Геологический цикл формирования горных пород. Плывуны и псевдоплывуны

Образованное от двух греческих слов(«гео» - Земля и «логос» - учение) понятие «геология» объединяет десятки научных направлений и сотни специальностей, занимающихся изучением планеты Земли, ее структуры, строения, состава, состояния и динамики в результате протекающих в ее пределах и на поверхности разнообразных процессов. Геология, по образному выражению американских геологов А. Аллисона и Д. Пальмера – «наука о вечно меняющейся планете Земля», являющейся объектом данной науки. Земля – сложное материальное тело, имеющее историю развития более 4 млрд. лет. Представления о его строении, происхождении, истории развития за последние десятилетия значительно изменились. Менялся следовательно и предмет геологии, т.е. совершенствовались модели планеты и ее отдельных элементов.

Появление и развитие геологии и ее научных направлений было вызвано потребностями жизни. Для обеспечения условий выживания племен, народов и человечества в целом были необходимы различные полезные ископаемые – руды металлов, топливо, вода, строительные материалы, а также сведения о строительных и мелиоративных условиях окружающей среды. Развитию геологии очевидно способствовала и любознательность человека – желание понять причины тех или иных природных явлений – землетрясений, вулканических извержений, цунами, происхождение горных обвалов и оползневых смещений, карстовых пещер и т.д.

Велико и общекультурное значение геологии наряду с астрономией как одной из важнейших мировоззренческих дисциплин. Трудно представить гармонически развитого человека без знания азов строения Земли – своей колыбели – ее истории, процессах и явлениях. Геологические знания не только помогают преодолевать суеверный страх перед природой, но дают возможность изучать их, познавать и использовать в хозяйственной деятельности.

Любая наука отличается от других своим объектом, предметом и методами. Планету «Земля» геология постигает путем изучения геологических тел – минералов, горных пород, толщ, слоев, свит, тектонических структур, их происхождения и изменений. Геология – наука историческая. Возраст геологических тел исчисляется тысячами, миллионами и даже миллиардами лет. Воспроизводить условия их образования очень сложно. Но геологии помогает метод актуализма (М. Ломоносов, Ч. Лайель), гласящий, что процессы, изменяющие лик Земли сегодня, примерно также протекали и в прошлом. изучение деятельности рек, морских волн, ветра, вулканов и других процессов и явлений сегодня, помогает понять их роль в прошлом. Таким образом, изучая нашу планету, геология освещает целый круг вопросов, а именно:

Вещественный состав Земли (минералогия, петрография);

Строение Земли и процессы, которые происходят в ее недрах и на ее поверхности (геотектоника, динамическая геология, вулканология, сейсмология, геология моря);

Историю формирования и развития Земли, изменение ее облика (историческая геология, палеонтология, палеогеография);

Исследования прикладного характера (учение про полезные ископаемые, гидрогеология, инженерная геология и т.д.).

Отсюда вытекают главные задачи этой науки:

Изучение вещественного состава внутренних оболочек Земли;

Изучение внутреннего строения Земли;

Изучение закономерностей развития литосферы и земной коры;

Изучение истории развития жизни на Земле и др.

Для решения поставленных перед собой целей и задач, геология руководствуется особым методологическим аппаратом. Основными методами, применяемыми при геологических исследованиях являются:

1. Методы полевой геологической съемки - изучение геологических обнажений, извлеченного при бурении скважин кернового материала, слоев горных пород в шахтах, изверженных вулканических продуктов, непосредственное полевое изучение протекающих на поверхности геологических процессов.

2. Геофизические методы - используются для изучения глубинного строения Земли и литосферы. Сейсмические методы , основанные на изучении скорости распространения продольных и поперечных волн, позволили выделить внутренние оболочки Земли. Гравиметрические методы , изучающие вариации силы тяжести на поверхности Земли, позволяют обнаружить положительные и отрицательные гравитационные аномалии и,следовательно, предполагать наличие определенных видов полезных ископаемых. Палеомагнитный метод изучает ориентировку намагниченных кристаллов в слоях горных пород. Осаждающиеся кристаллы ферромагнитных минералов ориентируются своей длинной осью в соответствии с направлениями силовых линий магнитного поля и знаками намагниченности полюсов Земли. Метод основан на непостоянстве (инверсии) знака полярности магнитных полюсов. Современные знаки намагниченности полюсов (эпоха Брюнес) Земля приобрела 700 000 лет назад. Предыдущая эпоха обратной намагниченности - Матуяма.

3. Астрономические и космические методы основаны на изучении метеоритов, приливно-отливных движений литосферы, а также на исследовании других планет и Земли (из космоса). Позволяют глубже понять суть происходящих на Земле и в космосе процессов.

4. Методы моделирования позволяют в лабораторных условиях воспроизводить (и изучать) геологические процессы.

5. Метод актуализма - протекающие ныне в определенных условиях геологические процессы ведут к образованию определенных комплексов горных пород. Следовательно, наличие в древних слоях таких же пород свидетельствует об определенных, идентичных современным процессах, происходивших в прошлом.

6. Минералогические и петрографические методы изучают минералы и горные породы (поиск полезных ископаемых, восстановление истории развития Земли).

Постепенное накопление геологических знаний привело к дифференциации геологической науки, выделению целого ряда родственных наук, каждая из которых обладает своим объектом и предметом исследования. На сегодняшний день науки геологического цикла весьма обширны и разнообразны, а геологических специальностей насчитывается более сотни. Среди основных наук геологического цикла можно назвать:

минералогия – физические особенности и химическая природа минералов;

петрография – состав, строение, происхождение и условия залегания горных пород;

геотектоника – движение и строение земной коры, формы залегания слоев горных пород;

динамическая геология – процессы, которые изменяют земную кору и вид поверхности нашей планеты в целом;

палеонтология – наука про древние ископаемые организмы, их строение, развитие, географическое распространение в разные периоды истории Земли; данная отрасль геологии тесно связана с зоологией и ботаникой, поскольку с ее помощью изучается история развития растительного и животного мира;

историческая геология – геологическая история Земли от ее формирования как планеты до современной эпохи, выявляет последовательность изменений, которые происходили на протяжении существования планеты;

палеогеография – физико-географические условия, которые существовали на поверхности Земли в предыдущие геологические эпохи;

учение про полезные ископаемые – исследование происхождения, закономерностей распространения и форм залегания полезных ископаемых;

гидрогеология – условия залегания воды в толще земной коры, ее состав, происхождение и особенности;

инженерная геология – горные породы земной коры, перспективы их использования для строительства различных сооружения: зданий, мостов, прокладки каналов и т.п.; для этого изучается прочность и стойкость пород к температурным изменениям, нагрузкам и возможности развития в них различных негативных геологических процессов (сдвигов, суффозий, карста, просадок и т.п.)

В последнее время растет экологическая роль геологии. Она разрабатывает вопросы надежного захоронения вредных отходов производства, особенно радиоактивных и химических, разумного строительства с учетом возможного ущерба от опасных геологических факторов: землетрясений, эрозии, оползней и т.д.

Все геологические науки тесно связаны между собой и дают целостную картину строения и развития земной коры и Земли в целом.

Геология тесно связана с географией, химией, физикой, ботаникой, зоологией и другими естественными науками. Она является основанием для специальных географических дисциплин: физической географии, общего землеведения, геоморфологии и т.д. Геология играет важную роль в изучении эволюции географической оболочки. Исследование месторождений полезных ископаемых является важным элементом для глубокого понимания экономической географии.

Связь геологии и химии заключается в изучении химического состава земной коры, происхождения, особенностей, использования природных химических соединений – минералов. Исследования минералов раскрывают суть химических процессов, которые происходят в природе. Кроме того богатства недр являются основным источником сырья для химической промышленности.

С биологией связан отдельный раздел геологии – палеонтология, которая изучает историю возникновения и развития органического мира по окаменелым останкам. С другой стороны, исследования условий жизни современных растительных и животных организмов помогает геологам реконструировать условия прошлых периодов истории Земли.

Как сказал российский академик В.О. Обручев: «геология учит нас смотреть открытыми глазами на окружающую нас природу и понимать историю ее развития», т.е. дает научное объяснение целому ряду природных процессов и явлений.

Геология тесно связана также с практическою деятельностью человека: разведка месторождений полезных ископаемых, которые используются в промышленности. Только после инженерно-геологического обоснования проектов начинается строительство жилых, хозяйственных и инфраструктурных объектов. Горные породы и рельеф являются важными факторами почвообразовательных процессов, которые необходимо учитывать в сельскохозяйственной деятельности.

С тех пор как человек стал удивляться звездам не небе, значительна часть его умственной энергии, очевидно, тратилась на познание Земли. Столетия и тысячелетия ему понадобились, чтобы увидеть в камне орудия труда и защиты. Затем он научился выплавлять медь, бронзу, железо, накапливая знания и навыки поиска руд этих металлов, признаков месторождений полезных ископаемых. Полагают, что учение о месторождениях полезных ископаемых, зародившееся в IV тысячелетии до н.э. положило начало геологии как науки. Большой вклад в развитие геологии в Античное время внесли такие ученые как Аристотель, доказавший, что Земля имеет форму шара, и выдвинувший предположение о том, что постоянно меняется площадь, занятая сушей и морем; Страбон, утверждавший, что Земля постоянно испытывает вертикальные движения, то поднимаясь, то опускаясь; Плиний Старший, написавший 36-томный труд «Естественная история», в котором собрал и систематизировал геологические знания своей эпохи.

Капитальные труды собственно геологического содержания появляются в Средние века. Так, персидский врач и философ Авиценна разработал первую классификацию минералов, а ученому из Хорезма Аль-Бируни принадлежит труд «Собрание сведений о познании драгоценных минералов».

В эпоху Возрождения ученые вплотную приблизились к истокам современного познания. Были сделаны величайшие открытия в географии, физике, биологии и других естественных науках, в том числе и в геологии. Так, Леонардо да Винчи, работая на строительстве ирригационных сооружений в Италии, пришел к выводу о том, что участки суши, где велось строительство, когда-то были морским дном, поскольку в горных породах встречалось много остатков морских организмов. Большое значение для развития геологии имели работы по астрономии М. Коперника, который доказал, что именно Земля вращается вокруг Солнца, а не наоборот (гелиоцентрическая модель).

Отдельные мысли и идеи были выдвинуты в области познания геологических процессов и явлений. Так, датский ученый Н. Стено описал формы дислокаций земной коры, трансгрессии и регрессии морей, выдвинул вулканическую теорию образования гор. Его работы заложили основы таким геологическим наукам, как стратиграфия и тектоника, кроме того с именем этого ученого связано введение в методологический аппарат науки геологического метода. Немецкий физик, математик и философ Г.В. Лейбниц, первым высказал мысль о том, что горные породы образуются из горячей расплавленной массы, из которой когда-то состояла Земля. Значительный вклад в дальнейшее развитие геологии внесли труды Иммануила Канта «Всеобщая естественная история и теория неба» и М.В. Ломоносова «О слоях земных», «Слово о рождении металлов от трясения земли», «Первые основы металлургии или рудных тел».

Конец XVIII- начало XIX в.в. ознаменовались экспедиционным исследованием геологического строения многих районов Европы и Азии, которые проводились П.С. Паллосом, И.И. Лепехиным и др. Геологическая карта Восточного Забайкалья, составленная Д. Лебедевым и М. Ивановым, оказалась одной из первых геологических карт в мире.

В XVIII – XIX в.в. появляется ряд работ, давших значительный толчок дальнейшему развитию науки. Профессор Фейбергской академии в Саксонии А. Вернер стал одним из основоположников современной минералогии. В области теоретической геологии он возглавлял так называемую школу нептунистов и утверждал, что основным геологическом фактором в изменении лика планеты является вода. Шотландский ученый Д.Геттон (основатель школы плутонистов) считал, что ведущая роль в геологических процессах принадлежит подземным силам.

Английский ученый В. Смит разработал палеонтологический метод определения относительного возраста горных пород. Суть метода заключается в том, что относительный возраст горных пород определяют по остаткам ископаемых организмов, т.к. с каждым комплексом разных по возрасту осадочных пород связан комплекс определенных организмов. В первой половине XIX века началось систематическое изучение остатков ископаемых организмов с целью разделения осадочных толщ и выработки единой для всех стран геохронологической шкалы. В это время также происходит зарождение палеонологии и исторической геологии как самостоятельных научных дисциплин.

Во второй половине XVIII века закладываются основы теоретической геологии, поднимаются вопросы происхождения горных пород. Благодаря работам И. Канта и П.С. Лапласса возникает научная космогония. Работы Ж. Ламарка, Ч. Лайеля, Ч.Дарвина опровергаю теорию катастроф Ж.Кювье, утверждая эволюционный этап развития Земли.

В 80-х годах XIX века Дж. Голл и Дж. Дэн сформулировали основные положения теории геосинклиналей.

Лекция 2. Земля во Вселенной. Особенности внутреннего строения планеты.

Земля представляет собой космическое тело, планету, являющуюся частью Вселенной. Во Вселенной все небесные тела образуют скопления разной сложности. Так, Земля со спутником Луной, образуют систему. Она входит в более крупную систему – Солнечную, образованную Солнцем и движущимися вокруг него небесными телами – планетами, астероидами, спутниками и кометами. Солнечная система в свою очередь является частью Галактики – это Галактика Млечного пути. Галактики в свою очередь образуют еще более сложные системы – скопления галактик.

Солнечная система состоит из центральной звезды – Солнца, девяти планет, а также спутников, астероидов и комет. Все планеты солнечной системы делятся на две большие группы:

1. "Планеты земного типа" (Меркурий, Венера, Земля, Марс). Отличительные особенности этих планет – близкое расположение в Солнцу; небольшие размеры; высокая плотность вещества; основными их составляющими являются силикаты (соединения кремния) и железо, следовательно планеты земной группы твердые тела; планеты медленно вращаются вокруг своей оси (у Меркурия период вращения равен 58,7 земных суток; у Венеры – 243, у Марса – немногим более суток). Из-за медленного вращения полярное сжатие у планет небольшое и они имеют форму близкую к шару.

2. "Планеты-гиганты" (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон). Планеты данной группы расположены на большом расстоянии от Солнца, имеют большие размеры. Наиболее распространенными химическими элементами являются водород и гелий, следовательно планеты-гиганты представляют собой газовые шары. Все планеты-гиганты с большой скоростью вращаются вокруг своей оси, благодаря чему имеют большое полярное сжатие. Все планеты имеют большое количество спутников.

Астероиды (от греческого astereideis – звездоподобные) – малые планеты Солнечной системы Они образуют тонкое кольцо между орбитами Марса и Юпитера (предположительно образовались после разрушения планеты Фаэтон или за счет сгустков первичного газопылевого облака). Их среднее расстояние от Солнца 2,8 – 3,6 а.е. Первый астероид был назван Церера (1801 год), к 1880 году астероидов было известно уже около 200, сейчас орбиты вычислены для более 40 000 астероидов. Самый большой астероид Церера имеет диаметр 1000 км, диаметр Паллады – 608, Весты – 540, Гигии – 450 км. Практически все астероиды имеют неправильную форму, только самые крупные приближаются к шару.

Кометы (от греч. kometes – хвостатые) небольшие несветящиеся тела Солнечной системы, которые становятся видимыми только при подходе к Солнцу. Движутся по сильно вытянутым эллипсам. Число комет измеряется миллионами. С приближением к Солнцу у них резко обособляется «голова» и «хвост». Головная часть состоит из льда и частиц пыли. В разреженной газо-пылевой среде хвоста обнаружены ионы натрия и углерода. Одна из самых известных комет – комета Галлея, каждые 76 лет она появляется в зоне видимости Земли.

Метеоры – мельчайшие твердые тела массой несколько граммов, вторгшиеся в атмосферу планеты. Мелкие частицы вещества, двигаясь со скоростью 11-12 км/с, из-за трения в атмосфере разогреваются до 1000 0 С,что вызывает их свечение на протяжении нескольких секунд. Они сгорают в атмосфере не долетая до поверхности. Метеоры делятся на единичные и метеорные потоки. Наиболее известны метеорные потоки: Персеиды (падают в августе), Дракониды (октябрь), Леониды (ноябрь). Если Земля пересекает орбиту метеорного потока, частицы «налетают на планету», начинается «звездный дождь». Упавшие на поверхность планеты небесные тела называются метеоритами. Наибольший метеорный кратер на Земле имеет диаметр 1265 м и расположен в Аризоне около каньона Диабло. Наиболее распространенными элементами метеоритов являются кислород, железо, кремний, магний, никель и др.

Земля является третьей планетой от Солнца и самой крупной планетой земной группы. Вместе с Луной Земля образует двойную планету. На ранних этапах своего формирования Земля представляла собой холодное космическое тело, содержащее все известные в природе химические элементы. Постепенно за счет гравитационных сил, энергии распада радиоактивных элементов и лунных приливов недра Земли стали разогреваться. Когда температура недр достигла уровня плавления окислов железа и других соединений начались активные процессы формирования ядра и основных оболочек планеты: ядра, мантии и земной коры.

Изучение внутреннего строения земли связано с большими трудностями, т.к. ученые не могут непосредственно наблюдать те процессы, которые происходят в глубинах планеты. Основными источниками информации о строении Земных недр, их вещественном составе, агрегатном состоянии являются сейсмические волны, возникающие при землетрясениях и целенаправленных взрывах. В течение небольшого отрезка времени они пронизывают практически всю Землю. При прохождении сквозь тело планеты сейсмические волны на некоторых глубинных уровнях заметно меняют свою скорость, что свидетельствует об изменении свойств основных оболочки или геосферы: земную кору, мантию и ядро.

Земная кора. Земная кора представляет собой верхний слой жесткой оболочки Земли – литосферы. Земная кора отделена от подстилающей ее литосферной мантии границей Мохоровичича. Поверхность земной коры формируется благодаря трем разнонаправленным воздействиям: тектоническим движениям, создающим неровности рельефа, денудации этого рельефа за счет разрушения и выветривания слагающих его горных пород и благодаря процессам осадконакопления. В результате постоянно формирующуюся и одновременно сглаживающаяся поверхность земной коры оказывается достаточно сложной. Мощность земной коры колеблется от 5-10 км под океанами до 70-75 км под горными системами. Состав, строение и мощность коры континентов и океанов различны, что дало основание для выделения ее главных типов: континентального, океанического и двух переходных.

Океаническая земная кора примитивна по своему составу и по существу представляет собой верхний дифференциирванный слой мантии, перекрытый сверху тонким слоем осадков. В океанической коре обычно выделяют три слоя.

Осадочный слой – самый верхний слой океанической земной коры. Средняя мощность осадочного слоя невелика и составляет около 500 м., однако сильно варьирует. Так, возле континентальных окраин и в районах крупных речных дельт она возрастает до 10-12 км. Связано это с тем, что практически весь осадочный материал, сносимый с суши, отлагается в прибрежных участках океанов и на материковых склонах континентов. В открытом океане толщина осадочного слоя возрастает от гребней срединно-океанических хребтов, где осадков почти нет, к их периферии.

Второй слой океанической коры – базальтовый. Общая мощность базальтового слоя достигает 1,5 – 2 км. Верхний слой базальтового слоя сложен базальтовыми лавами толеитового состава. Изливаясь в подводных условиях, эти лавы приобретают причудливые формы гофрированных труб и подушек, поэтому их еще называют подушечными лавами. Ниже располагаются долеритовые дайки, того же толеитового состава, представляющие собой бывшие подводящие каналы, по которым базальтовая магма в рифтовых зонах изливалась на поверхность океанского дна. Базальтовый слой океанической коры обнажается во многих местах океанского дна, примыкающих к гребням срединно-океанических хребтов.

Частые находки в крупных трансформных разломах включений габбро-толеитового состава и серпентинитов свидетельствует о том, что в состав океанической коры входят и эти крупнокристаллические породы. Таким образом, нижний слой океанической коры представлен габбро-серпентинитовыми породам. По сейсмическим данным мощность этого, третьего слоя составляет 4,5-5 км. Таким образом, общая мощность океанической земной коры составляет 6,5-7 км. Снизу океаническая кора подстилается кристаллическими породами верхней мантии. Под гребнями срединно-океанических хребтов океаническая кора залегает непосредственно над очагами базальтовых расплавов, выделившихся из вещества горячей мантии.

Океаническая кора формируется в рифтовых зонах срединно-океанических хребтов за счет происходящей под ними сепарации (выделения) базальтовых расплавов из горячей мантии и их излияния на поверхность океанского дна. Ежегодно в зонах поднимается из астеносферы, изливается на океанское дно и кристаллизируется не менее 12 км 3 базальтовых расплавов, формирующих собой весь второй и часть третьего слоя океанической коры.

Континентальная земная кора как по составу, так и по строению резко отличается от океанической. Ее мощность колеблется от 20-25 км под островными дугами и участками с переходным типом земной коры до 80 км под молодыми складчатыми поясами Земли (Андами и Альпийско-Гималайским). В противоположность океанической коре большая часть континентальной коры очень древняя. Судя по возрасту древнейших земных пород, начало формирования континентальной коры относится к архею. К рубежу архея и протерозоя в результате тектонической активности Земли сформировалось приблизительно 70% массы современной континентальной коры.

В строении континентальной земной коры также выделяют три слоя: осадочный, гранито-гнейсовый и базальтовый.

Мощность верхнего осадочного слоя колеблется в пределах 0 км на древних щитах до 10-15 км на пассивных окраинах континентов и в краевых прогибах платформ. Среди осадков преобладают глинистые отложения и карбонаты, сформировавшиеся в условиях мелководных морских бассейнов.

Второй слой континентальной коры представлен гранито-гнейсовыми породами докембрийского (архейско-протерозойского возраста) (гнейсами, диоритами, гранитами и кристаллическими сланцами), образовавшимися в результате процессов регионального и метаморфизма. Мощность слоя 10-15 км.

Третий слой земной коры представлен базальтами, мощность этого слоя составляет 15-35 км. Граница, разделяющая гранито-гнейсовый и гранулито-базальтовый слои континентальной земной коры называется границей Конрада.

Субокеанский подтип земной коры характерен для котловин внутренних и окраинных морей (Черного, Азовского, Охотского, Средиземного и т.д.). Для него характерна большая мощность осадочного слоя – 5-10 км (местами может достигать 20 км).

Субконтинентальный подтип земной коры характерен для островных дуг (Курильские, Японские острова). По основным характеристикам близок к континентальному, но его мощность заметно меньше – 20-30 км.

Мантия. Силикатная оболочка Земли – ее мантия – расположена между подошвой земной коры и поверхностью земного ядра на глубинах около 2900 км. Является самой крупной геосферой, составляющей 83% объема планеты и 66% ее массы. Граница между земной корой и мантией известна как поверхность Мохоровичича. Сейсмологические данные свидетельствуют о достаточно сложном внутреннем строении мантии. По значениям физических параметров мантия делится на верхнюю (от поверхности Мохоровичича до глубины 670 км) и нижнюю (от 670 до 2900 км). По сравнению с горными породами, слагающими земную кору, породы мантии отличаются большей плотностью, и скорость распространения сейсмических волн в них заметно выше. Это объясняется не только сжатием вещества под большим давлением, но и химическими процессами, ведущими к превращению одних минералов в другие. Мантия характеризуется увеличением температуры с 2.000 дл 3.700 °С и давления с 35 до 136 ГПа.

Верхняя мантия имеет хорошо фиксируемый внутренний раздел, проходящий на глубине 410 км и разделяющий ее на два слоя. Верхний слой, залегающий от поверхности Мохоровичича до глубины 410 км, называется слоем Гутенберга. Он характеризуется замедлением темпа нарастания скорости прохождения сейсмических волн с глубиной, а в нижнем слое отмечается даже ее снижение, что объясняется размягченным, частично расплавленным состоянием вещества мантии. Эта часть слоя Гутенберга получила название астеносфера. Верхняя часть слоя Гутенберга вместе с земной корой образует единую жесткую оболочку – литосферу, располагающуюся над астеносферой. Литосфера и астеносфера составляют тектоносферу – главную область проявления тектонических процессов Земли.

Понятия литосфера и астеносфера чисто физические. Они различаются по вязкости – жесткая и хрупкая литосфера и более пластичная, подвижная астеносфера. Граница литосферы и астеносферы в осевых зонах срединно-океанических хребтов местами находится на глубине 3-4 км.

В направлении к периферии океанов мощность литосферы увеличивается за счет низов коры, а основном верхов мантии (литосферной мантии) и может достигать 80-100 км у границ с континентами.

В центральных частях континентов, особенно под щитами древних платформ, таких как Восточно-Европейская или Сибирская, мощность литосферы составляет 150-200 км, достигая своего максимума в Южной Африке (350 км).

Практически вся литосферная мантия сложена ультраосновными породами перидотитами, реже дунитами, главными минералами которых являются пироксены, оливин, гранаты.

Ниже слоя Гутенберга, в интервале 410-670 км расположен слой Голицына, который отличается весьма резким нарастанием скорости сейсмических волн с глубиной, что объясняется увеличением плотности мантийного вещества на 10% в связи с существенными минеральными преобразованиями переходом одних минеральных видов в другие, с более плотной упаковкой атомов: оливин переходит в шпинель, пироксен – в гранат. Предполагается, что этот слой сложен преимущественно гранатами. Важным компонентом химического состава слоя является вода, содержание которой по некоторым оценкам составляет около 1%.

Нижняя мантия начинается с глубины 670 км и простирается по радиусу Земли до 2900 км. Основными элементами, составляющими нижнюю мантию являются силикаты (прежде всего это перовскит и магнезиовюстит). Однако наблюдаемая плотность вещества нижней мантии заставляет предполагать увеличение соотношения железа и магния. Нижняя мантия состоит из двух слоев. Предполагается, что нижний слой, находящийся на границе нижней мантии и внешнего ядра может порождать огромные, направленные к поверхности Земли сквозьмантийные тепловые потоки, которые могут проявляться на поверхности планеты в виде крупных вулканических областей, таких как Гавайские острова, Исландия и т.п.

Ядро Земли занимает около 17% объема планеты и составляет 34% ее массы. Граница, разделяющая ядро и мантию носит название слоя Вихерта-Гутенберга. По данным сейсмографии поверхность ядра является неровной, образуя выступы и впадины. В строении ядра выделяют три элемента: внешнее ядро, внутренне ядро и переходный слой.

Внешнее ядро. Не пропускает поперечные сейсмические волны, что может свидетельствовать о том, что вещество, его слагающее, находится в жидком состоянии. В настоящее время большинство ученых полагают, что внешнее ядро состоит из расплава оксида железа с примесью никеля и других более легких элементов (серы, кремния, кислорода и водорода), понижающих его плотность и температуру плавления. Предполагается, что конвективные потоки во внешнем ядре генерируют главное магнитное поле Земли.

Внутренне ядро состоит из железо-никелевого сплава, возможно с некоторой примесью серы и кислорода. Давление здесь достигает 360 ГПа, а температура оценивается в 6.500 – 6.800°С. Переходный слой между внешним и внутренним ядром вероятнее всего состоит из сернистого железа – триолита. Это сравнительно тонкий слой, мощностью 140 км.

Новейшие исследования свидетельствуют о том, что для внутреннего ядра характерно стеклообразное состояние. Железо в нем структурируется в твердое состояние не с помощью кристаллической решетки, а в виде застывшего высоковязкого расплава. Этот расплав стеклуется или переходит в состояние стекла. Скорее всего ядро Земли представляет собой высокоупругое тело с плавно нарастающей вязкостью вплоть до стекольных значений.

В 2014 году в центральном районе Ямальского полуострова был найден странный провал в земле: круглая воронка имела диаметр около 20 метров и глубину около 50 метров. Ее происхождение с тех пор оставалось загадкой. Группа ученых из МГУ, исследовав пробы многолетнемерзлых пород, установила, что эта воронка сформировалась благодаря явлению, ранее не наблюдавшемуся на Земле. Опубликованная на прошлой неделе в журнале Scientific Reports статья описывает ее формирование в терминах криовулканизма, тем самым не только предлагая новый механизм образования этих необычных кратеров, но и впервые описывая земной криовулкан.

Летом 2014 года в центральной части полуострова Ямал неподалеку от газового месторождения Бованенковское было найдено необычное геологическое образование: почти круглый кратер диаметром 20 метров и глубиной около 50 метров (рис. 1). Было выдвинуто множество гипотез о его происхождении, включая падение метеорита и миграцию биогенных газов из-за оттаивания вечной мерзлоты (см., например, M. Leibman et al., 2014. New permafrost feature-deep crater in central Yamal (West Siberia, Russia) as a response to local climate fluctuations , V. Olenchenko et al., 2015. Results of geophysical surveys of the area of «Yamal crater», the new geological structure), но все они имели свои недостатки. В принципе, образование кратероподобных структур в результате геокриологических процессов - явление редкое, но не экстраординарное (J. Mackay, 1979. Pingos of the Tuktoyaktuk Peninsula Area, Northwest Territories). К примеру, в 2017 году на Ямале было зарегистрировано формирование двух похожих кратеров, но значительно меньшего размера.

Ямальский кратер находится в зоне вечной мерзлоты со среднегодовыми температурами от −1°C до −5°C и объемной долей льда 30–65%, часто сконцентрированного в ледяных линзах . Благодаря современным технологиям даже удалось выяснить примерное время формирования структуры: до 2013 года, по данным космических снимков, на месте кратера находился крупный бугор пучения (см. картинку дня «Пинго или бугры пучения»), около 8 метров в высоту и 50–55 метров в диаметре.

По линии, пересекающей кратер, ученые пробурили несколько скважин и получили керны (цилиндрические столбики породы, вынимаемые из скважины) многолетнемерзлых пород (рис. 2). Одна из скважин, находившаяся в пяти метрах к северу от кратера, вскрыла крупную линзу льда на глубине 5,8 м. Несмотря на то, что глубина этой скважины была 17 м, до нижней границы линзы добраться не удалось. Из этой линзы и соседних скважин были отобраны пробы для дальнейшего изучения. Они состояли изо льда, гуминовых кислот и минеральных включений. Анализы показали, что ученые имеют дело с двумя разными типами вечной мерзлоты, содержащей древние морские отложения: первый тип почти не тронут термокарстом (процессом оттаивания и разрушения вечной мерзлоты), а второй, наоборот, интенсивно им переработан. Лед в пробах первого типа содержал малые количества металлов и органического углерода, а лед из проб второго типа содержал углеродные соединения органического происхождения до 3,5 г/литр и включения темно-коричневых растворов щелочного состава (pH 8–9,5). Другое различие наблюдалось между ледяной и осадочной составляющими проб: концентрация металлов была незначительной в древних осадках (за исключением SiO 2 , CaO, Na 2 O) и сравнительно высокой в ледяных пробах. Это может быть интерпретировано как результат длительного взаимодействия грунтовых и талых вод, что ведет к мысли, что на месте кратера когда-то существовало озеро с большой оттаявшей зоной под ним (таликом).

Главной особенностью изученных образцов является необычно высокая концентрация газов, достигающая в отдельных пробах 20 объемных процентов. В основном это CO 2 и N 2 . А вот метана - предполагаемого виновника образования кратера - оказалось мало (первые проценты). Это, а также результаты изотопного анализа, указывало, что источник газов не месторождение Бованенково, как считалось ранее. Преобладание среди углеводородов высших нормальных алканов (C 19 H 40 и соединения с бо льшим числом атомов углерода) показало, что они образовались в результате разложения растительных останков.

По результатам математического моделирования была установлена последовательность событий, предшествовавших формированию кратера. Сначала под долгоживущим термокарстовым озером (жидкая вода при положительной температуре) вечная мерзлота оттаивает (рис. 3, А), формируя талик размером примерно, как у современного сухого озера, в центре которого находится кратер. По оценкам геокриологов, формирование 60–70 метровой зоны протаивания занимает примерно 3000 лет. При высыхании озера оттаявшая зона начинает обратно замерзать от краев к центру (рис. 3, В). На финальных стадиях жизни озера его дно промерзает, формируя ледяную крышку над еще не до конца замерзшим таликом (рис. 3, С). Оставшаяся вода под давлением растущего льда начинает выжиматься наружу, формируя бугор пучения, существовавший последнюю сотню лет (рис. 3, D).

На основании содержания газов в изученных образцах предполагается, что растворенные газы составляли около 14 объемных процентов талика. При замерзании часть этих газов мигрировала в окружающие породы, избежав замерзания, а часть (в основном - хорошо растворимый в воде CO 2) осталась в талике, увеличивая давление и способствуя образованию бугра пучения. Из-за воды под промерзшей крышкой льда толщиной 6–8 метров давление в талике может достигать 5 бар, но для ее прорыва требуется около 10 бар. Это значение вполне достижимо, если учесть вклад газовой составляющей. В нижней же части талика давление доходит до 15 бар, что делает возможным образование клатратов CO 2 (сценарий, реализуемый если жидкость насыщена газом). Если бы газа было мало, то при разрушении пинго произошел бы только небольшой выброс воды, но никак не извержение и образование кратера.

Перед извержением в талике наблюдалась слоистая структура: талые почвы с большим количеством клатратов углекислого газа внизу, вода с растворенным газом в середине и преимущественно газ в верхней части (рис. 4, А). Извержение было спровоцировано формированием ледяных клиньев по трещинам в промерзшей шапке и состояло из трех стадий:
1) Пневматическая стадия (первые минуты): дегазация из верхней камеры талика, выброс струй углекислого газа (рис. 4, В). Разлет почвы на большие дистанции и повреждение растительности холодной газовой струей.
2) Гидравлическая стадия (несколько часов): излияние воды из кратера (рис. 4, С) - сброс давления вызвал вспенивание воды, насыщенной газом (эффект, сходный со струей шампанского после удаления пробки). Полное пробитие ледяной шапки и начало формирования вала вокруг кратера.
3) Фреатическая стадия (5–25 часов): разложение газовых гидратов в нижнем слое почвы и вынос её на поверхность с возникающей пеной (рис. 4, D). Так как разложение газовых гидратов - процесс достаточно медленный, то эта фаза является наиболее длительной частью извержения.

Такая реконструкция событий позволяет говорить о том, что образование ямальского кратера - полноценное явление, «Элементы», 07.02.2014 и Анализ гравитационного поля Энцелада тоже указывает на наличие на нем жидкой воды , «Элементы», 04.07.2014, а также статью J. S. Kargel, 1995. Cryovolcanism on the icy satellites). Следы прошлой криовулканической активности обильно встречаются во внешней области Солнечной системы. Серьезное изучение этих объектов началось в 1979–1989 годах, после пролетов зондов «Вояджеров» мимо ледяных лун газовых гигантов, однако их непосредственное исследование до настоящего момента было недоступно, так как ни одного криовулкана на Земле обнаружено не было. Теперь, похоже, ученые получают такую возможность.

Ранее предполагалось, что для криовулканизма обязателен источник тепла, расположенный под криовулканом. Отчасти, это верно, однако обсуждаемая работа показывает, что подобные процессы могут происходить не только за счет нагрева воды, но и за счет ее кристаллизации: кристаллизация льда в газонасыщенных системах приводит к скачкам давления и может, например, служить объяснением водяных джетов на Энцеладе (J. H. Waite Jr et al., 2009. Liquid water on Enceladus from observations of ammonia and 40 Ar in the plume). Полученные при исследовании ямальского кратера данные могут позволить по-новому взглянуть на извержения на ледяных телах.

В науке есть проблемы, которых нельзя решить усилиями одной какой-нибудь отрасли знания, а только совместными усилиями ряда смежных научных дисциплин.

В геологии к числу таковых принадлежит не только проблема движения материков, но и проблема о связи циклов развития нашей планеты с ее движением. С одной стороны, движение как нашей, так и других планет изучается астрономией, с другой, рассказать о циклах жизни планеты в истории Земли правильнее всего может геолог.

Ясно из этого, что при сопоставлении этих двух явлений совершенно неизбежно приходится воспользоваться данными геологии и астрономии. Однако нетрудно показать, что усилий этих двух наук совершенно недостаточно.

Когда на протяжении геологического времени осуществляются и развертываются геологические циклы, ход их развития определяется физической природой вращающегося тела планеты, поэтому при изучении данного вопроса необходимо также участие и геофизики. Далее, в связи с тем, что Земля и в особенности ее кора - это мозаика разнообразных веществ, потребуется участие и геохимической науки, и, наконец, своя точка зрения на эту проблему существует у механики. Словом, большая и сложная проблема о взаимоотношении геологических циклов с движением Земли, и в частности с ее вращением, требует совместной работы нескольких научных дисциплин. Мы это далее рассмотрим с позиций геологии, однако с учетом достижений ряда других отраслей знания.

До очень недавнего сравнительно времени, как известно, геология стояла на той точке зрения, что Земля внутри расплавлена и прошла огненножидкую фазу, во время которой разделилась на железное ядро и силикатные геосферы. От этого взгляда понемногу отказываются. Однако такое мнение привело к большим и чрезвычайно важным последствиям. Пока считалось, что огненножидкое ядро существует, именно к нему апеллировали геологи для объяснения всех так называемых эндогенных явлений на Земле: этим объясняли и тектонику, и землетрясения, и вулканизм. Но эта трактовка стала невозможной, когда такое представление отбросили.

Господствующее направление геологической науки в объяснении тектонических явлений и горообразования, а следовательно и геологических циклов, находится сейчас у разбитого корыта. Доказано, что Земля тело холодное, и поэтому апеллировать для объяснения тектонических фактов ныне к огненножидкому ядру не приходится.

Теория радиогенного тепла также ничего не объясняет, за исключением констатации того факта, что в земной коре на некоторой глубине концентрируются радиоактивные элементы. В результате, господствующее течение в геологии сейчас не дает объяснений тектогенезу, а только описывает тектонические явления, подводя их под рубрику структур разных типов. Равным образом в вопросе о ходе геологических явлений это направление создало пульсационную теорию, которая констатировала последовательное чередование в истории Земли пульсации разных типов, но причин этого не выяснила.

Кроме этой теории, сейчас в нашей отечественной геологии есть еще теория радиомиграционная, идущая дальше теории пульсационной в том, что стремится объяснить пульсации миграциями радиоактивного вещества внутри тела Земли именно из ее глубин к поверхности. Однако и она причин миграции не объясняет, и апеллируя к миграциям из центра

к поверхности, в сущности ссылается на то же внутреннее ядро, представление о котором было недавно отброшено. К тому же, если даже будет доказан приток эндогенного тепла из глубин, он никак не объясняет причин определенного географического распределения на Земле горных и платформенных структур, ибо от нагрева до создания движении дистанция огромного размера.

Таким образом, общепринятых объяснений причин тектонических явлений, таких же объяснений цикличности этих явлений, а равно связанных с этим геологических циклов ни пульсационная, ни радиомиграционная теория не дают, и теорию этих явлений приходится строить иными путями. Поскольку Земля представляет собой движущееся, а не неподвижное тело, ключ к раскрытию ее явлений, и, в частности, тех твердо установленных смен событий в ее истории, которых называют пульсациями, следует искать в движении Земли ив его условиях.

Известно, что на движение Земли и на ее вращение не могут не влиять окружающие Землю условия среды. Это - прежде всего охватывающие Землю условия планетной системы Солнца, а также условия того более крупного целого, к которому планетная система принадлежит. В этом аспекте мы и будем подходить здесь к освещению жизни нашей планеты.

Прежде всего перед нами встает вопрос о воздействии на Землю ближайшего соседа - Луны и центрального тела нашей планетной системы - Солнца. Луна и Солнце воздействуют на вращение Земли при ее движении: а) путем создания прецессии, б) путем создания нутации, в) путем создания в океане приливных поднятий воды и г) посредством атмосферной циркуляции.

Отклонение, связанное при вращении Земли с прецессией, как показал Веронне (Veronne, 1912,1927), неодинаково на различных параллелях. Оно ощущается как расширение и сжатие на разных параллелях, за исключением параллели 35°15’52». Выяснено, что этот эффект прецессии не зависит от состояния вещества Земли. Он остается одним и тем же, будь это вещество твердым, жидким, и, наконец, таким же остается, если оно состоит из разных слоев - жидких и твердых.

Величина параллели, на которой прецессионное отклонение сходит на нет, также установлена Веронне, отметившим, что к этой широте приурочиваются также так называемые складчатые горы. В одной работе Красовского (1941) упоминается об указании Магницкого на то, что горные поднятия располагаются вдоль 35-й параллели. К этому выводу присоединился и Красовский.

Ранее мы уже отмечали, что в 1951 г. Стовас показал, что к 35-й параллели приурочены широтные дислокации Земли. Он, не зная работы Веронне, сделал свои исчисления точного положения этой параллели и получил ту же величину, 35°15’52», которая ранее была определена Веронне. Веронне в упомянутой работе привел схему, показывающую, как на 35-й параллели сходятся воздействия со стороны полюсов и экватора, создающие чередующиеся расширения и сжатия пород, дислокации и зоны разлома земной коры. Об этой схеме мы скажем дальше.

Отклонение, по расчетам, создает тангенциальное ускорение в меридиональном направлении величиной в 4 см/сек. 2 , давящее на породы с силой, равной 0.004 веса пород.

Эти сходящиеся с двух сторон боковые давления дают, но Веронне, результирующую, направленную согласно лучу вектора, как волна суточного прилива. В течение 24-часового суточного вращения различные параллели имеют тенденцию сжиматься в сторону 35-й параллели с тем, чтобы затем в последующие 12 часов от нее оттягиваться в противоположную сторону. Это и показано на схеме косым положением экватора, как и параллелей более близких, чем 35-я. Связь прецессии с суточным движением обусловлена тем, что она вызывается действием Луны и Солнца. Суммируясь за длительные промежутки времени, прецессия может создать большое тангенциальное движение поверхностных частей земной коры.

Другими проявлениями воздействия Солнца и Луны на земную кору являются приливные движения океана. Тормозящее влияние океанов на вращение Земли было указано еще Кантом. Затем оно в течение XIX в. было подтверждено рядом автором (Адамс, де Лоне, Томсон, Тэйт, Дарвин, Ньюкомб, Браун и др.).

Энгельс указывал, что приливы разлагают вращение Земли на силы, вычитающиеся из скорости вращения и действующие на отдельные участки Земли; они оказывают на них давление, отчего и создаются дислокации. Он подчеркивал, что это объяснение дислокаций у Томсона и Тэйта вовсе не требует апелляции к огненножидким силам внутреннего ядра Земли, они обходятся без этого.

Если из эклипсов выводить ускорение Луны, являющееся следствием замедления вращения Земли, создаваемого приливами, то величина этого ускорения даст разрыв в 5 2 по отношению к той величине ускорения, которую можно объяснить приливами. Полное ускорение, по Ганзену, равно 12», даже 12».56. Ньюкомб в 1912 г. уменьшил его до 10».9 и даже 8».4. Между тем, приливное ускорение равно всего 6 и 6».1. Есть основание думать, что остальное падает на прецессию и еще на какие-нибудь другие причины, в числе которых находятся нутация, а равно циркуляция атмосферы. Н. Н. Парижский (1945) пришел к выводу, что свободная нутация трехосной Земли приводит к очень небольшому изменению угловой скорости ее вращения, совершенно неощутимому для наблюдения.

О роли циркуляции атмосферы можно сказать следующее. На основе принципа, введенного Майером, о том, что всякое движение на планете, возбужденное движением самой планеты в целом, должно на последнее как-то воздействовать, есть основание думать, что и циркуляция атмосферы подобно приливным движениям должна замедляюще действовать на движение Земли. Размер этого действия подлежит изучению.

Парийский в 1953 г. собрал данные, начиная с 1935 г., относительно годовых изменений хода кварцевых и маятниковых часов с годовым и полугодовым периодом. Оказалось, что быстрее всего Земля вращается в августе и наиболее медленно в марте. Годичный период изменения хода часов оказался реальностью. Большинство исследователей связывает этот ход изменений с действительной неравномерностью вращения Земли. Какова причина такой неравномерности? Группа бельгийских ученых ее происхождение приписывала сезонному перераспределению воздушных масс. Однако Парийский пытался показать, что это представление неправильно, ибо расчетное перераспределение атмосферных масс дает эффект в 3000 раз меньший, чем эффект наблюдаемый, и поэтому заметного влияния на скорость вращения Земли оно оказать не может.

Парийский показал также, что на скорость вращения Земли не влияют вертикальные движения - перемещения масс сезонного характера: изменения растительного, снегового и ледяного покровов, изменения влажности атмосферы за счет водных резервов на той же географической широте. Отрицательный вывод приходится сделать о переменном нагревании поверхностей суши и океана; оно также заметным образом на скорость вращения не влияет. Очевидно, причину изменений скорости вращения приходится искать в других факторах.

Еще в 1926 г. Джеффрейс указал на роль изменений количества движения разных частей атмосферы в общей ее циркуляции. Эта проблема сезонных изменений циркуляции обсуждалась Старром и Уайтжером. В данном явлении может играть роль поверхностное трение между атмосферой и субстратом, а затем его различие по разные стороны меридионально расположенных горных хребтов. Речь идет, таким образом, о влияниях этого трения и гор. Первое во много раз больше водного.

По заключению Парийского, еще нельзя сделать уверенного вывода о том, что неравномерность вращения Земли в течение года полностью объясняется движениями атмосферных масс, но вывод этот, по его мнению, можно считать вероятным. Далее, Парийский считает, что не исключена и другая возможность, т. е. что изменения угловой скорости вращения Земли связаны не только с изменениями в атмосфере, но и с какими-то изменениями внутри Земли или у ее поверхности, с изменениями силы тяжести годового периода. Сезонные изменения в циркуляции атмосферы играют существенную роль в объяснении годичной неравномерности вращения Земли. По-видимому, они все же не могут объяснить всего наблюдаемого явления в пределах года. Прецессия с нутацией вместе, приливы, движения атмосферы - вот три фактора, влияющие на движение планеты. Исчерпываются ли ими все виды воздействия на это движение или имеется еще какой-нибудь фактор, эти результаты изменяющий, мы не знаем. Далее мы не знаем, нет ли причин исторически или, может быть, периодически изменяющих в течение истории развития Земли соотношение названных факторов.

В связи с ничтожностью роли нутации, дополнительной к роли прецессии, о ней мы говорить не будем, считаясь лишь с остальными факторами. Из последних неясна роль атмосферной циркуляции. Она возможно гораздо больше, чем пока выяснено точными исследованиями. На это, по сообщениям Аппеля, быть может, намекает указанная им роль атмосферной циркуляции в движениях материков. Надо думать, что значение этих движений выходит за пределы только годовых циклов и как-то суммируется с приливами. Этим общим указанием нам здесь придется ограничиться.

Обратимся к прецессионным колебаниям, а также к приливным движениям гидросферы, которые вместе с циркуляциями атмосферы воздействуют на литосферу. Прецессия, как мы указали, создает тангенциальные перемещения в земной коре. Это, говоря словами Аппеля, «горизонтальная сила, вызываемая Луной на поверхности Земли» (1936). Что касается приливов, то они, видимо, дополняют это вертикальной составляющей дислокаций.

Аппель полагал, что фазы тех и других дислокаций, их максимумы одни и те же у изменений, созданных прецессией, и у изменений, созданных приливами, а то, что фазы обоих видов нарушений совпадают, это, по-видимому, так, относительно же совпадения их максимумов можно, как мы увидим дальше, сильно сомневаться. Возможно, что максимумы - это разные эпохи жизни планеты. Первые движения, т. е. движения, связанные с прецессией, проявляются в скольжениях, которые могут, как правильно говорит Аппель, привести к тому перемещению полюсов земной поверхности по отношению к точкам планеты, которое объясняет наблюдения над положением древних ледников в районах, ныне близких к экватору. Скорость этого перемещения полюсов по ядру близка, по Аппелю, к 5° (за период в 2 млн лет). В известный момент эти тангенциальные перемещения приводили к вертикальным движениям в земной коре, создающим горные пояса. Как это происходит - неясно. Но самый факт установлен достаточно хорошо.

Что касается движений вертикальных, создаваемых приливами, то есть основание думать, что приливы океанические, суммируясь на больших промежутках времени, создают в земной коре внутренние приливные движения. Ими объяснял Перре землетрясения, для которых он вывел три закона на статистической основе, связывающие с землетрясениями частоту критических положений Луны и Солнца, дающих вместе с тем и максимальные приливы. Сходные идеи по поводу землетрясений развивал Э. Рате. К аналогичным результатам пришли Парвиль и Г. Фламарион.

Чтобы вертикальные движения земной коры могли полностью осуществиться и образовать всю систему высоких широтных гор, примыкающих к ним геосинклинальных впадин и пр., нужно, чтобы движения смещения параллелей и полюсов прекратились. Если учесть это обстоятельство, то мы должны эти движения, связанные с прецессией или обусловленные приливами, различать, ибо они имеют разные результаты. Именно это и наводит на мысль, что происходят они, возможно, в разные фазы земной истории.

Известно, что горные поднятия в историческую фазу жизни Земли, т. е. начиная с кембрия, повторялись шесть раз. Эти короткие фазы вспышек поднятия гор - салаирская (саянская), каледонская, варисцинская, древнекиммерийская, новокиммерийская и альпийская - отделены одна от другой длинными фазами перерывов, когда поднятий гор не было. В то же время можно отметить, что места нахождения древних гор различных фаз горообразования если и совпадают, то лишь частично, а в основном они различны. А так как в каждую фазу горные пояса должны были располагаться на 35-й параллели, становится ясным, что эта параллель в течение геологической истории меняла свое положение. Если признать, что соотношение фактов во времени и пространстве было именно таким, то придется констатировать, что если в короткие фазы вспышек горообразования происходили вертикальное поднятие гор и погружение впадин, осуществлявшееся в виде приливных движений земной коры на подобие приливов океана, то в длительные фазы перерывов ярко проявлялись вызванные прецессией тангенциальные перемещения земной коры. Именно в ходе перемещений создавались новые положения полюсов, а с ними и новые положения 35-й параллели, после которых перемещение полюсов коры и ее параллелей приостанавливалось, и этим обусловливалось новое положение широтных поясов горообразования.

Горы на материках близ границ их с океанами, как ни смотреть в деталях на их генезис, представляют собой поднятия, и в этом смысле они неизбежно должны быть тоже результатом толчка извне, ибо нет, как мы выяснили, опираясь на Энгельса, другой силы, которая противодействовала бы тяжести, кроме отталкивательных сил тяготения.

На основании изложенного нам рисуется неоднократное повторение в истории Земли двух фаз: длинных промежутков, в которые происходили очень незначительные тангенциальные перемещения земной коры и коротких эпох поднятия гор на основе тех же, но более глубоких и сильных тангенциальных движений. Есть основание к этим двум фазам добавить третью. Когда перед началом эпохи нового горообразования подходил к концу этап горизонтальных перемещений, сходили на нет прежние контрастные формы рельефа, унаследованные от предыдущей горообразовательной вспышки. Это выделяло конец длительной фазы, лишенной горообразования, еще в особую фазу. Так получились три фазы развития рельефа и поднятий земной коры.

В первой фазе развитие рельефа и структур происходило энергично, и горы поднимались в эту фазу высоко, при слабом развитии в ту же эпоху тангенциальных движений земной коры - это фаза ледниковая.

Во второй фазе происходили снижение и пенепленизация ранее возникших гор и вместе с тем усиление тангенциального перемещения земной коры; это - фаза пенепленизации гор. Наконец, в третью фазу горы снижались до минимума, и тангенциальные движения начинали замедляться. В свое время эту фазу я назвал ксеротермической.

Таким образом, геологический цикл начинается ледниковой фазой, затем следует долгий промежуток пенепленизации, который сменяется третьей фазой - ксеротермической.

Ясно, что хотя в ходе развития нашей планеты, который был до сих пор во все эпохи развития нашей планеты, насколько мы знаем, поступательным, имелись элементы повторяемости, когда некоторые явления, говоря словами В. И. Ленина, как бы повторяли пройденные ступени, но повторяли их на более высокой фазе «отрицания», ввиду этого получается развитие не по прямой линии, а по спирали. Хотя контур спирали не может быть замкнутым, тем не менее извилистые элементы повторения в силу этого становятся видными в истории Земли, хотя это и не буквальное повторение. Имеется основание эти периоды времени, по окончании которых развитие как бы повторяется, но в наиболее высокой базе, называть геологическими циклами. В течение той части геологического времена, которое относится к исторической фазе жизни Земли, таких циклов было шесть, и они в совокупности своей охватили около пятисот миллионов лет.

Действующие на Земле силы меняются по фазам геологического цикла. Есть фазы, когда эти силы увеличиваются, есть такие, которые, наоборот, ослабляются. Так, в истории Земли фазы горообразования были фазами увеличения энергии Земли, возрастания геологических сил. Поскольку, как мы сказали, в исторической фазе жизни Земли имело место шесть фаз горообразования, то можно утверждать, что эта историческая часть включала в себя шесть геологических циклов. Последняя из фаз горообразования, относящаяся к альпийскому времени, по примерному расчету, если считать, что она началась во второй половине миоцена, длится уже 7 млн лет. Но она еще не окончилась и сколько продлится - неизвестно.

Можно думать, что полный максимум развития этой фазы достигнут был тогда, когда наибольшим было оледенение. Теперь оледенение идет на убыль и становится явно меньше, чем было в период распада так называемой ледниковой эпохи. Раз это так, то мы можем предположить, что переживаемая нами ныне фаза может продлиться еще 3-7 млн лет, и всю ее длительность можно оценить не больше чем в 10-15 млн лет. Это, конечно, только предположение, но оно довольно вероятное.

Едва ли длительность этой последней фазы горообразования существенно отличается от длительности предыдущих горообразовательных фаз - каледонской, варисцийской и пр. Если мы примем, что все одинакового типа фазы были более или менее равны, то также равными окажутся и промежутки между фазами горообразования. Приняв каждую фазу горообразования в истории нашей планеты равной 10-15 млн лет, для промежуточных между ними фаз получим 60-65 млн лет. Общая же продолжительность всего цикла вместе с фазой горообразования в нем окажется равной 70-80 млн лет.

Если это соотношение геологических циклов и периодов выразим на рисунке, то увидим на промежутке от конца кембрия до наших дней шесть правильно вздымающихся больших волн поднятий гор. Промежутки между максимальными пиками волн поднятия, т. е. полные геологические циклы, составляют 60-70 млн лет, причем они получаются так, что волна поднятия делится на две половины между двумя циклами. Полная волна поднятия, равная 10-15 млн лет, - это критическая фаза или фаза тектонической революции - диастрофы; длинный промежуток между волнами равен 50-55 млн лет - это органическая эпоха в жизни Земли. Термины «органический» и «критический» взяты у Сен-Симона.

Обратимся к проблеме тектонических движений на Земле в связи с явлениями в нашей Галактике. По указанию X. Шепли (1947), при расстоянии нашей солнечной системы от центра Млечного Пути в 30 тыс. световых лет для полного оборота солнечной системы вокруг своего космического центра при скорости 300 км/сек. (Шепли) или 250 км/сек. (Боки, 1948) требуется около 150-200 млн лет.

Боки полагают, что начало исторического времени жизни Земли - кембрий - было два с половиной космических года назад (Боки, 1948). Сопоставим относящиеся сюда цифры. Историческое время жизни Земли равняется, как мы видели, 456 млн лет, а полный оборот Солнца, т. е. космический год, - 150-200 млн лет. Если для выражения величины полного оборота остановимся на цифре 140-150 млн лет, то в историческое время жизни Земли уложится три полных оборота Солнца. Мы берем цифру 140-150 млн лет вот по каким соображениям.

Полный геологический цикл, как мы видели, составляет около 70 млн лет, т. е. примерно равен половине галактического года. Учитывая это, для галактического года берем не 200, а именно 150 млн лет. Если наше предположение о связи галактического года и геологического цикла верно, то в каждом галактическом году умещается два геологических цикла. За три космических года их было шесть: предсаянский, предкаледонский, предварисцийскпй, преддревнекиммерийский, предновокиммерийский и предальпийский.

Прилагаемая картина дает соотношение геологических периодов, геологических циклов и космических лет в масштабе геологического времени.

Если мы говорим о планетной системе Солнца, что она находится в динамическом равновесии, то тем более в равновесии находится система нашей Галактики - Млечный Путь. Это равновесие тоже подвержено изменениям. Астрономы отмечают, что для промежутков времени, равных миллиардам солнечных лет, очень заметным становится влияние случайных встреч отдельных проходящих мимо друг друга светил.

Откуда могут получиться такие случайные встречи? Если планеты движутся с разной скоростью, то и в Галактике близкие к ее центру звезды вращаются быстрее более далеких. При таком положении сближения светил каждый раз получаются во все новых и новых условиях, что вызывает и новые условия резонансов гравитационных колебаний. Постепенно периодически меняются и формы светил, и характер их движений. Влияние соседних светил в виде взаимодействия между собой их гравитационных воздействий и гравитации планетной системы, определяющей ее форму и прочность, в состоянии заметно изменить направление движения данного светила в пространстве и его скорость (меняются и скорость, и орбита). Дело здесь не в близких встречах светил, для которых рассчитано, что они на расстоянии ста космических единиц могут сблизиться в среднем один раз в двадцать триллионов лет, или в сто тысяч лет космических (Боки, 1948), а в воздействиях более далеких.

Известно, что «орбита Солнца постоянно изменяется под влиянием более далеких соседей. Отдельная звезда, проходящая на расстоянии в один световой год, изменит направление движения Солнца меньше чем на одну минуту дуги, но число таких встреч довольно велико» (Боки, 1948). В течение космического года, как говорят Боки, полный эффект от всех встреч с другими звездами будет в среднем примерно тот же, как от указанной выше одной встречи на расстоянии ста космических единиц.

Иначе говоря, эти далекие действия будут очень эффективны. Если они сильно отражаются и на самом Солнце, то не может не быть отражения их и на планетах системы Солнца. Обмен гравитационной энергии должен, конечно, распространяться и на планеты, в том числе на Землю.

Тектоника, согласно представлению Энгельса о толчке извне, есть результат борьбы, сочетания и взаимодействия двух гравитационных сил: силы тяжести - притяжения самой Земли и тяготения других тел, прежде всего Земли и Солнца. Соотношение этих двух сил меняется в ходе движения нашей планеты и в ходе движения других небесных тел по отношению к ней. Первая сила, по Энгельсу, создает притяжение, вторая - отталкивание. Они, в основном, уравновешивают друг друга. Но внешняя сила в зависимости от расположения светил усиливает свое воздействие, подобное тем воздействиям, которые Солнце производит в приливообразующей силе Земли.

Когда же мы говорим о тектонике, периодически повторяющей свои энергичные движения примерно через 70 млн лет, то ясно, что здесь имеется в виду долгосрочно ритмично повторяющееся воздействие. Это - проблема нерешенная, но решить ее можно только совместными усилиями нескольких наук. Геология дает точную хронологическую канву для распределения в геологическом времени тектонических диастроф.

Добавим к этому следующее. Если, говоря о приливных водах океана, мы их создание можем приписать только факторам, происходящим внутри планетной системы Солнца, но вне Земли, то изменения скоростей могут диктоваться и гравитационными силами вращения, имеющими источник в Галактике, вне системы Солнца. Это очень важно в связи с тем, что периодичность тектонических вспышек в истории нашей планеты такова, что объяснить ее приливными воздействиями планет невозможно, поэтому надо искать другие причины. Этими причинами и являются изменения движения светил, логически принуждающие выйти за пределы планетной системы в нашу Галактику - Млечный Путь.

Возможно, однако, что эти силы, если они проявляются, воздействуют на планетную систему и Землю не непосредственно, а через Солнце и Луну, изменяя через них прецессионные качания и приливное трение. Здесь мы находимся все-таки в области гипотез, и признанным фактом, который пока надо объяснять гипотезами, является повторяемость шести геологических циклов в 60-70 млн лет каждый. Это достоверно. Согласование же циклов с космическими годами менее достоверно, но очень вероятно.

Б. Ю. Левин недавно указал, что в течение существования Земли климат на ней почти не изменился (1954). Это утверждение не совсем верно. Климат Земли изменялся много раз, но все изменения его носили не поступательный, а циклический характер. История климата планеты в целом показывает, что изменения его носили характер лишь колебаний - временных, хотя и длительных, отклонений от некоторого среднего уровня. Таким образом, и те большие геологические циклы, которые нами выше охарактеризованы, носят характер больших климатических колебаний от ледниковой фазы через фазу умеренную к фазе засушливой, ксеротермической, после которой климат вновь возвращается к ледниковой фазе.

Мною в свое время подробно были освещены геологические циклы, причем черты их характеристики относились именно к климатическим и биологическим условиям частей цикла. Там же была применена схема соотношения геологических циклов и периодов, которая повторяется в данной работе с тем лишь отличием, что здесь геологические циклы сопоставлены с космическим, чего я не делал ранее. Зато там много говорилось о биологической стороне вопроса, и было показано, что с фазой засушливой, или ксеротермической, совпадают одновременные большие сплошные вымирания не всех, но определенных органических форм.

Очевидно, сейчас, учтя сопоставление геологических циклов с космическими годами, можно указать соотношение фаз вымирания живых существ с оборотами Галактики, что дает возможность дать впоследствии более определенную характеристику относящихся сюда частей этих оборотов.

Обращаясь к характеристике климатической стороны геологических циклов, можно отметить следующее. Ледниковые фазы каждого геологического цикла отличаются холодным климатом, обилием вод на суше и сокращением трансгрессии в океане. В умеренную фазу количество воды на суше начинает постепенно убывать, а в океане - увеличиваться, отчего происходит трансгрессия. Наконец, в засушливую фазу воды на суше меньше всего, а в океане ее имеется в достаточном количестве. Ясно, что геологические циклы характеризуются не только определенными чертами структурно-тектонических изменений, о которых мы уже говорили, но могут быть охарактеризованы как большие климатические изменения.

В 1941 г. я указал, что эти две стороны природных явлений тесно связаны между собой - поднятие высоких гор, создание контрастного рельефа (высокие поднятия и сильные опускания), и оледенение. Л. С. Берг (1946) не согласился с моей точкой зрения и указал, что оледенение имеет свои отдельные причины, которые кроются в понижении температуры воздуха, причем по поводу этого понижения температуры «можно в настоящее время высказывать только догадки». Берг (1938) полагал, что «почти не может быть сомнения в том, что причина внезапного охлаждения лежит или в деятельности Солнца или в каких-то других более отдаленных космических фактах».

Нужно признать, что это сказано весьма неопределенно, и получается, что поднятие гор зависит от каких-то внутренних причин и с факторами космическими, внеземными, никак не связано, а вот оледенение вызывается воздействием внеземных причин. На самом же деле и то, и другое, т. е. изменение структур и рельефа, с одной стороны, и изменения климата Земли, с другой, достигается одними и теми же причинами - воздействием на вращение Земли движений и сил, вызываемых телами, находящимися вне Земли, и прежде всего Луной и Солнцем. Мысли о внеземных силах, которые привлекает Берг, надо распространить не только на климаты, но и на земную геоморфотектонику, и тогда получится тот параллелизм горных поднятий и климатических изменений, на который я указываю с 1941 г.

Этот параллелизм и неотрывность геоморфотектонических и климатических изменений, которые мы только что указали, позволяют, когда видимы только изменения климатические, указывать по ним соответствующие им явления геоморфотектонические, и, наоборот, когда видны только геоморфотектонические стороны цикла, по ним восстанавливать проявления климатические. Из всех трех фаз геологического цикла наиболее заполнена цикловыми проявлениями того и другого рода фаза ледниковая, являющаяся вместе с тем и фазой горообразовательной. О фазах умеренной и ксеротермической можно сказать, что там эти цикловые проявления были минимальными и, надо думать, сходили на нет к концу цикла.

В исторической части жизни Земли было, как указано, шесть циклов, и поэтому горообразовательная фаза повторялась шесть раз. Ближе всего - альпийская горообразовательная фаза, которая является последней. Поднятия этой фазы происходили, как уже говорилось, на промежутке от второй половины миоцена, именно от эпохи верхнего сармата включительно, до современности. Они длятся уже 7 млн лет и, возможно, продолжатся еще столько же, если судить по аналогии с другими горообразовательными фазами. Именно поднятия этой фазы создали на Земле высокие горы последней вспышки горообразования.

При суждении об этих горных структурах надо иметь в виду следующее. Главные самые большие структуры Земли, ее мегаструктуры, - это материки и океаны. Что касается гор, то они - производное материков и океанов и являются макроструктурами. Находясь на материках, на краях их с океаном, горные пояса всегда являются производными взаимодействия океанов и материков. Как правильно указывал Карпинский, они тем сложнее и выше, чем больше несущий их материк. Этому отвечает и то, что в сейсмике движению материков отвечают сейсмы глубиной в 150, 300, 700 км, а горным поясам - движения в 30-70 км.

В моих работах о современной геологической эпохе (1940, 1941) было сказано, что горообразовательные омолаживающие рельеф материков движения миоценово-четвертичного времени являются движениями вертикальными - прямыми поднятиями и опусканиями. Эти движения, конечно, не самостоятельны, и поскольку, как мы видели, они связаны с величинами материков, то и зависят от тех глубоких тангенциальных движений земных оболочек, в которых участвуют несущие их материки в целом. Вместе взятые и вертикальные поднятия гор, действующие против действия силы тяжести, и попутно порождающие их вместе с вертикальными же опусканиями мощные тангенциальные перемещения толщ земной коры, конечно, являются производными отталкивательных сил, т. е. того толчка извне, идею о котором так давно выдвинул Ф. Энгельс; это - следствия прецессии и приливных воздействий.

Таким образом, именно толчок извне производит изменение гравитационного сжатия Земли во времени. Но это изменение сжатия, если его принять, возникает не автоматически, само по себе, а под действием сил извне, которые могут закономерно и зонально создавать под определенными широтами поднятия лежащих выше масс. Это и является симптомом происходящего изменения гравитационного сжатия нашей планеты на определенных площадях, вызванного отталкивательными силами, действующими при движении Земли и противостоящими силе тяжести.

Следовательно, не сжатие Земли в глубинах играет роль в создании тектоники Земли, а изменения полярного уплотнения во времени, а они, если следовать мысли Энгельса, лишь производные силы тяготения в ее «отталкивательной» части.

Есть полное основание утверждать, что в начале этой фазы существования гор они были созданы прямым поднятием. Иными словами, каковы бы ни были подготовительные процессы к горообразованию - это подготовляло глубокое тангенциальное перемещение земной оболочки - само поднятие горных поясов создано было больше всего вертикальными силами. Этот вывод сделан на базе того большого фактического материала геоморфологических наблюдений над горными структурами, который был мною собран в течение ряда лет, с 1942 по 1950 г., в горах Средней Азии, особенно в Ферганской и Таджикской впадинах (1945а, 1948а, б, в). В этих материалах дается критика теории поднятия тор по теории складкообразования.

Если учесть, что это вертикальное поднятие, будучи прерывистым, запечатлено рядом уровней высоких горных денудационных поверхностей в количестве от 6 до 10, то можно сделать вывод, что эти уровни молодых денудационных поверхностей являются этапами поднятия горных поясов.

Остановимся на возрасте молодых денудационных поднятий. Самые высокие из этих поверхностей создались раньше всего и относятся к верхнему миоцену. Остальные восемь уровней поверхностей размещаются между концом миоцена и бакинским ярусом Прикаспия и его аналогами других мест, относящимися уже к фазам четвертичного времени или частью к концу плиоцена.

Недавно Н. И. Кригер (1951), исследуя явление образования речных и морских террас, пришел к выводу, что террасообразование есть колебательный цикловой процесс изменения вертикального положения дна долин относительно водораздела. Вследствие этого разнообразие комплексов уровней таких колебаний ограничено в связи с условиями, связанными с видом террасового ряда. Террасы в большинстве случаев не локальны, а являются отражением колебаний для данной полосы. Это сближает, по Кригеру, геоморфологию и климатологию. Колебательное движение литосферы здесь совпадает с таким же колебанием климатического характера в атмосфере. Денудационные горные поверхности и такие же поверхности платформенные представляют собой древние дочетвертичные террасы, и с этой точки зрения их тоже можно рассматривать как циклическое явление, высотные характеристики его денудационных уровней можно дополнять климатическими. Этим путем получим циклы промежуточные по величине между геологическим циклом, с его ледниковой и другими фазами, и одними из самых больших многовековых периодов - пятитысячелетними.

Если циклы денудационных поверхностей исчисляются миллионами лет, то циклы террасовые - сотнями и десятками тысяч лет. Это - большие циклические части последней фазы геологического цикла, имеющие свою климатическую характеристику, в которую входит такое большое явление, как оледенение, и его этапы.

Приведенные данные о поднятиях гор альпийской фазы позволяют нам взглянуть и на этапы поднятия горных систем как на циклическое явление. Отдельные части поднятия представляют собой отдельные циклы. На указанном промежутке альпийского поднятия гор мы видим, таким образом, не меньше шести этапов поднятий, индикаторами которых являются денудационные поверхности, и пять промежутков между ними.

Мы не знаем, конечно, скоростей, с которыми происходили эти поднятия. Если представить себе, что каждое предыдущее поднятие отделено от следующего за ним одинаковыми или близкими по величине интервалами времени статического состояния рельефа и структур, то можно было бы сказать, что каждый этап, отделяющий цикл от одного этапа поднятия до следующего, равен примерно одному миллиону лет.

Когда мы изучаем поднятие гор, нам кажется, что начинаем ясно чувствовать климатический момент тогда, когда оно приводит к оледенению. Фактически это не так, и о климатическом моменте при поднятии гор говорит еще и денудация - работа и роль воды при поднятии. Изучая горообразование, мы, конечно, обязаны обращать внимание и на эти моменты, находящиеся с поднятием гор в неразрывной связи.

Поэтому если мы это осознаем, то в полной мере поймем, что циклическое явление поднятия гор идет наряду с тоже циклическим явлением изменения климата. Те промежутки времени, которые отвечают в поднятии гор одному периоду и вмещают в себе, как только что сказано, миллион, а может быть и два миллиона лет, являются не только этапом поднятия гор, но своеобразным климатическим циклом.

Как известно, для современной климатической фазы климатология знает ряд коротких климатических колебаний, климатических циклов, продолжительностью около 3, 6, 11, 16 и 30-35 лет. Среди этих коротких циклов, связанных с колебаниями деятельности Солнца, особенно выделяются так называемые брикнеровские «периоды» и «одиннадцатилетние» циклы, связанные с колебаниями солнечной активности.

Эд. Бриннер в 1890 г. обратил внимание на повторяющиеся 30-35-летние циклы, причем он проанализировал два явления почти за 200 лет, начиная с 1700 г., и частично привлек более ранний материал начиная с XIV в.

В отечественной литературе над проблемой брикнеровских «периодов» работал М. А. Боголепов, который обратился к русским летописям и в ряде работ с 1907 по 1929 г. использовал данные о климате за период с IX-X вв. по наше время. Во многом он не был согласен с Бриннером. Постановка вопроса Боголеповым учитывает гораздо более сложные обстоятельства, но в основном он подтвердил существование этих периодов. Позднее эти циклы показал А. В. Шнитников (1949, 1950, 1957), установив их реальность вплоть до последних лет, с продолжительностью в пределах 25-35 лет.

Весьма широко распространенными являются циклы 11-летние. Они стали широко известны с 1873 по 1881 г., когда были опубликованы в Германии обширные труды В. П. Кеппена, в которых отмечалось существование климатических 11-летних циклов. В 1873 г. он обработал данные по 250 станциям за годы с 1820 по 1870. Он выделил несколько 11-летних циклов, но не мог не указать, что эти периоды не выдерживаются все время, так что если брать длинные метеорологические ряды, то получается большая разноречивость результатов. Несмотря на это, идея Кеппена не была забыта и получила подкрепление, когда Вольф открыл 11-летний цикл солнечных пятен, что позволило связать эти циклы непосредственно с деятельностью Солнца.

Сейчас 11-летний цикл находит в СССР много сторонников. К нему склонялся М. А. Боголепов, его поддерживали и поддерживают В. Б. Шостакович (1931, 1934)..В. Ю. Визе, С. Хромов, М. С. Эйгенсон (1948), Б. М. Рубашов, Н. С. Токарев, А. В. Шнитников (1951). Гелиофизики Смитсонианского института Карнеджи в США также присоединились к этим идеям. В течение 40 лет развивал идею об этой цикличности Аббот. Имеются, однако, работы Бергенмейера, Баура, г-жи Паранджи, в которых этот цикл резко критикуется, отвергается. Если есть периоды, когда этот цикл виден отчетливо, то имеются другие годы, когда он совершенно не проявлялся, что, видимо, является следствием весьма малой активности Солнца в такие годы.

Несмотря на эти последние высказывания, реальность проявления 11-летнего солнечного цикла к настоящему времени не подлежит сомнению. Несколько по-иному обстоит дело с другими климатическими циклами - 16-летними, 6-летними, 3-летними и пр. Они не всегда четко проявляются на больших промежутках времени, а иногда вовсе теряются, причем причина этого до сих пор не выяснена.

Самыми малыми колебательными явлениями представляются год и сезонные климатические колебания (весна, лето, осень и зима), имеющие чисто периодический характер. Они сомнениям не подлежат и полностью выдерживаются, хотя и причудливость вариаций у характеристик года и фаз года очень велика.

Кроме коротких циклов и периодов типа, очерченных выше, современная наука знает значительное количество циклов более длинных, вековых и многовековых (80-летние, 111-летние, 500-600-летние, 2000-летние и т. д.). Необходимо сразу подчеркнуть, что некоторые из них имеют явно «солнечное» происхождение, т. е. являются следствием колебаний солнечной активности. Примером таких циклов является вековой цикл солнечной активности, показанный Шнитниковым и приводимый в книге Эйгенсона (1957), а также и других авторов.

Происхождение иных циклов еще недостаточно или не всегда ясно. Однако реальность подтверждается их существованием в различных геофизических явлениях. Так, в 1868 г. Фриц, а в 1883 г. Рейс показали 110-112-летние циклы, в 1928 г. их же установил Брукс. Он выдвинул циклы 75-80-летние. Известны циклы в 500 лет, обнаруженные Бруксом, Турковским и др. Наконец, Предтеченским выдвинуты периоды в 1600 лет, Шнитниковым - в 1800-2000 лет. Имеется и еще целый ряд других циклов и периодов. Соотношение вековых и многовековых циклов таково, что вековые циклы или периоды складываются из соответственных малых циклов как своих частей.

На схемах, взятых из Э. Ле Дануа (Danois, 1950), можно видеть, как 111-летний цикл складывается из 11-летних циклов или как цикл тысячелетний складывается из 111-летних. На этом рисунке изображено, как потепление конца первого тысячелетия нашей эры переходит постепенно в похолодание климата, достигающее максимума к половине XV в. (к 1436 г.), после которого начинается потепление, продолжающееся до наших дней. То же самое кратко резюмировано, с исключением мелких колебаний, где показаны изменения сплошности льда у полюсов. На нем обрисованы две теплые эпохи. Центры каждой отстоят одна от другой на 1300-1300 лет. Это указывает на существование цикла, близкого к циклу в 1800 лет, который выдвигал и убедительно с большим талантом обосновывал А. В. Шнитников.

Схема, которую он давал в 1949 г., очень интересна, но еще убедительнее, показательнее та схема, к которой он пришел в 1957 г. в своем большом труде. В этой схеме он объединяет такие климатические явления и процессы, как водоносность рек, состояние озер, изменения внутренних трансгрессий морей и суммирует все это, как изменения общих условий увлажненности. Он показывает несколько циклов в 1800-2000 лет. От 3500 до начала современной эпохи таких циклов два с половиной. Он показал хронологическую связь этих явлений с приливными явлениями.

Даже самые большие из ныне известных многовековых циклов, циклы двухтысячелетние, мизерно малы по сравнению с циклами геологическими. По отношению ко всей ледниковой части геологического цикла они составляют их пятнадцатимиллнонную долю.

В отношении геологических циклов мы в предыдущем изложении видели связь их с вращением, доводом в пользу чего является их примерное равенство, очевидно, соответствующее периодичности и правильности вращения, а затем кратность геологических циклов с космическими годами, что связывает их с вращением Галактики.

Что касается обычных климатических Циклов современной эпохи, а равно многовековых климатических циклов, то в связи с большим отличием их величин от размеров геологических циклов распространить вывод об их связи с вращением планеты нельзя. Однако эта связь с вращением планеты у обычных климатических циклов современности несомненна и ее легко показать.

Так, И. В. Максимов (1953) отметил, что «одиннадцатилетние колебания солнечной активности испытывают восьмидесятилетние циклические колебания, в ходе которых значения периода и амплитуды одиннадцатилетнего цикла солнечной активности испытывают значительные изменения. При этом увеличение средней величины солнечной активности связано с уменьшением периода и увеличением амплитуд одиннадцатилетних ее колебаний, а уменьшение - с увеличением периода и уменьшением размеров одиннадцатилетнего цикла солнечной активности».

Существует, видимо, и другой закон вековых изменений периода и амплитуды 11-летних колебаний солнечной активности. На основании периодографического анализа изменений средней толщины годовых колец секвой в Калифорнии, как указал тот же Максимов, (1954), выяснено, что размеры 80-летних колебаний климата северного полушария Земли испытывали в течение трех тысячелетий значительные изменения.

Максимов указывает на изменение 11-летнего цикла в пределах от 6 до 16 лет, причем амплитуда колебаний солнечной активности менялась за то же время от 51 до 153% своей величины. Характеристики колебаний этих малых циклов являются еще более значительными в ходе развития 600-летних циклов. Эти изменения малых циклов в ходе развития больших отнюдь не должны настраивать нас на скептический лад и заставлять отвергать на этом основании существование 11-летних и других мелких циклов.

М. А. Боголепов интуитивно предчувствовал существование материального носителя климатических колебаний, когда говорил, что они связаны с возмущением всего тела Земли. Мы можем сейчас на основе имеющихся новых фактов выразись это более конкретно и связать их с вращением Земли и ее изменениями.

Как указал Стовас (1951), сопоставление кривой среднего значения амплитуды 11-летних колебаний средних годовых чисел Вольфа с кривой вращения за большой, почти 300-летний, период приводит к совершенно неожиданному результату, т. е. к совпадению их 80-летних максимумов и к общему единому характеру поведения кривых, что не случайно и указывает на единую причинную связь между ними. Он отметил, что в 1949 г. к совершенно аналогичным выводам пришел Ю. Д. Калинин. Последний, сравнивая эпохи скачков в геомагнитных вариациях по наблюдениям за 60 лет в обсерваториях Павловска и Бомбея с эпохами скачков в угловой скорости вращения Земли, писал, «что те и другие скачки представляются имеющими общую причину».

Прилагаемая кривая это хорошо иллюстрирует. Она составлена Стовасом для средних значений амплитуд 11-летних колебаний среди годовых чисел Вольфа с кривой угловой скорости вращения Земли. Из кривой, дополненной геомагнитными данными Калинина, получается определенная зависимость и геомагнитных вариаций, и климатических циклов мелкого калибра от колебаний угловой скорости вращения Земли.

То же самое можно видеть, если сопоставить графики изменений приливов на протяжении последнего столетия с графиком изменения скорости вращения планеты за то же время.

Э. Ле Дапуа указал, что большое значение в истории приливов имеют 111-летние лунные периоды.

Поэтому на графике мы берем для сопоставления не точно столетие, а именно такой 111-летний период. В нижней части графика сравниваются вершины векового прилива за 111 лет, с 1828 по 1939 г., и график изменений скорости вращения Земли на то же время. График изменений скорости вращения показан в двух видах. График дает впечатление прямой пропорциональности векового прилива и скорости вращения.

Но это впечатление, если посмотреть на правой стороне чертежа обозначение размеров скоростей в пространственных секундах, является ложным: они убывают и являются отрицательными к вершинам поднятых пиков и положительными в опущенных местах кривой. Наоборот, на графике в эти скорости показаны так, что их максимальные значения находятся вверху.

Если график нужен для того, чтобы показать взаимную связь приливов и скоростей вращения, то из графика в видно, что приливы, как это полагал Энгельс, вычитаются из скорости, так что чем выше прилив того или иного года, тем ниже скорость вращения Земли. Эти две величины таким образом антагонистичны. Видно, что вековой прилив растет за счет уменьшения скорости вращения, и поэтому там, где он достигает большой величины, скорость ничтожна (1885 г.), а там, где он мал (1830, 1939 гг.), - скорости велики. Максимум одной из этих величин отвечает минимуму другой.

Мы проанализируем два графика. На первом была показана зависимость геомагнитных и климатических колебаний от угловой скорости вращении Земли, на втором - связь приливов с той же угловой скоростью. Оба графика вместе связывают климатические колебания с приливами и скоростью вращения.

От изменений высот векового прилива зависят и биологические явления в океане. С высокими приливами 1885 г. совпадали сказочные уловы сельди, и, наоборот, в 1830 и 1939 гг., когда приливы были низкими, улов сельди был невелик. Улов сельди сам по себе не есть биологическое явление, но он связан с последним, так как определяется условиями размножения. А это явление, которое прямо связано с уловом, представляет явление биологическое. Очевидно, биологические явления тоже зависят от приливов, т. е. связаны со скоростью вращения Земли. Видимо, в теплые годы высоких приливов размножение сельди повышается, в результате чего достигаются прекрасные уловы. Наоборот, в годы холодные ухудшаются условия размножения сельди и снижается улов. Даже не анализируя этот вопрос глубже, можно констатировать, что те же приливы, которые обусловливают, как мы только что видели, геотектонику, являются вместе с тем причиной и климатических колебаний.

Мы пришли, таким образом, к большому и важному выводу об единстве факторов, определяющих динамику тропосферы, динамику твердой земной оболочки - литосферы, гидросферы и наконец существование жизни.

Как ни толковать два предыдущих графика в деталях, основное их содержание определенно говорит за то, что климатические циклы (11-, 80- и 111-летние) обнаруживают через приливные поднятия океана определенную связь с вращением Земли. Можем ли мы этот вывод перенести на циклы большой длительности (600-, 1000- и 2000-летние)? Доказать их исторический ход, шаг за шагом, как это сделано для более коротких колебаний, мы не можем. Однако эту характеристику, видимо, надо распространить и на многовековые циклы, в особенности на 2000-летние, как доказано Шнитниковым.

Выше мы отмечали, что короткие циклы, являясь составной частью многовековых и находясь под их влиянием, также испытывают изменения. Восьмидесятилетние колебания средней величины солнечной активности в среднем через 570 лет испытывают усиления, и то же самое относится к вековым изменениям одиннадцатилетнего цикла.

Если это учесть и считаться с тем, что в кратных числах выражается связь коротких циклов многовековых, то можно сказать, что многочисленные циклы земных климатов современной эпохи - это не разрозненные явления, а части согласованного целого - единой системы циклов. Каждый из 500-, 1000-, 1800-2000-летних циклов складывается из 11-, 80- и 111-летних циклов и, следовательно, на всем протяжении каждого из них должна проявляться зависимость климатических колебаний и приливов от скоростей вращения. Это же необходимо распространить на всю современную эпоху (послеледниковое время), которая охватывает период в десяток тысяч лет или около того. Следовательно, сюда войдет пять-шесть 2000-летних циклов, которые, возможно, сведутся к двум приблизительно 5000-летним циклам, мысль о которых была выдвинута недавно.

Вся система циклов таким образом тесно связана и имеет единую основу с вращением Земли. Если вращение, как мы видели, лежит в основе геологических циклов, то оно же, если от крупного перейти к мелкому, лежит в основе сезонных подразделений года, т. е. влияние вращения распространяется и на все промежуточные циклические явления. Иначе говоря, это значит, что вся система циклических явлений, от космического года и геологического цикла до цикла годового, имеет единое основание. Система циклических явлений едина по своей сущности.

Но так как 111-летние периоды образуют своего рода ряд ступеней, спускающихся к наиболее холодному времени (XVI в.), ясно, что и скорости вращения должны от максимума к максимуму сильно меняться, ибо самые большие приливы, судя по исследованиям Отто Петтерсона, наблюдались в XIV-XV вв., затем они в обе стороны убывали, но не прямо, а через 111-летние циклы. Для скоростей вращения здесь должна получиться такая желестница ступеней» только в обратном направлении: если приливы XIV-XV вв. были огромными, то скорость вращения должна была быть очень малой.

Во сколько раз должна увеличиться величина этой лестницы, если в общую картину изменения скорости вращения уместить ледниковую форму цикла и вслед за этим дать картину изменений скорости вращения для всего геологического цикла? От этого мы очень еще далеки, но необходимо идти именно в эту сторону на основе того общего положения, что всегда существовавшие на Земле океаны постоянно, но по-разному, своими приливами уменьшали и скорость вращения нашей планеты и вместе с тем оказывали на ее тело давление, создавая поднятия и опускания.

В заключение, возвращаясь к малым циклическим колебаниям, следует сказать следующее. Если выше мы говорили, что за поднятием гор надо видеть происходящие одновременное этим климатические изменения, то сейчас можно отметить, что за климатическими циклами малых размеров нужно разглядеть и сопровождающую их геотектонику. Те и другие изменения всегда идут параллельно.

Общие выводы, к которым мы пришли, являются следующие.

1. В истории развития нашей планеты в геологическом времени неизбежно наблюдаются элементы некоторой повторяемости, которые находят свое выражение и в больших геологических циклах большой длительности, и во вмещающихся в эти циклы, как их части, многовековых, вековых и малых климатических периодах, и циклах как современной эпохи, так и эпох более ранних.

2. Вся совокупность циклических изменений условий существования планеты разной длительности (больших и малых), определяющая детали спирали ее развития, составляет единую взаимно связанную стройную систему явлений, укладывающихся друг в друге и имеющих общее подчинение.

3. Для больших геологических циклов и малых климатических периодов и циклов характерны их взаимная неотрывность и параллелизм в ходе развития структурных изменений литосферы и климатических изменений атмосферы и гидросферы.

4. Каждое структурное изменение подразумевает происходящее параллельно ему в ходе времени изменение климатическое, и наоборот.

5. Циклические климатические колебания современной геологической эпохи и эпох прежних, с одной стороны, а равно системы, представляющие собой тектонические движения (in statu nascendi) и новейшие тектонические движения, именуемые неотектоникой, с другой, создаются од

ними и теми же причинами, что определяет неразрывную связь между этими двумя группами явлений.

6. При взаимной зависимости и параллелизме структурных и климатических изменений невозможно применить к объяснению структурных явлений действия внутренних сил Земли, ибо это оторвало бы структурные явления от климатических, поскольку к последним внутренние явления планеты явно не имеют отношения. Таким образом, принятие только внутренних причин для объяснения изменений планет лишило бы возможности разъяснить одни и те же причины для тех и других изменений.

7. Поскольку в ходе изменений климатов и структур Земли увеличение ледников на материковых площадях и на горных поднятиях развиваются параллельно с изменением структур, то нельзя для объяснения этих двух групп явлений применять разные причины. Эти причины являются едиными. Нельзя поэтому к изменениям структур применять внутренние силы, а оледенения объяснять силами внеземными. Причины и того, и другого одни и те же. Эти причины определяются теми гравитационными силами, которые создаются при движении Земли, в частности при ее вращении. Это относится как к изменениям циклических проявлений современной эпохи и эпох прежних в структурах и климате, так и к тем изменениям, которые создаются в ходе данного геологического цикла.

8. Только на основе движения Земли, в целом, можно понять кратное соотношение тектонических периодов развития планеты с космическим годом, а равно только на этой основе понятными становятся прецессионные и приливообразующие воздействия Солнца и Луны на тело нашей планеты, создающие деформацию коры планеты, т. е. ее тектонику.

9. Для объяснения цикличности горообразования и движения материков в истории нашей планеты приходится учитывать не только вращение Земли, но и ее поступательное движение.

10. Неясно, нужно ли при толковании геологических циклов вводить непосредственное действие Галактики на планету или это действие передается через Солнце и Луну; во всяком случае связь больших циклов с галактическими влияниями едва ли можно оспаривать.

11. Поднятие гор проще понять быть может как прилив твердых масс, аналогичных приливу водному. Напряжения, его создающие, накопляются постепенно в течение больших промежутков времени.

12. На основании установленной прочной связи климатических и структурных изменений никак нельзя тектонические явления считать явлениями только литосферы. Они являются результатом взаимодействия литосферы коровой и подкоровой с другими оболочками Земли - гидросферой и атмосферой.

13. Изменения в ходе развития фаз геологических циклов суммируются тем, что два конца геологического цикла - начало и окончание имеют следующие совпадения тектонических и климатических явлений:

14. Вымирание больших групп животного мира и связанные с этим смены семейств и родов приурочены к концам геологических циклов; вымирание растений происходит немного раньше. Есть основание предполагать, что природные судьбы животного и растительного миров планеты определяются фазами геологических циклов. Они были бы иными, если бы планета была неподвижной.

15. Вращение Земли в современную эпоху и изменения ее скорости во многом определяют судьбы животного и растительного миров.

16. На основании данных об изменениях отношений гидросферы и литосферы в ходе геологического времени пора признать, что следует отказаться от термальных толкований тектонических изменений планеты, а перейти к динамическому ее толкованию на основе взаимодействия оболочек Земли.

17. Это значит, что тектонические явления рождаются в пульсациях вращательного режима Земли, а вовсе не в ее термине, которая играет только второстепенную роль.

В итоге всего вышеизложенного, можно сказать, что при анализе изменений геологических явлений во времени нами в полной мере выяснены три важных момента: а) надо признать неотрывность климатических и структурных изменений в ходе геологического времени, б) надо признать невозможность, в силу этого, объяснить изменения в теле планеты одними внутренними причинами и, наконец, в) признать надо участие природных вод во всех циклических изменениях Земли, от коротких климатических периодов через многовековые до геологического цикла и его фаз.

Последний факт особенно важен, поскольку он говорит о связи жизни литосферы с природными водами, мысль о котором поставлена в заглавии этого труда. Мы подходили к мысли, о влиянии приливов на геотектонику; а это значит, что приливы не только уменьшили скорость вращения планеты, но создавали давление, действующее на тело Земли и создающее в нем нарушения, приводящие к поднятиям и опусканиям. Иначе говоря, изменения структуры литосферы создаются с участием в основном приливных волн океанических вод. Об этом следует постоянно помнить.

Климатические же изменения Земли, с которыми мы познакомились выше, дали нам представление о том, что в этих изменениях имеется целая иерархия изменений начиная от суточного цикла до огромного геологического цикла и его фаз. Краткосрочные изменения носят название современных климатических периодов, или циклов. Поднимаясь по этой иерархии вверх от малого к более крупному, мы приблизимся к фазам геологического цикла и, наконец, к суммирующему все эти фазы самому циклу - геологическому году, охватывающему огромное геологическое время.

Как мы убедились выше, если характеризовать фазы цикла, то никак нельзя ограничиваться только явлениями в литосфере, ибо цикл, как и меньшие периоды, охватывает и литосферу, и все другие оболочки Земли. Могло бы казаться, что цикл и фазы относятся к литосфере, а более мелкие периоды ее не касаются, а отражаются только в изменениях атмосферы и гидросферы. Но это не так. Как малые циклы, именуемые климатическими периодами, так и большие геологические промежутки колебаний затрагивают все земные оболочки.

Именно поэтому была неудачна попытка Э. Ога объяснить цикл только причинами, относящимися к литосфере.

Об этом я писал 30 лет назад. Не повторяя целиком развитой тогда аргументации, изложу ее в основных чертах.

У Ога получилось деление на три фазы: орогенезис, литогенезис и глиптогенезис. Но эти фазы накладываются во времени друг на друга, а не четко разделяются: поднятие гор требует одновременного отложения осадков, т. е. литогенезиса, а когда на одних местах Земли происходит отложение осадков - литогенезис, тогда на других происходит глиптогенезис. Именно поэтому я предложил иное деление фаз цикла: ледниковая, умеренная и ксеротермическая. Нетрудно отдать себе отчет в том, что здесь основой характеристики фаз являются природные воды и их количество на поверхности Земли в разные фазы.

Далее, неопровержимым является сейчас положение о связи и единстве всех видов вод нашей планеты, и земные воды мы должны представлять себе как единое целое. Поэтому указанные изменения количества вод на поверхности могут происходить только за счет перераспределения вод этого целого. В последнее время в основу гидрогеологии поставлена проблема формирования подземных вод.

Проследить формирование подземных вод удобнее всего на основе единства всех природных вод. Это обстоятельство удостоверяет неразрывность связи подземных вод с материковыми и океаническими. С другой стороны, материковые воды, наземные и подземные, неотрывны от вод океанических, и убыль вод в океане приводит к увеличению их на материках, и наоборот. Без знания этих основных положений нельзя понять судеб природных вод на Земле и вместе тем геологических циклов. Природные воды оказываются здесь, таким образом, основным индикатором различий геологических фаз, определяя разную их увлажненность, что дает и климатические, и биологические характеристики.

Понятие увлажненности, введенное в науку Шнитниковым, имеет чрезвычайно важное значение. Шнитников ярко и убедительно обрисовал в своей книге (1957) увлажненность для малых колебательных периодов, от годового цикла до циклов многовековых. Охарактеризовать и индивидуализировать их можно тоже только учитывая увлажненность, т. е. состояние природных вод Земли. Я ссылаюсь здесь на факты, изложенные в его прекрасной книге. Повторять и перелагать здесь связанные с этим факты было бы неуместно. Но общий вывод еще раз повторить можно; это третье положение, которым мы закончим изложение главы: во всех изменениях в «жизни» Земли, от коротких периодов через многовековые до смен фаз геологического цикла и смен циклов во времени, обязательно участие природных вод, которыми определяется количество фаз.

Если разъяснению третьего из трех положений, выдвинутых в этой главе, мы посвятили ее конец, то к положению второму и первому мы вернемся в дальнейшем. Второе положение говорит о невозможности объяснить изменения планеты одними внутренними причинами. Разъяснение его позволит нам вернуться к положению первому - о неразрывности изменений климатических и структурных - и сделать из него надлежащие выводы о причинах изменения структур Земли.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

Аннотация.

Назначение общего курса истории и методологии геологических наук - дать оканчивающему специалисту общее представление о ходе развития геологических наук, раскрыть принципиальные вопросы методологии научного поиска и логики построения научного исследования; отразить современные представления о некоторых философских проблемах геологии. Важной задачей курса является изучение истории отечественной геологии на общем фоне развития геологических знаний. Творческое освоение курса предполагает самостоятельное изучение геологической и методологической литературы и написание реферата в плане курса.

Введение.

История геологии как часть всеобщей истории естествознания и мировой культуры в целом. Процесс становления геологических знаний и развитие экономических, социальных, культурно-исторических особенностей состояния общества.

Методология - учение о принципах и логике построения научного исследования, формах и методах научно-познавательной деятельности. Место геологии в системе естественных наук. Классификация наук геологического цикла. Принципы периодизации истории геологии.

1. История геологических наук.

1.1. Донаучный этап развития геологических знаний (с древности до середины ХVIII века).

Период становления человеческой цивилизации (с древнейших времен до V в. до н.э.). Накопление эмпирических знаний о камнях, рудах, солях и подземных водах.

Античный период (V в. до н.э. - V в. н.э.). Зарождение представлений о минералах, горных породах и о геологических процессах в рамках натурфилософии. Зарождение плутонизма и нептунизма. Главнейшие представители школы греко-римской натурфилософии.

Схоластический период (V - ХV в. в Западной Европе, VII - ХVII в. в других странах). Застой в развитии науки, преобладание догматов церкви в Западной Европе. Развитие ремесел и горнорудного дела. Основание первых университетов. Арабская цивилизация и ее роль в развитии естествознания в VII - ХIII вв. Ремесла Древней Руси, учреждение в 1584 г. Приказа Каменных дел.

Период возрождения (ХV - ХVII до середины ХVIII в.). Великие географические открытия. Утверждение гелиоцентрической картины мира. Геологические представления Леонардо да Винчи, Бернара Палисси, Николауса Стенона, Георга Бауэра (Агриколы). Космогонические концепции Р.Декарта и Г.Лейбница. Плутонизм и делювианизм. Развитие геологических знаний в России в эпоху петровских реформ. Создание Приказа рудокопных дел (1700), Бергколлегии (1718), открытие Академии наук (1725).

1.2. Научный этап развития геологии (с начала ХIХ века). Переходный период (вторая половина ХVIII в.).

Космогонические гипотезы Э.Канта и П.Лапласа. Геологические идеи Ж.Бюффона, М.В.Ломоносова. Зарождение стратиграфии. А.Г.Вернер, его учение и школа. Дж.Хаттон (Геттон) и его "Теория Земли". Противоречия в вопросе о роли внешних и внутренних процессов в развитии Земли. Развитие кристаллографии. Открытие Московского университета (1755) и Высшего Горного Училища (будущего Горного института (1773)). Российские академические экспедиции. В.М.Севергин и его роль в развитии минералогии.

Героический период развития геологии (первая половина ХIХ в.). Рождение биостратиграфии и палеонтологии. Первая тектоническая гипотеза - гипотеза "кратеров поднятия". Катастрофисты и эволюционисты - исторический спор двух научных лагерей. Разработка стратиграфической шкалы фанерозоя. Начало геологического картирования. Успехи в изучении минералов. Начало химического этапа изучения минералов. Учение о сингониях, изоморфизме и полиморфизме и парагенезе минералов.

Ч.Ляйель и его книга "Основы геологии..."(1830-1833). Дискуссии по поводу происхождения экзотических валунов. Становление ледниковой теории. Создание первых геологических обществ и национальных геологических служб. Геология в России в первой половине ХIХ в.

Классический период развития геологии (вторая половина ХIХ в.). Геологические наблюдения Ч.Дарвина и влияние на развитие геологии его книги "Происхождение видов путем естественного отбора...". Торжество эволюционных идей в геологии. Гипотеза контракции Эли де Бомона и ее развитие в трудах Э.Зюсса. Зарождение учения о геосинклиналях и платформах. Становление палеогеографии, геоморфологии, гидрогеологии.

Развитие микроскопической петрографии. Возникновение понятия о магме, ее типах и дифференциации. Зарождение учения о метаморфизме, становление экспериментальной петрографии. Развитие теоретической и генетической минералогии. Успехи кристаллографии. Становление учения о рудных месторождениях. Зарождение геологии нефти. Первые шаги геофизики в изучении глубинного строения Земли. Начало международного сотрудничества геологов. Первые международные геологические конгрессы. Основание Геологического комитета России (1882).

"Критический" период развития геологических наук (10-е - 50-е годы ХХ в.). Научная революция в естествознании на рубеже ХIХ - ХХ вв. Кризис в геотектонике. Крушение контракционной гипотезы. Появление альтернативных тектонических гипотез. Зарождение идей мобилизма - гипотеза дрейфа континентов. Отказ от мобилизма и возрождение идей фиксизма. Дальнейшее развитие учения о геосинклиналях и платформах. Становление учения о глубинных разломах. Зарождение неотектоники, тектонофизики. Дальнейшее развитие геофизики. Создание модели оболочечного строения Земли Становление геофизических методов разведки и геологической интерпретации геофизических данных.

Развитие наук о веществе. Использование рентгеноструктурного анализа в изучении кристаллов, возникновение кристаллохимии и структурной минералогии. Зарождение геохимии. Учение о биосфере и ноосфере. Развитие петрологии и ее разделов (петрохимия, химия магм, космическая петрография). Развитие учения о метаморфизме. Развитие учения о рудных месторождениях; дальнейшая разработка гидротермальной теории. Минераграфия. Термобарометрия. Успехи металлогении.

Становление литологии и успехи палеогеографии. Зарождение учения о формациях. Развитие геологии горючих ископаемых. Учение о нефтегазоносных бассейнах. Геология угля. Дальнейшее развитие гидрогеологии, разработка проблемы вертикальной гидрохимической и гидродинамической зональности подземных вод. Гидрогеологическое картирование. Зарождение мерзлотоведения.

Новейший период развития геологии (60-е - 90-е годы ХХ века). Техническое перевооружение геологии: электронный микроскоп, микрозонд, масс-спектрометр, ЭВМ, глубоководное и сверхглубокое бурение, исследование Земли из космоса и др. Начало интенсивного геолого-геофизического изучения океанов и планет Солнечной системы. Возрождение мобилизма в геотектонике. Установление астеносферы. Палеомагнетизм. Гипотеза расширения (спрединга) ложа океанов. Новая глобальная тектоника или тектоника плит - новая парадигма геологии. Другие альтернативные мобилистские концепции.

"Цифровая революция" в геофизике, развитие методов разведочной геофизики и морской геофизики. Успехи в изучении земной коры и верхней мантии.

Успехи палеонтологии; новые группы ископаемых остатков, этапности развития органического мира и эволюция биосферы, вымирание крупных систематических групп и глобальные биоценотические кризисы. Развитие стратиграфии, введение новых методов: магнито- и сейсмостратиграфии, радиохронометрии; изучение стратиграфии докембрия.

Дальнейшее развитие наук о земном веществе. Космохимия и геохимия изотопов, экспериментальная минералогия и петрология; развитие учения о метаморфических фациях; геохимические методы поисков рудных месторождений.

Развитие теоретических основ геологии нефти и газа.

Сравнительная планетология и ее значение для расшифровки ранних стадий развития Земли. Дальнейшее развитие гидрогеологии, инженерной геологии и геокриологии. Зарождение нового направления в геологии - экологическая геология. Международное сотрудничество геологов. Современное состояние и ближайшие перспективы геологии. От тектоники литосферных плит к общей глобальной геодинамической модели Земли. Глобальные геодинамические модели и геоэкология. Социальные, мировоззренческие, экономические функции геологии. Краткий обзор современных проблем геологии.

История преподавания геологии и научные школы геологов Московского университета.

2. Методология геологических наук.

2.1. Объект и предмет геологии, их изменение в ходе развития науки. Геологическая форма развития материи. Методы геологических наук (общенаучные, специальные). Законы в геологии. Проблема времени в геологии.

2..2. Общие закономерности развития геологических наук. Процессы дифференциации и интеграции геологических наук. Научные революции в геологии.

2.3. Принципы построения научного исследования. Фиксация предмета поиска, постановка проблемы, определение задачи методов исследования. Гипотетическая модель, основы ее построения. Теоретическая модель, основы ее построения и развития. Факты, их место и значение в научном поиске.

2.4. Роль парадигмы в эмпирических и теоретических исследованиях. Понятие модельного подхода в геологических исследованиях. Системный анализ и его принципы. Особенности системной модели геологических объектов. Фрактальность геологических объектов. Процессы самоорганизации вещества и принципы построения геологических моделей. Законы неравновесной термодинамики и геодинамические процессы.

Литература

• Белоусов В.В. Очерки истории геологии. У истоков науки о Земле (геология до конца ХVIII в.). - М., - 1993.
• Вернадский В.И. Избранные труды по истории науки. - М.: Наука, - 1981.
• Кун Т. Структура научных революций.- М.: Прогресс, - 1975.
• Поваренных А.С., Оноприенко В.И. Минералогия: прошлое, настоящее, будущее. - Киев: Наукова Думка, - 1985.
• Современные идеи теоретической геологии. - Л.: Недра, - 1984.
• Хаин В.Е. Основные проблемы современной геологии (геология на пороге ХХI века).- М.: Научный мир, 2003..
• Хаин В.Е., Рябухин А.Г. История и методология геологических наук. - М.: МГУ, - 1996.
• Хэллем А. Великие геологические споры. М.:Мир,1985.

О геологии наверняка знает каждый, несмотря на то, что она является, пожалуй, единственной естественнонаучной дисциплиной, не изучаемой в школьном курсе. Развитие «геологических» знаний сопутствовало развитию человечества на всех этапах его истории. Достаточно вспомнить, что общая периодизация истории основана на характере используемых для производства орудий труда материалов: каменный, бронзовый и железный век. Добыча и совершенствование технологии обработки полезных ископаемых неизбежно связаны с увеличением знаний о свойствах минералов и горных пород, выработкой критериев поиска месторождений и совершенствованием способов их разработки. Технологический прогресс, в том числе и на современном этапе развития цивилизации, немыслим без использования природных ресурсов.

Вместе с тем, в понимании, близком к современному, термин «геология» впервые был применен лишь в 1657 году норвежским естествоиспытателем М. П. Эшольтом, а как самостоятельная ветвь естествознания геология начала складываться только во второй половине 18 века. В это время были разработаны элементарные приёмы наблюдения и описания геологических объектов и процессов, первые методы их изучения, проведена систематизация разрозненных знаний, возникли первые гипотезы. Этот период связан с именами выдающихся учёных А. Броньяра, А. Вернера, Ж. Кювье, Ч. Лайеля, М. Ломоносова, У. Смита и многих других. Геология становится наукой.

Наука - выработанная в результате деятельности человека, взаимосвязанная развивающаяся система знаний о законах мира.

Компоненты научного познания:

1. Постановка проблемы, т.е. задачи, которая не может быть решена на основании имеющихся знаний.

2. Выработка гипотезы - системы предположений, основанных на ряде фактов. Гипотеза вырабатывается на основании формулировки точек зрения о проблеме. В ходе доказательства одни гипотезы отвергаются, другие подтверждаются фактами и обогащают теорию.

3. Теория - система обобщенного знания о той или иной области (например, теория Ч. Дарвина).

Геология - развивающаяся система знаний о вещественном составе, строении, происхождения и эволюции геологических тел и размещении полезных ископаемых. Таким образом, объектами изучения геологии являются: состав и строение природных тел и Земли в целом; процессы на поверхности и в глубинах Земли; история развития планеты; размещение полезных ископаемых. Намечается определенная иерархия геологических тел (где тела каждого последующего ранга организации вещества образованы закономерным сочетанием тел предыдущего ранга): минерал - горная порода - геологическая формация - геосфера - планета в целом. «Минимальным» объектом, изучаемым в геологии, выступает минерал (составляющие минералы элементарные частицы и химические элементы рассматриваются в соответствующих разделах физики и химии).

Минералы - однородные по составу и строению кристаллические вещества, образовавшиеся в результате природных физико-химических процессов. Изучению минералов посвящена одна из ветвей геологии - минералогия.

Минералогия - это наука о составе, свойствах, строении и условиях образования минералов. Это одна из старейших геологических наук, по мере развития которой от неё отделялись самостоятельные ветви геологических наук.

Горные породы - естественные минеральные агрегаты, образующиеся в глубинах Земли или на её поверхности в ходе различных геологических процессов. По происхождению (генетически) выделяются три типа горных пород: магматические, образующиеся в результате кристаллизации огненно-жидких природных преимущественно силикатных расплавов - магмы и лавы; осадочные, формирующиеся на поверхности Земли в результате физического и химического разрушения существующих пород, осаждения минералов из водных растворов или в результате жизнедеятельности живых организмов; метаморфические, возникающие при преобразовании магматических, осадочных или ранее образовавшихся метаморфических пород в глубинах Земли под воздействием высоких температур и давлений. Горные породы рассматриваются петрографией.

Петрография - наука, занимающаяся изучением состава, строения, происхождения и закономерностей распространения горных пород. Обычно из петрографии выделяется, как самостоятельная наука, литология, изучающая осадочные горные породы.

Геологические формации - закономерное сочетание определенных генетических типов горных пород, связанных общностью условий образования. Геологические формации рассматриваются во многих разделах геологии (петрографии, литологии, геотектонике и др., даже выделяется особое направление - учение о формациях). Учитывая, что выявление формаций, как объектов высокого ранга, возможно лишь при изучении крупных участков земной коры, важная роль в их исследовании отводится региональной геологии.

Региональная геология - раздел геологии, занимающийся изучением геологического строения и развития определенных участков земной коры.

Геосферы - концентрические слои (оболочки), образованные веществом Земли. В направлении от периферии к центру Земли расположены атмосфера, гидросфера (образующие внешние геосферы), земная кора, мантия и ядро Земли (внутренние геосферы). Область обитания организмов, включающая нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть земной коры, называется биосферой.

Важнейшая роль в изучении геосфер, их состава, протекающих в них процессов и их взаимосвязи, отводится геофизики и геохимии.

Геофизика - комплекс наук, изучающих физические свойства Земли в целом и физические процессы, происходящие в её твёрдых сферах, а также в жидкой (гидросфера) и газовой (атмосфера) оболочках.

Геохимия - наука, изучающая историю химических элементов, законы их распределения и миграции в недрах Земли и на её поверхности. Наука, исследующая глубинные процессы, изменяющие состав и строение твердых оболочек Земли, называется геодинамика.

Минералы и горные породы залегают в виде определённых геологических тел. Важными направлением геологии является науки, изучающие формы залегания пород, механизм и причины образования этих форм. Наука, изучающая формы залегания горных пород в земной коре и механизм образования этих форм называется структурная геология (обычно рассматривается как раздел тектоники).

Тектоника - наука о строении, движениях и деформациях литосферы и её развитии в связи с развитием Земли в целом. Геологами приходится иметь дело с толщами горных пород, накопившимися на миллиарды лет. Поэтому ещё одним важнейшее направление включает науки, восстанавливающие по следам, сохранившимся в толщах горных пород, события геологической истории и их последовательность.

Геохронология - учение о последовательности формирования и возрасте горных пород.

Стратиграфия - раздел геологии, занимающийся изучением последовательности образования и расчленением толщ осадочных, вулканогенно-осадочных и метаморфических пород, слагающих земную кору. Обобщающей дисциплиной этого направления является историческая геология - наука, изучающая геологическое развитие планеты, отдельных геосфер и эволюцию органического мира. Все названные геологические науки тесно связаны с палеонтологией, возникшей и развивающейся на стыке геологии и биологии.

Палеонтология – наука, изучающая по ископаемым остаткам организмов и следам их жизнедеятельности историю развития растительного и животного мира прошлых геологических эпох.

Прикладное направление геологических наук также включает в себя ряд важных разделов: геологию полезных ископаемых; гидрогеологию - науку о подземных водах; инженерную геологию, изучающую геологические условия строительства различных сооружений и др.

Многогранность объектов изучаемых геологией превращает её комплекс взаимосвязанных научных дисциплин . При этом, в большинстве случаев, каждая отдельная дисциплина включает в себя три аспекта: описательный (изучающий свойства объекта, классифицирующий их и пр.), динамический (рассматривающий процессы их образования и изменения) и исторический (рассматривающий эволюцию объектов во времени).

По области использования результатов научные исследования делятся на фундаментальные и прикладные. Цель фундаментальных исследований - открытие новых основополагающих законов природы или способов и средств познания. Цель прикладных - создание новых технологий, технических средств, предметов потребления. Применительно к геологии необходимо отметить следующие практические задачи: открытие новых месторождений полезных ископаемых и новых способов их разработки; изучение ресурсов подземных вод (также являющихся полезным ископаемым); инженерно-геологические задачи, связанные с изучением геологические условия строительства различных сооружений; охрана и рациональное использование недр.

Геология имеет тесную связь со многими науками. На приведенном рисунке указаны разделы наук, возникшие в результате взаимодействия геологии со смежными дисциплинами:

Рис.1. Связь геологии с другими науками

Важнейшим методом геологических исследований является геологическая съёмка - комплекс полевых геологических исследований, производимых с целью составления геологических карт и выявления перспектив территорий в отношении наличия полезных ископаемых. Геологическая съёмка заключается в изучении естественных и искусственных обнажений (выходов на поверхность) горных пород (определение их состава, происхождения, возраста, форм залегания); затем на топографическую карту наносятся границы распространения этих пород с указанием характера их залегания. Анализ полученной геологической карты даёт возможность создания модели строения территории и данных о размещении на ней различных полезных ископаемых.

Геология - настоящая наука историческая, и самой важной ее задачей является определение последовательности геологических событий. Не имеет смысла говорить, что чтобы выполнить все эти задачи, с давних времен разработан ряд наипростейших и интуитивно очевидных признаков временных соотношений пород. Все знают, что интрузивные взаимоотношения всегда представлены контактами интрузивных пород и вмещающих их толщ. Так же известно, что обнаружение признаков таких интрузивных взаимоотношений (зоны закалки, даек и т. п.) однозначно указывает на то, что же интрузия образовалась позднее чем вмещающие породы.

Известно, что ксенолиты и обломки попадают в породы, где в результате разрушения их собственного источника, соответственно они все образовались ранее вмещающих их пород, и поэтому могут быть использованы для определения их относительного возраста. И всё же принцип актуализма показал, что геологические неисчерпаемые силы, которые действуют в наше время, родственно работали и в те времена. Невероятно, но Джеймс Хаттон смог сформулировать принцип актуализма фразой «Настоящее - ключ к будущему».

Безапелляционное утверждение не совсем точное. Вероятно, понятие "богатырская сила" - понятие не геологическое, а физическое, к геологии имеющее опосредованное отношение. Грамотнее говорить о геологических процессах. Выявление сил, сопровождающих эти процессы, могло бы стать главной задачей геологии, чего, к сожалению, нет. Стало известно, что в наше время принцип актуализма является тормозом в развитии представлений о процессах геологии. Конечно же, принцип первичной горизонтальности смог подтвердить, что морские осадки при образовании залегают только горизонтально.

Нет сомнения в том, что принцип суперпозиции заключается именно в том, что все породы, которые находятся в не нарушенном складчатостью и разломами залегании, следуют по очерёдности, в порядке их образования. Молодые породы находятся выше, а древние ниже по разрезу. Кстати сказать, принцип финальной сукцессии постулирует, что в одно и то же время в океане были распространены одни и те же организмы. Стоит также акцентировать внимание на вот чем: палеонтолог, определив набор ископаемых остатков в породе, может разыскать одновременно образовавшиеся породы.