Текст книги "100 великих открытий российской науки"

Учение о техногенезе и техносфере

Парижские лекции Вернадского об основах геохимии слушали антропологи и философы друзья Тейяр де Шарден и Эдуард Ле Руа. Они познакомились с Вернадским и обсудили феномен геологической деятельности человека и его предназначения на Земле и в космосе. Французы пришли к мысли, что на основе биосферы человечество создаёт ноосферу, где господствует разум, и она будет расширять свои пределы.

Тейяр де Шарден писал: «Гармоничная область сознания эквивалентна своего рода сверхсознанию. Земля не только покрывается мириадами крупинок мысли, но окутывается единой мыслящей оболочкой, образующей… одну обширную крупинку мысли в космическом масштабе. Множество индивидуальных мышлений группируется и усиливается в акте одного единодушного мышления…

Ноосфера стремится стать одной замкнутой системой, где каждый элемент в отдельности видит, чувствует, желает, страдает так же, как все другие, и одновременно с ними».

Живое вещество созидает биосферу, а разумные существа – ноосферу! Логично. И термин красивый. Вернадский стал использовать его в своих трудах. Он называл так область проявления научной мысли (у него есть труд «Научная мысль как планетное явление»). По его мнению, человек преобразует окружающую среду благодаря достижениям науки.

Даже Вторая мировая война не поколебала его убеждения на этот счёт. Он и на склоне лет оставался оптимистом; в 1944 году писал:

«Сейчас мы переживаем новое геологическое эволюционное изменение биосферы. Мы входим в ноосферу. Мы вступаем в неё – в новый стихийный геологический процесс – в грозное время, в эпоху разрушительной мировой войны.

Но важен для нас факт, что идеалы нашей демократии идут в унисон стихийным геологическим процессам, с законами природы, отвечают ноосфере.

Можно смотреть поэтому на наше будущее уверенно. Оно в наших руках. Мы его не выпустим».

Сильно сказано. Но верно ли? Ныне, восемь десятилетий спустя, есть все основания утверждать, что идея ноосферы себя не оправдывает. Почему? Есть ответ философский, а существует и научное его обоснование.

Давно было сказано Ф.М. Достоевским: «Ну что, если человек был пущен на землю в виде какой-то наглой пробы, чтобы только посмотреть: уживется ли подобное существо на земле или нет?»

Никакими законами свыше не предопределена судьба человечества. Людям дано самим творить её и отвечать за свои действия. Человек остаётся частью земной природы, но в своей деятельности наносит ей ощутимый ущерб.

Человек создал на планете нечто небывалое – технику. Именно она предоставляет ему возможность совершать грандиозные глобальные преобразования. Это – техногенез. Академик А.Е. Ферсман писал в 1934 году: «Под именем техногенеза мы подразумеваем совокупность химических и технических процессов, производимых деятельностью человека и приводящих к перераспределению химических масс земной коры…

Хозяйственная и промышленная деятельность человека по своему масштабу и значению сделалась сравнимою с процессами самой природы. Вещество и энергия не беспредельны в сравнении с растущими потребностями человека… Человек геохимически переделывает мир».

Упоминал об этом и Вернадский: «С человеком, несомненно, появилась новая огромная геологическая сила на поверхности нашей планеты». Однако основы учения о техногенезе создал его ученик Ферсман.

Необходимо сделать два замечания. Во-первых, человек не только геохимически, но и геофизически перестраивает Биосферу, перемещая огромные массы вещества, меняя рельеф и т. д. Во-вторых, восхищаясь мощью техногенеза, надо иметь в виду, что это вовсе не продолжение деятельности живого вещества, а нечто противоположное. Техногенез преимущественно разрушает и загрязняет (отравляет) Биосферу.

Хозяйственная и промышленная деятельность человека сделалась сравнимою с процессами самой природы

За урон, наносимый земной природе, расплачиваются многие поколения. Жан-Батист Ламарк отметил это двести лет назад: «Можно, пожалуй, сказать, что назначение человека как бы заключается в том, чтобы уничтожить свой род, предварительно сделав земной шар непригодным для обитания». Его слова подтверждаются фактами.

Чем активней становится деятельность человека, тем меньше остается в биосфере видов животных и растений, лесных массивов, плодородных почв, природных болот, чистых рек и водоёмов, залежей полезных ископаемых.

Со временем по той же причине всё больше опустыненных земель, отравленных почв и природных вод, загрязнений атмосферы, техники, инженерных сооружений.

Правда, больше становится пород домашних животных и сортов растений, продукции сельского хозяйства, искусственных ландшафтов, народонаселения. Но это сопровождается гигантскими тратами энергии и материалов, изымаемых из Биосферы безвозвратно.

Из общей работы, производимой людьми на планете и в космосе, около 90 % совершается в ущерб природе, менее 5 % – с пользой для неё. За год одни лишь тепловые потери от техногенеза в несколько раз превышают энергию всех землетрясений и вулканов Земли!

Масса совокупности технических систем (заводов, электростанций, поездов, автомашин, самолётов и т. д.) составляет число с 13 или 14 нулями: 10¹³—10¹⁴ тонн. Биомасса на суше (растения, животные) примерно в десять раз меньше.

Живые организмы, вырабатывают в год приблизительно 10¹¹ т биопродукции. А количество технической продукции, включая отходы в десяток раз больше. В промышленных районах количество техногенной энергии соизмеримо с потоком солнечного излучения! Научного управления природой нет. Отдельные экологические мероприятия существенной пользы не приносят.

С прогрессом цивилизации становятся разрушительнее войны и внутренние конфликты, увеличивается число и разнообразие преступлений. Прогресс, – но только не добра, разума и человечности. Реальная сила, – не человек как биологический вид, не научная мысль, а техника. Поэтому область активной деятельности техногенеза следует называть Техносферой.

Идёт перестройка области жизни, сопряжённая с разрушением и деградацией, из-за деятельности техники – мёртвой материи, организованной, сотворённой и призванной к действию человеком.

Люди экстенсивно эксплуатируют естественные ресурсы, мало заботясь об их восполнении. Причина – стремительный рост материальных потребностей главным образом у незначительной правящей верхушки социальных пирамид. Но есть ещё более весомый фактор: все сложившиеся системы ориентированы на создание, воспроизводство, размножение и функционирование технических систем. Такова основа технической цивилизации.

Значительно преобразованы естественные ландшафты, а реликтовые сохраняются – искусственно – в заповедниках; созданы своеобразные городские, промышленные и сельскохозяйственные ландшафты, а также техногенные пустыни. Выведены породы животных и сорта растений; тысячи видов уничтожены или находятся на грани вымирания. В атмосфере повышается содержание техногенных газов, в том числе «парниковых», задерживающих тепловое длинноволновое излучение земной поверхности и определяющих глобальное потепление.

Изменяется химический и биотический состав, режим поверхностных и подземных вод; гидрографическая сеть преображается каналами, водохранилищами, дамбами; уничтожено Аральское море. Создаются техногенные формы рельефа: курганы, насыпи, котлованы и т. д. Перераспределяются гигантские массы пород верхней части земной коры. Возникают техногенные землетрясения при мощных взрывах, устройстве водохранилищ, крупных откачках нефти, газа, воды. Созданы техногенные горные породы, минералы и кристаллы, даже химические элементы. Техносфера излучает в космос поток коротких волн в миллионы раз превышающий естественный фон. Космические аппараты достигли многих планет. Человек побывал на Луне.

В прежние эпохи в биосфере возникали отдельные очаги интенсивного техногенеза. За последние столетия они слились в единую оболочку планеты, имеющую свою уникальную энергетическую, информационную и материальную специфику, своеобразную пространственно-временную структуру.

По своему происхождению, развитию, главному геологическому агенту техносфера принципиально отличается от других планетных оболочек. Её название (от греческого «техне» – ремесло, умение, искусство) указывает на искусственный характер сферы и связано с понятием «техногенез».

Беспокоясь за судьбу живых организмов и рода человеческого, мы не учитываем одно важное обстоятельство. Для техники всё это не имеет никакого значения. Мы постоянно и усиленно содействуем тому, чтобы на Земле господствовали технические системы. Скажем, энергетические кризисы связаны с добычей топлива для них, а не для непосредственных нужд людей. Создаются роботы, предприятия-автоматы, автономные космические аппараты и т. п.

Электронные средства массовой рекламы, агитации и пропаганды (СМРАП) интеллектуально, морально и эмоционально воздействуют на индивидуума, меняя структуру личности. Штампуются разновидности «техногенного человека». Работа СМРАП направлена на то, чтобы лишить человека важных опорных ориентиров, нацеливая его на мелкое, низкое сиюминутное, материальное – на потребление и послушание властям.

Словно человечество стихийно, наделяя технику интеллектом, готовится к уходу с мировой арены. Или ноосфера восторжествует в будущем? У человечества есть три пути, как у сказочного витязя на распутье.

Продолжение нынешнего развития ведет к экологической, экономической и политической катастрофам уже в этом веке.

Другой вариант: под действием СМРАП – электронных наркотиков – люди останутся в мире мнимостей и развлечений. Таково угасание разума, деградация и вымирание без особых беспокойств.

Не исключен переход к ноосфере с главной опорой не на технику, а на живые организмы, на приоритет Биосферы с неуклонным соблюдением её законов.

Основы учений о техногенезе и о Техносфере созданы академиками В.И. Вернадским и А.Е. Ферсманом. Однако, как справедливо заметил Гёте: «Старый фундамент будем уважать, но нельзя лишить нас права, каждый вопрос иногда и нацело пересматривать». В нашем случае такой пересмотр предполагает расширение понятия техногенез, не ограничивая его только геохимическими процессами. Необходима оценка его по отношению к земной природе, Биосфере, от которой мы, люди, абсолютно зависим.

Речь идёт не просто о научной и философской концепции. Факты свидетельствуют:

• глобальная техническая деятельность человека не продолжает на новом уровне природные процессы, а в основном противостоит им;

• современный техногенез содействует не развитию Биосферы, а её деградации;

• необходимо преобразование техногенеза (значит, и буржуазного общества потребления), чтобы он отвечал законам Биосферы. От этого зависит судьба человечества.

…Об охране природы написано немало. На экологические мероприятия тратятся значительные средства. Но принципиально ничего не меняется. Техногенез разрушает и отравляет область жизни, Техносфера вытесняет живую природу Земли, подавляет человеческую личность, превращает людей в детали глобального механизма.

По-прежнему пользуется популярностью гипотеза ноосферы, словно она предопределена и неизбежно восторжествует. Но для создания ноосферы необходимо направить стихийный техногенез на благо биосферы и её обитателям, включая людей, а не на безудержную экспансию техники. В этом, пожалуй, главная задача научного сообщества.

К сожалению, это не только научная проблема, которую можно решить на основе фактов. Она сопряжена со многими субъективными факторами – не столько материальными, сколько духовными. Многое, если не всё, зависит от интеллектуального и морального уровня научного сообщества и тех, кто определяет экономическую политику государств.

Александр Евгеньевич Ферсман открыл новое важнейшее направление научных исследований, заложив основы учения о техногенезе и Техносфере. Но до сих пор оно остаётся, по сути дела, в забвении. Главная причина в том, что она требует крупных коллективов учёных разных специальностей, как это было при разработках ядерного оружия.

Учение о нефти

Российский физиолог и натуралист немец Иосия Вейтбрехт в мемуаре «О нефти» (1739) предположил её органическое происхождение. Эту идею как научную гипотезу представил М.В. Ломоносов после изучения в лаборатории нефти из Ухты в книге «О слоях земных» (1763).

Во второй половине ХIХ века обрела популярность неорганическая гипотеза происхождения нефти. Однако более детальные исследования поставили её под сомнение. В «Очерках геохимии» (1933) В.И. Вернадский сделал вывод: «Мы теперь знаем, что нефти состоят из смеси углеводородов, очень различных в зависимости от геологических условий их генезиса, их состава тех первичных органических тел, из которых они происходят и которые созданы определёнными организмами». Нефть «образуется в биосфере».

В 1932 году, а через 5 лет уточнённым и дополненным изданием вышла книга академика И.М. Губкина «Учение о нефти». В ней, как уведомляет аннотация, рассматривается народно-хозяйственное значение нефти, её физические и химические свойства, происхождение и условия залегания в земной коре, геологическое строение нефтяных и газовых месторождений, закономерности их размещения, свойства нефтегазоносных пород, методы поисков и разведки и другие вопросы нефтегазовой геологии.

По мнению Губкина, для образования нефти сначала должен накопиться придонный ил, насыщенный остатками растений и животных. Так бывает в болотах и морских мелководьях. Их перекрывают другие отложения. Все это происходит в воде, препятствующей окислению углеводородов. Обрабатывают битуминозный ил бактерии, не нуждающиеся в кислороде. Погружаясь в недра, органические вещества под действием высоких температур и давления преображаются в нефть. Она накапливается в благоприятных для этого тектонических структурах…

Главное достоинство этого труда И.М. Губкина не в детальных разработках отдельных проблем. Это комплексное учение рассматривает нефть в разных аспектах. Казалось бы, следовало ограничиться основательным анализом какой-то одной проблемы столь сложного объекта. По такому пути пошла научная мысль в ХХ веке. Однако синтез знаний позволяет соединять теорию с практикой, рационально организовать поиски и разведку месторождений нефти и газа.

В книге «Развитие наук о Земле в СССР» (1967) сказано: «И.М. Губкину принадлежит заслуга в выборе правильного направления поисково-разведочных работ во многих районах СССР и прежде всего в Волго-Уральской нефтегазоносной области. Его оптимизму, настойчивости, научной эрудиции и организаторским способностям обязана наша страна быстрым открытием нефтяных богатств и созданием крупнейшей базы нефтедобывающей промышленности. И.М. Губкин одним из первых указал на перспективность поисков нефти и газа в мезозойских отложениях Предкавказья, Средней Азии и западной Сибири».

…Не затихают споры учёных о происхождении нефти. Теория неорганического её синтеза в глубоких недрах Земли имеет могучего сторонника – Д.И. Менделеева. А её органическое происхождение поддерживает авторитет Ломоносова, Вернадского, Губкина…

Крупнейший французский геолог-нефтяник Ален Перродон в монографии «История крупных открытий нефти и газа» (1994) пишет: «Прогресс нашей науки и техники всё время подтверждает, что нефти и газ действительно являются продуктом медленного процесса накопления осадков и их диагенеза, который протекает в недрах осадочных бассейнов» (диагенез – преобразование рыхлых осадков в плотные горные породы в верхней части земной коры).

Член-корреспондент АН СССР Н.Б. Вассоевич создал теорию главной фазы нефтеобразования, обобщив огромный материал, накопленный главным образом советскими учёными (И.М. Губкиным, А.Д. Архангельским, И.О. Брода, В.А. Соколовым, М.Ф. Двали, В.А. Успенским и другими). Суть такова. Среди бесчисленных биохимических реакций в современной области жизни нет ни одной, завершающейся образованием нефти. Поэтому о чисто биогенном её рождении говорить не приходится.

В результате жизнедеятельности организмов или при их участии создаются мощные толщи осадков, содержащих гигантское количество органических соединений, углеводородов. Эти осадочные породы проходят геохимические циклы преобразований в земной коре. Рыхлые слои уплотняются, взаимодействуют с подземными водами, претерпевают физические и химические превращения.

Примерно до глубины 1 км эти изменения не приводят к образованию нефти (если не считать редких исключений из правила). При температуре выше 60°, но не более 200 °C, в осадочных отложениях, преимущественно в глинах и глинистых известняках, пронизанных органическим веществом, начинает созревать нефть. Такие условия имеются обычно на глубинах от 2 до 6 км. В этой зоне реализуется главная фаза образования нефти.

Формирование крупных нефтяных залежей продолжается миллионы лет. Чтобы оно завершилось успешно, требуется сочетание многих благоприятных факторов: область устойчивого прогибания земной коры, накопление богатых углеродными соединениями осадков, хорошие коллекторы нефти и ловушки, надёжная изоляция залежей нефти от высоких температур и доступа свободного кислорода.

Формирование крупных нефтяных залежей продолжается миллионы лет

Такова современная осадочно-миграционная теория происхождения нефти. Учёные сумели восстановить последовательную историю – порой детально, порой с пробелами – подземных судеб одного из самых замечательных огнеопасных продуктов Биосферы.

Система кристаллов

Геохимия и геофизика – науки о Земле, а геометрия – раздел математики. Здесь на первом месте именно земля, ибо вначале было измерение территорий. Хотя потом геология стала изучать реальные природные тела и явления, а математика – идеальные.

Из геологических наук наиболее прочно связана с математикой теоретическая кристаллография. У её истоков – научно-популярная работа немецкого астронома Иоганна Кеплера «О снежинке» (1615). Наблюдая снежинки, он вывел закон постоянства углов граней кристаллов определённого вещества, какого бы размера этот кристалл ни был. Это мысль о том, что материя состоит из мельчайших атомов разной формы. Затем вернулись к античной идее представлять их в виде мельчайших шариков. Позже выяснилось, что атомы имеют разную структуру…

Напоминаю об этих перепутьях научной мысли, чтобы высказать мысль, которая меня некогда поразила, хотя кому-то может показаться тривиальной. Оказывается, абстрактные математические идеи способны помочь в познании реальной природы. (Так и реальная природа может навести математика на новые идеи.)

Об этом важно помнить, когда речь идёт об открытиях сугубо теоретических и абстрактных. Именно такое открытие сделал Евграф Степанович Фёдоров (1853–1919) – кристаллограф, геолог, минералог, геометр. Как многие из тех, кто достиг незаурядных результатов в творчестве, Евграф Фёдоров не ограничивал свой умственный кругозор одной избранной специальностью.

Он вспоминал: «В 1863 году мне как-то попала на глаза элементарная геометрия Шульгина – небольшой учебник, написанный для кадетских корпусов. Я шутя начал читать первые страницы этого учебника, но содержание этих страниц с самого начала вызвало такое созвучие струн моей психики, что я был буквально увлечён этим чтением; каждое слово, каждая фраза учебника с такой силой отпечатлелись в моём уме, что непрерывно и без всякой остановки, так сказать, запоем прочтя эту книжонку, я на всю жизнь запомнил всё, что там написано».

Казалось бы, как говорится, прирождённый геометр. А он, окончив Военно-инженерное училище, уволился с военной службы, слушал лекции в Медико-хирургической академии, а поступил на химическое отделение Технологического института. Но и тут пробыл недолго.

Фёдоров не ограничивал себя наукой, его не прельстила роль учёного, отрешённого от мирской суеты. Он обдумывал жизнь общества, в котором и за счёт которого существовал. Решив бороться за справедливость, свободу, равенство и братство, он вступил в революционную партию «Земля и воля». Участвовал в организации дерзкого побега П.А. Кропоткина из тюремной больницы.

Через всю его жизнь прошла любовь к геометрии. Ещё в юности он начал работать над капитальным трудом – «Начала учения о фигурах». Замысел колоссальный. Напоминает «Математические начала натуральной философии» Ньютона. Если не ошибаюсь, суть «Начал» Фёдорова в первенстве геометрии реальных природных тел, а не идеальных евклидовых фигур на плоскости. Например, вместо угла на плоскости, берётся «телесный угол», в объёме, как у натуральных граней. Получается геометрия реального пространства трёх измерений, а не абстрактных фигур на плоскости.

Проблемы симметрии навели его на мысль изучать кристаллы. «В 1880 году, – вспоминал он, – с толстой рукописью в руках я вступил в качестве слушателя на 3‐й курс Горного института, а моя рукопись «Начала учения о фигурах» не находила доступа в печать».

Е.С. Фёдоров

Её раскритиковали, отчасти справедливо, некоторые крупные математики. Однако идеи Фёдорова заинтересовали профессора Петербургского артиллерийского училища, впоследствии академика А.В. Гадолина, автора классического труда «Вывод всех кристаллографических систем и их подразделений из общего начала» (1868), где доказано, что существует только 32 класса кристаллов.

Окончив Горный институт, Фёдоров участвовал в экспедициях на Урал. Изобрёл двукружный гониметр (1889) – измеритель углов в кристаллах – и универсальный столик для микроскопа (1891). Изучал рудные месторождения Урала и Кавказа.

Главное теоретическое достижение Е.С. Фёдорова – вывод 230 пространственных групп симметрии, получивших его имя в работах «Этюды по аналитической кристаллографии» (1885, 1887) и «Симметрия правильных систем фигур» (1891).

В те же годы в Московском университете читал лекции по кристаллографии В.И. Вернадский. Он прослеживал развитие идей, уделяя главное внимание физике кристаллов, а не геометрии. Но подчёркивал: «Задача кристаллический структуры сводится к решению геометрического вопроса: сколько может быть различных правильных группировок точек-атомов, однородно заполняющих пространство.

Зонке (немецкий математик) не решил окончательно этой задачи. В общих чертах, однако, он показал, что все возможные системы точек располагаются… в пределах 32 кристаллических строений, причём почти каждому строению отвечает несколько возможных систем точек-атомов».

Фёдоров пояснял в предисловии к своей работе: «Здесь даётся полный вывод всех правильных систем точек и намечен вывод возможных видов структур кристаллов. Системы Зонке находятся в числе других систем лишь как особый частный случай и называются простыми системами. Каждая система строго определяется алгебраическими уравнениями».

Мне трудно понять, как такие абстрактные построения соотносятся с природными телами, не имеющими идеальной структуры (что хорошо, ибо отклонения от полной симметрии – залог изменений, развития). Сошлюсь на мнение специалиста, члена-корреспондента АН СССР математика Б.Н. Делоне: «Новизна и важность тех вопросов, которые поставил, а частично и решил Фёдоров в геометрии, заставляют признать его одним из выдающихся геометров мира.

Кому из геометров посчастливилось создать такое открытие, как вывод 230 групп, которые будут всегда нужны всем, кто будет заниматься структурой твёрдого вещества и для которых достижения Стенона, Гаюи, Гадолина, Браве, Зонке являются как бы предисловием?»