Новейший период развития геологии (вторая половина ХХ в.)

Период	Характеристика периода, ведущие тектонические концепции	Научные революции в естествознании, лидеры развития	Выдающиеся ученые
Новейший (60-90-е гг. 10 в.)	Тектоника литосферных плит. Исследования Мирового океана, включая глубоководное бурение. Исследование земли из космоса. Геохронология докембрия. Изотопный уровень исследования вещества. Сверхглубокое бурение на континентах. Сейсмостратиграфия, сейсмотомография, палеомагнетизм. Экспериментальная минералогия и петрология, геохимия, космохимия. Математическое моделирование. Геоинформатика.	Физика, химия изотопов, выч. математика, космонавтика	Г. Хесс, Дж. Вилсон, Д.С. Коржинский

Г. Хесс выдвинул в 1960 г. концепцию расширения океанов за счет из разрастания от осей срединных хребтов. Предполагалось раздвижение континентов с новообразованием океанской коры между ними и их перемещение вместе с последней по поверхно­сти астеносферы под действием конвективных течений в мантии. Вайн и Мэтьюз в 1963 г. объяснили образование полосового маг­нитного поля океанов наложением 2-х процессов - спрединга ложа океанов и периодических инверсий магнитного поля Земли. В течение 1960-х гг. были получены данные палеомагнетизма - определения остаточного магнетизма континентальных пород. Было обнаружено, что ориентировка магнитного поля прошлых геоло­гических эпох отличается от современной, причем тем больше, чем древнее эпоха. В 1965 г. Дж. Вилсон обнаружил закономерное удревнение возраста океаничес­ких островов по мере удаления в обе стороны от оси срединных хребтов. Все эти открытия были положены в основу новой тектонической концепции – тектоники литосферных плит.

К 1967 г. благодаря появлению мировой сети сейсмических станций окончательно прояснилась картина распределения сейсмической активности Земли. Очаги землетрясений оказались локализованными в узких зонах, приуроченных к рифтовым и вообще осевым зонам срединно-океанических хребтов, к глубоководным желобам и к Альпийско-Гималайскому поясу активного горообразования.

Глубоководное бурение началось в 1968 г. Этому предше­ствовал проект Мохо (1961), целью которого было вскрытие мантии и опреде­ление характера ее границы с корой. Вскрыли базальты второго слоя океанской коры. С судна «Гломар Челленджер» в 70-х гг. были впервые проведены крупномасштабные исследования ложа океанов и их осадочного чехла. Затем такое бурение было проведено с «Джойдес Резолюшн». Важно то, что в океанах не было обнаружено осадков и базальтов древнее среднеюрских; это означает, что кора совре­менных океанов начала формироваться лишь в юре. Данные бурения в сочетании с картированием магнитных аномалий позволили составить карту возраста ложа оке­анов.

В 1980-е гг. начались исследования, направленные на прямое измерение современных движений литосферных плит. Результаты этих измерений дали сопоставимый между собой материал о величинах горизонтальных смещений литосферных плит и внутриплитных деформаций.

В 80-е гг. были начаты исследования глубоких недр Земли методом сейсмической томографии, заключающимся в обработке сверхмощных компьютерах огромного массива информации, содержащейся в десятках тысяч записей землетрясений, с целью обнаружить изменения скорости распространения сейсмических волн на различных уровнях в мантии Земли. Ученые выявили существование подобных изменений, что послужило доказательством существования в мантии конвективных течений. В 1906 г. Штейнманн выделил офиолитовый комплекс. Тот факт, что офиолиты известны не только из кайнозоя и позднего мезозоя, но и из раннего мезозоя, палеозоя и позднего протерозоя, а в последнее время были обнаружены и в раннем протерозое и даже в позднем архее, служит указанием на суще­ствование океанических бассейнов, или, во всяком случае, бассей­нов с корой океанского типа, уже начиная с позднего архея. Очень большое значение приобрели данные по изотопии стронция и неодима для определе­ния мантийного или корового происхождения магмы.

Сейсмотомография подтвердила не только реальность субдукции, но и возможность погружения слэбов до границы с ядром. Томография подтвердила и реальность термохимической конвекции. Была также выявлена проблема мантийный плюмов.

С началом применения мощных компьютеров появилась возможность резкого ускорения получения геофизической информации, ее регистрации, обработки и интерпретации с применением цифрового кодирования. Сейсмическими методами отраженных волн было изучено строение земной коры в пределах покровно-складчатых сооруже­ний и платформ, а методом преломленных волн были выявлены границы раздела внутри коры. Развитие сейсмостратиграфии, выражающейся в составлении исключительно деталь­ных и наглядных профилей через осадочные бассейны с помощью многоканальной сейсмики отраженных волн. Развитие глубинной сейсмики позволило установить расслоенность земной коры и литосферы, выявить различные геологические свойства глубинных участков земной коры на континенте, определить аномальные мощности литосферы.

В настоящее время в геологии выделяется новое научное направление – экологическая геология, предметом изучения которой являются экологические функции литосферы. Роль экологической геологии состоит в контроле за состоянием окружающей среды и ее мониторингу.

 

55. «Критический» период развития геологии (первая половина ХХ в.).

Период	Характеристика периода, ведущие тектонические концепции	Научные революции в естествознании, лидеры развития	Выдающиеся ученые
Критический (до 1960-х гг.)	Развитие учения о геосинклиналях, орогенах и платформах. Появление мобилизма. Кристаллохимический этап изучения вещества. Развитие геохимии, сейсмологии, разведочной геофизики, радиогеологии. Создание оболоченой модели строения Земли. Региональные геолого-геофизический исследования. Опорное континентальное бурение. Развитие прикладных дисциплин: нефтяной геологии, геологии угля, инженерной геологии, геокриологии.	Физика	Г. Штилле, Н.С. Шатский, В.В. Белоусов, В. Пенк, У.Г. Брэгг, В.И. Вернадский, А.Е. Ферсман, В.М. Гольдшмидт, А.П. Карпинский, В.А. Обручев, А. Вегенер

Причины развития: развитие промышленности, требовавшего все больший объем сырья, освоение новых районов, новый уровень технических средств (геофизика, бурение, аэрометоды, микроскопические методы и др.).

1. Кризис в геотектонике: фиксизм и мобилизм. На рубеже 19 и 20 вв. естествознание пережило очередную научную революцию: открыты рентгеновское излучение, естественная радиоактивность, разработана модель строения атома. Произошел отказ от контракционной гипотезы, и усилия были направлены на поиск альтернативной гипотезы. Так, были предложены гипотеза подкоровых течений О. Ампферера, пульсационная гипотеза У. Бухера, осцилляционная гипотеза Э. Хаармана, ундационная гипотеза Р.В. ван Беммелена (гипотеза гиподифференциации), астенолитная гипотеза Виллисов, радиомиграционная гипотеза В.В. Белоусова и др.

Гипотеза Белоусова, первоначально названная им радиомиграционной в связи с тем, что он привлек радиогенное тепло в качестве основного возбудителя тектогенеза и магматизма, в процессе развития получила название гипотезы глубинной дифференциации. Но в опубликованных посмертно работах Белоусов делает шаг навстречу мобилизму — допускает проявление раздвига в осевых зонах СОХ и соглашается, что с этим может быть связано образование характерных полосовых магнитных аномалий.

Противоположной выдвинутым гипотезам стала мобилистская гипотеза А. Вегенера (1912) и Ф. Тейлора, допускающая перемещение материков (дрейф материков). Исходным моментом для построений и Вегенера и Тейлора было удивительное сходство очертаний материков. Опираясь на принцип изостазии и гипсографическую кривую, он пришел к выводу о коренном отличии коры континентов от океанской коры; первая сложена в основном из гранитов, вторая – из базальтов. Далее Вегенер обратил внимание на поразительное сходство ископаемых одного возраста материков, ныне разделенных океанами.

Своеобразная версия мобилизма была выдвинута в 1924 г. ирландским исследователем Дж. Джоли. По гипотезе Джоли под влиянием накопления радиогенного тепла происходит периодическое, через 35 млн. лет, расплавление базальтового слоя коры. Оно создает возможность горизонтального перемещения гранитогнейсового слоя, слагающего материки, по базальтовому субстрату в западном направлении под влиянием солнечно-лунных приливов. Историческая заслуга Джоли состоит в том, что он первым привлек энергию радиоактивного распада для объяснения геологических процессов и обоснования цикличности их проявления.

Развитием мобилистской теории Вегенера стала возникшая позже концепция тектоники плит, главным отличием которой предполагалось раздвижение континентов с новообразованием океанской коры между ними и их перемещение вместе с последней по поверхности астеносферы под действием конвективных течений в мантии.

В первой половине 20 в. можно выделить два периода, из которых первых характеризовался популярностью идей мобилизма, а второй – наступлением почти полного господства фиксизма.

В это же время в особое направление тектоники оформилось учение о глубинных разломах, экспериментальная тектоника и тектонофизика. Все это привело к тому, что в 30-е гг. тектонический раздел динамической геологии оформился в самостоятельную дисциплину геотектонику.

2. Развитие геофизических методов. Первые геолого-геофизические модели. Была создана общая моде­ль оболочечного строения Земли по сейсмическим данным. Этому способствовало установление А. Мохоровичичем в 1909 г, границы между корой и мантией, которая затем получила его имя; границы мантии и ядра в 1914 г. Б. Гутенбергом; границы внешнего и внутреннего ядра Инге Леманном в 1936 г. В итоге К. Буллен в 1959 г. предложил общую модель строения Земли с буквенными обозначениями отдельных оболочек, получившую известность как модель Буллена. Химический состав этих оболочек был впервые правильно намечен Э. Зюссом в 1909 г.: он назвал ядро Nife - по преобладанию Fe и Ni; промежуточный слой, т.е. мантию, Sima (Si, Mg), а земную кору Sal (Si,Al). Б.Б. Голицыным в 1912 г. было отмечено существование в мантии на глубинах 106-232 км осо­бого пластичного слоя - источника магмы, а в 1914 г. Дж. Баррел предсказал наличие под корой (литосферой) слоя пониженной вязкости, который он назвал астеносферой.

В первой четверти ХХ в. начали развиваться сейсмические методы разведки. В 1915 г. американский геофизик Л. Митроп запатентовал метод первых вступлений и провел успешные исследования соляных куполов и нефтяных месторождений Кали­форнии. В 1922 г. русский геофизик B.C. Воюцкий показал, что для разведочных целей можно использовать отраженные волны. Для регионального изучения строения земной коры в начале 50-х гг. Г.А. Гамбурцев разработал метод глубинного сейсмического зон­дирования (ГСЗ).

Долгие годы велись разработки способов измерения силы тяжести с плавучих станций на акватории, и только в 1923-1924 гг. Ф. Венинг-Мейнес сумел получить пер­вые удовлетворительные результаты морских измерений. Оказалось, что к глубоководным желобам приурочены исключительно резкие отрицательные аномалии силы тяжести, что в дальнейшем было широко использовано в геотектонике.

В начале 20 в. французский физик К. Шлюмберже предложил применять для геолого-разведочных целей искусственные электрические сигналы постоянного тока. Были разработаны методы изолиний, индукции, сопротивлений, интенсивности. Начались исследования погребенных структур в различных областях Земли. Начало 20 в. — время становления промысловой геофизи­ки. К. Шлюмберже в 1912 г. опробовал электрические методы исследования скважин на нефтяных промыслах Эльзаса (методом электрического каротажа), что послужило началом к развитию электроразведки.

3. Успехи наук, изучающих вещественный состав Земли. Лауэ открыл явление дифракции рентгеновских лучей в кристаллах, а Брэгги разработали метод рентгеноструктурного анализа, позволивший увидеть внутреннюю структуру кристаллов. Это был переход к кристаллохимии или структурной минералогии. В.М. Гольдшмидт сформулировал основной закон кристаллохимии.

В это же время зародилась новая наука – геохимия. Предпосылками возникновения геохимии были открытие Менделеевым периодического закона распределения химических элементов (1869), появление модели строения атома Бора-Резерфорда (1908), введение в практику гео­логов спектрального анализа. Кларк опубликовал в 1908 г. сводку по химическому составу земной коры, в которой он вычислил среднее со­держание в коре различных элементов. Кларк, Вернадский, Ферсман - основатели геохимии. Выделились такие научные направления, как региональная геохимия, геохимия процессов гипергенеза, геохимия подземных вод, геохимические методы поисков полезных ископаемых.

Быстро развивалась и петрография. Развивалось учение о метаморфизме, о его глубинной зональности. Развивалось физико-химическое направление: Гиббсом разработаны энтропийные диаграммы и теория равновесного состояния гетерогенных веществ. Д.С. Коржинский разработал вопросы термодинамики метаморфических систем. Обсуждались вопросы классификации магматических пород.

Петрография осадочных пород стала оформляться в отдельную дисциплину, и началось быстрое развитие литологии и седиментологии, а также учение о геологических формациях.

4. Развитие палеогеографии, стратиграфии и учения о полезных ископаемых. Были предприняты палеогеографические построения глобального масштаба.

Стратиграфия в первой половине 20 в. оставалась исключительно биостратиграфией. Однако с открытием радиоактивности возникла перспектива определения абсолютного возраста горных пород. Были разработаны уран-свинцовый, гелиевый, радмохронологический методы и Баррелом опубликована геохронологическая шкала фанерозоя. Выделили рифей, венд. Параллельно развивалась микропалеонтология и палинология.

Геология стала стратегической наукой, поскольку появилась необходимость в таких полезных ископаемых как уран, нефть, газ. Начало развиваться учение о нефтегазоносных осадочных бассейнах. Открыты крупнейшие нефтегазоносные провинции России.

В геологии рудных месторождений также был прогресс. В. Гольдшмидт выдвинул тезис о сульфидной сфере Земли. Была разработана теория гидротермального происхождения рудных месторождений (Эммонс). Появились представления о пульсационной зональности С.С. Смирнова. П. Ниггли также отвел определяющую роль гидротермальным растворам магматического происхождения. Д.С. Коржинский связывал процесс рудообразования с трансмагматическими и послемагматическими растворами. Появились представления о пневматолитовых, скарновых и колчеданных месторождениях.

5. Развитие гидрогеологии. Становление инженерной геологии и мерзлотоведения. Развитие гидрогеологии шло по нескольким направлениям: совершенствование представлений о динамике подземных вод, разработка учения о зональности грунтовых вод. Происхождение подземных вод и их генетическая классификация оставались дискуссионными вопросами. Получила признание конденсационная теория Лебедева. Э. Зюсс выступил с предположением о существовании ювенильных вод. В 1940 г. в Красном море открыто явление разгрузки гидротерм, положвишее начало морской гидрогеологии.

Инженерная геология развивалась в первой половине 20 в. по двум направлениям: в геологическом (Саваренский, Попов, Сергеев) и геотехническом (Терцаги, Маслов, Цытович). Попов рассматривал инженерную геологию как отрасль геологии, изучающую динамику верхних горизонтов земной коры в связи с инженерной деятельностью человека.

В 1925-39 гг. от инженерной геологии отделилось мерзлотоведение, или геокриология. Это было связано с нуждами строительства в зоне вечной мерзлоты, которая покрывает больше половины площади России. Основоположник – М.И. Сумгин. Развитие геокриологии шло по двум направлениям: региональное изучение ММП и лабораторное изучение физико-химических свойств.

Итоги: 1) Разработка рентгеноструктурного анализа открыла возможность расшифровки кристаллической структуры минералов, вклю­чая наиболее сложные из них. 2) Успехи сейсмологии позволили создать модель оболочечного строения земного шара вплоть до внутреннего ядра. 3) Открытие радиоактивности привело к установлению истин­ного возраста Земли и позволило наметить главные рубежи a6солютной геохронологической шкалы. 4) Биостратиграфический метод был распространен на поздний DCm, в котором выделены R и V. 5) Большая часть площади континентов подверглась геологическому изучению, созданы геологические карты крупных регионов. 6) Были открыты глубоководные желоба, охарактеризованные интенсивными отрицательными аномалиями силы тяжести, и намечено существование сейсмофокальных зон, наклоненных под материки и островные дуги. 7) Выявлена синхронность проявления интенсивных тектони­ческих деформаций, магматизма и метаморфизма. 8) Геофизика и геохимия выделились в самостоятельные крупные разделы наук о Земле. Список собственно геологических дисциплин пополнился геоморфологией, геотектоникой, литологией, микропалеонтологией, металлогенией, инженерной геологией, геокриологией. Особое место стали занимать дисциплины о геологии ПИ. 9) Развитие учения о геосинклиналях, орогенах и платформах. Появление мобилизма.