История развития геологических концепций

Проведя довольно содержательный анализ истории взаимодействия наук о Земле, И.А.Резанов пришел к выводу, что в ней имели место три основных этапа: пранаука (от античности до середины XVII в.), становление геологии (вторая половина XVII-XVIII в.), современная наука (XIX-XX вв.). На наш взгляд, в научной геологии следует выделить по крайней мере два этапа: классический (XIX-60-е годы XX в.) и неклассический (60-е годы XX в.-наст. вр.). Для неклассической геологии характерны широкая опора на методологию неклассической физики и химии и концепция глобальной эволюции Земли, представляющая собой вершину современной теоретической геологии.

Три ведущие идеи геологической пранауки следующие: о шарообразности Земли (на это указывали наблюдения лунных затмений), об изменяемости лика Земли (смена с течением времени суши и моря, активная роль вулканической деятельности) и о климатической зональности. В пранаучный период становления геологии не приходится говорить о сколько-нибудь развитой теории: наблюдения имеют характер созерцаний, а их интерпретация сродни обыденным рассуждениям.

Созданные впервые в рамках физики приборы такие, как, например, барометр, термометр, компас, микроскоп, телескоп, имели большое значение для геологических изысканий. Но следует учитывать, что приборно-экспериментальная часть физики теснейшим образом сопряжена с ее теоретическим содержанием. Вместе с приборами из физики в геологию переходили и способы теоретической интерпретации. Предельно показателен в этом смысле геологический потенциал механики Ньютона, в том числе учения о тяготении. Х.Гюйгенсом была разработана теория колебаний физического маятника и связанные с ней методики измерения ускорения свободного падения и силы тяжести. Это позволило по характеристикам гравитационного поля Земли судить о ее форме и внутреннем, недоступном прямому наблюдению строении. Механика Ньютона позволила также дать объяснение морским приливам - так были заложены основы океанологии. Эта же теория, выразив закономерности движения планет солнечной системы, привлекла внимание к вопросу об эволюции Земли. Отталкиваясь от идеи гелиоцентризма, Землю сравнивают с Солнцем и считают, что она постепенно остывает (Р.Декарт, Г.В.Лейбниц, Ж.Бюффон).

Становление научной геологии теснейшим образом связано с классической механикой. В XVII и XVIII вв. появляются ученые, которым удается в яркой форме выделить своеобразие, специфику именно геологических идей. Стено - биолог, но и геолог (в качестве изобретателя структурной геологии). Ломоносов - физик, но и геолог (он одним из первых сформулировал идею униформизма, определил решающую роль внутреннего тепла Земли, поднятия опускания суши).

Научная геология начинается с конца XVII в. Этому в решающей степени способствовали успехи биостратиграфии и петрографии (науки о составе и происхождении горных пород, их минеральном и химическом составе). Стратиграфия и биостратиграфия различают сложные осадочные породы по возрасту и времени образования. На базе этих наук проводится геологическое картирование.

Если (био)стратиграфические методы ориентированы преимущественно на геологические макроструктуры, то петрография, равно как и примыкающие к ней минералогия и геохимия, занята изучением геологических микроструктур, что осуществляется с успехом благодаря использованию методик химии, кристаллооптических измерений (по ним судят о группах симметрии кристаллов), рентгеноструктурного анализа.

Развитие научной геологии потребовало введения концепций, с помощью которых геологи стремились единообразно объяснить массив известных им фактических данных. Так появились нептунизм, плутонизм, катастрофизм, униформизм, эволюционизм, мобилизм и, наконец, современный глобальный эволюционизм. Фактически речь идет о направлениях концептуального развития геологических наук.

Основателем нептунизма был немецкий геолог А.Г.Вернер (1749-1817). По концепции нептунизма (в римской мифологии Нептун - бог морей), все горные породы отложились в виде осадков из Всемирного океана. Земля пассивна, геологически активен океан. Концепция Вернера была приурочена к характеру пород в его родной Силезии, Богемии, Саксонии. Казалось, что она правильно объясняет многочисленные факты. Постепенно, однако, выявились ее слабые места. Так, согласно вернеровской последовательности формирования пород, базальт залегает на угольных пластах, а фундаментом всех пород являются граниты. Открытие базальтов, покоившихся на гранитных породах, было невозможно увязать с нептунизмом. Число его сторонников стало быстро убывать. Инициатива перешла на время к плутонистам (речь идет о начале XIX в.)

Основателем плутонизма (в греческой мифологии Плутон - бог подземного огня) был английский геолог Дж.Геттон (1726-1797). Плутонизм видел динамический исток всех явлений во внутреннем тепле Земли, вызывающем землетрясения и извержения вулканов. Что касается базальта, то, как предполагали плутонисты, он не осаждался из воды, а был лавой, которая, излившись на поверхность Земли, застывала. Плутонизм оказался довольно плодовитой концепцией, содержащей, в частности, идеи о дегазации Земли и источниках рудообразования. С высот современной концепции глобальной эволюции Земли плутонизм не выдерживает критики точно так же, как и нептунизм. В рассматриваемых двух концепциях активность Земли, по сути, связывается лишь с одной из геооболочек, либо гидросферой (нептунисты), либо мантией (плутонисты). Такая избирательность не соответствует действительному положению вещей. Особенно очевидным образом это проявляется в случае анализа природы геооболочек, постулируемых в качестве пассивных, или же биосферы. Отнюдь не случайно попытавшийся проанализировать судьбу ископаемых позвоночных французский зоолог и геолог Ж.Кювье (1769-1832) отказался как от нептунизма, так и плутонизма. Новая идея, ставшая господствующей после нептунистов и плутонистов, состояла в том, чтобы оценить эволюцию Земли в целом, причем с позиции одного глобального принципа.

Кювье - изобретатель катастрофизма. Рассматривая последовательную смену фаун, он обратил внимание на их различия. Последовательно залегающие слои содержали резко отличающиеся друг от друга окаменелости. Научно объяснить природу фаун и переходов от ранних фаун к более поздним он не мог, поэтому предположил, что каждая фауна есть результат нового творения Создателя. Позвоночные животные не видоизменяются - раз появившись, они существуют в первозданном виде вплоть до своего вымирания. Следует, однако, отметить, что среди катастрофистов были и есть такие, которые связывают скачкообразные геологические изменения с влиянием природных сил, отсутствующих в геологическом настоящем. Однако в XIX в. сколько-нибудь последовательное развитие идея природного катастрофизма так и не получила.

Против катастрофистов выступали униформисты (от лат. uniformis - единообразный). Основателями униформизма считаются Дж.Геттон и Ч.Лайель (1797-1875). Ключевое положение униформизма гласит: «настоящее - ключ к прошлому» (слова Лайеля). В буквальном смысле выражение «униформизм» означает, что геологические явления в прошлом были точно такими же, как в настоящее время. От этого тезиса пришлось отказаться перед лицом следов явных биосферных и орогенических (от греч. oros - гора) катаклизмов, случившихся в геологическом прошлом. Вместо термина «униформизм» стали подыскивать выражение, которое учитывало бы изменчивость геологических явлений. В этой связи все чаще стал использоваться термин «актуализм» (от лат. actual - действительный, настоящий). Имелось в виду, что на основе изучения современных геологических явлений, используя сравнительно-исторический метод, можно судить о прошлых геологических процессах. Геологическое прошлое отличается от геологического настоящего, но они едины. Но в каком смысле прошлое и настоящее едины?

Отказавшись от униформистского тезиса о единообразии геологических явлений, актуалисты настаивали на постоянстве законов. Изменчивы явления, но не законы. Актуалисты XIX в. считали, что наука так же незыблема, как и обнаруживаемые ею законы. Им были чужды представления об изменчивости самого научного знания, которое также необходимо учитывать.

Весьма непросто складывались отношения униформистов и ранних актуалистов с эволюционистами, число которых стало особенно быстро множиться после открытий Ч.Р.Дарвина (1809-1882). Основателем эволюционизма является французский естествоиспытатель Ж.Б.Ламарк (1744-1829). И Ламарк, и Дарвин не признавали божественного вмешательства в историю Земли, а абсолютное большинство униформистов придерживались представления о первом акте творения. Как видим, эволюционизм более рационален, чем униформизм. Эволюционисты отказались от идеи божественного совершенства, но не от идеи совершенства. Поэтому для них было очень важно выявить линии эволюционного совершенства в самой природе. Их интересовала не просто эволюция, а направленность эволюции. Именно в этой связи появилась дарвинистская идея естественного отбора: в борьбе за существование выживают наиболее приспособленные к среде особи. Еще одно отличие эволюционистов от униформистов состояло в их чрезвычайно концентрированном внимании к последовательности мельчайших изменений - линии эволюции они стремились представить посредством плотной упорядоченности последовательности фактов.

К началу XX в. в геологии доминирующей стала именно концепция эволюционизма, в свете которой нептунизм, плутонизм, катастрофизм и униформизм представлялись довольно наивными попытками осмысления значения океана и мантии Земли, а также исключительных (катастрофических) событий и единообразия геологических процессов. Основная забота геологов теперь состояла в тщательной разработке самой концепции эволюционизма, в освобождении ее от каких-либо черт умозрительности. Надо было понять в деталях как эволюцию каждой геосферной оболочки в отдельности, так и взаимодействие геосферных оболочек Земли. Особое внимание привлекла литосфера, занимающая в шаровидной скорлупообразной структуре Земли центральное место. Геологический эволюционизм получает существенную поддержку со стороны мобилизма (от лат. mobilis - подвижный).

Концепция мобилизма восходит к именам английского геофизика О. Фишера и немецкого геофизика А. Вегенера. Согласно их воззрениям (Фишер, 1889 г., Вегенер 1912 г.), вопреки концепции фиксизма континентов, дно океанов и острова находятся отнюдь не в строго фиксированном положении, а дрейфуют. К сожалению, обоим основателям мобилизма для подтверждения своих воззрений недоставало фактического материала. Лишь в 50-60-х годах XX в. идеи мобилизма получают фактическое подтверждение.

В конце 50-х годов были обнаружены крупнейшие подводные хребты протяженностью до 60 тыс. км. Возраст дна океанов (не более 150 млн лет) существенно уступал возрасту континентов (2-2,5 млрд. лет). По гребням подводных хребтов располагались рифовые зоны (трещины, растяжения), из которых извлекались лишь молодые базальты. Осмысление этих фактов выразилось в концепции неомобилизма, авторами которой были американский геолог Г.Хесс (1962), американский геофизик Р.Дитц (1961) и др. Согласно этой концепции, океаническая кора относительно молода, расширяется и погружается в мантию в зонах глубоководных желобов, континенты дрейфуют под действием конвективных течений магмы.

Постепенно неомобилизм был преобразован в концепцию тектоники литосферных плит. Эта концепция, бесспорно, имеет яркий эволюционный характер и придает всему эволюционизму очевидное динамическое содержание. В концепции тектоники литосферных плит не только описывается движение плит, но и рассматриваются его динамические причины.

О.Г.Сорохтин и С.А.Ушаков, плодотворно разрабатывающие концепцию тектоники литосферных плит, пишут: «Теперь становится понятным, почему одна из древнейших наук - геология - до середины XX в. все еще во многом оставалась описательной и не имела собственной теории. Объясняется это тем, что «ключ» к познанию процессов геологического развития Земли лежал на дне океана и «поднять» его можно было лишь ценой организации широких океанологических исследований по всем акваториям Мирового океана».

К началу 70-х годов XX в. в геологии сложилась принципиально новая ситуация, специфика которой определяется в первую очередь следующими четырьмя обстоятельствами. Во-первых, существенно возрос динамический потенциал геологии, выразившийся в анализе причин явлений. Во-вторых, геология выступает как синтез междисциплинарных исследований: географических, геохимических, геобиологических и др. В-третьих, геологическая картина мира связывается с взаимодействием геосфер. В-четвертых, ее фактуальный потенциал возрос настолько, что оказалась возможной разработка концепции глобальной эволюции Земли. По сути, именно глобальный эволюционизм определяет концептуальный лик современной геологии.

Многие полагают, что возможен решающий эксперимент по определению степени истинности различных современных геологических концепций. В этой связи особые надежды возлагаются на данные бурения глубоких горизонтов океанической коры. Если глубокие слои коры континентов и океанов окажутся идентичными по составу, то это будет свидетельствовать против концепции тектоники плит, согласно которой раздвижение океанического дна (спрединг) сопровождается подвигом океанической коры под континентальную кору (субдукцией). Сторонники концепции тектоники плит, которую обычно тесно увязывают воедино с концепцией глобальной эволюции Земли, полагают, что описанный выше эксперимент уже реализован и дал неопровержимые данные в пользу реальности подвига плит.

На наш взгляд, концепция глобальной эволюции Земли позволяет интерпретировать содержание огромного числа геологических фактов намного более обстоятельно, чем любая другая концепция.

Последние три десятка лет геология существует в новом качестве. Она органически сомкнулась с целым рядом наук, в том числе физикой и химией, ранее ее достигших этапа неклассических наук. Это означает, что она сама стала неклассической. Весьма показательны в этом отношении, например, представления о земном магнетизме, о котором впервые написал книгу У. Гильберт еще в 1600 г. Об источнике земного магнетизма ему ничего не было известно. Современный геолог, рассуждая о магнетизме, непременно обратится к земному ядру, в том числе к плотной упаковке атомов во внутренней его части. Придется вспомнить и электронную конфигурацию атомов железа, и спин электронов, а для расчета движений частиц в магнитных ловушках понадобятся новейшие математические достижения.