Геология

2. Геология

Основоположники

Декарт полагал, что Земля и другие планеты на первой стадии были раскаленными и остывали с осаждением тяжелых элементов в центре. Землетрясения происходят от жидкой массы в центре Земли. Землю образуют шесть оболочек.

Стено (работал в Тоскане). Его основные положения: горные породы возникли путем осаждения (шесть морских эпох в Тоскане); минералы растут неравномерно, но с сохранением угла между гранями, из растворов; каменный уголь: пожары, залитые водой; горообразование: вулканы и денудация; море покрывало всю Землю, затем образовались суша и горы.

Лейбниц считал, что раскаленные планеты произошли от Солнца. Сжатие Земли породило горы и океаны. Вода - причина извержений вулканов. Описал окаменелости и предложил объяснение.

Гук (1635-1703) считал окаменелости - остатки вымерших видов - основой для летописи Земли. Полагал, что Англия была покрыта тропическим морем. Он же создал основы теории строения кристаллов.

Начало современной геологии: интерес возник после землетрясения 1775 г. в Лиссабоне.

Первой геологической наукой стала сугубо практическая минералогия. Проникновение в глубины породило стратиграфию, геоморфологию и другие дисциплины: предметом геологии стала оболочка Земли, а затем и вся кора (разумеется, с полезными включениями). Теперь предметом стала вся Земля, да и другие планеты тоже. Структурным единицам Земли, свойствам, задачам и методам соответствуют многочисленные научные дисциплины, группы дисциплин и популяции ученых. Эволюция геологии продолжается.

Нептунисты, вулканисты, плутонисты

Нептунист Вернер был профессором Горной академии (Фрайберг, Саксония). Разработал геогнозию: науку, изучающую тело Земли в целом, состав и происхождение минералов и горных пород. У него учились Кювье и Гумбольдт. Джеймсон издал его лекции на английском языке.

Земля, в том числе горы, была покрыта первичным океаном. Из него химическим путем выпали граниты, гнейсы и сланцы, затем - известняки и диабазы, механическим путем (с включением окаменелостей) слоистые породы, а под конец - аллювий. Куда же ушла вода? - В космическое пространство.

Интрузии - результат осаждения на стенках; наклоны слоев - результат проседания; долины и горы возникли как следы бурных потоков при быстром понижении уровня воды, извержения результат горения угля.

Нептунизм мягко вписывался в библейскую историю с всемирным потопом.

Вулканисты выступили как противники нептунизма Вернера, вооруженные исследованиями гранитов: граниты подостланы другими породами и поэтому не могут быть первозданными. Спор вывел на сцену плутонистов.

Плутонист Геттон был медиком (Эдинбург, Сорбонна, Лейден), фермером и химиком. В 1788 г. опубликовал труд "Теория Земли или исследование закономерностей, проявленных в создании, разрушении и восстановлении суши на земном шаре".

"Вулкан создан с целью страхом довести суеверных людей до припадков благочестия и набожности или подвергнуть уничтожению обреченные города; вулкан следует считать отдушиной подземного очага, предотвращающей ненужное поднятие суши и предохраняющей от пагубного действия землетрясений".

"... я слышал, как профессор, ораторствуя среди окружающих нас вулканических пород по поводу базальтовой дайки [интрузии]..., сказал, что это щель, заполненная осадками сверху, и прибавил с усмешкой, что есть люди, по мнению которых она внедрилась в расплавленном состоянии снизу. Вспоминая об этой лекции, я не удивляюсь моей тогдашней решимости никогда больше не посещать занятий по геологии". (Ч. Дарвин).

Геттон ввел представление о геологическом времени и принцип актуализма: законы, которым подчинены процессы, актуальны в любое время.

Гук разработал контуры теории Геттона, но Геттон не упоминает Гука.

Гумбольдт стал плутонистом, ввел историческое направление в геологии и создал физическую географию.

Что осталось? - Стратиграфия. Историческая геология и геодинамика. Актуализм.

Катастрофисты интегрировали концепции нептунистов и плутонистов и вытеснили этих спорщиков. Кювье работал в Музее натуральной истории, изучал ископаемых слонов. Кювье утверждал, что часть видов вымерла - на основании изучения отложений. Место вымерших занимали мигранты: Кювье не терпел даже коллегу Ламарка и отрицал всякую возможность изменения видов.

Теория катастроф - первая попытка эволюционного подхода к истории Земли - забыта, а открытый Кювье закон корреляции частей организма лег в основу реконструкции ископаемых.

Униформисты и актуалисты

Лайель любительски исследовал мергели в осадках озер. Во Франции Лайель и Мурчисон нашли мергели толщиной 700 футов со слоями до 30 на дюйм: 30х12х700 = 252000 лет. "Принципы геологии, представляющие попытку объяснить прежние преобразования земной поверхности помощью ныне действующих причин" - 1833. К счастью, Лайель сумел сделать Дарвина геологом: "Принципы геологии" Дарвин взял с собой на "Бигль".

"Геология - наука, изучающая последовательные изменения, происходящие в органическом и неорганическом царстве природы; она исследует причины, вызывающие эти изменения, и изучает их влияние на преобразования поверхности и внутреннего строения нашей планеты". (Лайель)

"Когда я впервые пришел к представлению о последовательности вымирания видов и о создании новых, а также о том, что этот процесс продолжается непрерывно и теперь, а также происходил в течение бесконечного прошлого и должен продолжаться и в будущем, и все это для приспособления к переменам, которые должны вечно продолжаться на неодушевленной Земле, эта идея поразила меня как самое великое, что я когда-либо возымел в мыслях". (Дарвин? - нет, Лайель).

Противники Лайеля: "Он должен найти средство провести нас от плезиозавров и птеродактилей к созданиям времени железистого песка... геологией зажжен новый светильник на пути натуральной теологии".

Дарвин предложил теорию образования коралловых рифов вполне в духе идей Лайеля: рост отложений при одновременном опускании вулканического основания. Бурение подкрепило эту теорию много десятилетий спустя.

Актуализм находился в сопряжении с концепцией стабильности Земли. Крушение концепции стабильности произошло в результате появления эволюционного учения Дарвина. Актуализм уходит в прошлое: со временем изменяются скорости процессов, роли факторов, механизмы геологических процессов.

Теории эволюции Земли (стадии накопления осадков и горообразования в результате развития геосинклиналей - Холл, стадии развития Земли от газового шара до появления человека - Кота) утвердились в середине XIX века. На смену прежним -измам пришел эволюционизм.

Возраст Земли

Персидские мудрецы - 12 000 лет, вавилонские - 2 000 000 лет, индусские имели шкалу в десятки миллионов лет. Епископ Ашер (1654 г.) исчислил по Библии дату создания Земли: 4004 г., 26 октября, 9.00. Сэр Исаак Ньютон (по тому же источнику) вычислил, что Земля существует 6030 лет, а его друг Галлей по выносу соли в океан дал земле 10 000 лет (Джоли тем же методом получил 100 000 000). Учитель Дарвина Лайель "состарил" Землю до 240 000 000 лет, а Дарвину для развертывания эволюции видов потребовалось гораздо больше времени, но, уступая сварливому противнику эволюционного учения Кельвину, он остановился на 300 000 000 (исчислил по эрозии пород). Резерфорд, не убоявшись Кельвина, в компании с Содди довел возраст Земли до 2 млрд. лет (Кельвин ему этого не простил!). По современной оценке (Клара Паттерсон) Земля имеет возраст 4,5 0,2 млрд. лет.

Отложения и ледники

Откуда в Европе валуны и ископаемые останки? - Их переносили морские волны и течения, а также катастрофические наводнения от вздымания гор. Более приличная теория дрифта считала их отложениями (в Альпах!) с днища айсбергов. Геттон предположил, что ледники принесли глыбы в долины, но это замечание было оставлено без внимания.

Окончательный удар дрифтовой теории нанес прорыв дамбы в Шотландии: никаких следов, аналогичных ледниковым, не осталось.

Агассис слушал лекцию своего соученика Шарпентье о всеевропейском оледенении, но не поверил ему. После совместного изучения "на месте" Агассис стал ярым сторонником этой теории. Термин Die Eiszeit Агассис позаимствовал у своего однокашника, написавшего поэму под этим названием ко дню рождения Галилея; в поэме излагалась идея ледникового периода, до которой автор дошел самостоятельно. Напористый Агассис выпустил монографию (правда, с посвящением Шарпентье) и в том же 1840 году сделал доклады в Глазго и в Лондоне.

Лайель присоединился к ледниковой теории в 1857 году.

В России "Исследования о ледниковом периоде" были написаны П.А.?Кропоткиным в Петропавловской крепости и опубликованы в 1876 г.

В 1842 г. Адемар в книге "Революции океана" возложил ответственность за оледенения на нарушения в простом и изящном движении Земли в космосе.

Кроль рассчитал сезонное влияние изменения эксцентриситета земной орбиты на инсоляцию Земли и принял во внимание положительную обратную связь с альбедо. Догадка Кролля о влиянии эксцентриситета и прецессии на климат Земли была опубликована в 1864 г., в окончательной форме ("Климат и время", 1875) теория учитывала и динамику морских течений в Мировом океане. Тем не менее, теория сошла со сцены из-за разности вычисленной по ней давности последнего оледенения в 80 тыс. лет и датировкой геологов в 10 тыс. лет.

Милутин Миланкович решил создать математическую теорию климата, пригодную для Земли, Марса и Венеры. Опора была найдена в работах Пильгрима по расчету периодов эксцентриситета (100 000 лет), прецессии (22 000 и 19 000 лет) и наклона оси вращения (41 000 лет) за миллион лет. В 1920 г. он опубликовал "Математическую теорию тепловых явлений, обусловленных солнечной радиацией". На нее откликнулся Кеппен, работавший со своим зятем Вегенером над книгой о прошлом климата Земли. В результате обсуждения Миланкович принял совет Кеппена учесть как критический фактор снижение летних температур. После периода признания наступил кризис: радиоуглеродные датировки расходились с данными Миланковича (особенно за пределами периода в 40 тыс. лет, где эти датировки нельзя было применять). Отнесение торфяников к периоду минимума инсоляции окончательно подорвало доверие к теории, и в 1965 г. у нее уже не было сторонников. Восстановили авторитет теории материалы океанических отложений и новые методы датировки: изотопные и палеомагнитные.

Континенты и океаны

Поначалу процесс горообразования представляли контракцией при сжатии остывающей Земли (наследие Бюффона и Фурье). Гравиметрическая аномалия в Гималаях послужила толчком для создания теории изостатической компенсации и концепции геосинклиналей.

Изостатические модели поднятия и опускания глыб коры, подкоровых течений и дрейфа материков привели к гипотезе тектоники плит.

Фишер предложил конвекционную модель: океаны расширяются, а континенты сжимаются с образованием горных сооружений. Тихоокеанскую впадину он связал с отрывом Луны от Земли.

Дрейф континентов Вегенер начал со сходства очертаний берегов по обе стороны Атлантики и привлек данные палеонтологии. По Вегенеру, Пангея раскололась рифтами. Гипотезу Вегенера впоследствии поглотила гипотеза тектоники литосферных плит.

Породы после извержения и остывания ниже точки Кюри сохраняют для исследователей направление магнитного поля. Океанические осадки (1 мм 1000 лет) имеют намагниченность с неопределенностью в датировке до 10 000 лет, но палеонтологическая датировка в керне длиной несколько сотен метров достаточно убедительна на глубину до 200 млн. лет. Инверсии поля происходят 5 раз за 10 млн. лет.

Хесс выдвинул в 1960 году гипотезу спрединга и субдукции: непрерывно изливающаяся магма в океанических рифтах раздвигает дно океана, оттесняемые плиты дна пододвигаются под другие плиты и уходят в мантию, превращаясь в материал для спрединга.

Этот грандиозный механизм привлек внимание атомщиков: бесплатный конвейер для захоронения радиоактивных отходов. Оцените идею.

Геология и другие науки

Геофизические ветви геологии - гравиметрия и геомагнетизм - самые старые (Галилей, Гюйгенс, Рише - ускорение силы тяжести и секундный маятник, Гильберт - о большом магните, Колумб - переменное магнитное склонение, Смирнов - открытие Курской магнитной аномалии). Сейсмология возникла в ХIХ веке. Гравиметрия, сейсмология и геомагнетизм питали концепцию тектоники плит.

Океанология и метеорология взаимодействуют с климатологией в совместном изучении эволюции климата. Палеонтология и палеоботаника, почвоведение и биогеохимия - чьи дети? Физика твердого тела - арена "борьбы" физики и геологии.

Завершение геологического картирования вывело на авансцену химическое картирование - геохимию. Как и другие компоненты геологии, геохимия претендует на то, что она-то и есть геология.

Сравнительная планетология объединяет интересы географии, гидрологии, тектоники, геохимии, астрономии.

Теоретическая геология - детище конца минувшего века - одно из проявлений интегрирующей тенденции в эволюции науки, формирующей будущее естествознание.

Развитие геологии как науки об эволюции Земли еще не закончилось - Вас ждут!

Теория расширения Земли (и Вселенной) Козырева: время превращается в материю. Оцените …

Проблемы практики

В 1900 году на долю России приходилось почти 52% мировой добычи нефти (Нобели), на долю США - 42%. Поначалу нефть (1860) наливали в деревянные бочонки из-под виски - баррели (160 л). Первый нефтепровод тоже был деревянным. В 1903 году начал работать конвейер Форда, в 1912 году Черчилль перевел британский флот с угля на нефть.

Сегодня велик спрос на разведку нефти и газа и на новые методы их добычи: нефти осталось на 50 лет.

Проблема нефти заслоняет куда более важные проблемы исчерпания запасов молибдена, вольфрама и других "специальных" металлов.

Геология океанического дна выходит на первый план. Необходимо развитие теории и методов: сегодня из 70 скважин хоть какой-то результат дает одна.

Список литературы

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.crealab.org/