Геология

Геология – комплекс наук о земной коре и более глубоких сферах Земли; в узком смысле слова – наука о составе, строении, движениях и истории развития земной коры и размещении в ней полезных ископаемых[1].

Большинство прикладных и теоретических вопросов, решаемых геологией, связано с верхней частью земной коры, доступной непосредственному наблюдению.

На прямых полевых наблюдениях основаны главным образом и геологические методы исследований. Геологические исследования определённой территории начинаются с изучения и сопоставления горных пород, наблюдаемых на поверхности Земли в различных естественных обнажениях, а также в искусственных выработках (шурфах, карьерах, шахтах и др.). Породы изучаются как в их природном залегании, так и путём отбора образцов, подвергаемых затем лабораторному исследованию.

Обязательным элементом полевых работ геолога является геологическая съёмка, сопровождаемая составлением геологической карты и геологических профилей. На карте изображается распространение горных пород, указывается их генезис и возраст, а по мере надобности также состав пород и характер их залегания. Геологические профили отражают взаимное расположение слоев горных пород по вертикали на мысленно проведённых разрезах. Геологические карты и профили служат одним из основных документов, на основании которых делаются эмпирические обобщения и выводы, обосновываются поиски и разведка полезных ископаемых, оцениваются условия при возведении инженерных сооружений. Для уточнения данных геологической съёмки прибегают к бурению скважин, которые позволяют извлечь на поверхность горные породы, залегающие на достаточной глубине. В СССР с 1947 г. проводилось опорное бурение, при котором обширные территории покрываются более или менее равномерной сетью глубоких скважин, что даёт возможность составить общую схему геологического строения страны, полнее использовать данные съёмки. С середины ХХ в. осуществляется бурение скважин глубиной до 7 км и более. Успешно проводится бурение морского дна в местах относительно малых глубин. С конца 60-х гг. ХХ в. американские геологи ведут бурение в океане со специально оборудованных кораблей.

Методы непосредственного изучения недр не дают возможности познать строение Земли глубже, чем на несколько км (иногда до 20) от её поверхности. Поэтому даже для изучения земной коры, а тем более нижележащих геосфер, геология не обходится без помощи косвенных методов, разработанных другими науками, особенно без геохимических и геофизических методов. Очень часто применяется комплекс геологических, геофизических и геохимических методов.

В геологических исследованиях можно различить три основных направления. Задачей первого из них – описательной геологии, служит описание минералов, горных пород и их типов; изучение состава, формы, размеров, взаимоотношений, последовательности залегания и всех прочих вопросов, связанных с современным размещением и составом геологических тел (слоев горных пород, гранитных массивов и др.). Второе направление – динамическая геология, заключается в изучении геологических процессов и их эволюции. К числу этих процессов относятся как внешние по отношению к земной коре и более глубоким геосферам (разрушение горных пород, перенос и переотложение ветром, ледниками, наземными и подземными водами; накопление осадков на дне рек, озёр, морей, океанов и др.), так и внутренние (движения земной коры, землетрясения, извержения вулканов и сопутствующие им явления). Геологические процессы изучаются не только в естественных условиях, но и экспериментально.

Восстановление картины геологического прошлого Земли (историко-геологическая реконструкция) составляет сущность третьего направления геологических исследований – исторической геологии. Задачи этого направления сводятся к изучению распространения и последовательности образования геологических напластований и других геологических тел, а также к установлению последовательности различных геологических процессов и событий, например процессов тектогенеза, метаморфизма, образования и разрушения залежей полезных ископаемых, трансгрессий и регрессий морей, смены эпох оледенений эпохами межледниковий и т.д. Все три направления геологии неразрывно связаны друг с другом и исследование каждого геологического объекта, как и любой территории, ведётся со всех трёх точек зрения, хотя каждое направление является самостоятельным в смысле основных принципов и методов исследования.

Специфическая особенность геологических процессов состоит в том, что многие из них протекают на огромных территориях и продолжаются в течение миллионов и даже миллиардов лет; в этом заключается трудность их исследования. Чтобы понять геологические процессы прошлого, изучается весь комплекс результатов, оставленных ими в толщах пород: особенности их состава, строения и залегания, формы рельефа земной поверхности и т.д.

При анализе историко-геологических данных принимается во внимание принцип последовательности напластования слоистых осадочных толщ, которые рассматриваются как страницы «каменной летописи» Земли; учитывается также необратимая эволюция органического мира, запечатлевшаяся в окаменевших остатках растительных и животных организмов, которые сохраняются в пластах осадочных пород. Каждой из эпох в развитии Земли соответствовали определённые растения и животные. Это послужило основой для установления относительного возраста толщ горных пород и позволило подразделить историю последних 600 млн. лет жизни Земли на последовательные отрезки времени - эры, которые делятся на более мелкие единицы геологического времени - периоды, эпохи и века. Исследования показывают, что 80% объёма осадочной оболочки Земли образуют самые древние, докембрийские толщи, продолжительность образования которых составляет по крайней мере 6/7 всей известной геологической истории. Помимо относительного возраста, определяется абсолютный, или радиометрический, возраст геологических тел. Метод его вычисления основан на законе постоянства скоростей радиоактивного распада; в качестве исходных данных берутся цифры относительного количества расщепляющего элемента и продуктов его распада в исследуемой горной породе или минерале. Этот метод имеет особенное значение для древнейших докембрийских толщ Земли, очень скудно охарактеризованных органическими остатками.

Широко используется в геологии метод актуализма, согласно которому в сходных условиях геологические процессы идут сходным образом; поэтому, наблюдая современные процессы, можно судить о том, как шли аналогичные процессы в далёком прошлом. Современные процессы можно наблюдать в природе (например, деятельность рек) или создавать искусственно (подвергая, например, образцы горных пород действию высокой температуры и давления). Таким путём часто удаётся установить физико-географические и физико-химические условия, в которых отлагались древние слои, а для метаморфических горных пород и примерную глубину, на которой произошёл метаморфизм (изменение). Однако географическая и геологическая обстановка в жизни Земли необратимо менялась; поэтому, чем древнее изучаемые толщи, тем ограниченнее применение метода актуализма.

Разработка теоретических вопросов геологии тесно связана с одной из её крупнейших практических задач - прогнозом поиска и разведки полезных ископаемых и созданием минерально-сырьевой базы мирового хозяйства. Большое значение имеет геология также при проектировании различных инженерных сооружений, в строительстве, сельском хозяйстве, военном деле.

↑Возникновение и эволюция геологии

Геология (от др.-греч. γῆ– «земля» и λόγος – «причина, учение, слово») как наука возникла сравнительно недавно в результате больших обобщений, но корни ее теряются в глубокой древности[2]. Люди начали изучать Землю на первых этапах своего существования. Это изучение вызывалось необходимостью, так как Земля в конечном счете является той материальной базой, на которой развивается общественное производство. Развитие материальной культуры, рост общественного производства теснейшим образом связаны с изучением и всесторонним освоением Земли. В каменный век люди добывали из Земных недр определенные сорта камней, в бронзовый – медь и олово, в железный – железо. Добывать указанные материалы люди могли лишь при тщательном изучении строения земной коры, ее особенностей. Совершенно неоспоримые, несомненные свидетельства подобного изучения – памятники глубочайшей древности, созданные за тысячелетия до нашей эры, встречаются часто, например в виде горных выработок, известных в Средней Азии, Туве, Китае и многих других местах земного шара, и свидетельствуют о глубоких эмпирических знаниях закономерностей распространения и залегания некоторых руд (меди, золота, железа) и умении пользоваться этими знаниями.

Горные выработки древних людей проходились иногда с исключительной целесообразностью, показывающей, что рудокопы разбирались не только в рудах, но и в породах, среди которых руды залегают, а также и в других, иногда очень тонких деталях геологического строения того или иного рудоносного района, о которых мы узнаем лишь путем тщательного изучения. Поэтому древние горные выработки, являющиеся как бы памятниками искусства древних рудокопов, не только не утратили значения в наше время, но широко используются в поисковой практике и часто указывают на наличие «новых» месторождений полезных ископаемых и даже целых рудоносных районов.

Следует, однако, отметить, что древние люди были еще очень далеки от каких бы то ни было научных выводов и обобщений. Представления их о Земле носили не научный, а религиозный характер и лишь тормозили развитие науки. Тем не менее неуклонный рост общественного производства ставил перед обществом совершенно конкретные задачи в области изучения Земли. Люди были вынуждены их решать независимо от существующих представлений и господствующих идей. Вместе с добычей руд возникла необходимость распознавания их, изучения рудных минералов, что обусловило появление впоследствии минералогии (от лат. minera – руда, logos – учение). Развитие торговли и общения между народами привело к зарождению географии и геодезии. Перечисленные и многие другие естественные науки, имеющие самое непосредственное отношение к геологии, развивались самостоятельно, независимо друг от друга, и понадобились тысячелетия, чтобы обобщить их и подойти к идее взаимосвязи наблюдаемых в природе явлений, без чего невозможно было появление современной геологии.

Дошедшие до нас труды древних ученых имеют лишь исторический интерес, так как здравые мысли в них переплетаются с фантастическими измышлениями и легендами. Интересны наблюдения Аристотеля (384–322 гг. до н.э.), представившего первые доказательства шарообразности Земли, труды Аристарха Самосского (III в. до н. э.), гениально предвосхитившего гелиоцентрическую систему мира, доказанную Коперником через 18 веков, произведения Пифагора (571–497 гг. до н.э.), Геродота (V в. до н. э.), Страбона (63–20 гг. до н.э.), в которых изложены наблюдения над вулканами, эродирующей работой рек, образованием дельты Нила и соображения о колебаниях уровня моря. Не только наблюдения и догадки, но и ценные изобретения, относящиеся к горному делу и геологическим наукам, известны в глубокой древности. Например, бурение применялось египтянами еще 6000 лет назад при постройке пирамид. Древние римляне знали ударное бурение. В Китае соляные рассолы добывались из буровых скважин свыше 2000 лет назад. В Китае был изобретен компас в III в. до н. э., а в 132 г. китайский ученый Чжан Хэн сконструировал первый сейсмограф. Перечисленные достижения древних ученых, конечно, способствовали развитию науки, хотя многие философские труды античных мыслителей не только не содействовали прогрессу, но тормозили его. Таково, например, метафизическое учение Птоломея и Аристотеля о геоцентрической системе мира, воспринятое христианской церковью и использованное для борьбы с наукой.

В эпоху Средневековья, когда жестоко карались даже еретические мысли (т. е. отступающие от церковных догматов), развитие естествознания, подрывающего устои церковно-феодальной идеологии, почти прекратилось.

Слово «геология» впервые появилось в печати в XV в., но имело тогда совершенно другое значение, чем то, которое вкладывается в него теперь. В 1473 г. в Кельне вышла книга епископа Р. де Бьюри «Philobiblon» («Любовь к книгам»), в которой геология называется весь комплекс закономерностей и правил «земного» бытия, в противоположность теологии - науке о духовной жизни. В современном его понимании термин «геология» впервые был применен в 1657 г. норвежским естествоиспытателем М.П. Эшольтом в работе, посвященной крупному землетрясению, охватившему всю Южную Норвегию (Geologia Norwegica, 1657).

Современное исследование природы началось с эпохи Возрождения. Этот период (конец XV – начало XVI вв.), характеризующийся переходом ремесла в мануфактуру, был подготовлен великими географическими открытиями, расширившими рынки сбыта товаров и подготовившими почву для развития мировой торговли (открытие Америки в 1492 г., путешествие Васко да Гама в Индию в 1497 г., кругосветное путешествие Магеллана в 1519–1522 гг.). Геология в это время едва начала формироваться, как видно хотя бы из высказываний Леонардо да Винчи (1452–1519 гг.), отвергшего библейскую легенду о всемирном потопе и считавшего окаменелые остатки морских организмов в горных породах свидетелями перемещений моря и суши. Немецкий врач, металлург и минералог Георг Бауэр (Агрикола, 1494–1555 гг.) оставил интересные наблюдения над рудными жилами и труды по технике горного дела. К этому же времени относится и величайшее творение Коперника (1473–1543 гг.) «Об обращении небесных кругов», появлением которого началось освобождение науки от гнета религии.

Другим крупным ученым этого времени был великий французский философ и математик Рене Декарт (1596–1650 гг.). Он считал, что Земля – это остывшая звезда с раскаленным ядром. В результате вихревого движения материальных частиц рудные минералы извлекаются из ядра и отлагаются в трещинах остывших пород вблизи поверхности.

Однако в мануфактурной период капиталистического производства (первая половина XVIII в.) «наука все еще глубоко увязает в теологии. Она повсюду ищет и находит в качестве последней причины толчок извне, необъяснимый из самой природы» (Ф. Энгельс. Диалектика природы. М., 1956, с. 7). Например, великий математик и философ Г.В. Лейбниц (1646– 1716 г.) в труде «Protogaea» «укладывал» образование Земли в 6 библейских дней. Были широко распространены идеи сторонников дилювиальной гипотезы, рассматривавших окаменелости и рельеф земной поверхности как остаток всемирного потопа. И.В. Мушкетов главной особенностью этой эпохи считал полное пренебрежение к непосредственным исследованиям при обилии гипотез и философских рассуждений. Нелепые мнения «как сорная трава заглушали развитие правильных геологических воззрений, тем более что к геологическим спорам того времени почти всегда присоединялись жгучие религиозные вопросы» (И. В. Мушкетов. Физическая геология. М., 1899, т. 1, с. 6). Поэтому особого упоминания заслуживают труды датчанина Н. Стено (1638–1687 гг.), положившего начало учению о дислокациях земной коры и наступлениях моря на сушу. Его труды способствовали развитию стратиграфии, а его вулканическая теория образования гор держалась более столетия.

Не менее замечательны труды М.В. Ломоносова (1711 –1765 гг.) «Слово о рождении металлов от трясения земли» (1757 г.), «Первые основы металлургии или рудных дел» (1763 г.) и «О слоях земных», в которых с совершенной очевидностью Земля и все происходящие на ней процессы рассматриваются как нечто, развивающееся во времени. Говорится о поднятиях и опусканиях земной поверхности, о смещении берегов, о появлении и исчезновении гор, островов и целых материков. Однако общего признания в то время эти работы не находили.

Характерной особенностью этого времени Ф. Энгельс считал своеобразное мировоззрение «об абсолютной неизменяемости природы» (Диалектика природы. М., 1956, с. 6.), первая брешь в котором была пробита И. Кантом (1724–1804 гг.), выпустившим в 1755 г. знаменитый труд «Всеобщая естественная история и теория неба», развитый и обоснованный П. С. Лапласом и В. Гершелем, подготовившими признание «Небулярной гипотезы» о происхождении нашей Солнечной системы.

В последней трети XVIII и в XIX в. в результате промышленного переворота радикально изменилась энергетическая база промышленности, нашла универсальное применение паровая машина, появились железные дороги, возникла новая отрасль промышленности – машиностроение. Все это потребовало огромного количества металлов и привело к замене древесного топлива минеральным. Горная промышленность начала быстро развиваться. Мировая добыча минерального сырья к шестидесятым годам XIX в. увеличилась более чем в 13 раз и достигла 225,3 млн. т. (против 17,3 млн. т. за первые 20 лет XVIII в.), причем около 80% этого количества падало на каменный уголь.

Все это не могло не сказаться и на развитии геологических наук. Уже в XVIII в. началось интенсивное изучение геологического строения большинства европейских стран. В России такие исследования проводились еще при Петре I, но особенного развития они достигли во второй половине XVIII и в начале XIX в., когда были организованы крупные экспедиции в различные районы нашей страны. К XVIII в. относится и появление первых технических высших горных школ: в 1716 г. в Остраве (Чехия), в 1765 г. во Фрейберге (Саксония), в 1773 г. в Санкт-Петербурге, в 1795 г. в Париже. Однако до конца XVIII в. геологии как самостоятельной науки еще не было. Была «минералогия», мало похожая на современную. Минералами называли металлы, соли, «дикие камни», земли, пески, окаменелые остатки организмов, т. е. все составные части земной коры, различные по форме, составу и происхождению, что уже давно понимали, так как накопилось много наблюдений и материалов о строении и составе земной коры, о геологических процессах и их результатах. В 1780 г. профессор Фрейбергской академии А.Г. Вернер разделил «минералогию» на две самостоятельные науки – собственно минералогию, которую он назвал ориктологией (от греч. oriktos – ископаемый), и геогнозию (от греч. ge – земля, gnosis – познание). С этого времени и до середины XIX в. термин «геогнозия» шире, чем в других странах, применялся в России и Германии (хотя чёткого разграничения между понятиями «геология» и «геогнозия» не было). В Великобритании и Франции этот термин употреблялся очень редко, а в Америке почти совсем не применялся. С середины XIX в. термин «геогнозия» в России постепенно исчезает. Некоторое время он ещё встречается в названиях учёных степеней и в названиях кафедр старых русских университетов, но к 1900 г. он уже не фигурирует, вытесняясь термином «геология».

А.Г. Вернера справедливо считают одним из основоположников современной минералогии, однако для развития теоретической геологии он сыграл скорее отрицательную роль, будучи крайним нептунистом. Он учил, что Землю некогда покрывал океан, из вод которого последовательно осаждались гнейсы, граниты, кристаллические сланцы, базальты, порфиры и сиениты. На эти первозданные слои отложились формации переходной группы – химические и механические осадки. Вулканы А.Г. Вернер связывал с подземными пожарами. Это направление было названо нептунистическим. В 1788 г. шотландский геолог Д. Геттон в книге «Теория Земли» высказал гораздо более здравые мысли. Как и М.В. Ломоносов, он считал, что в образовании горных пород принимают участие подземный жар и механические перемещения, которые он представлял во всей сложности – вплоть до надвигания древних слоев на молодые. Направление Д. Геттона было названо плутоническим. Спор нептунистов и плутонистов продолжался несколько десятилетний, как указывает И. В. Мушкетов, не только не принес пользы для науки, «но подорвал уважение к геологии, тем более что к нему примешались религиозные вопросы».

Огромную положительную роль в развитии геологии сыграла, как упоминалось, разработка палеонтологического метода определения относительного возраста горных пород, произведенная на рубеже XVIII и XIX вв. в Англии У. Смитом (1769–1839 гг.), а во Франции – Ж. Кювье (1769–1832 гг.). У. Смита окаменелые остатки организмов интересовали как руководящие формы для сопоставления пластов осадочных пород и определения их относительного возраста, и его справедливо считают основоположником стратиграфии. Ж. Кювье рассматривал окаменелости как остатки вымерших животных и положил начало новой тогда науки – палеонтологии. Он был сторонником теории катастрофизма, сыгравшей, как упоминалось, отрицательную роль в развитии геологии.

В первой половине XIX в. вместе с выходом трудов У. Смита и Ж. Кювье началось систематическое изучение остатков вымерших организмов для более подробного расчленения осадочных толщ и выработки для всей Земли геохронологической шкалы. С 1822 по 1841 гг. были выделены палеозойская, мезозойская и кайнозойская группы осадочных образований, кембрийская, силурийская, девонская, каменноугольная, пермская, триасовая, юрская, меловая, третичная и четвертичная системы. В 1830–1833 гг. появилась знаменитая работа Ч. Лайеля «Основы геологии», а в 1859 г. известные труды Ч. Дарвина окончательно упрочили эволюционные идеи в геологии.

В России после открытия в 1773 г. Горного училища (современного Санкт-Петербургского горного университета) появились первые руководства по геологическим наукам для высшей школы. Из них особого внимания заслуживает «Курс геогнозии» проф. Д.И. Соколова (1839 г.), в котором он независимо от Ч. Лайеля пришел к идее актуализма. В 1817 г. при Горном училище (переименованном тогда в Горный кадетский корпус) было организовано Минералогическое общество, сыгравшее огромную роль в деле организации региональных геологических исследований, а в 1825 г. начал выпускаться Горный журнал, один из старейших в мире, в котором печатались (и печатаются) труды многих видных русских геологов. В 1829, 1841 и 1845 гг. были изданы первые геологические карты Европейской России.

В XIX в. бурный рост тяжелой индустрии, электротехнической и химической промышленности, производства вооружений требовали в огромных и неуклонно растущих количествах различных видов минерального сырья и неизбежно способствовали интенсивному развитию геологических работ. Это повлекло за собой широкое применение в науке эксперимента с использованием быстро развивающейся техники и точных методов исследования. В середине XIX в. как самостоятельная наука выделилась геофизика. Были достигнуты большие успехи в деле изучения глубоких недр и строения земного шара при помощи сейсмологических и гравиметрических методов. Во второй половине XIX в. оформилась как самостоятельная наука гидрогеология. Были высказаны близкие к современным идеи о развитии рельефа Земли и тем самым положено начало обособлению геоморфологии (П.А. Кропоткин, И.Д. Черский, В.В. Докучаев в России, У.М. Дэвис в США и другие).

Во второй половине XIX в. в России выявилась группа крупнейших геологов. «Отцом русской геологии» справедливо называют академика  А.П. Карпинского (1847–1936 гг.), классические разносторонние труды которого имеют огромное теоретическое и практическое значение. Его выводы о залегании девонских отложений на Дону и о характере дислокаций на юге Европейской России послужили основанием для суждения о глубине залегания курских магнитных руд и положили начало исследованиям Большого Донбасса. Он первый составил палеогеографические карты Европейской России и объяснил морские трансгрессии волновыми колебательными движениями земной коры. А.П. Карпинский одним из первых применил онтогенический метод в палеонтологии. Он основал школу геологов-петрографов в Петербургском горном институте. Под руководством А.П. Карпинского русскими геологами были разработаны международная терминология для основных геохронологических подразделений и условные обозначения их на геологических картах, принятые Вторым международным геологическим конгрессом в Болонье (1881 г.) и вошедшие в мировую геологическую практику.

В 1882 г. в Петербурге при непосредственном участии А.П. Карпинского был организован Геологический комитет (ныне Всесоюзный ордена Ленина научно-исследовательский геологический институт, ВСЕГЕИ), в задачи которого входило изучение геологии России, ее минеральных богатств, составление геологических карт и помощь государственным организациям и частному капиталу в решении практических вопросов, связанных с геологией. Комитет сыграл исключительную роль в деле изучения геологии России.

А.П. Карпинский был первым советским президентом Российской Академии наук и работал на этом посту до конца жизни.

Другим крупнейшим геологом и кристаллографом был академик Е.С. Федоров (1853–1919 гг.), заложивший основу современного структурного анализа кристаллов и создавший теорию пространственных групп симметрии. Школе Е.С. Федорова принадлежат поколения русских геологов, и в их числе такие крупные русские ученые, как академик А.Н. Заварицкий, профессор А.К. Болдырев, академик С.С. Смирнов и многие другие.

Выдающимся достижением русской геологии конца XIX в. было зарождение эволюционного почвоведения, развиваемого геологом-почвоведом проф. В.В. Докучаевым, определившим место почв среди горных пород и установившим главнейшие законы почвообразования.

Следует отметить и важную роль В.М. Севергина (1765—1826), который стоял на высоте современного ему развития естествознания в европейском ученом мире и, вместе с тем, он постоянно имел в виду изучение России и произведений её природы. Многочисленные труды В.М. Севергина описывают предметы, относящиеся к области минералогии, физики, химии, физики земного шара, технологии, сельского хозяйства и т. д.; в них он высказывал мысль о тесной связи минералогии с химией. В.М. Севергин также много содействовал образованию и обогащению русской научной терминологии: ему, например, принадлежит термины «окисление», «горная порода» и др.

К началу XX в. относится возникновение геохимии как самостоятельной науки. Геохимия появилась одновременно в разных странах, однако обобщение накопленного материала и точное определение основных задач и идей, превратившее ее в современную передовую геологическую науку, было сделано русским академиком  В.И. Вернадским (1863–1945 гг.).

В области структурной и полевой геологии в конце XIX – начале XX в. огромное значение имели труды профессор Л.И. Лутугина (1865–1915 гг.), разработавшего методику детального геологического картирования.

В XX в. геология, как и всё естествознание в целом, развивается гораздо быстрее, чем ранее. За первыми широкими теоретическими обобщениями следуют новые, часто во многом их исправляющие или опровергающие. Крупным событием этого времени было открытие в 1899-1903 гг. французскими учёными П. Кюри и М. Склодовской-Кюри радиоактивного распада элементов, сопровождающегося самопроизвольным выделением тепла. Оно позволило разработать методику определения абсолютного возраста горных пород, а следовательно, и продолжительности многих геологических процессов. На этой основе в последующем получила развитие геология докембрия. С радиоактивным распадом в недрах Земли стали связывать наличие тепловой энергии планеты, а также активизацию тектонических движений и вулканизм, что привело к коренному пересмотру фундаментальных геологических концепций. В частности, были поколеблены основы контракционной гипотезы, а представления о первоначальном огненно-жидком состоянии Земли были заменены идеями о её образовании из скоплений холодных твёрдых частиц, которые нашли окончательное выражение в космогонической гипотезе советского исследователя О.Ю. Шмидта.

Всё более насущной становится необходимость перехода от простой констатации эмпирически устанавливаемых закономерностей к подлинному объяснению их причин, к вскрытию основных законов истории развития Земли. Возникает необходимость усиленного изучения глубинных процессов, происходящих в нижних слоях земной коры и в мантии. Усовершенствуется также методика изучения веществ, состава горных пород (масс-спектрометрический, рентгеноструктурный и другие анализы) и строения земной коры.

Серьёзное внимание было обращено на развитие региональных геологических исследований, особенно на геологическую съёмку как основу для выявления минеральных богатств. Стратиграфические схемы, разработанные к началу ХХ в. только для Европы и отчасти для Северной Америки, стали детализироваться и создаваться для всех остальных материков в связи с широким развёртыванием геологического картирования. Увеличение масштабов и глубины бурения и необходимость определения возраста извлекаемых из скважин пород, в которых крупные палеонтологические остатки встречаются редко, привело к изучению в стратиграфических целях микроскопических остатков фауны и флоры (раковинок фораминифер, радиолярий, остракод, диатомей, перидиней, спор и пыльцы растений). В трудах советских (Д.В. Наливкина, В.В. Меннера, Б.С. Соколова, В.Н. Сакса и др.) и зарубежных (француза М. Жинью, англичанина В. Аркела, американских геологов Дж. Роджерса, У.К. Крумбейна и многих других) геологов была детально разработана стратиграфия палеозойских, мезозойских и кайнозойских отложений.

В области тектоники для XX в. характерны: разработка учения о движениях земной коры, в том числе о возможности горизонтальных перемещений крупных её блоков (эпейрофорез); разработка классификаций тектонических форм и теории геосинклиналей и платформ (при участии отечественных геологов А.А. Архангельского, М.М. Тетяева, Н.С. Шатского, В.В. Белоусова, М.В. Муратова, В.Е. Хаина; немецких геологов Х. Штилле и С.Н. Бубнов, швейцарца Э. Арган, американских геологов Р. Обуэн и М. Кей); установление их различных типов и стадий развития, а также переходных между геосинклиналями и платформами образований - краевых прогибов. Впервые выделены в 1946 г. (А.В. Пейве, Н.А. Штрейс), а затем детально исследованы глубинные разломы земной коры. Успехи теоретической тектоники, а также широкий размах глубокого бурения и геофизических исследований создали предпосылки для тектонического районирования - разделения территории материков на крупные структурные элементы с разной историей развития и, следовательно, с разными ассоциациями и рядами геологических формаций.

В 50-60-х гг. XX в. начали составляться тектонические карты СССР (Н.С. Шатский, 1953, 1956; Т.Н. Спижарский, 1966), Европы (Н.С. Шатский, А.А. Богданов и др., 1964), Евразии (А.Л. Яншин и др., 1966), Африки (Ю.А. Шубер, 1968), Северной Америки (Ф. Кинг, 1969), а также крупномасштабные тектонические карты отдельных областей и районов в целях выяснения главных закономерностей размещения полезных ископаемых. В СССР было положено начало изучению новейших тектонических движений и созданию неотектоники (В.А. Обручев, Н.Н. Николаев, С.С. Шульц). В связи с разведкой и разработкой полезных ископаемых в осадочных толщах в качестве самостоятельной дисциплины выделились петрография осадочных пород, или литология, в развитии которой главная роль принадлежит советским учёным.

Отдельный учебный курс петрографии осадочных пород впервые был прочтен в Московском университете и в Московской горной академии в 1922 г. М.С. Швецовым, воспитавшим несколько поколений советских литологов и написавшим классические работы по литологии каменноугольных отложений Московской синеклизы. Л.В. Пустовалов в ряде монографий и двухтомной «Петрографии осадочных пород» (1940) впервые поставил вопрос об общих закономерностях процесса осадкообразования и его эволюции в истории Земли. Очень много сделал для выяснения различных вопросов осадочного породообразования, установления его стадий и его климатических типов Н.М. Страхов, трёхтомная монография которого «Основы теории литогенеза» опубликована в 1960-62 гг. Крупные работы в области петрографии осадочных пород принадлежат также американским геологам – У. Твенхофелу, Ф. Дж. Петтиджону, У. К. Крумбейну, Дж. Тейлору.

С петрографией осадочных пород тесно связано учение о фациях, получившее наиболее глубокую разработку в трудах Д.В. Наливкина. Разработан ряд новых методов изучения веществ, состава горных пород (спектроскопический, рентгеноструктурный, термометрический анализы). В минералогии была оформлена современная кристаллохимическая теория конституции минералов (Н.В. Белов, В.С. Соболев и другие), достигнуты успехи в синтезе многих минералов (Д.С. Белянкин, Д.П. Григорьев), большая группа работ посвящена пегматитам (А.Н. Заварицкий, А.Е. Ферсман), физико-химическому анализу природных ассоциаций минералов (А.Г. Бетехтин, Д.С. Коржинский и др.). Создан ряд трудов по петрографии, петрохимии и учению о метаморфизме (Ф.Ю. Левинсон-Лессинг, Ю.А. Кузнецов, Н.А. Елисеев, Ю.И. Половинкин, П. Эскола, Т. Барт, Н. Боуэн, П. Ниггли, Ф. Тернер). Большое значение имели углепетрографические работы, посвященные изучению метаморфизма углей и закономерностям размещения угольных бассейнов (П.И. Степанов, Ю.А. Жемчужников, В.В. Мокринский, В.И. Яворский, И.И. Горский). Разрабатывалась геология нефти и газа (И.М. Губкин, С.И. Миронов, А.А. Трофимук, М.Ф. Мирчинк, И.О. Брод, чешский геолог К. Крейчи-Граф, американские геологи А. Леворсен и Д.М. Хант). За последние десятилетия выделилась особая отрасль геологии - металлогения (С.С. Смирнов, Ю. А. Билибин, Д.И. Щербаков, К.И. Сатпаев, В.И. Смирнов, Х.М. Абдуллаев, И.Г. Магакьян, Е.Т. Шаталов, А. Левицкий, В.А. Кузнецов, шведский геолог В. Линдгрен, немецкий геолог Г. Шнейдерхен, американские геологи Ч.Ф. Парк, У.Х. Эммонс и др.). Успешно развивались: вулканология (В.И. Влодавец, Б.И. Пийп, Г.С. Горшков, американские геологи Х. Уильямс, А. Ритман, французский геолог Г. Тазиев), гидрогеология и гидрогеохимия (Н.Ф. Погребов, Н.Н. Славянов, А.Н. Семихатов, Ф.П. Саваренский, Г.Н. Каменский, Н.И. Толстихин, И.К. Зайцев), геология четвертичных отложений (Г.Ф. Мирчинк, Я.С. Эдельштейн, С.А. Яковлев, В.И. Громов, А.И. Москвитин, Е.В. Шанцер, немецкий учёный П. Вольдштедт, американский геолог Р. Флинт, шведский геолог Г. Геер).

На стыке геологии и химии в ХХ в. обособилась геохимия, принципы которой были сформулированы В.П. Вернадским и норвежским геохимиком В.М. Гольдшмидтом и развивались в СССР в трудах А.Е. Ферсмана и А.П. Виноградова. Выяснена огромная роль развития жизни на Земле как фактора, приведшего к образованию органогенных пород (коралловые рифы, каменные угли и др.), существенно изменившего состав атмосферы и гидросферы, а также непосредственно влиявшего на ход многих геологических процессов (например, выветривания). В связи с этим выделился особый раздел геохимии - биогеохимия, а для оболочки Земли, в которой протекают биологические процессы, В.И. Вернадским было предложено название биосферы. На стыке геология и физики развилась геофизика. Появление и развитие геохимии и геофизики в огромной степени способствовало успехам геологических исследований, в практику которых с начала 20-х гг. ХХ в. прочно вошли геофизические и геохимические методы.

В конце XX начале XXI вв. интенсивно развивается геология дна морей и океанов (у нас в стране под руководством М.В. Клёновой, П.Л. Безрукова, А. П. Лисицына, Г.Б. Удинцева; за рубежом под началом американских геологов Ф.П. Шепард, Г.У. Менард, Б. Хизен, М.Ю. Юинг, голландского геолога П. Кюнен), в частности в целях промышленного освоения полезных ископаемых обширных пространств континентального шельфа. В исследованиях геологии морского дна широко применяются геофизические методы, а в последние годы и бурение со специально оборудованных судов.

В XXI в. человечеству для успешного исследования глубинных зон Земли и их минеральных ресурсов необходимо изучение земной коры и верхней мантии геофизическими методами, изучение метаморфических и магматических образований, их состава, строения и условий образования как показателей состояния вещества и его преобразований в глубинных зонах Земли, бурение сверхглубоких скважин и исследование докембрийских толщ с позиций стратиграфии, тектоники, минералогии, петрографии и размещения в них полезных ископаемых.

В связи с увеличением потребности в цветных и редких металлах и необходимостью расширения минерально-сырьевой базы возникла проблема использования ресурсов морей и океанов. Поэтому одной из актуальных задач геология является изучение геология дна морей и океанов (71% всей поверхности Земли). В последние десятилетия ведутся работы по детальному изучению подземного тепла как возможного энергетического ресурса будущего. В ряде стран (Исландия, Италия, Япония, Новая Зеландия, в России на Камчатке) перегретый пар, выделяющийся из скважин, используется для отопления и получения электроэнергии.

Важнейшей задачей геологии является дальнейшая разработка теории развития Земли, в частности исследование эволюции внутренних и внешних геологических процессов, определяющих закономерности распространения минеральных ресурсов.

В связи с успехами космических исследований одной из основных проблем геология становится сравнительное изучение Земли и других планет.

↑Состав геологических наук

Геология это целая отрасль науки. Она объединяет большое количество наук. Но геология, не смотря на корень «гео» в названии, не ограничивается изучением Земли. Солнечная Система изучается такими разделами геологии космохимия, космология, космическая геология и планетология.

Планету Земля можно разделить на оболочки. Внешняя, газовая оболочка Земли – атмосфера. Жидкая оболочка планеты – гидросфера состоит из океана, системы рек и озер и подземных вод. Населённая жизнью оболочка Земли – биосфера. Большая часть Земли находится в твёрдом состоянии, и именно твёрдая Земля является предметом изучения комплекса геологических наук. Однако все оболочки интенсивно взаимодействуют друг с другом и их нельзя рассматривать по отдельности. Но и Землю целиком нельзя рассматривать как замкнутую систему. Земля получает из окружающего космоса значительные количества вещества и энергии. Изучение воздействия космоса на Землю – пограничное поле между геологией, астрономией и космологией.

Химический состав Земли, процессы, концентрирующие и распыляющие химические элементы в различных сферах Земли, являются предметом геохимии.

Физические свойства планеты Земля и изучением её физическими методами занимается геофизика.

Земля в основном состоит из минералов. Изучением минералов, вопросами их генезиса, классификации и определения занимается минералогия. Тесно связана с минералогией, физикой твёрдых тел и химией кристаллография – наука о кристаллах, их структуре, возникновении и свойствах. Исторически кристаллография возникла в рамках минералогии, как наука описывающая идеальные кристаллы. Наука, изучающая связи между элементарным составом, характером химического взаимодействия и пространственным расположением атомов, ионов, молекул в кристаллах получила название – кристаллохимия. Кристаллохимия связывает между собой кристаллографию и химию. Достаточно недавно сформировалась как наука геммология – наука о самоцветах (драгоценных и поделочных камнях). Минералы образуют горные породы. Описанием и классификацией горных пород занимается петрография, а изучением их происхождения наука петрология. Многолетнемёрзлые горные породы приобретают ряд характерных свойств и особенностей, изучением которых занимается геокриология.

Земля – «живая», активно меняющаяся планета. В ней происходят движения различающиеся по масштабу на многие порядки. Процессами самого крупного, планетарного масштаба занимается геодинамика. Она изучает связь процессов в ядре, мантии и земной коре. Движения земной коры в меньшем масштабе, на уровне блоков земной коры изучает тектоника. Структурная геология занимается изучением, описанием и моделированием важнейших нарушений земной коры – разломов и складок. Микроструктурная геология изучает деформацию пород на микроуровне – в масштабе зёрен минералов и агрегатов. Отражение изменений в строении Земли можно видеть в ее рельефе. Геоморфология – наука о рельефе, его внешнем облике, происхождении, истории развития, современной динамике и закономерностях географического распространения

Все геологические науки в той или иной степени имеет исторический характер, рассматривают существующие образования в историческом аспекте и занимаются в первую очередь выяснением истории формирования современных структур и установлением их геологического возраста. Данные о последовательности важнейших событий в истории Земли обобщает историческая геология. История Земли делится на два крупнейших этапа – эона, по появлению организмов с твёрдыми частями, оставляющих следы в осадочных породах и позволяющих по данным палеонтологии определение относительного геологического возраста. С появлением ископаемых на Земле начался фанерозой – время открытой жизни, а до этого был криптозой или докембрий – время скрытой жизни. Геология докембрия выделяется в особую дисциплину, так как занимается изучением специфических, часто сильно и многократно метаморфизованных комплексов и имеет особые методы исследования.

Палеонтология изучает древние формы жизни и занимается описанием ископаемых остатков, а также следов жизнедеятельности животных. Стратиграфия – наука об определении относительного геологического возраста осадочных горных пород, расчленении толщ пород и корреляции различных геологических образований. Одним из основных источников данных для стратиграфии является палеонтологические определения. Литология – наука об осадочных породах и современных осадках, их вещественном составе, строении, закономерностях и условиях образования и измененииЛитология (от лито и логия), наука о современных осадках и осадочных породах, их составе, строении, происхождении и закономерностях пространственного размещенияЛитология (от лито и логия), наука о современных осадках и осадочных породах, их составе, строении, происхождении и закономерностях пространственного размещенияЛитология (от лито и логия), наука о современных осадках и осадочных породах, их составе, строении, происхождении и закономерностях пространственного размещения

Гидрогеология – наука о подземных водах; изучает их состав, свойства, происхождение, закономерности распространения и движения, а также взаимодействие с горными породами

Геология полезных ископаемых изучает типы месторождений оных, методы их разведки и поиска, металлогению. Отдельной наукой является Геология горючих ископаемых – нефти, горючего газа, угля. Экономическая геология позволяет дифференцировать месторождения полезных ископаемых с точки зрения их экономической привлекательности. Добыча полезных ископаемых развивается очень быстро и захватывает большие участки Земли, по этой причине необходимо проводить мероприятия по охране окружающей среды и земных недр, чем занимается экологическая геология.

Инженерная геология – прикладная ветвь геологии, изучающая верхние горизонты земной коры в связи с инженерно-строительной деятельностью человека. Инженерная геология изучает верхние слои Земли для целей строительства и включает в себя инженерную петрологию (грунтоведение), инженерную геодинамику и региональную инженерную геологию.

↑Строение и состав земли

Наша планета относится к планетам земной группы[3]. Это означает, что поверхность Земли твёрдая. Земля – крупнейшая из четырёх планет солнечной системы, которые относятся к земной группе. Из всей этой группы планет именно Земля имеет наибольший размер, массу, плотность, наибольшую поверхностную гравитацию и сильнейшее магнитное поле. Строение Земли и поверхность Земли таковы, что её форма близка к вытянутому эллипсоиду – это шарообразная форма с утолщениями на экваторе – и отличается от него на величину до 100 метров. Таким образом, по сравнению с идеальным эллипсоидом, планета Земля имеет допуск в пределах 0,17 %. Средний диаметр Земли равен 12 742 км.

Как известно, вращение Земли создаёт экваториальную выпуклость. То есть экваториальный диаметр на 43 км больше, чем диаметр между полюсами планеты. Именно вследствие этой выпуклости экватора, самой удалённой точкой поверхности Земли от её центра считается вулкан Чимборасо в Эквадоре, точнее – его вершина. Самой высшей точкой поверхности планеты Земля принято считать гору Эверест (её высота - 8 848 м над уровнем моря), а самой глубокой точкой – Марианская впадина (её глубина - 10 911 м под уровнем моря).

Учёными установлена ориентировочная масса Земли. Она составляет 5,98×1024 кг. Изучая строение Земли, исследуя поверхность Земли, учёные пришли к выводу, что наша планета состоит в основном из железа (32,1 %), кислорода (30,1 %), кремния (15,1 %), магния (13,9 %), серы (2,9 %), никеля (1,8 %), кальция (1,5 %) и алюминия (1,4 %), а на другие элементы приходится 1,2 %.

Земля, подобно трём другим планеты земной группы, имеет слоистое внутреннее строение. Она представляет собой металлическое ядро, окруженное твёрдыми силикатными оболочками (крайне вязкой мантией и земной корой). Внешняя часть металлического ядра жидкая, а внутренняя – твёрдая. Ядро состоит из железно-никелевого сплава с примесью других элементов. Земная кора – это верхняя часть твёрдой оболочки. Толщина земной коры колеблется в пределах от 6 км под океаном, до 30–50 км на континентах. В строении Земли различают два вида земной коры – континентальная земная кора и океаническая земная кора. Континентальная земная кора имеет три геологических слоя: осадочный чехол, гранитный и базальтовый. Океаническая земная кора представлена в большей степени породами основного состава, плюс осадочный чехол. Крайне вязкая мантия – это силикатная оболочка планеты, сложенная в основном породами, состоящими из силикатов магния, железа, кальция и т.д. В строении Земли доля мантии примерно 67 % от массы Земли и около 83 % от её объёма. Глубина расположения мантии - от 5-70 км ниже границы с земной корой, до границы с металлическим ядром на глубине 2900 км. Таким образом, мантия находится в достаточно большом диапазоне глубин. Мантию принято разделять на верхнюю и нижнюю. Выше границы 660 километров расположена верхняя мантия, а ниже, естественно, нижняя. Эти две части мантии отличаются друг от друга составом, строением и физическими свойствами. Известно, что верхняя мантия за весь период формирования Земли претерпела достаточно значительные изменения, она же и породила земную кору. Нижняя же мантия, изучена значительно меньше, но есть все основания полагать, что её состав со времен формирования строения Земли претерпел гораздо меньшие изменения.

Рельеф и поверхность Земли очень разнообразны. Примерно 70,8 % поверхности Земли покрыто водой. Поверхность Земли под водой гористая. Это океанические хребты и желоба, подводные вулканы и каньоны, а также океанические плато и абиссальные равнины. Оставшиеся 29,2 % - это суша, которая состоит из гор, пустынь, равнин и т.д.

С течением времени строение Земли, а в особенности её поверхность, постепенно меняются. Рельеф тектонических плит и земная кора формируются под воздействием осадков, колебаний температур, химических воздействий, выветривания. Ледники, береговая эрозия, коралловые рифы, столкновения с метеоритами также влияют на строение Земли и на структуру поверхности Земли.

↑Рекомендуемая литература

Н.В. Короновский, В.И. Старостин, В.В. Авдонин Геология для горного дела

Н.В. Короновский Общая геология

В.В. Добровольский Геология: минералогия, динамическая геология, петрология

А.Ф. Якушова, В.Е. Хаин, В.И. Славин Общая геология

В.Е. Хаин, Н.В. Короновский, Н.А. Ясаманов Историческая геология

В.И. Старостин, П.А. Игнатов Геология полезных ископаемых

В.И. Смирнов Геология полезных ископаемых

В.Е. Хаин, А.Г. Рябухин, А.Г. Наймарк История и методология геологических наук

В.М. Севергин «Первые основания минералогии, или естественной истории ископаемых тел»