Донаучный этап развития геологии (античный, схоластический, эпоха Возрождения)

Период	Характеристика периода, ведущие тектонические концепции	Научные революции в естествознании, лидеры развития	Выдающиеся ученые
Становление человеческой цивилизации (до 5 в. до н.э.)	Развитие опыта использования минералов, пород, руд для создания орудий труда
Античный (а в. до н.э. – 5 в. н.э.)	Зарождение представлений о минералах, горных породах и геологических процессах	Античная философия	Аристотель, Аристарх, Страбон, Фалес, Анаксимандр
Схоластический (5-15 вв.)	Развитие рудных промыслов	Натур-философия	Ибн Рушд (Авэрроэс), Ибн Сина (Авиценна), Абу Рейхан аль-Бируни
Эпоха Возрождения (15-17 вв. – середина 18 в.)	Великие географические открытия. Развитие рудных промыслов. Возрождение философских взглядов античного периода на природу.	Механика	Н. Стенон, Г.В. Лейбниц, Р. Декарт, Г. Бауэр (Агрикола), Р. Гук, И. Ньютон, Г. Галилей, И. Кеплер, Н. Коперник, Л. Да Винчи, У. Гилберт

1. Зарождение геологии. Геология как особая наука зародилась во второй половине 18 в. Становлению научной геологии предшествовал длительный период первичного накопления геологических знаний, и начальную точку относят обычно к зарождению человеческой цивилизации.

Первоначальное накопление геологических знаний шло по следующим направлениям: расширение использования человеком в хозяйстве горных пород и минералов, наблюдение за естественными геологическими процессами (эрозия и др.).

2. Античный период (Древняя Греция и Древний Рим). Наука зародилась в основном в Древней Греции, и она называлась натурфилософией. Аристотель указывал на периодические изменения в расположении суши и моря; вселенную счи­тал вечной и в общем неизменной. Теофраст также указывал на реальные свидетельства былого присутствия моря на участках современной суши (галька, раковины). По Аристотелю, физическая эволюция Земли происходит постепенно и очень медленно.

Страбон считал, что образования островов и даже значительных участков суши происходит в результате вулка­нических извержений, а также опусканий, вызванных землетря­сениями. Вообще вулканическая деятельность была предметом описания многих древних авторов. Землетрясения тогда объяснялись существованием пустот в земной коре, своды которых могут обрушаться, а оттуда может вырваться подземный пар. Причины вулканических извержений приписывались воспламенению воздуха подземных пустот. Т.о., у античных мыслителей обнаруживаются познания как экзогенных, так и эндогенных процессов.

В этот период зародились представления о минералах горных породах. Появились специальные термины: сиенит, базальт, сланец, мрамор, кремень и др.

Впервые общие представления об эволюции Земли появились у Лукреция (60-е гг. до н.э.) и Овидия (9 г. н.э.). Согласно Лукрецию Земля родилась из Хаоса, из смеси элементов, а затем тяжелые элементы собрались в центре, а легкие – поднялись наверх и образовали небо, вода – солнечный пот.

Уже начиная с античных времен наметилось 2 противоположных направления в объяснении природных процессов – нептунизм (основа мироздания - вода) и плутонизм (основа мироздания - огонь).

Наиболее важным наследием античного периода была сама идея существования естественных наук. Были высказаны представления о строении Солнечной системы – гелиоцентрическая (Аристарх), геоцентрическая (Птолемей); идеи об эндогенных и экзогенных процессах, о горных породах и минералах и др.

3. Средние века (упадок науки на западе, расцвет – на востоке). В 3-13 в. Европе было господство религии и полный застой научной мысли. При этом на Востоке неожиданно расцветает новая арабская цивилизация (Халифат), спасающая греческое научное наследие.

В 10 в. арабскими авторами составлен энциклопедический труд, где полно описываются геологические процессы – эрозия, седиментация, горообразование. Узбекский ученый Бируни придер­живался мнения о шарообраз­ности Земли, но и попытался довольно пра­вильно определить длину ее ок­ружности; он составил геогра­фическую карту Старого Света; предложил пра­вильное объяснение появления восходящих источников воды и образования речных наносов справедливо указывал, что эти процессы требуют для своего осуществления длительного време­ни и что размеры отлагаемых рекой обломков зависят от скорости ее течения; повторил, что море и суша могут меняться местами; написал «Минералогический трактат»: сведения по определению, обработке и при­менению около 100 минералов и горных пород; использовал удельный вес минералов, впервые раз­работав способ его определения.

Таджикский ученый Ибн Сина (Авиценна) считал, «камни» могут образовываться 2-мя пу­тями — либо из грязи, либо из вод­ной среды; это касается и остатков животных и растений. Причиной образования гор могли явиться землетрясения или «окаменение» илистого материала. Обитаемый ныне мир был некогда необитаемым и погруженным в океан. Последовательность слоев отражает последовательность времени их отложения – основа принципа суперпо­зиции слоев. Он выделил 4 категории: камни, плав­кие тела (металлы), серные горючие вещества и соли.

Китайцы изобрели бумагу, магнитный компас, сейсмограф, первыми описали некоторые минералы. Индия славилась развитием горного дела, добычей металлических руд, драгоценных камней, орошением земель. Индусы признавали шарообразность Земли и ее осевое вращение.

В 13 в. Азия подверглась монгольскому нашествию, а в Европе в 12 в. наука начинает возрождаться.

4. Эпоха возрождения (15-17 вв.). В середине 15 в. происходит переломный момент в Западной Европе. Начинается механизированное производство, начинаются ВГО. В науке произошла первая настоящая революция, и самым ярким ее проявлением стало создание Коперником гелиоцентрической системы Мира.

В Италии Леонардо да Винчи тщательно и точно описывает морфологию, динамику и эволюцию речных долин, про­цесс речной эрозии и накопления речных и морских наносов; подмечает, что эрозия расчленяет слои, которые ранее непрерывно протягивались через современные долины; высказывает мысль о непостоянстве расположения суши и моря.

Француз Б. Палисси стал пио­нером гидрогеологии: «источники в конечном счете питаются дождевыми водами, просачивающимися в почву»; он отмечает, что среди ископаемых встречаются остатки исчезнувших живот­ных и растений, в том числе похожих на тропические, и указывает на их органическое происхождение; отвергает роль Всемирного потопа; высказывает идею об образовании кристаллов из солевых растворов и описывает их форму.

Немец Г. Бауэр (Агрикола) разделил минеральные тела на 2 группы: однородные тела, или минералы, и сложные минеральные тела, или горные породы. С него начали различать соб­ственно минералогию и петро­графию. Он предложил свою классификацию минералов, под­разделив их на земли, соли, драгоценные камни, металлы, и горные породы, сгруппировав их по цвету, твердости и другим физичес­ким свойствам; описал 20 новых минералов, выделил разные формы залегания рудных тел: жилы, штоки, линзы, пластовые залежи. Он закладывает начала учения о рудных месторождениях.

Декарт изло­жил идеи образования Земли: Земля представ­ляет собой охладившуюся звез­ду, в центре которой еще сохра­нилась солнечная материя. Такое строение он не считал изначальным, допускал, что оно было не­устойчивым и претерпело в даль­нейшем катастрофические изме­нения. Лейбниц, как и Декарт, принимает, что Земля первоначально была расплавленной. Гук посвятил свою работу землетрясениям, которые он связывал с действием подземного огня, вызывающего также и вулканические извержения. Моро считал активную вулканическую деятельность главным фактором изменения рельефа Земли; выступал против представлений о Всемирном потопе. Гук и Моро возродили идел древнегреческих плутонистов.

Н. Стенон сформулировал несколько принципов, лежащих в основе стратиграфии, тектоники и кристаллографии: принцип непрерывности слоев, принцип суперпозиции слоев, принцип о горизонтальном и параллельном первоначальном залегании слоев. Он отмечал, что изменение залегания слоев является главной причиной образования гор, а также ввел понимание нарушенного и несогласного залегания слоев. Он также сделал первую формулировку метода актуализма. Ему принадлежит открытие закона постоянства углов кристаллов.

Слово «геология» было впервые употреблено в современном его значении в 1603 г. У. Альдрованди для обозначения одного из царств природы. Геология находилась на стадии собирания отдельных фактов, т.е. обладала только эмпирическим материалов, а теоретические представления только повторяли положения нептунизма и плутонизма.

 

История геохимии.

Геохимия имеет глубокие корни. Её основы могут быть прослежены в античности, но многие из открытий, лежащих в основе науки, были сделаны между 1800 и 1910 годами. Была составлена периодическая система элементов, открыта радиоактивность и разработана термодинамика гетерогенных систем. Солнечный спектр был использован для определения состава Солнца. Эта информация, совместно с химическими анализами метеоритов, открыла дверь для нового понимания Вселенной.

К 1-ой половине 20 в. относится зарождение геохимии. 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. Данные о химическом составе горных пород и минералов на­чали накапливаться уже со 2-ой четверти 19 в., а термин «гео­химия» был предложен еще в 1838 г. Шенбейном.

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. Bepнaдский дал определение предмета гео­химии и положил начало ее разработке. Ферсману принадлежит капитальный четырехтомный труд «Геохимия» (1932-1939).

В течение первой половины 20 в. множество учёных использовали разнообразные методы для определения состава земной коры, и геохимия многих редких элементов была изучена с использованием появившегося метода эмиссионной спектроскопии. Кристаллические структуры большинства минералов были определены методом рентгеновской дифракции. Родилась изотопная геохимия. Гольдшмидт и Ферсман развивали в геохимии в 20-30-е гг. 20 в. кристаллохимическое направление. Гольд­шмидт придавал определяющее значение при изучении химических эле­ментов мотиву строения кристал­лической решетки, размеру их ионов и атомов. Ферсман выдвинул идею о том, что последовательность кри­сталлизации минералов в приро­де определяется энергией их кри­сталлической решетки, которая зависит от радиусов ионов, валентности, поляризационных и некоторых других свойств атомов; положил начало региональной геохимии. В особое направление выделилась в 20-30-е гг. геохимия про­цессов гипергенеза в связи с образованием осадочных полезных ископаемых. Развивалась гидрогеохимия - геохимия природных, в особенности подземных, вод; начало ее положил Вернад­ский. Вернадский размышлял о проблеме геохимической и вообще гео­логической роли живого вещества, т.е. о биогеохимии. Его ближайшим последователем в этом направлении был Виноградов, собравший и обобщивший огромный материал по химческому составу мор­ских организмов. Виноградов стал первым вице-президентом Академии наук СССР по наукам о Земле; создал кафедру геохимии в МГУ.

Потребности индустриализации страны стимулировали раз­работку в СССР геохимических методов поисков полезных ископаемых; заслуга в этом принадлежит прежде всего Сафронову и Соловову. Геохимия от изучения химичекого состава Земли перешла на межпланетный и космический уровень.

В 1960-х гг. начался расцвет геохимии, продолжающийся до сих пор. Атмосферная и морская геохимия интегрировались в геохимию твёрдой Земли; космохимия и биогеохимия внесли огромный вклад в понимание истории нашей планеты.

Теория тектоники плит преобразила геохимию. Геохимики наконец поняли поведение осадков и океанической коры в зонах субдукции, их погружение и эксгумацию. Новые эксперименты при температурах и давлениях глубин Земли позволили выяснить, какова трехмерная структура мантии и как происходит генерация магм. Доставка на Землю лунных пород, исследование с помощью космических аппаратов планет и их спутников и успешный поиск планет в других звёздных системах произвели революцию в понимании Вселенной.

Геохимия также тесно срослась с экологией. Открытие озоновых дыр прозвучало как недвусмысленный тревожный признак и источник новых фундаментальных взглядов в фотохимии и динамике атмосферы. Увеличение содержания СО₂ в атмосфере вследствие сжигания ископаемого топлива и уничтожения лесов было и будет предметом основных дискуссий о глобальных антропогенных изменениях климата. Исследование этих явлений служит источником новой информации о взаимодействии атмосферы с биосферой, корой и океанами.

На сегодня геохимия заняла ведущее место среди наук о Земле. Она изучает глобальные перемещения вещества и энергии во времени и пространстве. Сбылось предсказание Вернадского о центральной роли геохимии среди наук о веществе.