURE DE LA TERRE.

La figure de la Terre est un élément qui se rattache trop directement à son origine pour qu'il n’en soit pas ici question.

En effet, cette figure seule donne la preuve de la fluidité originaire du globe, et nous n’aurions ni sa structure, ni les caractères et la disposition des roches, ni l’accroissement de la température à l'intérieur avec les phénomènes qui en sont la conséquence, qu’elle suffirait, en vertu de la théorie mécanique des forces centrales, pour être regardée comme résultant d’une masse fluide du même volume et douée d’un