Зарождение и становление геологии в России
Роль российских исследователей и вклад их в геологическую науку.
В России начало геологических исследований положил в 1700 г. «Приказ рудокопных дел» Петра I. Во второй половине XVIII и начале XIX в. начались комплексные региональные исследования благодаря организации академических экспедиций.
Это позволило собрать большой фактический материал и приступить к составлению обзорных геологических карт. Составление карт оказалось возможным лишь в результате накопления сведений о вещественном составе горных пород, исследований в области минералогии, кристаллографии.
Первые крупные исследования по минералогии России выполнены Василием Михайловичем Севергиным (1765-1826), развивавшим химическое направление в этой науке. Он дал ряд обобщающих работ: 2 тома «Опыта минералогического землеописания Государства Российского», «Минералогический словарь» и др.
В 1774 г. в Петербурге было открыто Высшее горное училище, а в 1817 г. образовано Минералогическое общество, которое сыграло большую роль в изучении минеральных богатств России.
Вторая половина XIX в. ознаменовалась быстрым развитием капиталистического способа производства, энергичным строительством в России новых промышленных предприятий, железных дорог и т.п. Развивавшийся капитализм требовал усиления минерально-сырьевой базы и тем самым усиления разведочных, поисковых и геолого-съемочных работ.
В России основные силы были к тому времени сосредоточены вокруг Горного ведомства, Российской АН, Минералогического общества. В 1845 г. было учреждено Русское географическое общество, которое снаряжало много экспедиций в различные части страны и сыграло большую роль в развитии географических и геологосъемочных исследований в России. Позже, в 1882 г. под давлением общественности был создан Геологический комитет (высшее геологическое учреждение страны), одним из главных задач которого были систематическая геологическая съемка территории и составление геологической карты.
Россия по праву гордиться знаменитыми во всем мире такими учеными как А.П. Карпинский, Павлов А.П., Андрусов Н.И., Архангельский А.Д., Ф.Н. Чернышов, С.Н. Никитин, Н.А. Соколов, И.В. Мушкетов, В.А. Обручев, М.А. Усов, В.В. Докучаев. Огромная роль в развитии геологических наук принадлежит Е.С. Федорову, А.П. Павлову, В.И. Вернадскому, А.Е. Ферсману, И.М. Губкину, А.П. Виноградову.
Особого внимания заслуживает деятельность А.П. Карпинского (1847-1936), владевшего всеми методами геологических исследований. Своими работами он обогатил научное содержание тектоники, палеонтологии, геологии, петрографии, заложил основы палеогеографии и составил палеогеографические карты для европейской части СССР, указав при этом, что изменение лика Земли здесь происходит в результате колебательных движений земной коры. Он составил легенду к геологической карте, утвержденную Всемирным геологическим конгрессом в 1881 г. А.П. Карпинский был на протяжении 20 лет президентом АН СССР.
Велики заслуги в области геологических наук И.В. Мушкетова (1850-1902), проведшего большие исследовательские работы в Средней Азии, и В.А. Обручева (1863-1956), занимавшегося исследованием Центральной части Азии и Восточной Сибири. На основе собранного фактического материала они сделали ценные теоретические обобщения, обогатившие как динамическую, так и историческую геологию, а также дали ряд практических рекомендаций по использованию природных богатств указанных территорий.
Е.С. Федоров (1853-1919) достиг исключительных успехов в области минералогии и особенно кристаллографии. Он разработал теорию строения кристаллического вещества и пришел к важному выводу о существовании 230 пространственных групп симметрии, по которым могут располагаться атомы в кристаллах. Федоров разработал новые методы оптических исследований минералов (столик Федорова).
В.И. Вернадский (1863-1945), минералог по специальности, уделил большое внимание систематике минералов и дал ценные сведения о воде как природном минеральном теле. Особое внимание В.И. Вернадский уделил вопросам химии земной коры и явился создателем новой геологической науки – геохимии, которая в очень короткий срок развилась до состояния одной из ведущих ветвей геологических знаний.
Им разработано также учение о биосфере, он был пионером определения абсолютного возраста Земли по изотопному составу радиоактивных элементов – новое научное направление, получившее в последние годы большое развитие у нас и за границей.
А.Е. Ферсман (1883-1945), ученик Вернадского, углубил и развил минералогические и геохимические идеи своего учителя. Много труда и сил он отдал полевым исследованиям различных областей СССР – Кольскому п-ву, Центральным Каракумам, Уралу, Кавказу и т.д. Большое внимание уделял он популяризации геохимических и минералогических знаний.
В результате грандиозных по размаху и тщательных геологических работ, выполненных советскими геологами, были составлены обзорные геологические карты для всей обширной территории СССР под редакцией академика Д.В. Наливкина. Эти карты легли в основу прогнозных карт полезных ископаемых.
И.М. Губкин считается основателем нефтяной геологии в России, А.П. Виноградов — крупнейший геохимик, В.В. Докучаев заложил основы учения о почвах и установил главнейшие законы о почвообразовании.
История геологии в России
Современная геология подразделяется на ряд тесно взаимосвязанных отраслей.
К ним относятся: геофизика, геохимия, историческая геология, минералогия, петрология, структурная геология, тектоника, стратиграфия, геоморфология, палеонтология, палеоэкология, геология полезных ископаемых. Существуют также несколько междисциплинарных областей исследований: морская геология, инженерная геология, гидрогеология, сельскохозяйственная геология и геология окружающей среды (экогеология).
Геология тесно связана с такими науками, как гидродинамика, океанология, биология, физика и химия.
Возникновение инженерной геологии и развитие ее на первых этапах были связаны со строительством. Исследования горных пород в строительных целях начали проводиться задолго до появления термина «инженерная геология».
С давних времен на Урале и на Алтае работали русские горняки — «рудознатцы» и «рудо-сыщики», добывавшие железные и медные руды, цветные камни (самоцветы) и другие полезные ископаемые.
Обобщая их наблюдения, М. В. Ломоносов заложил основы развития геологии в России.
Выдающееся значение имели геологические труды М. В. Ломоносова — «Слово о рождении металлов от трясения Земли» (1757) и «О слоях земных» (1763), в которых он всесторонне и взаимосвязанно излагал существовавшие в то время геологические данные и собственные наблюдения.
Этим можно объяснить успехи русских геологов как начала, так и всей первой половины XIX в.
Потребности горнозаводского дела в XIX в. вызвали посылку поисково-разведочных партий на Урал, Алтай, в Нерчинский округ (Восточная Сибирь), Закавказье, Донецкий бассейн и другие районы России.
Геологические исследования велись горными офицерами (с 1867 г.— горными инженерами), посылавшимися Горным департаментом.
В начале XIX в., после присоединения Грузии к России, широкие геологические работы в Закавказье велись Грузинской экспедицией, организованной А. А. Мусиным-Пушкиным. Эта экспедиция открыла залежи меди, железа и других полезных ископаемых. Кроме того, геологи установили основные этапы поднятия Кавказского хребта.
Продолжатели работ Грузинской экспедиции Н. И. Воскобойников и С. В. Гурьев нашли и описали много месторождений меди, свинца, железа, серебра, нефти, источников минеральных вод в северных предгорьях и в горах Кавказа и на Таманском полуострове. Геологи доказали, что Кавказский хребет является продолжением Крымских гор и что обе системы гор принадлежат к одной и той же геологической области.
Многочисленные геологические поиски и разведки, производившиеся в Европейской части России (в Поволжье, в Западном Приуралье, на Северном, Среднем и Южном Урале), дали много материала для познания геологического строения Русской равнины, простирающейся от Кавказских гор до Северного Ледовитого океана и от Карпат до Урала.
Они позволили также правильнее понять процессы образования рудных залежей.
В геологическом изучении Русской равнины участвовал известный английский геолог Р. Мурчисон. На основе сделанных наблюдений Мурчисон составил одну из первых геологических карт Европейской России.
Изучая строение земной коры, геологи составляют особые карты. Основой таких карт служит обычная топографическая карта, на которой показаны реки, озера, а также холмы, горы и равнины (с помощью горизонталей). На карте различными условными знаками-штрихами или красками изображают распространение тех или иных выходящих на поверхность или залегающих под почвой горных пород.
Такая карта называется петрографической (петрография — наука о горных породах). В России одна из первых петрографических карт была составлена для Нерчинского округа Дорофеем Лебедевым и Михаилом Ивановым в конце XVIII в.
К середине XIX в. составленные геологические карты уже устарели. Передовые русские геологи настаивали на организации Геологического комитета, который занялся бы геологической съемкой и составлением детальной геологической карты России.
В период 1842—1914 годов в России активно проводились инженерно-геологические работы, связанные со строительством железных дорог.
В них принимали участие А. П. Карпинский, Ф. Ю. Левинсон-Лессинг, И. В. Мушкетов, А. П. Павлов, В. А. Обручев и др.
В 1882 г. был учрежден Геологический комитет, но он располагал небольшими средствами и геологическую съемку удалось провести лишь на одной десятой части территории нашей страны. В 1885 г. директором Геологического комитета был избран замечательный геолог Александр Петрович Карпинский (1847—1936). Геологический комитет способствовал развитию русской геологии.
Видным исследователем дореволюционного времени был геолог Иван Васильевич Мушкетов (1850—1902).
Он обследовал отроги и хребты Тянь-Шаня до Кульджи, районы озер Сонкёль и Иссык-Куль, Ферганскую долину и окрестности Каракуль на Памире. Результаты его работ изложены в большом труде «Туркестан», изданном в 1884 г.
Большой вклад в геологическое изучение нашей страны сделал академик В. А. Обручев (1863—1956).
В 80-х годах прошлого века 23-летний Обручев уже самостоятельно занимался геологическим исследованием пустынь.
После революции Геологический комитет и его отделения занялись систематическим изучением геологического строения нашей Родины. Были посланы экспедиции на Кольский полуостров, в Печорский бассейн, на Полярный Урал, Таймырский полуостров, в Тунгусский и Кузнецкий бассейны, в Горный Алтай, в Западные и Восточные Саяны, на Памир, в пустыню Каракумы и другие районы, ранее почти незатронутые геологическими исследованиями.
Под руководством геолога И. М. Губкина (1871 — 1939) с участием геофизиков и геологов было организовано исследование Курской магнитной аномалии, где удалось разведать грандиозное месторождение железных руд.
Началом оформления грунтоведения следует считать создание в Петрограде в 1923 г. Дорожно-исследовательского бюро, которое под руководством Н.И. Прохорова, П.А. Земятченского и Н.Н. Иванова организовало исследование почв и осадочных (преимущественно молодых) пород для дорожного строительства.
Возникло дорожное грунтоведение, которое позднее, когда генетический подход нашел себе место при изучении горных пород для других видов инженерных сооружений, утратило прилагательное «дорожное» и стало называться более широко – «грунтоведение». В 1930 г. была открыта кафедра грунтоведения в Ленинградском университете, а в 1938 г. такая же кафедра — в Московском университете.
В 1925 г. вышла монография К.Терцаги «Строительная механика грунтов», положившая начало новой науке – «механике грунтов», возникшей на стыке физико-математических, строительных и геологических наук.
В 1940—1980-е годы завершилось оформление содержания инженерной геологии в составе трех научных направлений — грунтоведения, инженерной геодинамики и региональной инженерной геологии, формированием всех прикладных её разделов.
Знаковым событие последних десятилетий является бурение скважины во льду на полярной станции «Восток».
Когда в конце 50-х годов прошлого века в Антарктиде начала работать полярная станция «Восток», никто не мог и предположить, что здесь, в самом центре студеного континента, где царит буквально космический холод, под многокилометровой толщиной находится уникальный реликтовый водоем с пресной водой.
Еще в 1970-е годы начались попытки бурить скважины .
Первые сотни метры давались легко, но затем снаряд начинал вмерзать в лед, застревать и даже оставаться в скважине. Ученым пришлось придумать различные ухищрения, чтобы двигаться дальше. В частности, была разработана специальная незамерзающая жидкость с плотностью как у льда. Бур уже не замерзал в скважине, и дело пошло. Но в 1998 году, когда ученые достигли глубины 3623 метра и до озера оставалось около 130 метров, работы были прекращены из-за опасности попадания в озеро незамерзающей жидкости.
После проведения всех необходимых работ 5 февраля 2012 года, на глубине 3769,3 метров, учёные завершили бурение и достигли поверхности подлёдного озера[.
10 января 2013 года получен первый керн из прозрачного озерного льда длиной 2 метра.
ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ
1.Самый распространённый на нашей планете минерал получил имя только в 2014 году — его назвали бриджманит. Прежде он был известен как кремнекислый перовскит, но никто не мог его изучить, так как залежи этого минерала находятся лишь в нижней мантии на глубине свыше 700 км под землёй.
Спуститься туда учёные не в состоянии, однако они нашли фрагмент минерала в метеорите, после чего и смогли подать заявку на присвоение ему имени в Международную минералогическую ассоциацию.
По оценкам геологов, бриджманит составляет 93% объёма нижней мантии или 51% объёма Земли.
2.Если мощная молния ударяет в поверхность земли, она может оставить свой след — полую стеклянную трубку под названием фульгурит. Такая трубка состоит из переплавленного по действием электрического тока молнии кремнезёма (или песка). Вглубь земли фульгуриты могут уходить на несколько метров, хотя из-за хрупкости выкопать их полностью очень трудно.
3.В 1971 году при бурении разведочной скважины в Туркменистане геологи наткнулись на подземную полость.
Образовался провал, заполненный газом, в который опустилась буровая вышка со всем оборудованием. Чтобы вредный газ не выходил наружу, его решили поджечь. Предполагали, что через несколько дней пожар потухнет, однако газ горит и по сей день. Путешественники дали этому месту название «Дверь в преисподнюю».
4.Драгоценные камни аметисты и опалы имеют такую же химическую формулу, как и речной песок, а рубин имеет формулу белой глины.
5.Главный химический элемент драгоценных камней – кислород.
6. Самый большой самородок золота был добыт в 1872 году в Австралии. Это не был чистый кусок золота, а конгломерат золота с кварцем. То есть, извлечь удалось огромный кусок (286 кг) золотоносной жилы, но после переплавки выяснилось, сколько весит самый большой самородок золота – там было лишь 93,3 кг чистого золота .
Самородок назвали «Плита Холтермана» .
7.Сто лет назад алюминий добывался килограммами в год и один килограмм его стоил 500 рублей золотом, а с 1855 по 1899 год — за 45 лет — цены на алюминий снизились в 500 раз. В 1900 году во всем мире было добыто уже 8 тысяч тонн алюминия.
8.Из нефти можно получить до миллиона различных химических соединений, а из каменного угля — «только» 400 тысяч.
9.Глубочайшая в мире буровая скважина – Кольская сверхглубокая – находится в Мурманской области.
Ее глубина составляет более 12 км. Температура в глубочайшей точке бурения составляет 220°C.
10. День геолога празднуется в 1-е воскресенье апреля
История развития геологии
История геологических знаний тесно связана с практической деятельностью человека и развитием производительных сил общества. Сохранившиеся до наших дней горные выработки говорят о том, что задолго до нашей эры люди стремились разобраться в залегании руд и особенностях их распространения.
Стремление к распознанию камней вело к накоплению знаний о рудах. В процессе познания возникали вопросы, связанные с происхождением полезных ископаемых и закономерностями их распространения. Первые попытки получить ответы на поставленные вопросы были сделаны в первом тысячелетии до н.э.
Талантливый древнегреческий философ и ученый Аристотель (384—322 до н.э.) сделал попытку объяснить причины землетрясений, составить первую классификацию минералов и описать некоторые геологические явления.
Аристотель считал, что землетрясения чаще происходят там, где есть трещины и пещеры, в которые попадают воздух и вода, вызывающие землетрясение. По его мнению, мир существует вечно и состоит из четырех взаимодействующих стихий: земли, воздуха, воды и огня.
Период средневековья мрачной страницей вошел в историю развития естественных наук. На фоне общего застоя науки в данный период выделяются работы ученых Средней Азии Авиценны и Аль-Бируни. Таджикский философ и врач Абу Али Ибн Сина (Авиценна, 980—1037) написал ʼʼКнигу исцеленияʼʼ, в которой указывал, что суша раньше была морским дном, а морское дно — сушей, что море неоднократно наступало на сушу, оставляя после себя слои горных пород.
Он предложил классификацию минералов, согласно которой все природные образования были поделены на камни, плавкие тела (металлы), горючие, серные вещества и соли. Среднеазиатский ученый-энциклопедист Аль-Бируни (973—1048) написал ʼʼКнигу сводок для познания драгоценностейʼʼ, в которой описал свыше 100 минералов, собранных в Средней Азии, Китае, Индии и других странах.
Пришедшая на смену Средневековой культуры эпоха Возрождения (XIV—XVI вв.) ознаменовалась оживлением науки, культуры и искусства.
К этому времени относится открытие польского астронома Николая Коперника (1473—1543), доказавшего, что не Земля, а Солнце является центром Солнечной системы. Итальянский ученый Леонардо да Винчи (1452—1519) опроверг библейскую легенду о всемирном потопе, доказав, что раковины морских животных, встречающиеся в горных породах суши, являются следствием длительного развития Земли, в процессе которого происходило перераспределение суши и моря.
Развитие геологической картографии в России
В России период зарождения геологии связан с развитием горного промысла.
Значительным событием периода становления геологии в России был выход в свет работ М. В. Ломоносова ʼʼСлово о рождении металлов от трясения Землиʼʼ (1757) и ʼʼО слоях земныхʼʼ (1763). Ломоносов рассматривал Землю как нечто изменяющееся и развивающееся во времени ипространстве. Он отмечал, что земная кора подвижна и может подниматься и опускаться, а горы — подниматься и разрушаться. Причины таких изменений он связывал с ʼʼземлетрясениемʼʼ, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ он считал проявлением внутреннего огня или внутренней энергии Земли, и с внешними факторами.
К внешним факторам М. В. Ломоносов относил текучие воды, разрушительную работу морских волн, мороз, ветер.
Геологическое прошлое Земли он рассматривал через призму современных геологических процессов и явлений. Такой подход к изучению геологических процессов прошлого Земли получил впоследствии название принципа актуализма (фр. актуэль — современный, сейчас действующий). В 1755 ᴦ. в Москве по инициативе М. В. Ломоносова был открыт университет, в 1773 ᴦ. в Санкт-Петербурге было образовано горное училище (ныне Санкт-Петербургский горный университет).
Одновременно с рассмотренными направлениями геологии развивались стратиграфия, геотектоника, петрография и другие отрасли геологических знаний. Большое значение для развития стратиграфии имели находки в осадочных породах остатков ископаемых организмов. Впервые на них обратил внимание английский землемер В. Смит (1769—1839). Используя находки раковин морских животных, он установил последовательность отложения слоев горных пород. Изучение ископаемых организмов положило начало новой науки палеонтологии.
В 1869 ᴦ. Д. И. Менделеев открыл периодический закон химических элементов, оказавший влияние на развитие химических методов в геологии. В 1858 ᴦ. для изучения горных пород впервые был применен поляризационный микроскоп.
Развитию геологических знаний в первой половине XX в. способствовали труды многих русских ученых: И. В. Мушкетова, Е. С. Федорова, А. П. Карпинского, В. И. Вернадского, А. П. Павлова, А. Д. Архангельского. Исследователь Средней Азии И. В. Мушкетов (1856—1902), собравший богатый фактический материал, внес ценный теоретический вклад в развитие динамической и исторической геологии.
Академик В. И. Вернадский (1863—1945) разработал систему минералов, заложил основы геохимии, внес вклад в изучение биосферы Земли. А. П. Карпинский (1847—1936)—автор многочисленных трудов в области стратиграфии, палеонтологии, петрографии, палеогеографии. Им составлены первые палеогеографические карты Европейской России. Е. С. Федоров (1853—1919) внес крупный вклад в развитие кристаллографии.
Им разработан метод структурного анализа кристаллов, создана теория пространственных групп симметрии. А. П. Павлов (1854—1У29) составил классификацию генетических типов континентальных отложений, разработал гипотезу о происхождении лёсса (лёсс — светло-желтое однородное отложение современной геологической эпохи, представляющее тонкий суглинок, более или менее богатый углекислой известью).
А. Д. Архангельский (1879—1940) внес большой вклад в развитие геотектоники, стратиграфии, литологии, палеогеографии. Он инициатор составления тектонических и геологических карт.
Советский период развития геологии. Большую роль в освоении природных богатств страны сыграли такие советские геологи, как Ю. А. Билибин, Г. С. Момджи, И. И. Малышев, С. С. Смирнов. Публикуются фундаментальные труды по минералогии и петрографии Ф. Ю. Левинсон-Лессинга, А. Н. Заварицкого, Н. М. Страхова, Д. С. Коржинского, Н. С. Шатского.
Не менее известно имя выдающегося исследователя Сибири В. А. Обручева (1863—1956). Им написаны: трехтомный труд ʼʼГеология Сибириʼʼ, ʼʼИстория геологических исследований Сибириʼʼ, научно-популярные издания ʼʼОсновы геологииʼʼ и ʼʼПолевая геологияʼʼ, научно-фантастический роман ʼʼЗемля Санниковаʼʼ.
Обручев занимался проблемами образования лёсса, изучением оледенений, многолетней мерзлоты и другими вопросами.
Эпоху космических исследований Земли открыл запуск первого советского искусственного спутника, осуществленный 4 октября 1957 ᴦ. Последующие запуски спутников, космических кораблей и полеты орбитальных станций способствовали изучению Земли из космоса.
Появилась новая наука — космическая геология. Космические аппараты, запущенные в сторону Луны, Марса, Венеры и других планет, передали на Землю ценную научную информацию о рельефе планет, химическом составе и физических свойствах их атмосфер, вещественном составе грунта.
Полученные сведения легли в основу новой отрасли геологии — планетологии. Изучение Земли и окружающего пространства продолжается.
Оно приносит новые открытия и ставит перед геологами все новые и новые проблемы.