Объекты и задачи геологических исследований

При геологических исследованиях в качестве объектов изучаются, главным образом, верхние горизонты земной коры, непосредственно в естественных обнажениях (выходах на поверхность коренных пород из-под наносов) и искусственных (канава, шурф, карьер, шахта, скважина). Объектами геологических исследований являются:

1) природные тела, слагающие верхние горизонты земной коры (горные породы, руды, минералы …), их состав и строение;

2) расположение природных тел в земной коре, определяющее геологическое строение или структуру земной коры;

3) различные геологические процессы, как внешние, так и внутренние, в результате которых природные тела появились и появляются, изменяются и исчезают, а также формируется рельеф земной поверхности;

4) история развития планеты Земля и жизни на ней.

Одним из главных назначений современной геологии является – обеспечение бурноразвивающегося производства всеми материалами минерального происхождения.

Какие же задачи предстоит решать геологии для достижения этой цели в ближайшем будущем?

1. Повышение глубинности исследования, развитие физических, химических методов изучения недр, а также бурения с целью проникновения в глубокие горизонты Земли.

2. Параллельно с проникновением в глубокие горизонты на континентах перед геологией стоят увлекательные задачи по изучению дна морей и океанов – в первую очередь в зоне шельфа, т.е. в прибрежной мелководной части. Площадь шельфа, окружающего территорию России, очень велика, достигает несколько млн. км². Здесь уже разведаны и эксплуатируются месторождения нефти, газа, известны скопления марганцевых руд, минералов, содержащих медь, никель, кобальт, алюминий, железо. В близком будущем шельф должен стать поставщиком разнообразных минеральных ископаемых, в которых нуждается бурно развивающееся народное хозяйство.

3. Задача по обеспечению промышленности новыми видами минерального сырья. Известно, что из общего количества минеральных видов не более 15 % в настоящее время считается полезными и применяется промышленностью. В то же время вовлечение в сферу использования каждого нового минерала связано с получением большого народнохозяйственного эффекта сравнимого с открытием нового крупного месторождения.

Выявление новых видов минералов, используемых в практике, стало возможным благодаря детальным минералогическим исследованиям в следующих главных направлениях.

Открытие новых свойств у минералов, естественно приводит к расширению областей их применения. Так исследование полупроводниковых, пьезоэлектрических, лазерных и других подобных свойств привели к использованию кристаллов минералов в современной радиоэлектронике (квантовые генераторы – рубин, гранат; датчики – кварц, турмалин, полупроводники – селен).

Важной задачей является открытие в известных минералах ценных элементов – примесей. Можно привести ряд примеров того, как минералы, не представляющие важного практического значения, вследствие открытия в них повышенных содержаний элементов-примесей, становились рудами, например таких благородных металлов как платиноиды.

4. Поиск нетрадиционных руд с рассеянной минерализацией, которые могут слагать гигантские по запасам месторождения, например, месторождения золота (Олимпиадинское), алмазов (Аргаил, Австралия) и т.п.

5. Разработка разнообразных и сложных вопросов т е о р е т и ч е с –

к о й геологии, определяющей перспективы поисков тех или иных полезных ископаемых. Уже сейчас карты прогноза разных типов месторождений дают возможность целенаправленно вести их поиск. В истории геологии есть много блестящих примеров того, как теоретические соображения привели к успеху, к открытию заранее ожидавшихся месторождений. Так были открыты месторождения апатита на Кольском п-ве и алмазов в Сибири. Теория должна опережать практику.

6. Изучение космического пространства, Луны, планет и Земли из космоса. Это стало возможным благодаря необыкновенным достижениям техники космических исследований. Изучение космического пространства Луны, планет открывают перед геологией новые перспективы в решении сложнейших теоретических и практических задач. Например, обсуждается проблема добычи редкого изотопа гелия (He³) на Луне. Доставка его тремя «Шатлами» на Землю может обеспечить энергетическую потребность человечества в течение года.

7. Задача охраны природы. Мимо этой задачи не может пройти современная геология, т.к. деятельность человека стала фактором геологического значения. При неосторожном обращении с природой можно спровоцировать такие процессы, которые приведут к нежелательным, а порою опасным последствиям.

Помимо создания минерально-сырьевой базы геология большое значение имеет и в других отраслях народного хозяйства: в строительстве, области здравоохранения, обороне страны.

Методология геологии: наблюдение, гипотеза, эксперимент, их роль и место в исследованиях. Прямые и косвенные методы изучения земных недр. Общие и частные методы в геологии

В геологии, как и в других естественных науках, применяются в качестве основных наиболее общих методов – наблюдение, гипотеза и эксперимент и теория. Они же составляют последовательность познания. Наблюдение – процесс познания, сводящийся к накоплению данных, т.е. суммы фактов. Основное значение при геологических исследованиях имеет наблюдение. При сборе фактического материала и наблюдений в геологии могут использоваться разнообразные методы исследования, разработанные на базе других наук: физики, химии, математики и других наук (например, спектральный, химический рентгеноструктурный, аэросъемка и т.д.) о чем будет сказано ниже. За стадией наблюдения и сбора материала в геологии, как и в других науках, следует стадия обобщений и выводов, с которой связано установление закономерностей явлений и построение научных теорий или гипотез. Первоначально гипотеза возникает, опираясь только на ограниченное количество фактов и наблюдений, как предположение о закономерных связях, выходящее за пределы непосредственно наблюдаемых явлений. Гипотеза (греч. hypothesis – основа, предположение) – предположение, при котором на основе ряда фактов делается вывод о существовании объекта, связи или причины явлений, причем вывод этот нельзя считать вполне доказанным. Гипотезы необходимо проверять. В точных науках это проще, для этого применяется эксперимент.

Эксперимент – источник познания и критерий истинности гипотез и теорий. Это исследование каких-либо явлений путем активного воздействия на них при помощи создания новых условий, соответствующим целям исследования, или же через изменения течения процесса в нужном направлении. Эксперимент может включать в себя моделирование изучаемых явлений. В геологических исследованиях он заменяется повторным наблюдением и сопоставлением более широкого круга фактов. Там, где возможно, ставится эксперимент. Основная трудность применения эксперимента в геологии заключается в несоизмеримости масштаба времени геологических процессов с длительностью человеческой жизни. Геологические процессы, протекающие в природных условиях, длятся сотни тысяч и миллионы и миллиарды лет. Судить об этих процессах можно лишь по их результатам, проявляющимся в образовании различных пород, руд, рельефа земной поверхности и т.д. Понять эти процессы можно, восстанавливая шаг за шагом их историю и, в конечном счете, историю Земли, ее твердой оболочки. Становится понятным, что в геологии экспериментальный метод, широко используемый для большинства естественных наук, имеет ограниченное применение. Используется он для решения отдельных вопросов. Так, например, для изучения закономерностей образования минералов в лабораторных условиях производится плавка пород и наблюдение за остыванием расплавов. Производятся некоторые эксперименты по воспроизведению различных тектонических структур (складок, надвигов, выращиванию минералов). Таким образом, в геологии главное – наблюдение и еще раз наблюдение.

Теория (греч. theoria – наблюдение, рассмотрение, исследование) - система обобщенного достоверного знания о том или ином «фрагменте» действительности, которое описывает, объясняет и предсказывает функционирование определенной совокупности составляющих его объектов. Теория противопоставляется гипотезе (как не проверенному предположительному знанию) и неразрывно связана с практикой, которая ставит перед познанием назревающие задачи и требует их решения.

Методы исследования в геологии характеризуются большим разнообразием. Они подразделяются на общие и частные. Самыми общими являются методы философии. Их можно считать мировоззренческими. Они определяют позицию исследователя, признающего первичность материи или сознания. В качестве наиболее общего метода познания, разрабатываемого философией, можно назвать материалистическую диалектику. Диалектический материализм, созданный К. Марксом и Ф. Энгельсом – учение о материалистической природе мира, о том, что в мире нет ничего, кроме материи и законов ее движения и изменения.

Из общих методов, используемых в геологии, наибольшее значение имеют сравнительно-исторический и актуалистический.

Сравнительно-исторический метод предполагает изучение объектов и явлений в природе в тесной связи и взаимодействии с окружающей средой в историческом развитии, с выяснением их происхождения, последующих изменений и преемственности. В наиболее полной и последовательной форме этот метод обоснован русским ученым – эволюционистом К.Ф. Рулье (1854 г.). Позднее метод с успехом применялся крупнейшими естествоиспытателями: В.В. Докучаевым, А.П. Карпинским, А.Д. Архангельским, Н.М. Страховым, Н.С. Шатским и др. Сравнительно-исторический метод с успехом применяется, например, для познания истории формирования современной земной коры, что позволяет подойти к выявлению общей направленности в ее развитии. Применение этого метода в геотектонике позволяет изучать формы залегания горных пород не как случайные образования, а как закономерный результат развития определенных процессов, выявить происхождение форм залегания и их взаимные связи.

Недостаточные возможности экспериментальных методов в геологии искупаются возможностью применения метода актуализма (франц. «aktuel» - современный, сейчас действующий). Наиболее полно метод обоснован Ч. Лайеллем (1830 –1833 г.г.) Сущность его заключается в понимании прошлого посредством изучения настоящего. Сущность метода может трактоваться двояко: 1) как выражение теории униформизма о неизменности нашего мира, согласно которой в геологическом прошлом действовали те же силы и с такой же интенсивностью, как в настоящее время, поэтому знания современных геологических явлений можно без поправок распространять на геологическое прошлое любой давности; 2) как метод, при котором к пониманию прошлого идут от изучения современных процессов, но с сознанием того, что в прошлом, особенно отдаленном от современности, и физико-географическая обстановка на поверхности (и в глубинах) Земли и сами процессы, протекавшие тогда, заведомо в некоторой степени отличались от современных и тем больше, чем более удалено от нас прошлая геологическая эпоха. Не смотря на двойственность данного понятия и принятие большинством исследователей второго трактования метода, он делает возможным познать прошлые геологические эпохи нашей планеты. И все-таки этот метод имеет ограничения в применении. Его трудной применить к процессам, происходящим в глубине Земли, в частности к тектоническим и глубинномагматическим, ибо мы не знаем, как они протекают сейчас. Ограничено применение метода в палеонтологии, так как развитие органического мира шло столь быстро, а приспосабливаемость организмов к условиям среды столь велика, что сравнение древних и современных форм дает мало либо вообще не дает достоверных данных для их познания. Актуалистический метод оказался наиболее применимым и эффективным в области осадко- и породообразования, т. е. литологии. Это объясняется тем, что современный осадочный процесс доступен изучению с любой степени детальности и сам осадочный процесс очень медленно эволюционирует во времени.

Выбор частных определяется объектами исследования – «вещество», геологические процессы, геологическое время и т.д. При исследовании вещества нашей планеты существует иерархия этих объектов: минерал – горные породы и руды – геологические тела породного уровня и рудные тела – геоформации (ассоциации тел горных пород) – геокомплексы (ассоциации формаций) – сегменты земной коры – геосферы. Для изучения состава и свойств вещества (минералов и горных пород) применяются: микроскопический, спектральный рентгеноструктурный, химический, радиоактивационный (ядерный) методы, электронномикроскопические, спектроскопические и другие методы.

Для выявления последовательности напластования применяется метод определения относительного возраста горных пород (по окаменелостям) и более новый (после открытия радиоактивного распада, по изотопам) – абсолютный возраст пород (с момента образования породы). Применение последних методов показало, что длительность существования земной коры превосходит 3,5-4 млрд. лет. Основным методом геологии является геологическая съемка, ее же называют геологическим картированием, т.к. всегда сопровождается составлением карты, либо дополнением ее.

Для изучения недр Земли при поисках полезных ископаемых все шире применяются геофизические методы. Уже сейчас почти все новые месторождения урановых руд, железа, нефти и газа выявляются с помощью геофизической разведки, включающей в себя радиометрические методы (урановые руды), магнитометрию железных руд, гравиметрию, электрометрию, сейсмометрию и т.д. Перспективными являются геохимические методы поисков, т.к. роль химических процессов, распределения химических элементов в земной коре велика.

Геология активно использует методы других естественных наук, таких как физика, химия, математика и др. Так, например, еще в свое время В.И Вернадский сказал - «Естествознание, пронизанное математикой, есть величайшая сила».