В 1820 г. немецкий ученый Каспар Штернберг подразделил историю растительного мира Земли на три больших периода. Восемь лет спустя, французский геолог и палеоботаник Александр Броньяр установил существование четырех периодов. Данные этих исследователей, занимавшихся изучением древней флоры, начали сопоставляться с материалами, полученными в разных странах специалистами по вымершим беспозвоночным. Это было рождение шкалы относительного геологического возраста земных слоев.
Теория катастроф продолжала оставаться главенствующей в науке на протяжении нескольких десятилетий. Положение ее пошатнулось только в середине прошлого века, когда в 1859 г. вышел в свет замечательный труд английского естествоиспытателя Чарлза Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь».
Выдвинутая Дарвином теория эволюции, согласно которой в облике животного и растительного мира происходит бесконечный ряд изменений, отражающих взаимоотношения организмов и изменения среды, где они живут, дала новый толчок развитию различных областей палеонтологии. Десятки людей во многих странах мира начинают интересоваться окаменелостями. Отовсюду поступают сообщения о новых находках ископаемых организмов.
С конца XIX века начала XX в. наука геология расширила свои горизонты, в том числе и благодаря революционным идеям Владимира Ивановича Вернадского и Александра Евгеньевича Ферсмана, которые определили геологию, как науку о строении земли, её происхождении и развитии, которая основывается на изучении геологических процессов и земной коры в целом. По словам Вернадского, XX век, является периодом ломки коренных естественнонаучных представлений, когда история науки сама наталкивает человека на правильный путь решения многих актуальных проблем.
В.И. Вернадский (1863-1945) - выдающийся русский естествоиспытатель, минеролог и кристаллограф, основоположник геохимии и биогеохимии, организатор большого числа научных учреждений. Кафедра минералогии Московского университета, возглавляемая В.И. Вернадским сыграла исключительную роль в развитии науки. В своих исследованиях и лекциях В.И. Вернадский выдвинул на первый план с одной стороны выяснение химической природы минералов, с другой вопросы их происхождения их изменений и преобразований в различных зонах земной коры. Прежнему описательному направлению минералогии он противопоставлял генетическую минералогию, или химию земной коры. Изучая минералы, как продукты химических процессов, протекающих в земной коре, Владимир Иванович естественным образом перешёл к истории отдельных химических элементов, или геохимии.
Геология является комплексной наукой, в ее состав входят многочисленные, зачастую разноплановые, дисциплины.
Химический состав Земли, процессы, концентрирующие и распыляющие химические элементы в различных сферах Земли, являются предметом геохимии. Земную кору - верхнюю твердую оболочку Земли слагают различные генетические типы горных пород (магматические, осадочные и метаморфические), состоящие из определенного сочетания минералов, в состав которых входят различные химические элементы. Изучая такую иерархию - химические элементы - минералы - горные породы, можно судить о строении земной коры в различных структурных зонах. Ниже рассматриваются все указанные части вещественного состава земной коры.
Химические изменения в земной коре определяются преимущественно геохимической историей главных породообразующих элементов, содержание которых составляет свыше 1%. Вычисления среднего химического состава земной коры проводились многими исследователями как за рубежом (Ф. Кларк, Г.С. Вашингтон, В.М. Гольдшмидт, Ф.Тейлор, В. Мейсон и др.), так и в Советском Союзе (В.И. Вернадский, А.Е. Ферсман, А.П. Виноградов, А.А. Ярошевский и др.).
Изучение вещественного состава литосферы, как и других процессов, производится различными методами. В первую очередь это прямые геологические методы - непосредственное изучение горных пород в естественных обнажениях на берегах рек, озер, морей, разрезов шахт, рудников, кернов буровых скважин. Все это ограничено относительно небольшими глубинами. Наиболее глубокая, пока единственная в мире, Кольская скважина достигла всего лишь 12,5 км. Но более глубокие горизонты земной коры и прилежащей части верхней мантии также доступны непосредственному изучению. Этому способствуют извержения вулканов, доносящие до нас обломки пород верхней мантии, заключенные в излившейся магме - лавовых потоках. Такая же картина наблюдается в алмазоносных трубках взрыва, глубина возникновения которых соответствует 150-200 км.
Помимо указанных прямых методов в изучении веществ литосферы широко применяются оптические методы и другие, физические и химические исследования - рентгеноструктурные, спектрографические и др. При этом широко используются математические методы на основе ЭВМ для оценки достоверности химических и спектральных анализов, построения рациональных классификаций горных пород и минералов и др. В последние десятилетия применяются, в том числе и с помощью ЭВМ, экспериментальные методы, позволяющие моделировать геологические процессы; искусственно получать различные минералы, горные породы; воссоздавать огромные давления и температуры и непосредственно наблюдать за поведением вещества в этих условиях; прогнозировать движение литосферных плит и даже, в какой-то степени, представить облик поверхности нашей планеты в будущие миллионы лет.
2. Назначение и сфера исследования геологических наук
Физические свойства планеты Земля и изучением её физическими методами занимается геофизика. Земля в основном состоит из минералов. Изучением минералов, вопросами их генезиса, классификации и определения занимается минералогия. Минералы образуют горные породы. Описанием и классификацией горных пород занимается петрография, а изучением их происхождения наука петрология. Земля - «живая», активно меняющаяся планета. В ней происходят движения, различающиеся по масштабу на многие порядки. Процессами самого крупного, планетарного масштаба занимается геодинамика. Она изучает связь процессов в ядре, мантии и земной коре. Движения земной коры в меньшем масштабе, на уровне блоков земной коры изучает тектоника. Структурная геология занимается изучением, описанием и моделированием важнейших нарушений земной коры - разломов и складок. Микроструктурная геология изучает деформацию пород на микроуровне - в масштабе зёрен минералов и агрегатов.
Все геологические науки в той или иной степени имеет исторический характер, рассматривают существующие образования в историческом аспекте и занимаются в первую очередь выяснением истории формирования современных структур. Данные о последовательности важнейших событий в истории Земли обобщает историческая геология. История Земли делится на два крупнейших этапа - эона, по появлению организмов с твёрдыми частями, оставляющих следы в осадочных породах и позволяющих по данным палеонтологии определение относительного геологического возраста. С появлением ископаемых на Земле начался фанерозой - время открытой жизни, а до этого был криптозой или докембрий - время скрытой жизни. Геология докембрия выделяется в особую дисциплину, так как занимается изучением специфических, часто сильно и многократно метаморфизованных комплексов и имеет особые методы исследования.
Палеонтология изучает древние формы жизни и занимается описанием ископаемых остатков, а также следов жизнедеятельности животных. Стратиграфия - наука об определении относительного геологического возраста осадочных горных пород, расчленении толщ пород и корреляции различных геологических образований. Одним из основных источников данных для стратиграфии является палеонтологические определения.
Различные отрасли геологии изучают принципы протекания геологических процессов. Геологические процессы видоизменяют земную кору и ее поверхность, приводя к разрушению и одновременно созданию горных пород. Экзогенные процессы обусловлены действием силы тяжести и солнечной энергии, а эндогенные - влиянием внутреннего тепла Земли и гравитации. Все процессы взаимосвязаны между собой, а их изучение позволяет использовать метод актуализма для познания геологических процессов далекого прошлого.
Геология полезных ископаемых изучает типы месторождений, методы их разведки и поиска. Отдельной наукой является геология горючих полезных ископаемых - нефти, горючего газа, угля.
Лозунг геологов «Mente et Malleo» - «умом и молотком». Молоток как главное орудие геологов остался в прошлом веке, сейчас на первый план выходит теоретическое мышление, что требует синтеза геологии с другими естественными, а также точными науками. Давно уже никто не открывает месторождений на ощупь, сначала нужно понять, как формируются месторождения и где их искать, а затем уже устраивать дорогостоящие экспедиции, разведку и бурение. В последние десятилетия геологи выработали методы на основе точных наук - математики, химии, физики - эффективно применять которые позволила новая теория, объединившая различные направления геологии. Мобилизм, или теория движения литосферных плит, о котором подробнее будет рассказано ниже, дал колоссальный толчок развитию геологии и был сразу воспринят российскими учеными.
В 1972 году на симпозиуме в США ученые многих стран впервые увидели на геофизических разрезах, как плита Наска движется под южноамериканский континент и на ее изломе находятся очаги землетрясений, которые постоянно сотрясают Чили. Места, где плита погружается в мантию, зоны субдукции, очень опасны в сейсмическом отношении, но они также порождают крупные месторождения полезных ископаемых. Испанцы XVI века могли не заботиться о поиске золота, серебра и платины, они просто вывозили их из Центральной и Южной Америки галеонами, пока не кончилось все, что было на поверхности. Геолог XXI века действует иначе, он ищет древние зоны субдукции, потому что там возможны крупные месторождения драгоценных металлов. Руды Камчатки и Средней Азии именно такого происхождения.
Новые теории соединяют фундаментальные науки и геологию, увязывая между собой направления, прежде развивавшиеся каждое по своей внутренней логике: геохимию, геофизику и поисковую геологию. Теперь стало возможным создавать действительно глобальные концепции внутреннего строения Земли, этапов ее развития. Хотелось бы подробнее рассмотреть здесь эволюцию взглядов на причины протекания геологических процессов и формирования поверхности Земли.
В морфологическом плане крупнейшие элементы земной поверхности континенты и океанические впадины. В свою очередь, в строении каждого из них тоже присутствуют неоднородности. И континенты, и океаны разделяются на области активного тектонического развития геосинклинали и стабильного развития платформы. У каждой области мы отмечаем свой набор геологических формаций и последовательность в их образовании, формы залегания осадочных толщ, проявление магматизма и метаморфизма.
3. Сущность геотектонических гипотез
На разных этапах развития геологических знаний ученые пытались найти причину таких различий и на основе известных причинно-следственных связей создать гипотезу, объясняющую различие и особенности в строении и развитии земной коры. Такие гипотезы называют геотектоническими.
Страницы: 1, 2, 3, 4
