Чарлз Дарвин

О Геологии можно сказать стихотворной строкой: “В ней - страсть веков, следы стихий, победы, грёзы и дерзания...” Геология помнит многие малые и “великие” споры, переходящие подчас в нелицеприятную и жестокую борьбу. Геология не раз вторгалась в область господствующей идеологии. История Геологии - это гонения мужественных ученых и трагедии великих личностей.

В этой главе рассказывается о том, как зарождались и развивались некоторые идеи и гипотезы в Геологии. За каждой из них стоит личность ученого - одновременно и пытливая, и дерзкая по мысли, и объективно ограниченная рамками научных, официальных и моральных воззрений своего времени.

Д о г а д к и а н т и ч н ы х н а т у р ф и л о с о ф о в

Зачатки геологических знаний появились в глубокой древности. Человек всегда стремился познать окружающий его мир, осмыслить геологические явления. Об этом свидетельствуют интуитивные догадки и обобщения древних натуралистов, их первые космогонические и геологические концепции.

Двенадцать столетий - с VII в. до н.э. до V в. н.э. - длился период, получивший в истории науки название "античного" (лат. "антиквус" - древний). Нерасчлененная наука этого периода называлась "натурфилософией". У любознательных натурфилософов античности было достаточно свободного времени для вдумчивого созерцания природы и глубоких раздумий о ее сущности.

Среди вопросов, волновавших умы древних мыслителей, особое место занимали форма Земли, ее взаимоотношение с Солнцем, строение недр, происхождение окаменелостей, содержащихся в горных породах, и др.

В представлениях наших предков об окружающем их материальном мире было немало фантазии. Так, вавилоняне изображали Землю в виде круглой горы, окруженной морем, на которое опрокинутой чашей опирается небо. Древние греки считали, Землю выпуклым диском, обтекаемым со всех сторон рекой - Океаном. Над Океаном, по их представлениям, расположен медный небосвод. По нему движется Солнце, поднимающееся ежедневно из вод Океана на востоке и погружающееся в них на западе.

Однако, в Древней Греции высказывались идеи, достоверность которых была подтверждена в более позднее время. Так, Анаксимандр (ок. 610-после 547 г. до н.э.) - автор первой географической карты и книги "О природе", утверждал, что

Земля - шар.

Некоторые древние ученые при этом опирались не на наблюдения, а на абстрактные умозаключения. Например, идеалист Платон (428?-348? гг. до н.э.), основатель знаменитой школы “Академия”, считал, что Земля имеет форму куба. А математик Пифагор Самосский (около 580-500 гг. до н.э.) был уверен, что Земля должна быть шаром потому, что является идеальным телом.

Первые научные доказательства шарообразности Земли привел ученик Платона Аристотель(384-322 гг. до н.э.). Это он сказал однажды: “Платон мне друг, но истина дороже”. Наблюдая лунные затмения, Аристотель обратил внимание на то, что тень, отбрасываемая Землей на Луну, всегда круглая. Этого не было бы, утверждал Аристотель, если бы Земля не имела форму шара.

Архимед (ок. 287-212 гг. до н.э.) указал, что Земля не может быть идеальным шаром, т.к. на ней есть высокие горы, равнины и глубокие провалы. Для обозначения фигуры Земли Архимед предложил термин "сфероид" (греч. "сфероидес" - шароподобный).

Аристарх Самосский (конец IV-первая половина III в. до н.э.), видимо, первым измерил диаметр земного шара. Сравнительно точно определил средний радиус земного шара хранитель крупнейшей в античном мире Александрийской библиотеки в Египте древнегреческий ученый Эратосфен Киренский (около 276-194 гг. до н.э.)

Анаксимандр придерживался геоцентрической (греч. "ге" - Земля, лат. "сентрум" - центр круга) модели космоса. По его представлениям, шарообразная Земля является центром мироздания. И Анаксагор (около 500-428 гг. до н.э.) также считал Землю центром мироздания, вокруг которого вращается Солнце.

Но Аристарх Самосский, в противовес Анаксимандру и Анаксагору, выдвинул первую гелиоцентрическую (греч. "гелиос" - солнце, лат. "сентрум" - центр круга) гипотезу строения Солнечной системы. Он высказал идею о том, что Земля движется вокруг неподвижного Солнца и вокруг собственной оси.

В VI-IV вв. до н.э. впервые были высказаны правильные взгляды о причинах изменения поверхности Земли, ее возрасте и внутреннем состоянии.

Анаксимандр считал, что Земля возникла очень давно и медленно изменялась. Ксенофан из Колофана (ок. 570-после 478 гг. до н.э.) связывал изменения поверхности Земли с движением ее недр. Он полагал, что морские раковины, содержащиеся в горных породах на суше вдали от берега, свидетельствуют о том, что раньше эти участки находились ниже уровня моря.

Эмпедокл из Агригента (ок. 490-ок. 430 гг. до н.э.) высказал догадку, что внутри земного шара находится огненно-жидкая масса. Она и порождает такие грозные явления, как вулканические извержения и горячие источники, вытекающие из недр Земли. Признавая окаменелости, встречающиеся в горных породах, остатками вымерших животных, Эмпедокл вместе с тем рисовал фантастическую картину их зарождения. По Эмпедоклу, на первом этапе во влажном илу зарождались различные по форме и размерам разрозненные органы будущих животных (головы, конечности, глаза, уши и т.п.). Затем при движении в воде отдельные органы произвольно соединялись, образуя разнообразных уродов. На третьем этапе происходила массовая гибель этих несовершенных существ.

Аристотель указывал, что распределение суши и моря не всегда остается одинаковым: море приходит туда, где была суша, суша возвращается туда, где теперь мы видим море. Но эти изменения так медленны в сравнении с краткостью человеческой жизни, что на них не обращают внимания. Образование гор Аристотель связывал с землетрясениями. А в изменении рельефа большую роль отводил воде, отмечая ее огромную разрушительную работу.

Сведения геологического характера о вулканах, размывающей работе рек, колебаниях моря и др. содержатся в произведениях античных географов Геродота (490-480 - ок. 425 г. до н.э.) и Страбона (64-63 г. до н.э. - 23-24 г. н.э.). Геродот, в частности, основываясь на найденных в осадочных породах морских раковинах, считал Египет осушившимся заливом Средиземного моря. Страбон попытался выявить причины присутствия во многих местах современной суши, удаленных от берегов морей, раковин морских животных. Он допускал, что одни участки земной поверхности могут подниматься относительно других под действием напора подземных газов. Отмечая существование периодических колебаний поверхности Земли, Страбон подразделял их на очень медленные, охватывающие огромные пространства, и быстрые, но локальные (при землетрясениях).

Высказанные античными учеными прогрессивные геологические идеи в свое время не получили достойного развития и были на долгое время забыты. Некоторые их озарения и идеи стали предметом серьезного изучения геологии, лишь много веков спустя.

Со II в.н.э. в Европе на целых полторы тысячи лет утвердилось поддерживаемое религиозной догмой геоцентрическое учение Клавдия Птолемея (ок. 90 - ок. 160). Автор "Альмагеста" и "Географии" - энциклопедий древних астрономических и географических знаний, Птолемей считал, что плоская Земля является центром Вселенной. Птолемей также утверждал, что Земля и весь населяющий ее органический мир неизменны "от создания". И единственным событием, нарушившим однажды покой Земли, был "всемирный потоп".

П л о с к а я и л и к р у г л а я?

К непреложной истине, что Земля имеет форму шара, наши предки шли долгим путем догадок, споров и борьбы. В Европе в V в. христианская церковь объявила идею шарообразности Земли “ересью”. Инакомыслящие жестоко преследовались и наказывались.

Но в этот период Геология успешно развивалась в Средней Азии. Абу Рейхан Мухаммед ибн Ахмед аль Бируни (973 - ок.1050), энциклопедист из Хорезма, не сомневался в шарообразности Земли. Он впервые на Среднем Востоке высказал мысль о движении Земли вокруг Солнца. По расчетам Бируни, земной радиус равнялся 1081,66 фарсаха (около 6490 км). По современным данным экваториальный радиус Земли равен 6378 км. Длина окружности Земли, по Бируни, равнялась 5600 фарсахов (41550 км).

В Европе споры о форме Земли возобновились в конце ХV в. В 1490 г. немецкий географ Мартин Бехайм (1459-1507) изготовил первый земной глобус. Но его осмеяли за нехристианскую идею. Однако истина в конце концов восторжествовала. В 1519-1522 гг. шарообразность Земли была окончательно установлена кругосветной морской экспедицией Фернана Магеллана. Спустя почти 4,5 века после нее, немецкий писатель Стефан Цвейг написал об этом так: "В один прекрасный день всё, до сих пор определённое, оказалось под вопросом, всё

вчерашнее - устаревшим на тысячу лет и изжившим себя; птолемеевские карты Земли, непререкаемая святыня для двадцати поколений, после Колумба и Магеллана стали посмешищем для детей".

12 апреля 1961 г. Юрий Гагарин совершил еще одно знаменательное “кругосветное путешествие”, впервые облетев земной шар на космическом корабле. Известный писатель и ученый Артур Кларк писал о полете Гагарина: "Шар, вокруг которого можно облететь за 90 минут, уже никогда не будет для людей тем, чем он был для наших предков".

В конце ХVII вв. англичанин Исаак Ньютон (1643 - 1727) и голландец Христиан Гюйгенс (1629 - 1695) доказали, что Земля не может иметь форму правильного шара. Они полагали: раз тело Земли долго и быстро вращается вокруг своей оси, то центробежные силы на экваторе действуют сильнее, чем у полюсов. Вследствие этого расстояние между полюсами должно быть короче, чем диаметр Земли в плоскости экватора. В 1680 г. Ньютон подсчитал, что Земля сплющена вдоль оси вращения на 1/230 долю этой оси.

В о к р у г З е м л и и л и в о к р у г С о л н ц а?

Cегодня правильный ответ на этот вопрос содержится в школьных учебниках младших классов. Но ученые шли к нему долго и трудно. Геоцентрическая концепция Птолемея господствовала в науке 15 веков.

Во второй половине ХV в. кардинал Николай Кузанус (1401-1464) высказал мысль, что Земля движется и вокруг своей оси, и вокруг некоторой точки в пространстве. За центр вращения Земли и других планет Кузанус принимал не Солнце, а особый полюс мира. Труды Кузануса были изданы в Риме в 1501 г., почти через 40 лет после смерти их автора и за 40 лет до издания великого труда Н.Коперника.

Польский священник и математик Николай Коперник (1473-1543) в начале ХVI в. научно опроверг учение Птолемея. Основные выводы были получены Коперником еще в 1507 г. Но книгу "Об обращениях небесных сфер” ему удалось напечатать лишь в самом конце его жизни в 1543 г. Первый экземпляр книги, по преданию, пришел к автору в день его смерти - 24 мая 1543 г. Коперник доказал, что Земля - не центр Вселенной, а всего лишь небольшая постоянно движущаяся вокруг Солнца планета.

Коперник нанес окончательный удар геоцентрической системе Птолемея. Но в 1616 г. его сочинение было объявлено церковью“еретическим” и запрещено. Еще спустя сто лет после выхода в свет труда Коперника, гелиоцентрическая система мира не была включена в курсы астрономии западноевропейских университетов. Обучение в них по прежнему шло по Птолемею. Вращение Земли вокруг Солнца было признано окончательно русской православной церковью в 1756 г., а римской католической - в 1822-1835 гг.

"Н е п т у н и с т ы" и л и "п л у т о н и с т ы"?

Знаменитый спор "нептунистов" и "плутонистов" широко обсуждался учеными и прогремел на весь мир во второй половине ХVIII - первой половине ХIХ в. Его изобразил В. Гёте во второй части "Фауста" ("Вальпургиева ночь"), где в образах греческих мудрецов Анаксагора и Фалеса вывел "плутониста" и "нептуниста".

Своё название они получили по имени римского бога морей - Нептуна и бога подземного царства у древних греков - Плутона. "Нептунисты" считали воду главным агентом, преобразующим лик Земли, и утверждали, что все горные породы, включая гранит и базальт, образовались путем осаждения из морской воды. "Плутонисты" связывали возникновение гранита и базальта и преобразование лика Земли с "подземным огнем".

“Отцом нептунистов" был выдающийся немецкий геолог, профессор Фрейбергской горной академии Абраам Готтлоб Вернер (1749-1817). По Вернеру, поверхность Земли изначально была сильно расчленена и покрыта океаном. В первичной "хаотической жидкости" содержались все вещества, из которых ныне образована земная кора. Последовательно выпадая в осадок, эти вещества образовали различные осадочные породы. Первыми на дно океана выпали в осадок граниты. Затем таким же путем отложились другие породы, в том числе базальты. "Нептунисты" утверждали, что базальты - продукты химического осаждения из вод Океана и отвергали их магматическое происхождение.

Глава "плутонистов", шотландский ученый Джеймс Геттон (1726-1797), автор книги "Теория Земли", подразделял горные породы на изверженные и осадочные. В отличие от “нептунистов”, он ограничивал роль воды только ее способностью к разрушению горных пород и считал граниты и базальты изверженными породами, образовавшимися из расплавленных магм.

Происхождение базальтов стало главной темой в споре двух научных течений. В первой половине ХIХ в. "нептунисты" потерпели жестокое поражение. Ученик Вернера - Леопольд Бух посетил вулкан Везувий, Альпы и Канарские острова. После этого он резко изменил свои воззрения и перешел в стан "плутонистов". Такую же идейную эволюцию пережил и другой талантивый ученик Вернера - Александр Гумбольдт. Во время своего путешествия по Америке он убедился в мощности и грандиозности вулканических явлений.

О к а м е н е л о с т и и л и "и г р а п р и р о д ы"?

Со времен античных натурфилософов ученые многие века спорили о природе окаменелостей, в изобилии попадавшихся им в осадочных слоях на суше. Одни принимали их за "игру природы". Другие считали остатками некогда обитавших в морях животных - вспомним Ксенофана Колофанского.

В эпоху Возрождения были заново высказаны некоторые идеи ученых античного периода. Леонардо да Винчи (1452-1519) участвовал в строительстве каналов и крепостей в Северной Италии. Он исследовал горные породы и содержащиеся в них окаменелости. Последние встречались на больших расстояниях от моря. Леонардо да Винчи (1517 г.) пришел к выводу, что окаменелости принадлежат животным, оставленным здесь морем в те далекие времена, когда оно простиралось за пределы своих современных границ.

В 1553 г. подобным образом трактовал происхождение окаменелостей и другой итальянский ученый - Джироламо Фракастро (1478-1553). Однако, выводы Леонардо да Винчи и Фракастро были надолго забыты. Потребовалось еще почти полтора столетия, чтобы содержащиеся в осадочных пластах окаменелости перестали рассматриваться как "игра природы".

В 1669 г. Николаус Стенон (1638-1686) писал: "Если в определенном слое обнаруживаем следы морской соли, панцири морских животных... то несомненно в этом месте в некую эпоху было море...".

О п р и ч и н а х и з м е н е н и я л и к а З е м л и

Многие века учение Птолемея утверждало, что Земля оставалась неизменной "от создания". Однако то, что лик Земли не был постоянным, отмечали не только отдельные древнегреческие натурфилософы. На это указал, например, и среднеазиатский ученый Омар Аалем в Х в. в своем сочинении "Отступление моря". Сравнив морские карты своего времени с картами индийских и персидских астрономов двухтысячелетней давности, Аалем установил серьезные изменения в очертаниях азиатских берегов. Оказалось, что прежде море было гораздо пространнее.

Другой ученый из Средней Азии - Аль Бируни писал, что временами море перемещается на место суши, а суша - на место моря. Отмечая находки плавников рыб в осадочных пластах под Хорезмом, он делал вывод, что эти пространства песчаных пустынь некогда представляли собой дно обширного водоема.

В Европе в конце ХV в. Леонардо да Винчи обобщил свои наблюдения, полученные в процессе строительства каналов и крепостей. И пришел к выводу, что любая часть земли, которая обнажается при размыве реками, уже была земной поверхностью, видимой Солнцу.

Спустя полтора века, Николаус Стенон также утверждал, что очертания суши и моря меняются во времени. "Все теперешние горы, - писал Стенон, - не существовали от начала мира". Причиной образования гор он считал прежде всего "изменившееся положение слоев". В этих вопросах Леонардо да Винчи и Стенон далеко опередили свое время. "Нептунисты" и через сто лет после Стенона, в конце ХVIII в., считали, что наклонные и изогнутые слои находились в таком состоянии с самого начала своего образования, и воды Океана покрывали горы до самых вершин.

В 1705 г. была опубликована посмертно работа английского ученого Роберта Гука (1636-1703) "Лекции и рассуждения о землетрясениях". Главной ее целью было объяснение, каким образом раковины были занесены на вершины "Альпийских, Аппенинских и Пиренейских гор и вобще во внутренность материков". Эти и подобные явления, по мнению Гука, могли произойти от землетрясений, "которые превращали равнины в горы, а горы в равнины, моря в сушу, а сушу в моря, образовали они реки там, где их прежде не было...". "Землетрясения, - писал Гук, - со времени сотворения мира произвели много больших перемен на поверхностных частях земли, и служили орудиями к перемещению раковин, костей, растений, рыб и тому подобного в такие места, где мы теперь встречаем их к своему немалому удивлению". Значительную роль в этом процессе Гук приписывал внутреннему "огню" Земли.

В 1755 г. произошло сильное Лиссабонское землетрясение. Под его впечатлением 6 сентября 1757 г. в Санкт-Петербурге на общем заседании Академии наук с речью "Слово о рождении металлов от трясения земли" выступил М.В.Ломоносов. Этот труд был затем опубликован. Ломоносов доказывает в нем, что к изменению рельефа земли и образованию щелей, в которые проникают минеральные растворы, отлагающие там минералы и руды, ведут расколы и смещения частей земной коры, сопровождаемые землетрясениями и вулканическими извержениями. "Таковые частые в подсолнечной перемены, - пишет М.В.Ломоносов, - объявляют нам, что земная поверхность ныне совсем иной вид имеет, нежели каково было издревле".

В 1763 г. М.В.Ломоносов опубликовал свой главный геологический труд "О слоях земных". Он писал: "И во первых, твердо помнить должно, что видимые телесные на земле вещи и весь мир не в таком состоянии были с начала от создания, как ныне находим, но великие происходили в нем перемены, что показывает история и древняя география, с нынешней снесенная и случающиеся в наши веки перемены земной поверхности. Когда и главные величайшие тела мира, планеты, и самые неподвижные звезды изменяются, теряются в небе, показываются вновь, то в рассуждении оных малого нашего шара земного малейшие частицы, то есть горы (ужасные в глазах наших громады), могут ли от перемен быть свободны?". И завершает эту важнейшую мысль М.В.Ломоносов утверждением: "Итак, напрасно многие думают, что все, как видим, с начала творцом создано, будто не токмо горы, долы и воды, но и разные роды минералов произошли вместе со всем светом и потому де не надобно исследовать причин, для чего они внутренними свойствами и положением мест разнятся".

З а р о ж д е н и е с т р а т и г р а ф и и

Немецкий естествоиспытатель Александр Гумбольдт (1769- 1859) назвал Николауса Стенона "отцом новой геологии". В 1666 г. судьба занесла молодого датского врача-анатома Стенона во Флоренцию. Здесь он неожиданно увлекся геологическими исследованиями. Около года занимался Стенон геологией. Но этого было достаточно, чтобы имя 30-летнего натуралиста навсегда вошло в историю геологической науки.

Непосредственные полевые наблюдения над осадочными пластами Тосканской области привели Стенона к важным обобщениям. Он сформулировал основные положения стратиграфии - науки о последовательности напластования горных пород. Свои наблюдения и выводы Стенон изложил на латыни в сочинении "О твердом, естественно содержащемся в твердом" (1669 г.).

Стенон различал две главные группы горных пород - "первичные", или "скалистые", слои, которые отложились до появления на Земле организмов, и слои "вторичные", или "слоистые", с органическими остатками, менее плотные и лежащие более полого.

Подразделив тосканские пласты по характеру содержащихся в них

окаменелостей, Стенон пришел к выводу, что эти пласты залегали первоначально горизонтально. В Аппенинских горах те же осадочные пласты залегают наклонно, потому что были выведены из горизонтального положения действием подземных паров, огня или провалов.

Основные выводы Стенона сводятся к следующему:

1) каждый слой образовался в результате осаждения в воде;

2) слой, заключающий в себе обломки другого слоя, образуется после него;

3) всякий слой отложился после того, на котором он залегает, и ранее того, который его покрывает;

4) слой должен иметь определенную протяженность.

Стенон первый связал происхождение складчатых гор с изменением первоначально горизонтального положения осадочных пластов в наклонное и вертикальное. В основном разделе своего трактата, названном "Слои Земли", Стенон отмечает, что земные слои "принадлежат осадкам из жидкостей", которые “возникают, когда содержимое в жидкости в силу собственной тяжести оседает на дно".

Вскоре после написания этого трактата Стенон отошел от науки и полностью отдался деятельности католического миссионера. Результаты его геологических исследований были преданы забвению. Лишь в начале ХIХ в. сочинение Стенона было вновь открыто А.Гумбольдтом. А в 1832 г. геолог Эли де Бомон перевел с латинского на французский язык геологическую часть сочинения "О твердом, естественно содержащемся в твердом". Благодаря этому переводу идеи Стенона пополнили сокровищницу геологической науки. Метод Стенона получил название "принципа последовательности напластования". На нем основывается современная методика изучения геологической структуры земной коры.

Прах Стенона захоронен во Флоренции. На его могиле была установлена мраморная плита с надписью: "Здесь покоится то, что было земным в Нильсе Стеноне, епископе Титиополиса, - человеке, полном стремления к божеству..." Современники знали Стенона в основном как выдающегося анатома. Потомки чтут его как "отца новой геологии". В 1881 г. в Италии состоялся Международный геологический конгресс. Его участники пришли к могиле Стенона и установили мемориальную доску со словами: "Муж между геологами и анатомами превосходнейший".

В середине ХVIII столетия идеи Стенона получили дальнейшее развитие во взглядах И.Ардуино, горного директора Тосканы и Виченцы. Ардуино разделил осадочные слои Северной Италии на три последовательно образовавшихся комплекса. И назвал их соответственно "первичными", "вторичными" и "третичными". Первый комплекс включал лишенные ископаемых стекловидные, слюдистые, пронизанные кварцевыми жилами интенсивно складчатые сланцевые породы. Второй - менее складчатые плотные слоистые известняки, мергели и глинистые породы с многочисленными остатками морских ископаемых. Третий комплекс представлен слабо складчатыми слоистыми известняками, мергелями, глинами и песками, содержащими обломки пород "вторичного" комплекса и обильные остатки животных и растений.

Работы Стенона и Ардуино заложили основы стратиграфии. Следующим выдающимся достижением геологической мысли явилась разработка общей для земного шара стратиграфической шкалы.

Одну из первых шкал последовательности образования горных пород построил в Германии Абрахам Готлоб Вернер. По Вернеру, сменяющие друг друга в разрезе толщи осадков отличаются только вещественным составом. Считая воду главным геологическим агентом, А.Г.Вернер утверждал, что все горные породы образовались из вод первичного океана, покрывавшего всю Землю. Он выделил в качестве "первозданных" пород такие магматические и метаморфические горные породы, как граниты, кварцевые порфиры, а также гнейсы и кристаллические сланцы. В группу "переходных" пород (ныне их относят к палеозою) Вернер включил известняки, диабазы, грауваки и др. Затем следовала группа "флёцовых" (слоистых) пород, содержащих в большом количестве окаменелости.

"Первозданные", "переходные" и "флёцовые" слои, по Вернеру, покрывали сплошными оболочками земной шар. А в пониженных участках его осаждались аллювиальные отложения - "новейшие наносы", представленные конгломертами, песками, глинами и др. Они образовались главным образом за счет механического разрушения более древних пород.

В 1799 г. английский землемер Уильям Смит (1769-1839) принимал участие в работах при прокладке каналов в Южной Англии. Он обратил внимание на то, что далеко отстоящие друг от друга пласты горных пород, содержат одинаковые окаменелости. Это натолкнуло Смита на мысль, что слои, содержащие один и тот же комплекс окаменелостей, могут рассматриваться как одновозрастные.

Так возникла идея сопоставления осадочных толщ без непосредственного прослеживания их по протяженности - только на основании сравнения заключенных в них окаменелостей.

К подобным выводам пришел во Франции палеонтолог Жорж Кювье

(1769-1832), проводивший в 1808 г. геологические исследования в окрестностях Парижа. Метод В.Смита и Ж.Кювье получил впоследствии название "принципа фаунистической последовательности".

Изучение ископаемых остатков фауны позволило Ж.Кювье создать новую науку - палеонтологию (греч. "палайос" - древний, "онтос" - существо, "логос" - учение). Принцип последовательности напластования пород, принцип фаунистической последовательности и данные палеонтологии сыграли решающую роль в быстром развитии геологических знаний. Они содействовали возникновению и становлению стратиграфии (лат. "стратум" - слой, "графо" - пишу) - науки о последовательности залегания и относительном геологическом возрасте горных пород.

Палеонтологический и стратиграфический методы дали геологам возможность определять относительное положение слоев в разрезе, устанавливать, какие из них являются более древними или более молодыми по отношению друг к другу. Это привело затем к созданию местных (локальных) стратиграфических шкал и единой для всего земного шара стратиграфической шкалы.

"К а т а с т р о ф и с т ы" и л и "э в о л ю ц и о н и с т ы"?

В спорах и жестокой борьбе решалась проблема развития Земли и биологических видов. К середине ХVIII в. утвердилась идея о том, что биологические виды извечны и неизменны со дня своего "создания". Шведский естествоиспытатель Карл Линней (1707-1778) утверждал в книге "Система природы" (1735 г.), что на Земле существуют только те виды, какие были созданы первоначально “творцом”.

Другой взгляд отстаивал Жорж Луи Леклерк Бюффон (1707-1788). В противоположность Линнею он признавал изменяемость видов под влиянием условий cреды. В 1749-1788 гг. Бюффон выпустил в свет 36 томов "Всеобщей и частной естественной истории". Классифицируя окаменелости, он установил полное исчезновение в разрезе некоторых форм.

Дальнейшее развитие идей Линнея и Бюффона привело к появлению в биологии и геологии двух противоборствующих направлений - “катастрофизма" и "эволюционизма". Между их приверженцами возник многолетний ожесточенный спор, оставивший глубокий след в истории геологии.

Главой "катастрофистов" был Жорж Кювье (1769-1823) - крупнейший зоолог и палеонтолог, основоположник сравнительной анатомии позвоночных. Он описал и реставрировал около 150 видов ископаемых млекопитающих и пресмыкающихся. Кювье приписывают крылатую фразу: "Дайте мне одну кость, и я восстановлю животное".

В начале ХIХ в. Кювье изучал в окрестностях Парижа фауну третичных отложений и последовательность их напластования. Установив существенные

различия между окаменелостями смежных слоев, Кювье задался вопросом о причинах этих различий. В 1812 г. он опубликовал "Предварительные рассуждения" к труду "Об ископаемых костях". В последующих изданиях "Предварительные рассуждения" получили название "Рассуждения о переворотах на поверхности земного шара". В этой работе Кювье, опираясь на идею неизменности видов, обосновывает теорию "катастрофизма". По его мнению, различия видов животных, содержащихся в различных слоях Земли, обусловлены периодически совершавшимися на поверхности Земли "переворотами" ("катастрофами"). Они, по Кювье, уничтожали почти все живое. И после каждого такого "переворота", новые "акты творения" создавали новые виды животных и растений. Наиболее ортодоксальный из последователей Кювье - Альсид Дессалин Орбиньи (1802-1857), описавший свыше 100 тысяч ископаемых окаменелостей, считал, что во время катастроф погибал весь органический мир предшествующей эпохи.

Благодаря огромному научному авторитету Кювье, его теория "катастроф" стала господствующей в то время. Всякое несогласие с нею считалось еретическим. Тем не менее, с представлениями "катастрофистов" боролись "эволюционисты". Их лидером был француский естествоиспытатель Жан Батист Ламарк (1744-1829), предшественник Ч.Дарвина, создавший целостное учение об эволюции живой природы.

Будучи крупнейшим авторитетом в области биологии, Ламарк изучал и геологические разрезы, собирал горные породы и минералы. Свои геологические взгляды он изложил в 1802 г. в книге "Гидрогеология". Этот термин Ламарк использовал для обозначения науки, изучающей влияние воды на поверхность Земли.

Ламарк отвергал концепцию неизменяемости видов. Он считал, что виды постепенно изменяются в результате появления у организмов новых функций и органов. Главной причиной изменения видов, по Ламарку, является действие на живые организмы факторов среды (климат, почва, пища, свет, теплота, атмосферные влияния и т.д.). Ламарк отвергал и учение Ж.Кювье о мировых геологических катастрофах. Он утверждал, что изменение видов в результате реакции на воздействия меняющихся условий внешней среды происходит медленно, без скачков.

Ламарку было нелегко отстаивать свои воззрения в условиях господства идей Кювье. Но он мужественно переносил несправедливые нападки и насмешки "катастрофистов" и продолжал свои исследования. С 1815 по 1822 г. Ламарк опубликовал семь томов "Естественной истории беспозвоночных животных". В них обобщены результаты огромного труда по систематике беспозвоночных и содержится описание всех известных в то время родов и видов беспозвоночных животных. В 1818 г. Ламарк потерял зрение. Но продолжал работу над двумя последними томами "Естественной истории беспозвоночных" и своей последней книгой "Аналитическая система положительных знаний человека".

В спор катастрофистов и эволюционистов были вовлечены научные круги всей Европы. Но высшего накала он достиг во Франции. В 1830 г., на следующий год после смерти Ламарка, в стенах Парижского университета несколько дней происходила открытая дискуссия. Против Кювье выступал друг его юности Сент-Илер, главный последователь Ламарка. Тогда ламаркисты потерпели поражение. После этого их стали официально преследовать, в частности, и в России. Но история рассудила иначе.

В первой половине ХIХ в. идеи катастрофизма сомкнулись в геологии с "плутонизмом". Л.Бух и А.Гумбольдт выделяли эпохи интенсивной вулканической деятельности. Они считали, что эти короткие по времени катастрофические эпохи сменяли эпохи покоя, не несущие с собой никаких существенных изменений земной поверхности.

Идею вулканических катастроф оспаривал другой приверженец теории Ж.Кювье. Это был автор контракционной гипотезы Эли де Бомон, издавший в 1852 г. "Замечание о системе гор" как часть "Всеобщего словаря натуральной истории". По мнению Эли де Бомона, в истории Земли существовали длинные периоды сравнительного покоя, в течение которых в морях происходило нормальное осадконакопление. Эти периоды покоя прерывались короткими эпохами тектонических катастроф, производивших глубочайший переворот в состоянии земной поверхности. Во время тектонических катастроф на поверхности Земли "внезапно" образовывались параллельные друг другу горные цепи. Катастрофы уничтожали животную и растительную жизнь на Земле. Затем наступал новый период покоя, и органическая жизнь обновлялась. Согласно представлениям Эли де Бомона, тектонические катастрофы неоднократно повторялись, начиная с самых древних геологических периодов.

Против идей катастрофизма и концепции Эли де Бомона о всемирной

одновременности горообразования активно выступил английский геолог Чарлз Лайель (1797-1875). Он окончательно закрепил развивавшиеся ранее древнегреческим натурфилософом Анаксимандром, Леонардо да Винчи, М.В.Ломоносовым, А.Г.Вернером, Д.Геттоном идеи о постепенном преобразовании поверхности Земли в течение длительного времени.

Ч.Лайель опубликовал в 1830-1833 гг. трехтомный труд "Основы геологии", выдержавший 11 прижизненных изданий и переведенный на многие иностранные языки. В русском переводе он вышел в 1866 г. под названием "Основные начала геологии, или новейшие изменения Земли и ее обитателей". Труд Ч.Лайеля вызвал сенсацию. Он защищал идею медленных геологических преобразований - без катастроф, приводящих к гибели органического мира. Тектонические деформации, считал Лайель, могут происходить в любое время в течение интервала, представленного несогласием между пластами горных пород.

Рассматривая те же, что и Ж.Кювье, комплексы осадочных пород и заключенные в них окаменелости, Лайель доказал, что геологическая история

Земли характеризуется большой длительностью и непрерывностью геологических явлений. А эпохи, выделенные Кювье, не так резко отличаются одна от другой, как это считали "катастрофисты". Учение Лайеля утверждало медленное и непрерывное изменение земной поверхности под влиянием постоянных геологических факторов. К ним относятся атмосферные осадки, текучие воды, извержения вулканов и др. Эти малозаметные изменения, суммируясь, привели к грандиозным преобразованиям на Земле.

Лайель опирался на метод актуализма: "настоящее есть ключ к познанию прошлого", - писал он. На многочисленных примерах Лайель показал, что события геологического прошлого можно легко объяснить обычными природными явлениями, действующими и в современную эпоху.

В 30-е годы ХIХ столетия дискуссии между катастрофистами и эволюционистами происходили на заседаниях Лондонского геологического общества. Здесь катастрофисты потерпели поражение. К концу 30-х годов ХIХ в. концепция Лайеля получила широкое признание. Она сыграла прогрессивную роль в естествознании, явившись главной предпосылкой дарвинизма.

В 1859 г. Чарлз Дарвин (1809-1882), называвший себя учеником Ч.Лайеля, опубликовал "Происхождение видов путем естественного отбора...". В нем впервые убедительно доказывалось, что всё живое на Земле - растения, животные и сам человек - появилось в процессе длительного, непрерывного и направленного эволюционного развития организмов от простого к сложному, от низшего к высшему, в тесной связи с изменениями геологической среды.

Широкое распространение эволюционных идей Ч.Дарвина содействовало тому, что в 80-е годы ХIХ в., спустя почти полвека после смерти Ламарка, пришло запоздалое признание и его великих заслуг. В 1909 г. мировая наука отмечала 100-летнюю годовщину выхода в свет "Философии зоологии" Ламарка. По международной подписке были собраны средства на памятник автору. Памятник, открытый в Парижском ботаническом саду, изображал фигуру сидящего в задумчивой позе Ламарка. А рядом помещен барельеф, изображающий его в глубокой старости, слепого, рядом с дочерью, которая обращается к Ламарку со словами: "Потомство будет восхищаться Вами, оно отомстит за Вас, мой отец".

О в о з р а с т е З е м л и

Еще Анаксимандр высказал мысль, что Земля возникла очень давно. В 1654 г. ирландский епископ Ашер "точно" рассчитал, что Земля была создана ровно в 9 ч. утра 26 октября 4004 г. до Рождества Христова.

В начале ХVI в. Леонардо да Винчи и затем на рубеже 70-х годов ХVII в. Николаус Стено высказали идею о том, что геологическая история намного продолжительнее библейских 6000 лет.

Жорж Бюффон определял общую продолжительность существования нашей планеты, включая стадию раскаленной звезды, в 74 тысячи лет. А М.В.Ломоносов оценил в 399 тысяч лет время, прошедшее только с момента существования в северных странах мамонтов.

В середине ХVIII в. немецкий философ И.Кант, писал, что процесс образования небесных тел и создания современной картины мира из первоначально рассеянной материи протекал миллионы лет.

По мере накопления новых данных все более и более отодвигалась нижняя граница геологического возраста Земли. В 1802 г. Жан Батист Ламарк в книге "Гидрогеология" писал: "Натуралист и геолог... имеют очень много случаев убедиться в том, что древность земного шара настолько велика, что попытки определения ее каким бы то ни было способом выходят за пределы возможностей человека".

В 1859 г. в первом издании книги "Происхождение видов" Ч.Дарвин определил в 300 млн. лет время, за которое, по его расчетам, был размыт эрозией свод антиклинальной складки в районе Вельда (юго-восток Англии). Но это вызвало ожесточенную критику оппонентов. Основным противником Дарвина в этом вопросе был знаменитый английский физик Уильям Томсон, автор абсолютной шкалы температур, получивший позднее (1892 г.) за научные заслуги титул барона Кельвина. Отвергая подсчеты Дарвина, он определял лишь в 98 млн. лет возраст Земли. На защиту Дарвина встал видный биолог (будущий президент Лондонского королевского общества) Томас Генри Гексли. Он ответил У.Томсону (Кельвину): "Математику можно сравнить с мельницей, которая перемелет ваш материал сколь угодно тонко; но будьте уверены - то, что вы получите, целиком зависит от того, что вы заложили; и как самая великолепная мельница в мире не сможет извлечь пшеничную муку из гороха, так и страницы формул не дадут правильного ответа, исходя из неточных данных".

Впрочем, неточное определение возраста Земли было не единственной ошибкой барона Кельвина. На рубеже ХХ в. знаменитый физик объявил рентгеновские лучи тщательно разработанной мистификацией. Вместе с тем, открытие в 1896 г. французским ученым Антуаном Анри Беккерелем естественной радиоактивности солей урана предопределило ряд других важнейших открытий в области физики и геологии.

В 1898 г. французский физик Пьер Кюри, автор термина "радиоактивность", совместно со своей женой Марией Склодовской, открыл радиоактивные элементы - полоний и радий. А в 1902 г. П.Кюри на заседании Парижского физического общества впервые высказал мысль о возможности использования скорости радиоактивного распада в качестве меры времени для определения возраста минералов и горных пород. Эта же идея была высказана в 1904 г. в Англии Эрнестом Резерфордом.

Э.Резерфорд пришел к выводу, что захваченный радиоактивными минералами гелий (постоянно образующийся при распаде радиоактивных элементов) может служить средством определения геологического возраста.

Б.Болтвуд заметил, что в урановых рудах неизменно присутствует свинец. Это наблюдение навело его на мысль, что свинец - это стабильный конечный продукт распада урана. 1906 г. Болтвуд высказал мнение, что отмеченный факт может быть использован для определения геологического возраста.

Физики установили, что скорость радиоактивного распада не зависит от окружающей обстановки. Это открытие подарило геологам "эталон времени". Радиоактивный распад стал рассматриваться как надежный геологический хронометр. В радиактивных породах и изотопах радиоактивных элементов оказалось запечатленным геологическое время. Его можно "улавливать" путем химического анализа радиоактивных пород и определения содержания в них радиоактивных изотопов. Длительность геологических периодов стало возможным определять в "абсолютных" единицах времени - годах. Начиная с 20-х гг., в разных странах создаются специальные подразделения для радиологического исследования горных пород.

Английский петрограф Артур Холмс, основываясь на радиоактивном распаде горных пород, разработал в 1947 г. первую геохронологическую шкалу фанерозоя и определил возраст Земли в 1460-3000 млн. лет.

Сегодня ученые утверждают, что Земля, как планета, образовалась 4,6 млрд. лет назад. И это, видимо, удивляет немногих.

Х о л о д н о е и л и г о р я ч е е?

Во второй половине ХVIII в. появились важные космогонические работы. В частности, Жорж Бюффон в книгах "Теория Земли" (1749) и "Эпохи природы" (1778) доказывал, что Земля и другие планеты Солнечной системы образовались несколько десятков тысяч лет назад из сгустков раскаленного солнечного вещества, захваченного кометой, столкнувшейся с Солнцем. Вследствие малых размеров, планеты впоследствии стали постепенно остывать.

В 1755 г. немецкий философ Иммануил Кант (1724-1804) опубликовал труд под названием "Общая естественная история и теория неба, или опыт об устройстве и механическом происхождении всего мироздания на основании ньютоновских законов". В отличие от Бюффона, Кант считал, что Вселенная состояла первоначально из холодных неподвижных твердых частиц различной величины и плотности. В результате взаимного притяжения частицы приобрели движение. Их столкновение вызывало вращение и разогрев всей системы.

Не ведая о книге Канта, близкую гипотезу о происхождении Земли и других планет Солнечной системы разработал в 1796 г. французский математик Пьер Симон Лаплас (1749-1827). Наполеон Бонапарт дал Лапласу должность министра, звание графа и орден Почетного Легиона.

По Лапласу, Земля произошла не из холодных твердых частиц, которые, по утверждению Канта, вскоре разогрелись, а из раскалённых газов. Впоследствии об их гипотезах стали говорить, как о единой "гипотезе Канта - Лапласа". Эта гипотеза внесла в Геологию представление о Земле, как о планете, разогретой на начальном этапе своей эволюции и впоследствии подвергшейся медленному охлаждению.

Согласно гипотезе Канта - Лапласа, внутри остывающей Земли сохранились запасы тепла, связанные с ее происхождением. Но открытие через сто лет после выхода в свет работы Лапласа явления естественной радиоактивности побудило ученых пересмотреть вопрос о главных источниках земного тепла.

В 1903 г. П.Кюри установил, что соли радия постоянно выделяют значительное количество тепла. 1 г радия в течение 1 часа выделяет 140 калорий

тепла (1 кал = 4,1868 Дж). При полном распаде 1 г радия до свинца (это длится 20000 лет) выделяется 3 млн. калорий тепла.

Э.Резерфорд и Ф.Содди также обнаружили, что огромное количество энергии выделяется в процессе излучения радиоактивными веществами альфа-частиц (ядро атома гелия, содержащее 2 протона и 2 нейтрона), открытых Резерфордом в 1899 г.

В 1903 г. английский геолог Джон Джоли впервые указал на то, что радиоактивные элементы могут быть источником земной теплоты. В 1904 г. и Э.Резерфорд высказался за то, что Землю нельзя рассматривать как остывающее тело, этому противоречит выделение огромного количества энергии при распаде содержащихся в недрах радиоактивных элементов.

Английский физик Джон Уильям Стретт (известный, как барон Рэлей) доказал, что выделяемое при радиоактивном распаде огромное количество тепла достаточно для объяснения всех явлений, связывавшихся с существованием космической теплоты планеты.

С открытием радиогенного источника тепла внутри Земли космогоническая гипотеза Канта-Лапласа потерпела крах. Ее сменили представления об образовании Земли путем холодной аккреции (лат. "аккрецио" - приращение) из газово-пылевого облака и последующего постепенного разогрева земного вещества. Эту гипотезу в середине ХХ в. выдвинул, в частности, советский академик О.Ю.Шмидт. Но в последние годы в ней обнаружены существенные космогонические и геологические противоречия.

И з о с т а з и я

На рубеже ХV - ХVI вв. Леонардо да Винчи указал на существование равновесия между массой Земли и поднятиями (или опусканиями) земной поверхности. Он

писал: "Суша нашего полушария поднялась настолько выше обычного, насколько она облегчилась от воды, ушедшей от нее по лощине Кальпе и Абила".

Это стремление земной коры к достижению гидростатического равновесия американский геолог Деттон в 1892 г. назвал "изостазией" (греч. "исос" - равный, "стасис" - состояние).

Экспериментально явление изостазии было обнаружено раньше. В 1855 г. английский ученый Дж. Пратт пытался измерить с помощью отвеса силу тяжести в Гималаях. Отвес - простейший гравиметрический прибор состоит из груза, подвешенного на тонкой гибкой нити. Под действием силы тяжести груза нить принимает вертикальное направление. Дж.Пратт считал, что обладающий огромной массой горный массив вызовет значительное отклонение отвеса в свою сторону. Но фактическое отклонение отвеса оказалось более чем в пять раз меньше ожидаемого расчетного.

В связи с этим Дж. Пратт предположил, что земная кора разделена на “глыбы” различной плотности. И высота глыб обратно пропорциональна их плотности. То есть, чем плотнее “глыба” земной коры, тем она ниже. Это уравновешивает “глыбы” на подкоровом мантийном субстрате (рис. 16).

В том же году английский астроном Дж. Эри дал иное объяснение гималайскому феномену. По Дж.Эри, Гималаи сложены менее плотными породами, чем подкоровое вещество. В условиях длительного давления со стороны горного массива плотные породы мантии приобретают свойства жидкости. Благодаря этому "корни" Гималаев погрузились в мантию (рис. 16).

Изучение сейсмограмм землетрясений позволило установить, что земная кора толще всего там, где вздымаются высокие горные хребты. Это принимается за подтверждение того, что горы имеют "корни", уходящие в глубь мантии. Чем выше гора, тем глубже погружаются ее "корни" в мантию. Поэтому горные массивы не имеют избытка массы по сравнению с соседними участками коры. Поэтому и не отклонился отвес в сторону Гималаев в опыте Дж.Пратта.

Но, если земная кора становится тоньше (например, в результате эрозии горных массивов или таяния покровов льда), в действие вступает механизм изостазии - компенсационного поднятия соответствующего участка коры.

Отмеченное Леонардо да Винчи стремление земной коры к состоянию изостатического (гравитационного) равновесия подтверждается рядом примеров. Так, в Скандинавии во время оледенения в антропогеновый период земная кора прогнулась под тяжестью льда. Но когда лёд расстаял, она начала подниматься. Остатки последнего ледникового покрова расстаяли около 8 тыс. лет назад. А поднятие продолжается и в наши дни. Земная кора там еще стремится к достижению равновесия и продолжает "всплывать" со скоростью 1 см в год.

Ныне явление изостазии объясняется погружением блоков твердой литосферы в размягченную астеносферу.

В 1899 г. немецкий геолог А.Пенк задался вопросом, могут ли когда-нибудь на Земле прекратиться процессы изостазии? И ответил, что это возможно в том случае, если конечным состоянием земной поверхности будет ее выравнивание в результате эрозии.

Г е о с и н к л и н а л и

Глядя на величественные горные цепи, простирающиеся на сотни и тысячи километров, невольно задумываешься об их происхождении.

Геологи давно обратили внимание на то, что в горно-складчатых областях толщина (мощность) смятых в складки осадочных толщ во много раз больше, чем в соседних областях с горизонтальным залеганием пластов.

В 30-е - 50-е гг. ХIХ в. была высказана мысль, что возникновение мощных, смятых в складки осадочных толщ обусловлено глубоким прогибанием земной коры и последующим их поднятием.

В 1873 г. американский ученый Джемс Дэна ввел термин "геосинклиналь" (греч. "ге" - земля, "син" - вместе, "клино" - наклоняю). Так он называл заполненные мощными осадочными толщами удлиненные прогибы, длительное время прогибавшиеся под тяжестью накапливающихся осадков. Затем боковое сжатие привело к смятию слоев и выжиманию их в виде горных возвышенностей.

В последующем под “геосинклиналью” стали понимать высоко подвижную зону земной коры, характеризующуюся проявлением интенсивных тектонических деформаций и магматизма. В ее развитии выделяются две стадии. На первой, собственно геосинклинальной, преобладают погружение и накопление мощных толщ осадков. Затем (орогенная стадия) под воздействием бокового сжатия следует поднятие и горообразование. В итоге геосинклиналь превращается в горно-складчатую структуру.

Австрийский геолог Эдуард Зюсс (1831-1914) опубликовал в 1883-1909 гг. фундаментальный трехтомный труд "Лик Земли". Подобного ему, по словам русского академика В.А.Обручева, "не было и нет в литературе о нашей планете". А академик В.И.Вернадский назвал этот труд Зюсса "первым крупным синтезом" в геологии. Зюсс обобщил все геологические сведения, накопленные к концу ХIХ в. Кроме "неустойчивых" участков, он выделял в земной коре и "устойчивые". К первым Зюсс относил складчатые зоны, или орогены (греч. "орос" - гора, "генесис"- происхождение). Ко вторым -“платформы”.

Платформы(фр. "плат" - плоский, лат. "форма" - форма) - это крупные относительно устойчивые блоки континентальной земной коры. Они характеризуются плоским рельефом, малой тектонической и магматической активностью. Платформы ограничены по краям складчатыми горными поясами.

Участки платформ, имеющие двухъярусное строение, называются “плитами”. Верхний ярус плит - платформенный чехол сложен преимущественно осадочными толщами и залегает несогласно на интенсивно деформированном и метаморфизованном складчатом фундаменте.

Начальная стадия развития платформ прежде называлась "геосинклинальной ". Учение о геосинклиналях прослужило Геологии более ста лет - до 80-х годов ХХ в. и внесло огромный вклад в развитие наук о Земле. Но после уникальных открытий в области геологии океанского дна геосинклинальная гипотеза подверглась резкой критике со стороны неомобилизма. Современная концепция тектоники плит объясняет происхождение горно-складчатых систем с иных, чем прежде, позиций.

И из привычной триады "геосинклиналь - складчатая система (ороген) - платформа" выпал ее исходный, еще недавно “классический” элемент.

С ж а т и е и л и р а с ш и р е н и е?

В 1829-1852 гг. французский геолог Жан Батист Арман Луи Леонс Эли де Бомон (1798-1874) разработал "контракционную" (лат. "контракцио" - стяжение) гипотезу. Он опирался на космогоническую гипотезу Канта-Лапласа и объяснял возникновение горно-складчатых цепей, океанических впадин и разрывных нарушений земной коры действием сил контракции (стяжения). ПоЭли де Бомону, охлаждение Земли приводит к уменьшению объема ее внутренней части и образованию земной коры. Последняя, приспособливаясь к сокращающемуся объёму подкоровой части Земли, обрушалась, оседала и коробилась.

Боковое (горизонтальное) давление приводило к выдавливанию складок в виде вытянутых горных цепей. При этом возникали многочисленные трещины, через которые на поверхность Земли изливалась расплавленная магма.

В качестве примера, иллюстрирущего суть контракционной гипотезы, нередко проводят аналогию с усыхающим яблоком. Его поверхность покрывается морщинами и бороздами.

Гипотеза Эли де Бомона стала на долгие годы общей теорией Земли. Однако крах гипотезы Канта - Лапласа вызвал кризис и контракционной гипотезы. Ее отвергают, прежде всего, сторонники гипотезы расширяющейся Земли.

Возможность расширения Земли допускалась учеными ХVIII в. В 1933 г. идею быстрого расширения Земли выдвинул Хильберг. Позднее ее разрабатывали И.В.Кириллов (1949 г.) в России и Л.Эдьед (1956 г.) в Венгрии.

Приверженцы этой идеи считают, что первоначально объем земного шара поверхность Земли были намного меньшими, чем сейчас. Радиус составлял 3500-4000 км. Океанов еще не существовало, и материковая кора в тот период покрывала сплошной оболочкой весь земной шар. Расширение началось с растрескивания коры, наметившего контуры современных континентов. По мере расширения Земли, континенты все дальше отодвиигались друг от друга. Между ними появились океаны.

По мнению одних сторонников гипотезы, расширение Земли началось с конца палеозойской эры. Ее радиус увеличивался со средней скоростью 0,6 мм в год. Другие считают, что это произошло в меловом периоде.

Причины, вызвавшие расширение Земли, объясняются по-разному. Одни связывают их с уменьшением во времени гравитационной постоянной и, следовательно, силы тяжести. Другие видят основную причину возрастания массы Земли в разуплотнении земного вещества, перехода его от более плотных фаз к менее плотным. Существует мнение, что средняя плотность Земли до расширения достигала 15,5 г/см ³, а ускорение силы тяжести на поверхности Земли вдвое превышало современное. Возможно, в ядре плотность вещества соответствует первоначальным давлениям. И поэтому в недрах Земли непрерывно происходит процесс разуплотнения вещества с увеличением его объёма.

Противники гипотезы указывают на то, что на Земле преобладает меридиональная ориентация срединно-океанических хребтов. Следовательно, в рифтовых трещинах океанская кора нарастает в широтном направлении быстрее, чем в меридиональном. Поэтому расширение Земли должно происходить с разной скоростью в разных направлениях. Но в этом случае Земля потеряет свою сферическую форму. С другой стороны, на Земле широко развиты складчатые деформации и надвиги. Согласно контракционной гипотезе, они возникают в обстановке сжатия.

Д р е й ф м а т е р и к о в.

Ученые давно обратили внимание на совпадение очертаний противоположных берегов Атлантического океана. Одним из первых это отметил в начале ХVII в. английский философ Френсис Бэкон.

В ХVIII в. немецкий теолог - комментатор Библии Т.Лилиенталь утверждал,что до Великого потопа существовал единый материк. Это подтверждается подобием очертаний противоположных берегов многих континентов, отделенных друг от друга морскими просторами. После потопа единый материк раздробился.

В середине ХIХ в. итальянский ученый Антонио Снидер (Пеллегрини) высказал идею, что в прошлом Северная Америка составляла единое целое с Европой. Он

основывался на сходстве ископаемых растений в пластах каменного угля

Северной Америки и Европы.

В 1912 г. немецкий геофизик Альфред Лотар Вегенер обнародовал гипотезу горизонтального дрейфа материков. Он считал, что поверхность Земли первоначально была покрыта сплошным тонким гранитным слоем. В палеозойскую эру весь гранитный слой собрался в единый праматерик Пангея (греч. "пан" - всеобщий, "ге”- земля). К концу каменноугольного периода этот суперконтинент начал раскалываться. А с юрского периода отдельные его крупные глыбы - континенты стали отплывать друг от друга.

На гипсографической кривой земного шара (см. рис. 1) поверхность континентов и океанского дна представляется в качестве различных ступеней в рельефе Земли. Это привело Вегенера к выводу об отсутствии гранитного слоя в составе океанской коры. Породы гранитного слоя имеют меньшую плотность, чем породы базальтового слоя. Опираясь на гипотезу изостазии, А.Вегенер предположил, что континенты, словно айсберги, "плавают" на подстилающей их твердо-вязкой базальтовой "постели" и сдвигаются на запад и к экватору. Причиной этого могло явиться воздействие приливных сил, связанных с притяжением Солнца и Луны и действующих на земной поверхности с востока на запад, и центробежных сил, вызванных вращением Земли и направленных от полюсов к экватору.

После отделения Америки от Европы и Африки в промежутке между ними возник Атлантический океан. В результате перемещения Антарктиды к югу, Австралии к юго-востоку, а Индостана к северо-востоку между ними образовался Индийский океан. Согласно гипотезе Вегенера, Атлантический и Индийский океаны являются вторичными. АТихий океан - рассматривается, как остаток первичного океана, площадь которого последовательно уменьшалась в результате надвигания на него со всех сторон материков.

По А.Вегенеру, материки Южного полушария первоначально входили в состав Гондваны. Русский геолог В.С.Васильев (1925 г.) и южно-африканский геолог Алекс Дю Тойт (1937 г.) допускали существование в докембрийское время не одного праматерика "Пангеи", а двух самостоятельных суперматериков. Один из них - "Лавразия" располагался в Северном полушарии, другой - "Гондвана" - в Южном. Начиная с позднего палеозоя, они были разделены широтным морским бассейном, которому еще Э.Зюсс дал имя "Тетис".

В 1910 г. американский ученый Ф.Тейлор высказал идею, что Альпийско-Гималайский складчатый пояс образовался вследствие столкновения континентов. А.Вегенер использовал эту идею. Он считал, что передние края дрейфующих “гранитных” материков испытывали на своем пути сопротивление нижнего "базальтового" слоя. Это приводило к смятию “гранитного слоя” в складки. Таким образом, например, образовались Кордильеры и Анды вдоль переднего края Северной и Южной Америки. Гималаи возникли вследствие надвигания Индостана с юга на Азию. Ново-Гвинейские горы сформировались на переднем крае Австралии при ее продвижении на восток. Некоторые островные дуги - Алеутская, Курильская, Японская, Индонезийская и др. - рассматриваются Вегенером как отставшие обломки материков.

Гипотеза дрейфа материков была популярна среди геологов в 20-е - 30-е годы. После гибели Вегенера в 1930 г. во время экспедиции в Гренландии она была предана забвению.

Т е т о н и к а п л и т

Одним из центров оппозиции гипотезе дрейфа материков в первой трети ХХ в. являлись США. Но в 60-е гг. именно в США возродились идеи неомобилизма. Научный мир стал на новой фактографической основе широко обсуждать гипотезу движения литосферных плит. Неомобилизм выступил под названием "глобальная тектоника", или "тектоника плит".

Что же послужило основанием для возрождения идей мобилизма? Прежде всего, - открытие пластичной астеносферы в верхней мантии, а также - открытия в области геологии океанов.

На океанском дне с помощью эхолотов и сейсмических волн были выявлены глубоководные желоба, срединно-океанические хребты и секущие их продольные центральные рифтовые расселины. По обе стороны от срединно-океанических хребтов были обнаружены параллельные им полосовые магнитные аномалии (см. рис. 2).

Результаты палеомагнитных исследований, глубоководного бурения, непосредственных наблюдений в океанах с подводных спускаемых аппаратов позволили разработать ряд новых гипотез. Это - гипотезы раздвигания океанского дна, дрейфа литосферных плит, погружения их в мантию в области глубоководных желобов и др. В совокупности они составили концепцию “глобальной тектоники", или "тектоники плит".

В 1961-1962 гг. геолог Принстонского университета (США) Гарри Хесс выдвинул оригинальную идею, возродившую интерес к мобилизму. В небольшом сочинении "Эволюция бассейнов океанов" Г.Хесс доказывал, что в рифтовых трещинах срединно-океанических хребтов образуется новая литосфера. Сюда из астеносферы периодически проникают базальтовые лавы. На это указывают, в частности, высокий тепловой поток и вулканизм, приуроченные к осевым зонам срединных хребтов. Изливаясь через рифтовые трещины, базальтовые лавы остывают и образуют по обе стороны от срединно-океанических хребтов новый слой океанской коры.

В самой рифтовой трещине каждая новая порция лавы, остывая и твердея, раздвигает в противоположные стороны примыкающие плиты литосферы. Благодаря этому вновь образованная за пределами рифта океанская кора отодвигается от срединно-океанических хребтов, подобно огромному конвейеру. Подобное раздвигание жестких литосферных плит в области срединно-океанических хребтов называется "спредингом" (англ. "spreading" - растягивание, расширение).

Гипотезу А.Вегенера критиковали за то, что она предполагала скольжение твердого гранитного слоя по твердому и более плотному базальтовому слою. В новой концепции это противоречие устранено. В 1965 г. канадский ученый Дж. Тюзо Уилсон предположил, что несколько гигантских жестких плит литосферы плавают по поверхности размягченной астеносферы.

Идеи Г.Хесса получили широкое признание. Этому содействовала выдвинутая в 1963 г. геофизиками из Кембриджского университета Фредом Вайном и Драммондом Мэтьюзом гипотеза соответствия полосовых магнитных аномалий (см. рис. 2) раздвигам океанского дна. Эти аномалии имеют переменную полярность, что принимается за свидетельство импульсивного раздвижения коры от оси срединных хребтов. С помощью полосовых магнитных аномалий вычислены скорости разрастания океанского дна для последних 4,5-5 млн. лет. Эти данные экстраполировали на отрезок геологического времени в 200 млн. лет.

Крупные плиты литосферы - это Тихоокеанская, Евразиатская, Северо-Американская, Южно-Американская, Африканская, Индо-Австралийская, Антарктическая. В некоторые литосферные плиты "впаяны" материки. Сторонники концепции тектоники плит утверждают, что в течение последних 80 млн. лет сформировалось почти 2/3 поверхности океанского дна.

Подсчитано, что в зонах спрединга вдоль осей срединно-океанических хребтов ежегодно рождается около 2,6 км² поверхности новой океанской литосферы. Это должно было бы вызвать расширение Земли. Но неомобилисты считают, что плита молодой океанской литосферы, двигаясь от срединно-океанических хребтов в сторону глубоководных желобов, погружается там в мантию под углом 45° на глубину до 700 км. Этот процесс называется "субдукцией" (англ. "subduction" - подныривание).

Таким образом, нарастание океанской коры у срединно-океанических хребтов компенсируется их погружением в мантию в глубоководных желобах. Главным взаимодействием литосферных плит является и столкновение их в местах соприкосновения континентальных окраин литосферных плит.

Там, где сближаются краевые части двух континентов, входящих в состав литосферных плит, происходит их сталкивание, наползание друг на друга и наращивание континентальной литосферы. Неомобилисты утверждают, что это является причиной образования молодых складчатых гор. Столкновением континентальных масс в области океана Тетис, разделявшего Лавразию и Гондвану, объясняется возникновение Альпийско-Гималайского складчатого пояса. В частности, образование Гималаев связывают со столкновением отколовшейся от Африки и движущейся на северо-восток Индостанской плиты с Азиатской плитой. Индостанская плита погрузилась под Азиатскую. Благодаря этому здесь возникла область сдвоенной толщины литосферы. Происхождение молодой горно-складчатой цепи Перуанских Анд, а также Каскадных и Скалистых гор представляется следствием одностороннего давления с запада океанской коры на Южно-Американский материк.

Границами плит являются рифты срединно-океанических хребтов, глубинные разломы, глубоководные желоба и молодые складчатые горы по окраинам континентов. Океанские края расходящихся плит разбиты многочисленными трещинами, ориентированными в направлении движения. Эти зоны дробления называются "трансформными разломами".

На границах мобильных литосферных плит наблюдается сгущение очагов землетрясений. Это принимается за свидетельство того, что здесь накапливаются напряжения и происходит смещение одной плиты относительно другой.

В начале 60-х гг. были получены новые данные о палеомагнетизме и магнитных свойствах пород океанского дна. В частности, образцы пород, взятые из одновозрастных отложений одного и того же континента, указывали сходное направление на дре

Date: 2015-09-25; view: 536; Нарушение авторских прав