Глава 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ГЕОЛОГИИ

ИСТОРИЯ И ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ГЕОЛОГИИ

В истории развития и изучения геологии можно выделить восемь основных этапов: зарождающийся, охватывающий период от зарождения Земли до появления человека; доисторический (до X в. до н.э.); древнейший (до I в. н.э.); древний (до XVIII в.); средневековый (до XIX в.); новый (до XX в.); новейший (XX в.) и современный (XXI в.) [46].

Зарождающийся период предопределил современный лик Земли. Согласно геологическим гипотезам, время зарождения Земли, т.е. ее возраст, составляет 5—6 млрд лет. Вероятнее всего, воспроизвести модель зарождения Земли не представляется возможным, предположительно, Земля сформировалась из межпланетного вещества в результате галактического взрыва гигантской планеты-праматери. В течение 3—4 млрд лет Земля представляла собой расплавленный шар, который затем постепенного остывал. В результате сложной эволюции твердой Земли сформировались твердая земная кора (толщиной около 70—90 км), континеты и океанические впадины. Ученые могут проследить геологическую историю развития Земли в течение последних 500 млн — 1 млрд лет.

Доисторический период уходит своими корнями непосредственно к истокам зарождения человечества, когда человек делал первые робкие шаги в познании и освоении геологии и окружающего мира. Период длился несколько сотен тысяч лет, в течение которых человеческое общество прошло этапы своего развития, получившие название каменный и бронзовый века. Каменный век охватывает более 99% всей истории человечества — от первых сведений о древнейших племенах (800 тыс. лет до н.э.) до появления в обиходе народов предметов из меди (8—4 тыс. лет до н.э.). Каменный век разделяется на три части: самую древнюю — палеолит, среднюю — мезолит и позднюю — неолит.

Палеолит продолжался до 10 тысячелетия до н.э. Жизнь древнейшего человека была неотделима от окружающей природы. На этой примитивной ступени он использовал твердые горные породы — кремень, кварцит, обсидиан, изготавливая из них ножи и скребки. Природные камни только отбивались до нужных форм.

В качестве жилищ использовались пещеры. Ранний обитатель земли жил стадным образом в теплых краях, промышляя охотой на мелких зверей, птиц и пресмыкающихся, собирал съедобные растения.

Мезолит (10—6 тысячелетие до н.э.) характеризуется существенным изменением образа жизни первобытного человека. На смену неандертальцу пришел человек современного вида. Стадо сменилось родовой общиной, резко улучшилась техника обработки камня. Создаются новые виды каменных орудий, заостренные каменные пластинки используются в качестве режущих элементов в ножах и для наконечников стрел и копий. Человек начинает строить жилища из камня и дерева. В пещерах появляется наскальная живопись. В речных песках собираются золотые самородки, используемые в качестве украшений.

Неолит (6—4 тысячелетие до н.э.) отмечен тщательной обработкой каменных изделий и широким развитием керамического производства, обустройством первобытных стоянок, изготовлением простых украшений из золота, камней и керамики.

Бронзовый век (4—1 тысячелетие до н.э.) начинался с использования человеком самородной меди, которую он находил в зонах окисления сульфидных месторождений. Медь легко ковалась, из нее изготавливались разнообразные предметы быта, чаши, украшения и ритуальные изделия. Новым этапом в истории геологии стало открытие сплавов меди с оловом, свинцом, сурьмой и серебром, которые назывались бронзой и в отличие от чистой меди были прочными.

Древнейший период (X в. до н.э. — 1 в. н.э.) знаменуется коренным переломом в укладе жизни. Активно формируется рабовладельческое общество. Замена в основной структуре хозяйственного производства дорогой бронзы дешевым железом резко повысила его эффективность. Особенно активно развивалось сельское хозяйство, расширялись земельные угодья. В результате произошел резкий скачок в увеличении народонаселения, приходившийся на период IX—VIII вв. до н.э. Введение в хозяйственный оборот железных изделий, активное совершенствование технологии получения бронзы, обилие золота и серебра ускорили социальное, политическое и культурное развитие человеческого общества. Создаются мощные центры мировой цивилизации. С началом железного века стал формироваться западноевропейский центр, наиболее грандиозный по масштабам и последствиям.

Древнегреческие философы развили две генеральные линии в науках о Земле, которые предопределили успехи в создании научной картины мира. По имени бога морей Нептуна первое направление получило название «нептунизм», в честь бога подземного огня Плутона, второе направление — «плутонизм». В античную эпоху одной из важнейших предпосылок для расцвета возникающих государств было наличие на их территории месторождений полезных ископаемых.

Древний период охватывает промежуток времени, в течение которого были заложены основы рудной геологии и создана горнорудная промышленность. Этот период характеризуется спадом в темпах эволюции общества, застоем в развитии горнорудной деятельности. Отмечается только некоторый прирост продукции горного дела за счет вовлечения в производство новых рудных объектов на севере Скандинавии, на Кавказе, в Средней Азии и на Урале. В древний период и в течение всего раннего средневековья использовалась одностадийная прямая технология получения из руды железа, так называемой крицы. Крупным шагом в развитии материального производства, приходившимся на XIV—XV вв., явилось получение литейного чугуна, литейной бронзы. При последующем переплавлении чугуна в присутствии воздуха стали производить сталь. Все эти новшества способствовали замене каменных ядер на чугунные, изготовлению литейных пушек и массы литых изделий для быта.

Средневековый период характерен для Западно-европейского центра цивилизации. С ним связан интеллектуальный всплеск. Создаются новые и расширяются старые города, возникают архитектурные стили — ренессанс и барокко, мощное развитие получает кузница Европы в Рудных горах (Саксонские Альпы), снабжавшая все страны этого региона таким сырьем, как серебро, свинец, олово, железо, медь и разнообразные краски. Появляются первые научные идеи о рудообразовании. В России произошел общий подъем материальной культуры и накопление эмпирических сведений о минеральных сокровищах недр. Наиболее значительные события происходили во время царствования Петра I (1672—1725). Становление Российской империи связано с освоением минеральных ресурсов. На ее обширных пространствах в больших количествах добывались строительные материалы (главным образом известняки Подмосковья), каменные жернова для водяных и ветряных мельниц и соли (Урал, бассейн Камы и Двины), сера (низовья Волги), слюды для окон (их называли мусковитами от слова «Московия»), Повсеместно на Русской равнине разрабатывались болотные, озерные осадочные лимонитовые и сидеритовые железные руды. В горных областях (на Кавказе, Алтае, Саянах) добывали золото, серебро, медь, свинец, олово, сурьму и ртуть.

Начиная с правления Ивана Грозного, развивалась система контролируемого государством горнорудного производства. Этим процессом руководил Приказ каменных дел (1584), во времена Петра 1 — Приказ рудокопных дел (1700) и Бергколлегия (1717). Основной задачей данных учреждений была организация правительственных экспедиций по поискам полезных ископаемых: в 1491 г. — отряд Андрея Петрова и Василия Болотина для поисков серебра на Печору; в 1617 г. — экспедиция И. Бертеньева на Урал, обнаружившая медные руды; в 1640 г. — экспедиция боярина Стрешнева в Пермь для поисков золота; в 1677 г. — поиски группы Якова и Венедикта Хитровых серебряных руд в Сибири. Царь Михаил Федорович (1596—1645) приглашал из Саксонии горных мастеров для освоения медных месторождений в районе Перми на горе Григорьевской. Начиная с деятельности Петра I, поиски минерального сырья были регламентированы в серии законов под общим названием «Горная привилегия».

Масштаб горноразведочных и поисковых работ в течение всего XVII в. был очень большим. Особенно активно осваивались богатства Урала. Здесь в период с 1623 по 1699 г. работало 106 поисковых отрядов. На крупных заводах (Кунгурском, Уктусском и Алапаевском) были открыты горнозаводские школы. Одна из первых сводок о минеральных богатствах содержится в многотомной «Истории Российской...», написанной В.Н. Татищевым (1686— 1750). Подробные сведения о 25 уральских и сибирских горных заводах имеются в трудах В.И. Геннина (1676—1750) — генерал-лейтенанта, более 20 лет руководившего горными заводами сначала Олонецкого края, а затем Урала.

Одной из самых ярких звезд мировой науки на заре ее формирования был М.В. Ломоносов. Его энциклопедический ум позволил заложить основы методики научного анализа. Многочисленные успехи в решении конкретных задач геологии, минералогии, горного дела, полезных ископаемых, физики, химии и других наук интересны и для современной истории естествознания.

Этот период характеризуется появлением ранних теоретических концепций о происхождении месторождений полезных ископаемых и созданием горнорудной промышленности. Именно в это время велись геологические споры о строении Земли, ее эволюции, о зарождении гор и их разрушении.

Новый период начинается с XIX в. Особенно бурно развиваются естествознание, горнорудное производство и промышленность.

Новое время характеризуется становлением науки как одной из важнейших сфер человеческой деятельности, созданием разветвленной государственной и частной структуры горнорудного дела и лавинным ускорением научно-технического прогресса. Середина XIX в. — смена в ведущих странах мира феодальной системы капиталистической. В этот период была освоена технология отливки чугуна, который сразу занял лидирующие позиции во всех видах строительных работ, в архитектуре, декоративном искусстве, военном деле и бытовых изделиях. Поэтому XIX в. называют веком чугуна.

Происходит энергичное освоение минеральных ресурсов. Создаются гигантские промышленные центры, объединяющие угольные и железорудные бассейны — Английский, Донбасский, Уральский, Рудногорский в Центральной Европе и другие, создается мировая сеть железных дорог, многократно увеличивается мощь артиллерии, создаются первые крупные морские военные исполины — крейсеры и линкоры. С этим временем связано создание теоретических основ современной геологии, прежде всего учения о полезных ископаемых. Была разработана теория происхождения месторождений из магматических расплавов.

Новейший период приходится на XX в. Для него характерна кардинальная перестройка мировой экономической системы. Создаются важнейшие регуляторы минеральных сырьевых потоков — главные биржи. Опираясь на новейшие виды вооружений, промышленно развитые страны предприняли попытки передела мира и сфер влияния. Были созданы новые отрасли науки и производства — электротехническая, автомобильная, ядерная, радиоэлектронная. Существенно увеличились объемы добычи железных, медных, марганцевых, фосфорных, никелевых, кобальтовых, ртутных, сурьмяных и некоторых других типов руд.

В промышленный оборот были вовлечены новые виды полезных ископаемых — урановые, пьезооптические, диэлектрические, расширился список добываемых легких, цветных, редких и малых элементов, химических типов сырья и строительных материалов. Вторая мировая война и связанная с ней гонка вооружений дали мощный толчок развитию промышленности и минерально-сырьевых источников. Завершается формирование мировой горнорудной инфраструктуры, создаются крупнейшие транснациональные концерны и корпорации, геология и связанные с ней отрасли выдвигаются в разряд стратегических. В ведущих странах мира создаются геологические службы или комитеты.

Новейший этап характеризуется лавинообразным развитием науки, производства и искусства. К традиционным методам геологических исследований добавились новые, обусловленные научно-техническим прогрессом. Внедрение дистанционных методов исследований, создание банков данных геологических материалов, использование электронных систем и программ в геологии привели к формированию новейших ГИС-технологий в структуре дедуктивных и индуктивных методов исследований. С расширением и усложнением геологических задач развивается профессиональная и региональная специализация, ставится задача не только фиксации, но и управления геологическими процессами.

Современный период (с начала XXI в.) характеризуется существенными изменениями в технике и технологии геологических исследований, промышленной и социальной направленности геологии с расширением ее экологических функций. Прикладные геологические работы направляются на обеспечение систем управления состоянием окружающей среды, фундаментальные геологические исследования нацеливаются на оценки прошлого и прогнозные решения геологического будущего.

Современные достижения космической геологии, физики Земли, механики, математической геологии и компьютерной технологии обеспечили крупный прорыв. Геология и учения о полезных ископаемых стали на рельсы фундаментальной науки естествознания.

В настоящее время геология владеет всем арсеналом научных методов: математическое и физическое моделирование, компьютерные технологии, оценки минеральных ресурсов различных территорий, аэрокосмические поисковые системы, мощная буровая и геофизическая аппаратура, разнообразные инженерные приемы изучения минерального состава и строения месторождений, а также горных пород, грунтов и подземных вод. Современные геологические исследования многообразны и направлены на решение разнообразных задач. В решении геологических задач используется системная последовательность приемов и методов исследования.

В.И. Вернадский еще в 1926 г. писал о переломных моментах в развитии науки. Он указал, что на фоне спокойного развития науки отмечаются периоды лавинообразного открытия новых явлений, возникновения новых идей, позволяющих дать совершенно необычную интерпретацию фактического материала. Революционный переворот в науке происходит не мгновенно, требуется определенное время, чтобы сказалась созидательная сила новых идей.

Новая парадигма не отрицает завоеваний прежних научных концепций. Она использует весь багаж знаний, добытый предшественниками, но критически переосмысливает его, исходя из постулатов новой концепции.

По мнению В.И. Вернадского, эпохи интенсивного развития новых знаний имеют созидательный характер. Старые знания не разрушаются, им придается новое понимание. Прекрасным примером этому служит судьба учения о геосинклиналях. Громадный фактический материал, полученный геологами первой половины XX столетия, не был отброшен. Анализ в контексте новой парадигмы тектоники литосферных плит дал ему иное толкование, что позволило в достаточно короткий срок создать новую модель истории отдельных регионов и планеты в целом.

Как правило, научные революции, новые парадигмы определяют более совершенные методы исследования. Более высокий уровень данных, полученный с приходом этих методов исследования, часто служит в свою очередь отправной точкой появления новой парадигмы. В этом проявляется закон обратной связи.

Влияние методов исследования на развитие теории науки можно проследить на истории геологии и других наук. Поляризационный микроскоп, методы рентгеноструктурного анализа, микрозонд, сейсмическая томография ознаменовали собой переломные моменты развития не только наук о вещественном составе земной коры, но и геологии в целом.

Геология как интегральная наука имеет в своем арсенале большое количество методов исследования, применение которых позволяет создать целостную модель изучаемого процесса или явления. В настоящее время существуют разнообразные классификации геологических методов исследования. Как правило, они включают общенаучные и специальные методы, направленные на получение научной информации, ее обработку и отображение результатов исследования.

Контрольные вопросы и задания

1. Охарактеризуйте зарождающий этап развития геологии.
2. Каковы основные черты и этапы развития доисторического периода?
3. Дайте характеристику древнейшему этапу.
4. Назовите особенности древнего этапа развития.
5. Охарактеризуйте средневековый период развития.
6. В чем заключаются особенности нового этапа?
7. Расскажите о развитии горного дела в России в новейший период.
8. Оцените влияние геологии как науки на современном этапе развития топливно-энергетического комплекса.