Современные проблемы геологии

В настоящее время основное внимание исследователей приковывает обсуждение двух проблем. Одна из них – глубинная геодинамика, а именно процессы, протекающие в переходной от верхней к нижней мантии зоне, на их границе, а также на границе мантии и ядра, на границе внутреннего и внешнего ядра. Соответствующие исследования направлены на решение вопроса, является ли конвекция в мантии общемантийной или протекает раздельно в верхней и нижней мантии, или, наконец, один тип конвекции периодически сменяет другой во времени (тепловая и термохимическая), а также преобладает ли конвекция одного из этих типов, либо, что более вероятно, взаимодействуют оба.

Второй, сопряженный с первым вопрос заключается в выяснении подлинной роли мантийных струй - плюмов - и положения их корней. Концепция предложена Дж. Вилсоном в 1963-1965 гг. и Дж. Морганом в 1971 г. Эта концепция была выдвинута для объяснения явлений внутриплитного магматизма и получила широкое распространение. В основе ее лежит идея о том, что мантийные струи - плюмы зарождающиеся глубоко в мантии, как бы «прожигают» движущиеся на более высоком уровне литосферные плиты, создавая линейные цепи вулканов с закономерным удревнением их возраста в направлении движения плиты, пересекающей «горячую точку». Эта гипотеза была обоснована на примере Гавайского архипелага и Императорского хребта в Тихом океане.

В последнее время тектоника плюмов становится если не альтернативой, то почти равноправным партнером теории тектоники плит. Доказывается, что глобальный масштаб выноса глубинного тепла через «горячие точки» превосходит тепловыделение в зонах спрединга СОХ. Но пока еще в проблеме плюмов остается много неясного, а именно с какой конкретно глубины начинаются их корни.

Сейсмотомография и сейсмика отраженных волн показали, что не только океанская, но и континентальная кора может погружаться в зонах субдукции на значительные глубины, достигающие 200-300 км. Прямым доказательством этого служат микровключения минералов — индикаторов высоких давлений (коэсита, микроалмазов, клиноэнстатита и др.) в эклогитах, гранатовых перидотитах и мраморах, обнаруженные в ряде районов. Вопрос о том, как эти породы вновь оказались на поверхности Земли, составляет особую проблему их эксгумации (эдукции).

В контексте проблемы глобальной геодинамики остается открытым вопрос о роли движущих сил геодинамических процессов. Помимо модели мантийной конвекции разного ранга, в последние годы появились модели, в которых в качестве варианта или даже основной причины перемещения литосферных плит рассматривается ротационный фактор, связанный с вращением Земли (по существу, это возврат к модели А. Вегенера).

В настоящее время имеются достаточные предпосылки для учета влияния космических факторов на характер протекающих на Земле процессов, связанных в основном с приливным воздействием Луны. Более спорным представляется вопрос о влиянии на внутри-земные процессы дальнего космоса.

Еще одна из главных проблем современной геологии касается ранней истории Земли. Исходным моментом здесь служит само становление Земли как планеты 4,6 млрд. лет назад. В последние годы взгляды специалистов в области планетной космогонии претерпели коренные изменения. Новые факты заставили их вернуться к давно оставленным представлениям об изначально горячей, по мнению некоторых даже полностью расплавленной Земле. Во всяком случае, весьма популярной стала идея о существовании на самой ранней стадии развития Земли у ее поверхности или на небольшой глубине «магматического океана». Все больше данных свидетельствуют и об очень ранней дифференциации Земли на оболочки с выделением ядра, разделением мантии на обедненную и обогащенную некогерентными элементами. Приходится допустить и раннее появление на Земле коры, включая кору, близкую к континентальной, — «серогнейсовую». Но вопрос о способе образования этой коры и существовании более древней и более мафической коры нельзя считать вполне решенным.

Также нельзя считать до конца решенным и вопрос о начале действия в истории Земли настоящего, т.е. подобного современному, механизма тектоники плит. Доказанным можно полагать, что такой стиль тектонического развития был характерным уже для позднего архея, т.е. начиная с 3,0 млрд лет назад. Но только с позднего протерозоя тектоносфера стала развиваться по сценарию, практически неотличимому от современного.

Еще одна проблема связана со временем образования пра-Тихого океана — Панталассы — и возникновения фундаментальной диссимметрии Земли, ее разделения на океанское и преимущественно континентальное полушария. Достоверно известно лишь, что гидросфера появилась в начале архея, что уже в архее и тем более протерозое существовали глубоководные бассейны и что Тихий океан должен был возникнуть не позднее конца протерозоя. Признаки почти всеобщего осушения площади современных континентов в конце раннего протерозоя, около 1,7 млрд. лет назад, возможно, подсказывают, что с этого времени, когда в одном полушарии Земли образовался суперконтинент — ранняя Пангея, на другом полушарии должна была обособиться Панталасса — Мировой океан. Однако в последнее время ряд исследователей, основываясь на сходстве разрезов позднего протерозоя востока Австралии и Антарктиды, с одной стороны, и запада Северной Америки — с другой, пришли к выводу, что еще в начале позднего протерозоя они представляли единый континентальный массив Родинию. Затем начали разъединяться с образованием континентальной же рифтовой системы, и лишь в начале палеозоя между ними открылся океан — прообраз современной Пацифики.

Другая проблема, продолжающая волновать исследователей, — это причина периодического проявления на Земле великих покровных оледенений. Чередование в пределах этих периодов ледниковых и межледниковых эпох получило удовлетворительное объяснение в давно предложенной гипотезе (теперь теории) М. Миланковича, связавшего это чередование с изменениями инсоляции, вызываемыми, в свою очередь, изменениями параметров осевого вращения Земли (прецессии, нутации, изменения наклона земной оси). Однако само появление крупных ледниковых щитов требует другого объяснения. Особенно трудно объяснить крупнейшее оледенение конца протерозоя, охватившее не только высокие, но и достаточно низкие широты.

Ряд очень серьезных проблем связан с возникновением и развитием жизни на Земле. Из них проблема возникновения жизни на Земле относится к числу главнейших во всем естествознании и имеет огромное мировоззренческое значение. На долю геологии выпадает определение условий, при которых могла появиться жизнь и которые исчезли позднее, что дало основание провозгласить тезис «все живое рождается только из живого». Особое место занимает проблема великих вымираний и обновлений органического мира, прежде всего на границе мела и палеогена.

Многие исследователи обратили внимание на совпадение крупных тектонических циклов со временем обращения Солнечной системы по галактической орбите — галактическим годом. Привлекательной представляется мысль о резонансе между изменениями в положении и условиях перемещения Земли в космосе и эндогенной активности Земли.

Проблема цикличности в истории Земли была поднята на самый высокий уровень установлением крупнейших циклов длительностью 500-600 млн. лет, выражающихся в становлении и распаде суперконтинентов — Пангей, из которых первая образовалась еще в конце архея.

Цикличность в истории Земли не предполагает отсутствия определенной направленности в развитии ее структуры. Напротив направленность, поступательная эволюция представляется более важной, чем цикличность, которая лишь осложняет эту направленность, обусловленную двумя факторами — истощением внутренней энергии Земли, запаса флюидов в ее недрах, и возрастанием роли органического мира, ее населяющего.

Нерешенные проблемы существуют не только в теоретической, но и в практической геологии. Одна из важнейших — прогнозирование времени землетрясений, в разработке которого, несмотря на большие усилия ученых и затраченные средства, еще не достигнуто решающего прорыва. Важен мониторинг и других природных катастроф — вулканических извержений, крупных оползней и обвалов. Актуальной задачей остается разработка прямых методов поисков залежей нефти и повышение отдачи нефтяных пластов. При участии геологов должны быть найдены рациональные методы добычи рудных залежей на дне океанов. Важной задачей геологов и других специалистов, является изыскание способов надежного и безопасного захоронения радиоактивных отходов.

 

Геология и геоэкология.

В настоящее время в геологии выделяется новое научное направление — экологическая геология, предметом изучения которой, по мнению В.Т. Трофимова и Д.Г. Зилинга, являются экологические функции литосферы, включающие ее ресурсную, геодинамическую, геофизико-геохимическую составляющие.

Геоэкология исследует все экологические сферы Земли (атмосфера, гидросфера, литосфера и др.). Экологическая геология исследует только литосферу.

Геоэкология — комплексная наука на стыке экологии, геологии, геохимии, биологии и географии. Зарождение геоэкологии связывают с именем немецкого географа К. Тролля, который ещё в 30-х годах 20 в. понимал под ней одну из ветвей естествознания, объединяющую экологические и географические исследования в изучении экосистем. В России широкое использование термина «геоэкология» началось с 1970-х годов, после упоминания его известным советским географом В. Б. Сочавой. Как отдельная наука окончательно сложилась в начале 1990-х годов 20 века.

Можно выделить по меньшей мере два крупных направления в понимании термина «геоэкология», в видении предмета, целей и задач этой науки:

Геоэкология рассматривается как экология геологической среды, при этом термины «геоэкология» и «экологическая геология» полагаются синонимами. При таком подходе геоэкология изучает закономерные связи (прямые и обратные) геологической среды с другими составляющими природной среды — атмосферой, гидросферой, биосферой, оценивает влияние хозяйственной деятельности человека во всех её многообразных проявлениях и рассматривается как наука на стыке геологии, геохимии, и экологии.

Геоэкология трактуется как наука, изучающая взаимодействие географических, биологических (экологических) и социально-производственных систем. В этом случае геоэкология изучает экологические аспекты природопользования, вопросы взаимоотношений человека и природы, для неё характерно активное использование системной и синергетической парадигм, эволюционного подхода. Здесь геоэкология рассматривается как наука на стыке географии и экологии.

Многие учёные считают геоэкологию результатом современного развития и синтеза целого ряда наук: географических, геологических, почвенных и других. Эти авторы выступают за широкое понимание геоэкологии, как интегральной науки экологической направленности, изучающей закономерности функционирования антропогенно измененных экосистем высокого уровня организации.

Роль экологической геологии стремительно возрастает и переходит от контроля за состоянием окружающей среды к мониторингу, т.е. отслеживанию хода ее изменений, к прогнозированию таких изменений и, наконец, к планированию рационального использования этой среды в различных целях (добыча полезных ископаемых, водоснабжение, строительство, отдых и др.) с максимальным сохранением природных условий.

В то время как развивающиеся страны остаются основными поставщиками минерального сырья, в промышленно развитых странах Северной Америки, Европы и отчасти Азии (Япония), где ресурсы этого сырья ограниченны или исчерпаны, геоэкологическое направление стало или становится основным в прикладной геологии. И все большее количество студентов-геологов избирают экологическое направление своей будущей специальностью. Учитывая все возрастающую заботу человечества о сохранении окружающей среды для будущих поколений, можно предвидеть дальнейшее развитие данного направления в прикладной, а соответственно и в теоретической геологии. Последнее следует из того, что геоэкология — типичный результат интеграции наук, включающий экологические направления практически всех наук о Земле, биологических, медицинских и социальных научных дисциплин.