ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Историческая геология в системе естествознания

 

Историческая геология ставит своей целью изучение истории развития планеты Земля. Схематически развитие Земли можно представить как взаимодействие её оболочек, протекающее под непрерывным воздействием космоса. В основу исторической геологии положен принцип непрерывного изменения окружающей природы (материи). Историческая геология является фундаментальной отраслью знания, использующей весь научный багаж от философии до математики, от экономики до биологии. Это – комплексная дисциплина, включающая геохронологию, стратиграфию, палеогеографию и палеотектонику в их тесной взаимосвязи.

Геохронология – календарь геологических событий, охватывающий 4,6 млрд. лет. Её основу составляет радиометрическое датирование горных пород по содержащимся в них радиоактивным элементам, их изотопам и продуктам распада, происходящего с постоянной скоростью. Постоянство скорости радиоактивного распада – специфическая особенность данного процесса, отличающего его от всех остальных процессов.

Стратиграфия или точнее биостратиграфия изучает последовательность напластования осадочных и вулканогенных пород, устанавливая их относительный возраст по заключенным в породах органическим остаткам. В последние годы наряду с биостратиграфией появились новые отрасли – магнитостратиграфия и сейсмостратиграфия, играющие пока подчиненную роль.

Палеогеография занимается восстановлением физико-географических условий геологического прошлого – распределением суши и моря, их высот и глубин, а также климатической зональности. В соответствие с этим палеогеография иногда подразделяется на палеогеоморфологию, палеоокеанологию и палеоклиматологию.

Палеотектоника изучает историю движений и деформаций земной коры и литосферы. Многие авторы считают, что в результате геологического развития участки земной коры океанического типа превращаются в блоки земной коры континентального типа – континенты. Под воздействием внутренних напряжений в глубинах Земного шара, континенты могут раскалываться с образованием океанических впадин. Большинство ученых считает, что внешняя оболочка Земного шара – литосфера – разделена на блоки разной величины (литосферные плиты), перемещающиеся по касательной к поверхности Земного шара (тангенциальные перемещения). Многие из них рассматривают тангенциальные перемещения литосферных плит, как «каркас» геологической истории Земли.

Историческая геология – наука геологического цикла, поэтому вполне естественна её связь с остальными науками этого цикла. В последние десятилетия в связи с проблемой прогнозирования месторождений полезных ископаемых усилилась связь исторической геологии с учением о полезных ископаемых. Столь же неразрывна связь исторической геологии с другими отраслями естествознания – химией, физикой, биологией, накопившими огромный материал о современном состоянии Земного шара. В частности, современное распределение химических элементов и их изотопов изучает геохимия. Однако в последние десятилетия накоплен значительный материал об особенностях распределение химических элементов и их изотопов в прошлые геологические периоды. По-видимому, вполне реально оформление в качестве особой отрасли знания – палеогеохимии. Изучением физических полей Земли занимается геофизика. По ее данным в результате массоэнергитических процессов и воздействия космоса физические поля существенно изменялись в разные геологические периоды. По-видимому, уже в ближайшие годы оформятся новые отрасли знанаия (например, палеосейсмология, палеомагнитология и др.), изучающие изменения во времени параметры этих полей.

На стыке геологии и биологии около 200 лет назад возникла палеонтология, задачи которой последовательно расширялись. В 20-40-е годы XIX века основной задачей палеонтологии являлось обнаружение специфических особенностей органического мира каждого из выделяемых периодов. Во второй половине XIX века путем анализа палеонтологического материала решалась проблема видообразования. В ХХ веке после исследований В.И. Вернадского в задачи палеонтологии входит выявление общих закономерностей развития биосферы.

До недавнего времени историкогеологические исследования ставили своей целью восстановление условий геологического прошлого. В последние годы все с большей определенностью выступает новый аспект исторической геологии: на основе анализа геологического прошлого дать прогноз развития географической оболочки в ближайшем будущем. Таким образом, задачи исторической геологии могут быть сформулированы как мысленная реконструкция

геологического развития Земли, выявление общих закономерностей этого процесса и прогнозирование дальнейшей эволюции Земли в ближайшие моменты геологического времени. Особое место занимает вопрос о социально-экономическом эффекте историкогеологических исследований, то есть возмещении средств, затраченных в начальный период развития данной отрасли знания.

В настоящее время намечается два главных направления социально-экономического эффекта историко-геологических исследований. С развитием цивилизации потребность в минеральных богатствах земных недр не уменьшается, а возрастает. На основе анализа истории геологического развития Земли историческая геология предсказывает, какие полезные ископаемые наиболее характерны для данного района. В результате историкогеологических исследований в каждом конкретном регионе ведутся поиски не всех полезных ископаемых, а только тех из них, вероятность находок которых наибольшая. Прогнозирование месторождений полезных ископаемых – одно из важнейших направлений социально-экономического эффекта историкогеологических исследований. Российская геология знает несколько примеров замечательных геологических прогнозов. Нефть Поволжья, алмазы Якутии, нефть Западной Сибири были сначала предсказаны на основе историкогеологических исследований, а уже потом открыты в результате многолетних поисков. Для исследователей Сибири особое значение имел прогноз академика М.А. Усова о наличии крупного рудного узла в районе г. Норильска. Усов добился организации экспедиции, которую возглавил один из его учеников – Н. Урванцев, ставший первооткрывателем крупнейшего медно-никелевого месторождения Талнаха.

Другим важнейшим направлением социально-экономического эффекта является участие исторической геологии в разработке качественно новой отрасли знаний – учения о взаимоотношении человека с окружающей средой. Еще в середине ХХ века выдающийся американский социолог Лайнус Карл Поллинг писал, что если разрушение окружающей среды будет продолжаться такими темпами, то проблема ядерной войны потеряет актуальность, поскольку человечество вымрет и без неё. Человек не может существовать, не изменяя природу, но последствия этих изменений можно оценить лишь детально изучив геологическую историю Земли.

Одной из важнейших экологических проблем современности является уменьшение биоразнообразия органического мира планеты, в то время как в прошлые геологические периоды биоразнообразие последовательно возрастало. По данным экологов в настоящее время в природе каждую минуту исчезает не мене одного вида органического мира. В истории нашей планеты уже были эпохи, когда разнообразие органического мира резко снижалось, и только, спустя несколько миллионов лет, сначала достигало прежнего уровня, а затем превосходило его. Эти моменты получили название экологические кризисы. Многие элементы экологического кризиса наблюдаются и в настоящее время. В результате жизнедеятельности человека на огромных степных пространствах скачкообразно снизилось разнообразие органического мира. Зоны степей и лесов, характеризующиеся исключительным видовым разнообразием растительности, превратились в пашни, на которых возделывается лишь несколько видов растений. Борьба с сорняками приводит к дальнейшему уменьшению биоразнообразия. В настоящее время в связи с ростом населения Земного шара остро стоит проблема нехватки продовольствия. Можно предполагать, что рост посевных площадей и, соответственно, уменьшение биоразнообразия продолжится и в ближайшее десятилетие. Последствия процесса уменьшения биоразнообразия непредсказуемы, но большинство ученых считает, что они будут отрицательными.

Серьезную угрозу для будущего могут представлять озоновые «дыры» и глобальное потепление. Если эти явления имеют антропогенное происхождение, то природная среда может оказаться неготовой к их компенсации. Рассмотрим такой пример. В ненаселенной местности, несмотря на поступление болезнетворных бактерий в реку, вода в ней обычно вполне пригодна для питья. После возникновения поселка вода в реке ниже поселка оказывается непригодной, но уже в нескольких километрах еще ниже она вновь очищается, вследствие природных механизмов очистки. Если же в поселке будет организовано химическое производство и сточные воды поступят в реку, то механизм очистки может оказаться разрушенным и речка превратится в сточную канаву. Историческая геология, изучая динамику развития природной среды в далеком прошлом, позволяет выявить ту красную черту, которую нельзя переходить.

В последнее время рассматривается вопрос о возможности столкновения Земли с астероидами. Историческая геология, изучая прошлое Земли, позволяет установить, как часто происходили подобные столкновения в прошлом и, следовательно, какова их вероятность в будущем. Для ученого, изучающего современный облик Земли, историческая геология особенно важна, поскольку позволяет увидеть не снимок планеты в данный момент времени, а всю огромную ленту её геологической истории.

1.2. Этапы развития исторической геологии

Человеку интересно знать далекое прошлое. На ранних стадиях развития общества, когда не было фактического материала для ответа на этот вопрос, сочинялись легенды, сказания, мифы. Практически у каждого народа имеются мифы и легенды, иногда оформленные в виде «священных книг». В период расцвета античной науки (IV век до н.э. – I век н.э.) разные мыслители (Фалес Милетский, Аристотель, Страбон) высказывали догадки о геологическом прошлом, но целостной картины создано не было. Крушение античного мира (IV – VI века н.э.) сопровождалось значительным регрессом научной мысли. На протяжении 10 веков непререкаемым авторитетом в отношении прошлого Земли стала Библия, повествующая о сотворении мира около 7,5 тысяч лет назад.

В период Возрождения (XV-XVI века) были высказаны первые, основанные на реальных наблюдениях, догадки о геологическом прошлом Земли. Изучая слои осадочных пород Леонардо да Винчи заметил, что содержащиеся в горных породах окаменевшие раковины напоминают современных моллюсков. Он предположил, что в далеком прошлом современная суша могла быть дном морского бассейна. Спустя 150 лет после Леонардо, живший в Италии, датский естествоиспытатель Нильс Стенсен (Николаус Стенон) сформулировал основные принципы стратиграфии, сохранившие научную ценность до настоящего времени:

- слой, заключающий обломки другого слоя, образовался после него;

- всякий слой отложился позднее слоя, на котором залегает, и ранее того, который его перекрывает.

В XVIII веке, когда существенно ослабло влияние религии, в разных странах появилась плеяда ученых, работы которых заложили основы исторической геологии. Французский естествоиспытатель Бюффон в первой половине XVIII века предпринял попытку выделения этапов в геологической истории Земли. Одним из первых он отступил от библейской трактовки возраста Земли, оценив его не в 7,5, а в 25 тыс. лет. Великий русский ученый М.В. Ломоносов – автор знаменитого произведения «О слоях земных» – примерно в это же время пошел значительно дальше, оценив возраст Земли в 400 тыс. лет. В настоящее время возраст Земли оценивается в 4,6 млрд. лет. На огромную продолжительность геологической истории Земли указывал и шотландский естествоиспытатель Геттон, обосновавший магматическое происхождение гранитов. Важную роль в развитии естествознания

Карл Линней (1707-1778) Жан Батист Ламарк (1744-1829)

 

 

Жорж Кювье (1769-1832) Чарльз Дарвин (1809 -1882)

В.И. Вернадский (1863-1945). Чарльз Лайель (1797-1875)

сыграли работы шведского естествоиспытателя Карла Линнея (1707-1778), разработавшего первую классификацию органического мира.

Условно считается, что возникновение исторической геологии произошло в Англии на рубеже XVIII-XIX веков в связи с переходом от ремесленного способа производства к мануфактурному. При мануфактурном способе производства процесс изготовления продукта разбивается на ряд операций, часть которых могут выполнять механизмы, в частности, паровой двигатель. Паровой двигатель нуждался в мощном энергоносителе, которым стал каменный уголь. В процессе поиска месторождений каменного угля было установлено, что уголь содержится лишь в породах определенного возраста, отличающихся от ниже- и вышележащих отложений комплексом органических остатков. Таким образом, на рубеже XVIII-XIX веков в Англии по инициативе английского геолога Смита впервые создаются геологические карты нового образца, на которых горные породы различаются не по составу, а по возрасту.

Одновременно с созданием геологических карт нового образца разрабатывается палеонтологический метод определения относительного возраста горных пород по комплексу содержащихся в них органических остатков. Этот метод различает горные породы по степени древности, оставляя открытым вопрос о времени их образования. Заслуга в разработке палеонтологического метода принадлежит французскому ученому Жоржу Кювье (1769-1832), применившему принцип «корреляции частей организма». Согласно этому принципу организм представляет собой замкнутую систему, части которой взаимно соответствуют как в отношении строения (закон соподчинения органов), так и в отношении их функций (закон соподчинения функций). Изменение одной части организма влечет за собой соответствующие изменения других его частей. Принцип «корреляции частей организма» был особенно важен для палеонтологии, позволяя по фрагментарным частям скелета реконструировать облик организма.

Кювье вошел в историю науки и как автор «теории катастроф», согласно которой изменения органического мира Земли происходили за счет катастроф, периодически уничтожавших жизнь на Земле, которая затем вновь возрождалась. «Рациональное зерно» этой теории получило развитие в настоящее время в виде учения об этапности развития органического мира. К сожалению, ближайшие последователи Кювье взяли лишь негативные стороны «теории», доведя их до абсурда. Ф. Энгельс в середине XIX века писал, что эта теория катастроф «…революционна по форме и реакционна по содержанию». На основе исследований Кювье в течение одного двадцатилетия (1820-1840 годы) было выделено большинство геологических периодов (систем) общей стратиграфической шкалы, принятой и в настоящее время. Отрезок времени, охватывающий первую половину XIX века, рассматривается как первый этапразвития исторической геологии (этап накопления фактического материала).

Проникновение в естествознание идей эволюционизма – непрерывного изменения органического мира под воздействием меняющейся среды обитания – связано с именами Ламарка, Лайеля и Дарвина. Французский естествоиспытатель Ламарк, дискутируя с Кювье, считал, что причиной эволюции является стремление организмов к совершенству. Английский ученый Чарльз Лайель изучал изменения в неживой природе, подсчитывая количество обломочного материала, выносимого за год реками Англии. В результате подсчетов оказалось, что в масштабах геологического времени количество выносимого материала достаточно для превращения горного сооружения в равнину, а моря – в сушу. Таким образом, оказывается, что изменение условий обитания происходило непрерывно и не сопровождалось катастрофическими явлениями. Лайель известен и как автор принципа актуализма, согласно которому современные процессы рассматриваются как модели процессов и событий геологического прошлого. Этот принцип используется и в настоящее время, но с учетом необратимых изменений, происшедших на Земле после рассматриваемого события.

Наиболее полно идеи эволюционизма были изложены в знаменитой работе Чарльза Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора», опубликованной в 1859 году. Дарвин не только доказал широкое распространение процессов видообразования, но и описал механизм этого процесса – естественный отбор. В отличие от Ламарка он считал, что приспособление организмов к условиям обитания имеет не абсолютный, а относительный характер: при дальнейшем изменении условий оно может оказаться вредным. Эволюционистские представления Дарвина получили дальнейшее развитие в палеонтологии благодаря работам русского ученого В.О. Ковалевского, изучавшего развитие копытных. В целом, вторая половина XIX века рассматривается как эпоха проникновения в естествознание идей эволюционизма (второй этап развития исторической геологии). Подчеркивая значение эволюционной теории, Ф. Энгельс писал, что естествознание придерживается концепции диалектического материализма, суть которой формулируется одним предложением: «в мире нет ничего кроме природы (материи), которая находится в непрерывном развитии». Важным достижением геологов конца XIX века является разработка основ учения о платформах и геосинклиналях, осуществленная американским исследователем Д. Холлом и русским ученым А.П. Карпинским. Основные успехи геологии XIX века (и исторической геологии, в частности) суммированы в трехтомной монографии австрийского геолога Зюсса «Лик Земли», законченной в 1909 году. Эта работа направляла исследователей на анализ общих закономерностей геологических процессов, обусловливавших распределение месторождений полезных ископаемых на Земном шаре.

К началу ХХ века на Земле уже не осталось «белых пятен», куда не ступала нога человека. В силу этого сузилась возможность обнаружения месторождений полезных ископаемых, выходящих на дневную поверхность. Возникла проблема поиска «слепых» месторождений, не имеющих выхода на поверхность Земли. С этой целью были разработаны новые методы поисков, основанные на химических и физических свойствах химических элементов и их соединений (геохимические и геофизические методы поиска и разведки). Эти методы в силу высокой стоимости можно было применять лишь на наиболее перспективных участках. Выявление (прогнозирование) таких участков на основе всестороннего изучения геологического строения и развития какой-либо территории стало основной задачей геологических исследований. В решении этой задачи историческая геология, изучающая историю геологического развития Земли и отдельных её регионов, играет решающую роль. Таким образом, в начале ХХ века (третий этап развития исторической геологии) она становится вместе с другими отраслями знаний производительной силой общества. Развитие исторической геологии подтверждает общую закономерность: на первых этапах развития наука существует за счет общества, но в дальнейшем – сторицей возвращает свои «долги».

Вторая половина ХХ века характеризуется усилением внимания к экологическому аспекту жизнедеятельности человечества. В соответствие с этим историческая геология, наряду с другими отраслями знания, участвует в разработке учения о взаимоотношении человека с окружающей средой. Исходя из этого четвертый этап развития исторической геологии, продолжающийся в настоящее время, может быть назван этапом экологизации, начало которой положили труды русского академика Владимира Ивановича Вернадского.

В настоящее время на очередь встала проблема детального изучения Луны и ближайших к Земле планет Солнечной системы: Марса и Венеры. Не исключена возможность, что полеты космонавтов и астронавтов к этим планетам осуществятся уже при жизни нынешнего поколения. В соответствие с этим в середине XXI века уже могут возникнуть такие отрасли знания как историческая селенология, марсология и венерология. В более отдаленном будущем может сформироваться учение о закономерностях развития во времени планет Солнечной системы.