Текст книги "История науки"

Геология

Отрасль знания, ставящее своей целью понять, как формировалась земная кора, называется ГЕОЛОГИЯ.

Термин «геология» впервые появился в XIV веке, когда благочестивый епископ Ричард де Бери (1287–1354) разделил все науки на «геологию» (науки о «земном») и «теологию» (науки о «небесном»). Термин «геология» в понимании епископа де Бери, был синонимом современного термина «естественные науки».

В современном смысле термин «геология» впервые употребил в конце XVI века итальянский натуралист Улиссе Андрованди (1522–1605). Но широкое распространение этот термин получил лишь в конце XVIII века благодаря Орасу де Соссюру (1740–1799).

Мысль о том, что лик Земли со временем изменялся, появилась впервые в Древней Греции. Так, склонный к вольномыслию древнегреческий поэт Ксенофан (570–475 до н. э.) обратил внимание на то, что в горах можно найти камни с отпечатками растений и животных. В том числе и морских. Ксенофан сделал вывод о том, что какие-то участки суши некогда были морем.

В IV веке до нашей эры древнегреческий натуралист Теофраст (372–287 до н. э.) написал работу «О камнях», в которой описал ряд минералов.

В XI веке персидский ученый Аль-Бируни (973 – 1048) изучил горные породы в различных районах Индии и пришел к выводу о том, что они формировались постепенно. По мнению Аль-Бируни на территории Индии когда-то было море.

На высоких обрывах на берегах рек часто можно увидеть горизонтальные слои, отделенные друг от друга резкими границами. В XVII веке датский естествоиспытатель Нильс Стенсен (1638–1686), ставший в дальнейшем католическим епископом Николаем Стено, высказал идею о том, что эти слои образовались в результате постепенного оседания каких-то мелких частиц: песка, глины и т. д.

Н. Стенсен сформулировал ряд важных утверждение о том, как формируются такие слои.

Утверждение первое: Слой осадков образуется в результате оседания частиц из воды.

Утверждение второе: Слой осадков изначально непрерывен, но затем может расчленяться.

Утверждение третье: Нижележащие слои образовались раньше, чем вышележащие.

Утверждение четвертое: слои осадков изначально горизонтальны, но в дальнейшем могут деформироваться.

В своей работе, опубликованной лишь после смерти автора в 1705 году, выдающийся физик Роберт Гук (1635–1703) предположил, что недра Земли раскалены, за счет чего и происходят землетрясения и извержения вулканов.

В 1759 году итальянский геолог Джованни Ардуино (1714–1795) разделил все слои на ПЕРВИЧНЫЕ (образовавшиеся до Всемирного потопа), ВТОРИЧНЫЕ (образовавшиеся во время потопа), ТРЕТИЧНЫЕ (образовавшиеся после потопа) и ЧЕТВЕРТИЧНЫЕ (вулканические). Понятия первичных и вторичных осадочных слоев из современной науки исчезло, а третичных и четвертичных – сохранилось, хотя в настоящее время их никак не связывают со Всемирным потопом.

В 1763 году Великий Русский естествоиспытатель Михаил Васильевич Ломоносов (1711–1765) опубликовал труд «О слоях земных». В этом труде Ломоносов писал, что лик Земли постепенно изменяется под действием внутренних и внешних и внутренних причин. К числу внутренних причин Ломоносов относил процессы, происходящие в раскаленных земных недрах, к числу внешних – ветер, водные потоки, перепады температур и т. д. Ломоносов весьма осторожно высказал мысль о том, что история Земли продолжалась значительно дольше 7 тысяч лет, отводимых на эту историю Библией.

В конце XVIII века геолог Абраам Вернер (1749–1816) ввел понятие ГОРНАЯ ПОРОДА и привел многочисленные свидетельства в пользу того, что определенные минералы встречаются, преимущественно, в определенных горных породах.

По мнению А. Вернера горные породы образуются в результате оседания веществ из морской воды. Он распространял этот вывод и на такие породы, как БАЗАЛЬТ, которые, как мы знаем сегодня, сформировались в результате вулканической деятельности.

Однако сам термин «горные породы» А. Вернер не использовал. Его впервые ввел в оборот в 1798 году русский естествоиспытатель Василий Михайлович Севергин (1765–1826).

Вулканическую деятельность А. Вернер объяснял подземным горением каменного угля.

В 1785 году английский геолог Джеймс Хаттон (1726–1797) подготовил большой доклад «Теория Земли», на основе которого в дальнейшем написал книгу с тем же названием. В докладе и книге он сформулировал ряд идей, важных для дальнейшего развития геологии. Хаттон считал, что недра Земли раскалены. Энергия раскаленной лавы поднимает горы, затем эти горы подвергаются медленному разрушению (ЭРОЗИИ), продукты этого разрушения оседают на дне водоемов.

Джеймс Хаттон первым предложил концепцию актуализма, согласно которой облик Земли сформировали те же процессы, которые действуют и в настоящее время. В дальнейшем предложенный Дж. Хаттоном принцип актуализма развил Чарльз Лайелль (1797–1875).

В отличии от А. Вернера Дж. Хаттон считал, что базальт образовался не путем оседания мелких частиц, а в результате затвердевания вулканической лавы. Сторонники этой точки зрения получили в дальнейшем название ПЛУТОНИСТОВ, сторонники взглядов А. Вернера – НЕПТУНИСТОВ.

Дж. Хаттон первым высказал идею о том, что Земля возникла не 7 тысяч лет назад, а значительно раньше. Это предположение привело Хаттона к конфликту с церковными кругами.

Широкую известность приобрела фраза Джеймса Хаттона «Настоящее – это ключ к будущему».

Джеймс Хаттон поддерживал идею биологической эволюции и даже высказывал мысли, отдаленно напоминающие теорию естественного отбора Ч. Дарвина.

В 1815 году Уильям Смит (1769–1839) составил ГЕОЛОГИЧЕСКУЮ КАРТУ Англии, на которой указал распространение горных пород в разных районах страны. Это была первая в истории геологическая карта.

В начале XIX века быстрыми темпами стала развиваться ПАЛЕОНТОЛОГИЯ, изучающая ископаемые организмы. Вначале ею занимались исключительно биологи, но геологи довольно быстро осознали ее значение для геологии. У. Смит (тот самый, который составил первую геологическую карту) сформулировал идею о том, что если расположенные в разных местах горные породы содержат остатки одних и тех же ископаемых животных и растений, то это значит, что они образовались приблизительно в одно и то же время.

Оказалось, однако, что горные породы, содержащие остатки одних и тех же ископаемых животных и растений, могут быть совершенно разными. В 1838 году швейцарский геолог Аманц Грессли (1814–1865) для одновозрастных, но различных пород предложил термин ФАЦИИ. Образование в одно и то же время разных фаций А. Грессли объяснил различием физико-географических условий.

Изучение ископаемых остатков в различных горных породах в различных районах Земли позволило разделить историю Земли на отдельные ПЕРИОДЫ.

Вначале сформировалось разделение истории Земли на Эры, затем эры объединили в периоды.

В 1822 году Уильям Конибир (1787–1857) и Уильям Филлипс (1775–1828) выделили КАМЕННОУГОЛЬНЫЙ период.

В том же 1822 году бельгийский геолог Жак Омалиус д Аллуа (1783–1875) выделил МЕЛОВОЙ период.

В 1829 году Александр Броньяр (1770–1847) на основании исследований, выполненных в 1822 году Александром Гумбольдтом (1769–1859), выделил ЮРСКИЙ период.

Геолога Александра Броньяра не следует путать с его сыном, выдающимся палеоботаником Адольфом Броньяром (1801–1876).

В 1834 году Фридрих Альберти (1795–1878) выделил ТРИАСОВЫЙ период.

В 1835 году Адам Седжвик (1785–1873) выделил КЕМБРИЙСКИЙ период.

Геолога Адама Седжвика не следует путать с его племянником, который был зоологом и которого тоже звали Адам Седжвик. Адам Седжвик младший (1854–1913) вошел в историю науки своей в высшей степени оригинальной гипотезой происхождения Кольчатых червей от… Коралловых полипов. Как ни удивительно, но в настоящее время в пользу этой гипотезы имеются серьезные доводы.

В том же 1835 году Родерик Мурчисон (1792–1871) выделил СИЛУРСКИЙ период. Значительно позже в 1879 году, Чарльз Лапуорс (1842–1920) разделил Силурский период на ОРДОВИКСКИЙ и собственно Силурский.

В 1839 году Родерик Мурчисон выделил ДЕВОНСКИЙ период.

Наконец, в 1845 году Родерик Мурчисон выделил ПЕРМСКИЙ период.

Пермский период был выделен Р. Мурчисоном на основании изучения геологических отложений на Урале. В память об этом событии во дворе школы № 9 гор. Перми был установлен камень с соответствующей надписью.

После выделения периодов их начали объединять в ЭРЫ. В 1839 году Адам Седжвик выделил Палеозойскою эру. Однако он включал в неё только Силурский и Девонский периоды. В современном объеме ПАЛЕОЗОЙСКУЮ эру выделил Джон Филлипс (1800–1874) в 1841 году. В том же году он выделил и МЕЗОЗОЙСКУЮ эру. А в 1861 году тот же Джон Филлипс выделил и КАЙНОЗОЙСКУЮ эру.

На сегодняшний день последовательность периодов Палеозойской эры выглядит следующим образом: кембрийский, Ордовикский, Силурский, Девонский, Карбоновый, Пермский.

Последовательность периодов Мезозойской эры: Триасовый, Юрский, Меловой. В Кайнозойской эре выделяют Палеоген и Неоген. Последовательность этих периодов легко запомнить с помощью запоминалки: «Каждый отличный студент должен курить папиросы. Ты, Юра, мал. Подожди немного».

Существовавшие в XIX веке методы не давали возможности установить, сколько времени продолжался каждый период. Однако они позволяли определить, какой период за каким следовал. Поэтому созданную в XIX веке периодизацию истории Земли называют ОТНОСИТЕЛЬНОЙ, в то время как современную периодизацию, довольно точно указывающую длительность каждого периода, считают АБСОЛЮТНОЙ.

Таким образом, к середине XIX века сформировалось разделение истории Земли на эры и периоды, в основных чертах близкое к современному.

Периодизация история Земли до начала Палеозойской эры сложилась позже. В 1865 году немецкий геолог Карл Бернард фон Котта (1808–1879) предложил выделить ЭОЗОЙСКУЮ эру, которая предшествовала Палеозойской. Но это название не привилось и было вытеснено терминами АРХЕЙСКАЯ эра (предложено американским геологом Джеймсом Дана (1813–1895) в 1872 году) и ПРОТЕРОЗОЙСКАЯ эра (предложено в 1888 г.). В дальнейшем название «Архейская эра» закрепилось за более древним, а «Протерозойская эра» – за более поздним этапом допалеозойской истории Земли.

В 1945 году советский геолог Николай Сергеевич Шатский (1895–1960) выделил в составе Протерозойской эры РИФЕЙСКИЙ, а в 1952 году Борис Сергеевич Соколов (1914–2013) между концом Рифейского периода и началом палеозойской эры выделил ещё ВЕНДСКИЙ период.

Исследователи неоднократно пытались оценить возраст Земли. Согласно Священному Писанию этот возраст был небольшим – немногим более 7 тыс. лет. На основании анализа Библейских источников епископ Джеймс Ашшер (1581–1656) пришел к выводу о том, что Земля была создана 23 октября 4004 года но н. э. Однако многие исследователи предполагали, что Земля значительно старше. В начале XVIII века французский дипломат и геолог-любитель Бенуа де Майе (1656–1738) оценил возраст Земли в 2.4 млрд. лет. Другие исследователи считали Землю более молодой. Так физик Уильям Томсон (лорд Кельвин) (1824–1907) предложил в 1869 года модель остывания Земли. По его расчетам возраст Земли составлял несколько десятков миллионов лет. В 1896 году математик Джон Перри дал верхнюю оценку возраста Земли. По этой оценке возраст Земли не превышал 4 млрд. лет.

Возраст Земли удалось окончательно установить лишь в XX веке благодаря использованию изотопных методов. По современным данным он составляет 4.55 млрд. лет.

В начале XIX века резкие границы между отдельными периодами объяснялись периодическими КАТАСТРОФАМИ. Однако после работ Чарльза Лайелля (1797–1875), выполненных в конце 1820-х годов, это мнение значительно поколебалось. Лайелль убедительно показал, что многие факты вполне можно объяснить, не пользуясь предположениями о катастрофах. На очень большом фактическом материале он окончательно обосновал ПРИНЦИП АКТУАЛИЗМА, согласно которому облик Земли постепенно формируют те же силы, которые действуют и в настоящее время.

Чарльз Лайелль был очень интеллигентным и порядочным человеком. Он был открыт для новых идей и умел признавать свою неправоту. Длительное время Ч. Лайелль был противником теории биологической эволюции, но в конце жизни признал правоту Чарльза Дарвина.

Осмысливая исследования Ч. Лайелля, английский философ Уильям Уэвелл (1794–1866) в 1832 году предложил термин УНИФОРМИЗМ. Униформизм в широком смысле – это предположение о том, что законы природы не меняются со временем. Это предположение является одной из основ современной научной картины мира. Униформизм в более узком смысле – это предположение о том, что в прошлом происходили те же самые процессы, что происходят и в настоящее время.

С середины XIX века геологи начали изучать механизмы процессов горообразования.

В 1850-х годах американский геолог Джеймс Холл (1811–1898) обнаружил, что Аппалачские горы покрыты достаточно толстым слоем осадочных пород. Во многих случаях этот слой был более толстым, чем на равнинах. Дж. Холл предположил, что на месте горных хребтов когда-то существовали глубокие узкие впадины, а затем в этих впадинах поднялись горы.

Для таких узких полос, в которых возникают впадины, способные превращаться в горные хребты, другой американский геолог Джеймс Дана (1813–1895) предложил термин ГЕОСИНКЛИНАЛИ.

На основании представлений о геосинклиналях выдающийся французский геолог Эмиль Ог (1861–1927) создал глубокую теорию, описывающую динамику земной коры. Ог считал, что земная кора состоит из устойчивых участков (ПЛАТФОРМ), разделяемых узкими полосами неустойчивости – геосинклиналями. В геосинклиналях могут образовываться как глубокие провалы, так и высокие горные хребты. И более того, на месте провалов могут быстро вырастать горные хребты. А на платформах ничего особенного не происходит. Платформы могут медленно подниматься и опускаться, в них могут образовываться небольшие прогибы выпуклостью и вверх и вниз. Платформы могут затопляться водой (это явление называют ТРАНСГРЕССИЕЙ) а затем вновь освобождаться от воды (что называется РЕГРЕССИЕЙ), однако каких-то резких движений на платформах не происходит. Резкие изменения рельефа Земли происходят именно на геосинклиналях.

Выдающейся заслугой Эмиля Ога стало создание уникального по глубине и продуманности учебника геологии для ВУЗов. Этот учебник активно использовался студентами вплоть до середины XX века. Он интересен и для современного читателя.

Важную роль в формировании представлений о конкретной истории Земли сыграли работы австрийского геолога Эдварда Зюсса (1831–1914), выпустившего в 1880-х годах фундаментальный трехтомный труд «Лик Земли». Он высказал гипотезу о том, что Южная Америка, Африка, Австралия и Антарктида когда-то были огромным единым континентом – ГОНДВАНОЙ. А между Евразией и Гондваной располагался огромный океан – ТЕТИС, остатком которого является Средиземное море. В XX веке эти идеи получили серьезное развитие в рамках ТЕКТОНИКИ ПЛИТ.

В 1875 году Эдвард Зюсс ввел в науку термин БИОСФЕРА.

В 1886-87 годах французский геолог Марсель Бертран (1847–1907) сформулировал представления о периодичности процессов горообразования. Исследуя осадочные породы в горах, он показал, что в истории Земли было несколько кратковременных ЭПОХ АКТИВНОГО ГОРООБРАЗОВАНИЯ. Бертран выделил четыре таких эпохи: ГУРОНСКУЮ (Протерозойская эра), КАЛЕДОНСКУЮ (середина Палеозойской эры), ГЕРЦИНСКУЮ (граница Палеозойской и Мезозойской эры) и АЛЬПИЙСКУЮ (Кайнозойская эра). В настоящее время разные исследователи выделяют разное число эпох активного горообразования.

Наиболее интересной геологической концепцией, созданной в XX веке, стала концепция ДВИЖЕНИЯ ЛИТОСФЕРНЫХ ПЛИТ.

До середины XX века подавляющее большинство геологов считала, что материки неподвижны и находятся там, где они всегда и находились. Земная кора материков может подниматься и опускаться, но неспособна к горизонтальным движениям. Однако постепенно накапливались факты, позволяющие усомниться в этом утверждении.

В 1620 году выдающийся философ Френсис Бэкон (1561–1626) обратил внимание на удивительный факт: очертание западного побережья Африки почти точно совпадает с очертанием восточного побережья Южной Америки. Насколько известно, Бэкон никак не пытался объяснить этот странный факт.

В 1756 году увлекавшийся геологией немецкий священнослужитель Теодор Лилиенталь (1717–1781) высказал предположение о том, Африка и Южная Америка когда-то были единым континентом. Ниспослав людям за их грехи всемирный потоп, Господь расколол этот континент и раздвинул материки. Из гипотезы Лилиенталя следовало, что материки могут перемещаться в горизонтальном направлении, хотя бы и по Воле Божией.

Впрочем, задолго до Лилиенталя, ещё в 1668 году, мысль о возможности движения материков выдвинул французский натуралист Франк Плаке. А в 1877 году к этой же мысли пришел Евграф Васильевич Быханов (1839–1915).

Евграф Васильевич Быханов жил в маленьком русском городе Ливны (ныне в Орловской области) и преподавал пение в местном духовном училище. Он увлекался астрономией, создал в училище астрономический кружок и даже убедил руководителей училища приобрести для учеников телескоп.

Евграф Васильевич был очень любознательным человеком, много читал и весьма критически относился к прочитанному. Его, в частности, не удовлетворяли существовавшие в те годы представления о происхождении Солнечной системы. Он разработал свою собственную теорию и изложил её в книге «Астрономические предрассудки и материалы для составления новой теории образования планетной системы», анонимно опубликованной в 1877 году. В этой же книге он выдвинул и некоторые другие интересные идеи, в частности идею о том, что материки могут перемещаться в горизонтальном направлении и менять свое расположение друг относительно друга.

Книга Е. В. Быханова не вызвала никакого интереса в российских научных кругах. И в те времена, и в наши дни большинство деятелей науки не интересуются идеями, которые выдвигают люди «не нашего круга». А за рубежом о работах Быханова просто никто не знал. В 1894 году Е. В. Быханов выпустил вторую книгу, но результат был тем же.

Интересы Е. В. Быханова были достаточно разносторонними. Он хорошо рисовал, сочинял музыку, увлекался спортом. В молодости он совершил восхождение на Казбек. Последние годы жизни Быханов посвятил садоводству. Переселившись в город Елец, он создал питомник древесных растений. Деревья, выращенные в этом питомнике, вывозили во многие города Орловской и не только Орловской губернии, используя их для озеленения. Один из липецких парков до сих пор называют «Быханов сад».

Историк Н. Селезнев, написавший работу о Е. В. Быханове, поставил в качестве эпиграфа к своей работе стихи из пьесы Эдмона Ростана (1868–1918) «Сирано де Бержерак» (в переводе выдающегося русского философа Владимира Сергеевича Соловьева (1853–1900)):

 
Прохожий, стой, здесь похоронен тот,
Кто жизнь прожил вне всех житейских правил,
Он музыкантом был, но не оставил нот,
Он был философом, но книг он не оставил.
Он астрономом был, но в небе звёздном
Затерян навсегда его ученый след.
Он был поэтом, но поэм не создал,
Но жизнь свою он прожил, как поэт.
 

Как справедливо говорил ученый кот Котангенс из «Плутишкиной сказки» В. Озерова «Настоящие ученые – всегда поэты. Даже если они не пишут стихи».

Достоянием большой науки идею горизонтального движения материков сделал Альфред Вегенер (1880–1930). Он не был геологом, его специальностью была метеорология (то есть, изучение погоды и климата). Кроме того, он увлекался полярными исследованиями и неоднократно бывал в экспедициях. О его работах мы поговорим в разделе, посвященном науке 20 века.

Вопросы:

**. Кто и когда придумал термин «геология»? Что он первоначально обозначал?

**. В чем заключается вклад Н. Стенсена в геологию?

**. В чем вклад Д. Хаттона в геологию?

**. В чем заключается «принцип актуализма»?

**. Что такое геологическая карта?

**. В чем разница между абсолютной и относительной периодизацией истории Земли?

**. Что такое «фации»?

**. Что такое платформы и геосинклинали?

Вопросы для любителей подумать:

**. Какие факты могут свидетельствовать о том, что на месте какого-то участка суши когда-то было море?

**. Всегда ли слои осадков располагаются горизонтально? Какие процессы могут нарушать их горизонтальность?

**. Придумайте веселую запоминалку, позволяющую запомнить последовательность геологических периодов.

**. Как по-Вашему, почему первая геологическая карта была создана именно в Англии?

**. Отрицает ли современная геология возможность крупных геологических катастроф?

**. Только ли для геологии важен принцип актуализма? В каких ещё науках он играет важную роль?

**. Какая периодизация истории Земли сложилась раньше: относительная или абсолютная?

**. Балтийское море и Онежское озеро когда-то были частями единого водоема. За счет каких процессов между ними могла возникнуть сухопутная граница?

**. Какие факты могут свидетельствовать о том, что в прошлом Балтийское море и Онежское озеро представляли собой единый водоём?

**. Какие факты могут дать основания для вывода о том, что процесс горообразования шел неравномерно во времени?

**. Как по-Вашему, почему научная общественность и в России и в мире никак не прореагировала на работы Е. В. Быханова?