Эволюционный период развития геологии (вторая половина XIX в.)

Период	Характеристика периода, ведущие тектонические концепции	Научные революции в естествознании, лидеры развития	Выдающиеся ученые
Классический (вторая половина 19 в.)	Гипотеза контракции. Учение о геосинклиналях и платформах. Геоморфология. Создание общей стратиграфической шкалы фанерозоя. Региональная геология континентов, палеогеография, учение о рудных месторождениях, кристаллография, гидрогеология. Использование поляризационного микроскопа при изучении горных пород и минералов.	Химия, физика, биология	Э. Зюсс, М. Бертран, Дж. Холл, Дж. Дэна, В. Дэвис, П.Х. Грот, Е.С. Федоров, Л. Эли де Бомон, Ч. Лайель, Ч. Дарвин

1. Геологические наблюдения Ч. Дарвина. В 1859 г. вышла книга Ч. Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора…», где он раскрыл основной фактор эволюции организмов – естественный отбор, а материалом для отбора является наследственная изменчивость. Идеи Дарвина оказали решающее влияние на развитие палеонтологии и исторической геологии, поскольку ископаемый органический мир стал рассматриваться как воплощение развивающегося животного и растительного мира. А исследование ископаемых остатков с точки зрения эволюционной теории за очень короткий промежуток времени привело к большим успехам. Собранный материал стал подтверждением эволюционной теории и позволил восстановить первичные пространственно-временные соотношения геологических толщ и способствовал развитию исторической геологии. Последователи Дарвина – В.О. Ковалевский (закон адаптивной и инадаптивной эволюции) и бельгиец Л. Долло (закон о необратимости развития организмов, основатель палеоэкологии).

2. Гипотеза контракции Л. Эли де Бомона и ее развитие в рудах Э. Зюсса. Французский геолог Эли де Бомон, пытаясь усовершенствовать гипотезу кратеров поднятия, впервые изложил положения гипотезы контракции. Он выдвинул дедуктивную модель, объяснявшую образование горных сооружений, исходя из весьма общего теоретического положения о сжатии (контракции) земной коры вследствие остывания и уменьшения объема внутренних оболочек. Он считал, что в истории Земли существовали периоды покоя с образованием горизонтально залегающих осадочных толщ, сменяющиеся периодами тектонической активности, в процессе которых возникало большое число горных цепей. Причиной образования гор служило общее вековое охлаждение Земли: земная кора раскалывается и смещается по расколам при сжатии, при этом более податливые слои сминаются и уплотняются, выжимаясь в вертикальном направлении, образуя горы. Т.о., Эли де Бомон был типичным катастрофистом. Сторонники гипотезы: Дж. Дэна, Г.Е. Щуровский. Эли де Бомон также высказал проблему упорядоченности структурного плана Земли.

Позднее М. Бертран путем анализа угловых несогласий установил периодический характер крупных тектонических движений. Он разделил Европу на зоны гуронской, каледонской, герцинской и альпийской складчатости и проследил эти зоны в Северной Америке.

Апофеозом развития гипотезы контракции стали работы австрийского геолога Э. Зюсса. По его мнению, современный лик Земли обусловлен сокращением радиуса Земли, выражающимся в уменьшении объема и площади ее поверхности. Формирование горных сооружений и возникающие при этом дислокации обусловлены тангенциальными напряжениями, связанными с неравномерным сокращением различных частей Земли. Зюсс первым предложил некоторые термины: Евразия, Гондвана, Тетис, эвстатические колебания и др.

3. Зарождение учения о геосинклиналях и платформах. Идея о геосинклиналях была высказана Дж. Холлом в 1857 г. Он сделал вывод, что горные складчатые цепи образуются на месте крупных прогибов земной коры, погружение которых происходило под тяжестью осадков. Современные районы горообразования испытали в прошлом длительное погружение с одновременным накоплением мощных толщ мелководных отложений. Эмпирические обобщения Холла явились основой учения о геосинклиналях.

Дж. Дэна в 1873 г. он излагает свою концепцию формирования складчатых горных систем. Он считал, что причиной появления линейно вытянутого палеопрогиба Аппалачей была не тяжесть отлагающихся осадков, а тангенциальное сжатие при общей контракции Земли. Такие области погружения Дж. Дэна и назвал геосинклиналями. Он писал, что геосинклинали образуются по окраинам континента в процессе взаимодей­ствия континентальных и океанических площадей в зоне, где напряжения сжатия максимальны.

В 1900 г. Э. Ог опубликовал работу «Геосинклинали и континентальные площади», в которой изложил основы учения о геосинклиналях. Э. Ог впер­вые противопоставил друг другу основные структурные зоны земной коры - геосинкли­нали и континентальные площади (платформы). Он поддержал Дж. Холла и Дж. Дэну в том, что геосинклинали характеризуются большой мощностью осадочных пород, непрерывно откладываю­щихся в течение длительного вре­мени. Однако осадочные породы геосинклина­лей образовывались, преимуще­ственно в глубоководных бассейнах; геосинклинали представля­ют собой мобильные зоны коры и располагаются между стабильными континентальными массивами. Так же, как Холл и Дэна, Ог считал, что складчатость возникает на заключительной стадии развития геосинклиналей, а горные цепи образуются на месте геосинклинальных прогибов. С опубликованием работы Э. Ога учение о геосинклиналях по­лучает признание геологов всего мира. Сторонники: Г. Штилле, Э. Арган, Н.С. Шатский, В.В. Белоусов и др.

Становление учения о платформах неразрывно связано с развитием учения о геосинклиналях и разрабатывалось в основном российскими учеными – Д.И. Соколовым, А.П. Карпинским и др. Карпинский выделил в пределах платформ складчатый фундамент и осадочный чехол. А.П. Павлов выявил синеклизы.

4. Становление палеогеографии, геоморфологии и гидрогеологии. Наметилась тенденция дифференциации геологических наук, обусловленная необходимостью выделения специфических объектов исследования. Выделились такие дисциплины, как тектоника, геоморфология, петрография, палеогеография, гидрогеология, учение о полезных ископаемых.

Палеогеография возникла на стыке двух наук – исторической геологии и физической географии. Началось все с введения термина «фация» швейцарским геологом А. Гресли – литологическая или палеонтологическая разновидность пласта или горизонта в определенном месте, отличавшемся от соседних участков физико-географическими условиями осадконакопления. Был выдвинут закон Головкинского-Вальтера: выклинивающееся наслоение свидетельствует о пространственной смене фаций и характеризует внешний край отложений. В 1862 г. Траутшольдом опубликована первая палеогеографическая карта Европейской России. Параллельно развивается палеоклиматология.

В 1880-е гг. на стыке геологии и физической географии возникло еще одно самостоятельное научное направление – геоморфология – наука о рельефе земной поверхности, его строении, происхождении, истории развития, динамике. Название предложено Науманом. Выделение геоморфологии связано с именами Дэвиса, Гилберта, Пенка, Павлова, Докучаева и др. В 1898 г. палов предлагает генетическую классификацию типов рельефа: тектонический, эрозионный, аккумулятивный, смешанный эрозионно-аккумулятивный. В 1899 г. Дэвис разработал учение о географических циклах становления рельефа, где выделил стадии эволюции рельефа: юности, зрелости, старости и дряхлости, и циклы: водно-эрозионный, ледниковый, морской и эоловый. Пауэлл ввел термин пенеплен. Пен увязал стадии развития рельефа с тектоническими движениями.

В качестве самостоятельной дисциплины начала выделяться гидрогеология, чье становление связано с именами Лайеля, Зюсса, Щуровского, Докучаева и др. В 1856 г. французский инженер А. Дарси установил закон движения подземных вол – закон фильтрации Дарси и тем самым заложил теоретические основы подземной гидродинамики. Француз Г. Добре уже четко поставил проблему изучения подземных вод. Большой вклад внес С.Н. Никитин, сделав первые широкие обобщения по региональной гидрогеологии Русской равнины, провел первое гидрогеологическое районирование и разработал методику гидрогеологической съемки.

5. Развитие петрографии, минералоги, кристаллографии, учения о полезных ископаемых. Вторая половина 19 в. – новый период развития наук о веществе земной коры, что связано с появлением поляризационного микроскопа.

В 1850 г. Г. Сорби предложил методику изготовления прозрачных шлифов. В 1873 г. появилась монография Г. Розенбуша «Микроскопическая физиография», где рассмотрены основные оптические характеристики парообразующих минералов. Изобретен федоровский столик. В.И. Бекке вел в практику иммерсионный метод, основанный на изучении показателей преломления кристаллов.

Параллельно развивалось и физико-химическое направление петрографии. В 1870-х гг. Дж. Гиббс заложил основы геометрической термодинамики. Были высказаны представления о процессах кристаллизации магмы. Стало активно развиваться учение о метаморфизме.

В рамках минералогии активно изучались силикаты, а также активно развивалось кристаллографическое направление, и была разработана теория кристаллической структуры вещества. В. Гольдшмидт основал новое научное направление – генетическую морфологию кристаллов. Фон Лауэ было открыто явление дифракции рентгеновских лучей, что доказало решетчатую геометрию кристаллов.

По геологии рудных месторождений было также собрано и открыто много нового. Были сформулированы основные концепции рудообразования, в частности о роли гидротермальных источников. Большое значение стали приобретать уголь и нефть.

6. Первые шаги геофизики в изучении глубинного строения Земли. Магнитометрия стала первым геофизическим методом, который стал применяться для решения геологических задач (для поиска железных руд). У. Гилберт выдвинул предположение о намагниченности материков и связал земной магнетизм с глубинными процессами. К. Гаусс провел первый математический анализ геомагнитного поля и предложил модель геоцентрического диполя. Он также заложил основы теории стационарного динамо, объясняющего структур магнитного поля Земли.

Другим геофизическим методом стала гравиметрия. Г. Стокс теоретически обосновал связь аномалий силы тяжести с фигурой Земли, определив геодезическое направление гравиметрии. На основе гравиметрии развилось учение об изостазии.

Третий геофизический метод – сейсмический. Наука о землетрясениях оформилась в самостоятельную научную дисциплину – сейсмологию. Появились термины эпицентр, изосейсты, гипоцентр. Дж. Милл создал теорию сейсмоприемников. Э. Вихерт разработал теорию прохождения сейсмических волн в реальных средых. Б.Б. Голицын выделил переходный слой между верхней и нижней мантией. Т.о., заложились теоретические основы сейсмологии и начата разработка оболочечного строения Земли.

7. Начало международного сотрудничества геологов. Первые международные геологические конгрессы. В последней четверти 19 в. горная промышленность развитых стран мира вывела геологию в разряд при­оритетных научных дисциплин. Во всех таких странах были созда­ны геологические службы. Открывались специальные учебные заведения или факультеты, занимающиеся подготовкой геологов. Под эгидой национальных геологических служб и геологических обществ проводились ши­рокие геологосъемочные работы. Надежной основой поиска полезных ископаемых стали геологические работы. Большой фак­тический материал, расширение географии региональных иссле­дований ставили перед геологами задачи, решение которых было возможно только в процессе координации усилий геологов раз­личных стран, особенно в условиях Европы, поделенной на мно­жество государств. Надо было договориться об об­щих принципах составления геологических карт, унифицировать системы условных обозначений и индексов картируемых комплексов, согласовать стратиграфические шкалы, создать условия для сопоставимости и увязки геологических карт различных территорий. В 1876 г. в Буффало близ Нью-Йорка по инициативе геологов ряда стран был поставлен вопрос о со­здании постоянной международной геологической организации. В 1878 г. в Париже состоялась 1-я сессия МГК.

 

57. Научный этап развития геологии – подготовительный период (середина XVIII – начало XIX вв.).

Период	Характеристика периода, ведущие тектонические концепции	Научные революции в естествознании, лидеры развития	Выдающиеся ученые
Переходный (вторая половина 18 в.)	Физический этап изучения вещества. Космогоническая гипотеза И. Канта и П.С. Лапласа. Становление научной геологии.	Механика	Р.Ж. Гаюи, А.Г. Вернер, Дж. Хаттон, П.С. Лаплас, М.В. Ломоносов, И. Кант, Ж. Бюффон

Вторая половина 18 в. – это становление научной геологии. Были выдвинуты первые космогонические гипотезы и положено начало научной геологии.

До середины 18 в. не было подлинно научного взгляда на историю становления нашей планеты. В середине же 18 в. появились космогонические гипотезы, в которых были сделаны попытки создания научной модели становления Солнечной системы. Одна из них принадлежит французу Ж.Л. Бюффону. Согласно его гипотезе планеты образовались вследствие сильного удара по Солнцу кометы, которая отщепила от Солнца часть вещества, получившего вращательный момент и начавшего вращаться вокруг Солнца. Планетное вещество при столкновении перешло в расплавленное состояние, но затем быстро остывало, а из водяных паров образовался океан. История возникновения планет Бюффона была первой катастрофистской гипотезой происхождения Солнечной системы. Т.о., ее автор впервые привлек внимание естествоиспытателей к роли внешних космических факторов, влияющих на развитие Земли. Бюффона также сделал первую попытку наметить основные этапы развития Земли, выделив 7 таких этапов, а также первым оценил длительность истории Земли, придя к цифре 75 тыс. лет.

Немецкий философ И. Кант также выдвинул свою гипотезу, которая сводилась к тому, что Вселенная образовалась из первичной материи, состоявшей из мелких твердых частиц, равномерно распределенных в пространстве, сами частицы были неоднородны. Под действием силы тяжести началось образование центров сгущения материи, одновременно материя приобрела вращательный момент. В дальнейшем вокруг Солнца из пылевого облака образовались планеты.

Гипотеза Канта получила признание только после существенных поправок и изменений, которые внес француз П.С. Лаплас. Сначала существовала вращающаяся и сжимающаяся под влиянием силы тяжести газовая туманность с центром сгущения, из которого потом образовалось Солнце. По мере усиления сжатия туманность сплющивалась, от нее отделялись кольца, которые распадались с образованием центров сгущения – будущих планет. В итоге эта гипотеза получила известность как космогоническая гипотеза Канта-Лапласа.

На развитии геологии отразились труды М.В. Ломоносова, жившего в 18 в. Собственно геологических трудов он оставил мало. Однако, наиболее важными и реалистичными были его представления о происхождении рудных тел: он выделил формы рудных тел, показал, что они бывают разного возраста и несут в себе разную минерализацию. Их образование он связывал с движениями Земли, обусловленными воздействием внутреннего жара планеты. Он связывал образование россыпей с разрушением коренных месторождений. Наклонное положение слоев, формирование горных сооружений он связывал с движениями Земли, а также отмечал первично горизонтальное залегание слоев. Среди движений он выделял дрожания (землетрясения): медленные волнообразные и быстрые катастрофические.

Ломоносов указывал на органическое происхождение ископаемых окаменелостей и считал, что они погибли в результате разных катастрофических природных процессов и в ходе изменения положения границ суши и моря. Изменения климата он связывал с изменением наклона земной оси к эклиптике и указывал на продолжительность геологического времени в 400 тыс. лет. Он понимал, что осадочные слои образовались не одновременно, а один за другим. Ломоносов также дал классификацию горных пород: металлы, полуметаллы, жирные (горючие) минералы, соли, камни и земли, руды. В классификации он использует не только химико-минеральный состав, но и структуру и текстуру. Он установил, что минералы характеризуются свойственной каждому из них кристаллографической формой и независимо от Стенона вывел закон о постоянстве углов кристаллов.

В этот период были заложены основы изучения химического состава минералов. Швед А.Ф. Кронштедт предложил первую классификацию минералов по химическому составу, а Бергман – метод паяльной трубки для химического анализа рудных минералов.

А.Г. Вернер разработал классификацию внешних диагностических признаков минералов и заложил основы описательной минералогии. Он открыл 14 новых минералов и ввел некоторые названия (авгит, роговая обманка). Он создал теорию происхождения жил.

Дж. Ардуино первым сделал попытку расчленения осадочных пород по времени их образования, в Италии выделили три комплекса отложений – первичные, вторичные и третичные. Этим делением пользовались еще долгое время. Одновременно стратиграфические исследования развивались в Германии (И.Г. Леман), Франции (Ж.Э. Геттар) и др. Важный шаг в стратиграфии сделал Г.Х. Фюксель, пытаюсь разработать систему соподчиненности стратиграфических понятий и выделив слои, залежи, формации. Т.о., в последней четверти 18 в. были созданы литолого-стратиграфические схемы для районов Зап. Европы и появились первые геологические карты.

Во второй половине 18 в. имели место противоречия между нептунистами (Вернер) и плутонистами (Хаттон). Вернер связывал происхождение пород с осаждением и океанических вод. Дж. Хаттон же впервые отметил магматическое происхождение некоторые пород. Он утверждал, что на Земле одновременно взаимодействуют процессы созидания и разрушения, приводящие к формированию двух типов пород – магматических и осадочных.

Т.о., во второй половине 18 в. появились пока еще несовершенные геологические карты и стра­тиграфические разрезы. Наметились первые элементы классифи­кации минералов и ГП, начали изучаться их состав и физические свойства. Однако явно не хватало исключительно важного элемента: не был найден инструмент, позволяющий на­дежно определить относительную древность ГП и уста­новить их межрегиональную корреляцию; расчленение разрезов проводилось лишь на основе литологии, степени изменений, ча­стоты встречаемости органических остатков.

 

История стратиграфии.

Теоретическую основу стратиграфии составляют два принципа: закон напластования Стенона и закон соответствия флоры и фауны Гексли. Согласно закону напластования, введенному в науку Н. Стеноном в 17 веке, выше лежащие пласты горных пород, как правило, являются более молодыми, чем залегающие глубже. Согласно принципу Гексли слои, в которых содержатся ископаемые остатки одинаковых видов живых организмов, имеют одинаковый возраст.

Во 2-ой половине 18 в. началось изучение последовательности напластования осадочных пород. Среди первых попыток расчленения осадочных пород по времени их образованиявыделяется работа Ардуино, который проводил исследования в Северной Италии. Ардуино выделил здесь 3 последовательно об­разовавшихся комплекса отложений, названных им соответственно первичными, вторичными и третичными. В качестве самостоятельной группы Ардуино выделял вул­канические породы. Во Франции Геттар изучил осадоч­ные породы Парижского бассейна и заключенные в них окамене­лости, составил первую литолого-стратиграфическую геологическую карту этой области.

Основателем научной стратиграфии считают английского геолога В. Смита. Он составил первую геологическую карту Англии и использовал ископаемые остатки как маркеры для установления соответствия слоев разных разрезов. Смит подметил, что смежные слои содержат сходные, ископаемые и, наоборот, дале­ко отстоящие друг от друга в разрезах слои характеризуются резко отличными окаменелостями. Своими исследованиями Смит доказал закономерное распределение ископаемых остатков организмов в слоях земной коры и тем самым выявил возможность их распознавания палеонтологическим (биостратиграфическим) методом. На основании этого метода он установил стратиграфическую последовательность слоев Англии и Уэльса и составил первые настоящие геологические карты, на которых осадочные отложения были расчленены не только по составу, но и по относительному возрасту. Работами Смита была заложена основа создания стратиграфи­ческой (геохронологической) шкалы.

Сопоставление разрезов Англии и Центральной Европы позволило бельгийскому геологу О. д'Аллуа выступить в 1831 г. с общими синтетическими схемами осадочных образований, кото­рые являются прототипами расчленения верхнепалеозойских и мезозойских отложений в современной геохронологической шка­ле.

Дальнейшее развитие стратиграфии шло стремительно, и уже к 40-м гг. 19 в. стратиграфическая шкала с выделением систем была разработана практически для всего фанерозоя. Меловая система была выделена д'Аллуа в 1822 г.; каменноугольная - Конибиром и Филлипсом в 1822 г.; юрская - Броньяром в 1829 г.; триасовая - Альберти в 1834 г.; кембрийская - Седжвиком в 1835 г.; силурийская - Мерчисоном в 1839 г.; девонская - Седжвиком и Мерчисоном также в 1839 г.; пермская - Мерчисоном в России в 1841 г.

Во 2-ой половине 19 в. были выделены недостаю­щие компоненты стратиграфической шкалы: неогеновая система в 1853 г. Хорнсом, палеогеновая - в 1866 г. Науманом; архей - в 1872 г. Дэной; ордовикская система — в 1879 г. Лапвортом, протерозой - в 1887 г. Эммонсом.

Серьёзное изучение стратиграфии началось во второй половине 19 века. Тогда на II—VIII сессиях Международного геологического конгресса в 1881—1900 гг. были приняты иерархия и номенклатура большинства современных стратиграфических подразделений. В последующем Международная геохронологическая (стратиграфическая) шкала постоянно уточнялась.

В 1-ой половине 20 в. с открытием радио­активности возникла перспектива определения абсолют­ного возраста пород, причем не только осадочных. Болтвуд предложил U-Pb метод датирования пород. В 1908-1910 гг. Стретт обосновал и попытался применить гелиевы метод. Но решающие шаги в раз­витии радиогеохронометрии были сделаны Холм­сом и Баррелом. Опубликованная в 1913 г. Холмсом и уточненная в 1917 г. Баррелом геохронологическая шкала фанерозоя в опреде­лении возраста границ геологических периодов и их длительности уже несущественно отличается от современной. И все же биостратиграфический метод остается главным ин­струментом расчленения и корреляции геологических разрезов. Его возможности существенно расширяются за счет вовлечения в орбиту исследований мелких фораминифер, радиолярий, диатомей, спор и пыльцы высших растений (позже - конодонтов и нанопланктона). В области стратиграфии, пожалуй, главным достижением за этот период было открытие российскими геологами крупных под­разделений верхнего докембрия: в 1945 г. Шатский выделил рифейскую группу, а в 1950 г. Соколов - вендскую систему. Важное значение имело открытие в V отложениях Австра­лии богатой фауны бесскелетных беспозвоночных, получившей название эдиакарской по месту ее обнаружения.

Важную роль в развитии стратиграфии сыграли и геофизические методы - магнитостратиграфия и сейсмостратиграфия.