Геология — это наука о чем? Чем занимаются геологи? Проблемы современной геологии
«Геология – это образ жизни», — скорее всего, скажет геолог, отвечая на вопрос о своей профессии, прежде чем перейти к сухим и скучным формулировкам, объясняя, что геология — это наука о строении и составе земли, об истории ее рождения, формирования и закономерностях развития, о когда-то несметных, а сегодня, увы, «сметных» богатствах ее недр. Другие планеты Солнечной системы тоже являются объектами геологических исследований.
Описание той или иной науки часто начинают с истории ее зарождения и формирования, забывая о том, что повествование переполнено непонятными терминами и определениями, поэтому лучше сначала по существу.
Этапы геологических исследований
Самая общая схема последовательности исследований, в которую можно «втиснуть» все геологические работы, направленные на выявление месторождений полезных ископаемых (далее МПО), по существу, выглядит следующим образом: геологическая съемка (картирование выходов на поверхность горных пород и геологических образований), поисковые работы, разведка, подсчет запасов, геологический отчет. Съемка, поиски и разведка, в свою очередь, естественно, делятся на стадии в зависимости от масштаба работ и с учетом их целесообразности. Для выполнения такого комплекса работ привлекается целая армия специалистов широчайшего круга геологических специальностей, которыми настоящий геолог должен владеть гораздо больше, чем на уровне «всего понемножку», потому что перед ним стоит задача обобщить всю эту разностороннюю информацию и в конечном счете прийти к открытию месторождения (или сделать его), поскольку геология — это наука, изучающая недра земли в первую очередь для освоения минеральные ресурсов.
Семейство геологических наук
Как и другие естественные науки (физика, биология, химия, география и т. д.), геология представляет собой целый комплекс взаимосвязанных и переплетающихся друг с другом научных дисциплин. Непосредственно к геологическим предметам относятся общая и региональная геология, минералогия, тектоника, геоморфология, геохимия, литология, палеонтология, петрология, петрография, геммология, стратиграфия, историческая геология, кристаллография, гидрогеология, морская геология, вулканология и седиментология. К прикладным, методическим, техническим, экономическим и другим родственным геологии наукам относятся инженерная геология, сейсмология, петрофизика, гляциология, география, геология полезных ископаемых, геофизика, почвоведение, геодезия, океанография, океанология, геостатистика, геотехнология, геоинформатика, геотехнология, кадастр и мониторинг земель, землеустройство, климатология, картография, метеорология и ряд атмосферных наук. «Чистая», полевая геология по-прежнему остается в значительной степени описательной, что налагает на исполнителя определенную морально-этическую ответственность, поэтому геология, выработав свой язык, как и другие науки, не обходится без филологии, логики и этики. Поскольку поисковые и разведочные маршруты, особенно в труднодоступных районах, — это практически неконтролируемая работа, геолог всегда подвержен соблазну субъективных, но грамотно и красиво преподнесенных суждений или заключений, и такое, к сожалению, случается. Безобидные «неточности» могут привести к очень серьезным последствиям как в научно-производственном, так и материально-экономическом плане, поэтому геолог просто не имеет права на обман, искажение и ошибку, как сапер или хирург.
Костяк геонаук выстраивается в иерархический ряд (геохимия, минералогия, кристаллография, петрология, литология, палеонтология и собственно геология, включая тектонику, стратиграфию и историческую геологию), отражающий соподчиненность последовательно усложняющихся объектов изучения от атомов и молекул до Земли в целом. Каждая из этих наук широко разветвляется по различным направлениям, как и собственно геология включает тектонику, стратиграфию и историческую геологию.
Геохимия
В поле зрения этой науки лежат проблемы распределения элементов в атмосфере, гидросфере и литосфере.
Современная геохимия представляет собой комплекс научных дисциплин, включающий региональную геохимию, биогеохимию и геохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых. Предметом изучения для всех этих дисциплин являются законы миграции элементов, условия их концентрации, разделения и переотложения, а также процессы эволюции форм нахождения каждого элемента или ассоциаций из нескольких, особо близких по свойствам. Геохимия опирается на свойства и строение атома и кристаллического вещества, на данные о термодинамических параметрах, характеризующих часть земной коры или отдельные оболочки, а также на общие закономерности, формируемые термодинамическими процессами. Прямая задача геохимических исследований в геологии — обнаружение МПО, поэтому геологоразведочные работы на рудные полезные ископаемые в обязательном порядке предваряются и сопровождаются геохимической съемкой, по результатам которой выделяются ареалы рассеяния полезного компонента.
Минералогия
Один из основных и древнейших разделов геологической науки, изучающий огромный, прекрасный, необыкновенно интересный и загадочный мир минералов. Минералогические исследования, цели, задачи и методы которых зависят от конкретных задач, проводятся на всех этапах поисково-геологоразведочных работ и включают широкий спектр методов от визуальной оценки минерального состава до электронной микроскопии и рентгеноструктурной диагностики. На стадиях съемки, поиска и разведки МПО исследования проводятся с целью выяснения минералогических поисковых критериев и предварительной оценки практической значимости потенциальных месторождений.
В процессе разведочной стадии геологических работ и при оценке запасов рудного или нерудного сырья устанавливается его полный количественный и качественный минеральный состав с выявлением полезных и вредных примесей, данные о которых учитываются при выборе технологии переработки или заключении о качестве сырья. Помимо всестороннего исследования состава горных пород, главными задачами минералогии являются изучение закономерностей сочетания минералов в природных ассоциациях и совершенствование принципов систематики минеральных видов.
Кристаллография
Когда-то кристаллографию считали частью минералогии, и тесная связь между ними естественна и очевидна, но сегодня это самостоятельная наука со своим предметом и собственными методами исследований. Задачи кристаллографии заключаются во всестороннем исследовании структуры, физических и оптических свойств кристаллов, процессов их образования и особенностей взаимодействия со средой, а также изменений, происходящих под влиянием воздействий различной природы.
В процессе разведочной стадии геологических работ и при оценке запасов рудного или нерудного сырья устанавливается его полный количественный и качественный минеральный состав с выявлением полезных и вредных примесей, данные о которых учитываются при выборе технологии переработки или заключении о качестве сырья. Помимо всестороннего исследования состава горных пород, главными задачами минералогии являются изучение закономерностей сочетания минералов в природных ассоциациях и совершенствование принципов систематики минеральных видов.
Кристаллография
Когда-то кристаллографию считали частью минералогии, и тесная связь между ними естественна и очевидна, но сегодня это самостоятельная наука со своим предметом и собственными методами исследований. Задачи кристаллографии заключаются во всестороннем исследовании структуры, физических и оптических свойств кристаллов, процессов их образования и особенностей взаимодействия со средой, а также изменений, происходящих под влиянием воздействий различной природы.
Тектоника
разделяется на региональную, структурную (морфологическую), историческую и прикладную ветви. Региональное направление оперирует такими структурами, как платформы, плиты, щиты, складчатые области, впадины морей и океанов, трансформные разломы, рифтовые зоны и т. д. В качестве примера можно привести региональный структурно-тектонический план, которым характеризуется геология России. Европейская часть страны расположена на Восточно-Европейской платформе, сложенной докембрийскими магматическими и метаморфическими породами. Территория между Уралом и Енисеем расположена на Западно-Сибирской платформе. От Енисея до Лены простирается Сибирская платформа (Средне-Сибирское плоскогорье). Складчатые области представлены Урало-Монгольским, Тихоокеанским и частично Средиземноморским складчатыми поясами. Морфологическая тектоника по сравнению с региональной изучает структуры более низкого порядка. Историей происхождения и формирования основных типов структурных форм океанов и континентов занимается историческая геотектоника. Прикладное направление тектоники связано с выявлением закономерностей размещения различных типов МПО в связи с определёнными типами морфоструктур и особенностями их развития. В «меркантильном» геологическом смысле разломы в земной коре рассматриваются как рудоподводящие каналы и рудоконтролирующие факторы.
Палеонтология
Означая в буквальном смысле «наука о древних существах», палеонтология изучает ископаемые организмы, их останки и следы жизнедеятельности, главным образом для стратиграфического расчленения горных пород земной коры. В компетенцию палеонтологии входит задача восстановления картины, отражающей процесс биологической эволюции на основе данных, полученных в результате реконструкции облика, биологических особенностей, способов размножения и питания древних организмов. По вполне очевидным признакам палеонтология разделяется на палеозоологию и палеоботанику. Организмы чутко реагируют на изменение физико-химических параметров среды обитания, поэтому они являются надежными индикаторами условий, в которых формировались горные породы. Отсюда и вытекает тесная связь геологии и палеонтологии. На основании палеонтологических исследований в совокупности с результатами определений абсолютного возраста геологических образований составлена геохронологическая шкала, в которой история Земли делится на геологические эры (архей, протерозой, палеозой, мезозой и кайнозой). Эры разбиваются на периоды, а те, в свою очередь, дробятся на эпохи. Мы живем в плейстоценовую эпоху (20 тысяч лет назад по настоящее время) четвертичного периода, который начался около 1 млн лет назад.
Петрография
Изучением минерального состава магматических, метаморфических и осадочных горных пород, их текстурно-структурных характеристик и генезиса занимается петрография (петрология). Исследования проводятся с помощью поляризационного микроскопа в лучах проходящего поляризованного света. Для этого из образцов горных пород вырезают тонкие (0,03-0,02 мм) пластинки (шлифы), приклеенные затем к стеклянной пластинке канадским бальзамом (оптические характеристики этой смолы близки к параметрам стекла). Минералы становятся прозрачными (большинство), и по их оптическим свойствам проводится идентификация минералов и слагаемых ими пород. Интерференционные картинки в шлифе напоминают узоры в калейдоскопе.
Особое место в цикле геологических наук занимает петрография осадочных пород. Ее большое теоретическое и практическое значение обусловлено тем, что предметом исследований являются современные и древние (ископаемые) осадки, которые занимают около 70% поверхности Земли.
Инженерная геология
Инженерная геология — это наука о тех особенностях состава, физико-химических свойств, формирования, залегания и динамики верхних горизонтов земной коры, с которыми связана хозяйственная, главным образом инженерно-строительная деятельность человека. Инженерно-геологические изыскания нацелены на выполнение всесторонней и комплексной оценки геологических факторов, вызванных хозяйственной деятельностью человека во взаимосвязи с естественными геологическими процессами. Если вспомнить, что в зависимости от руководящего метода естественные науки делят на описательные и точные, то инженерная геология, конечно, относится к последним, в отличие от многих своих «товарищей по цеху».
Морская геология
Было бы несправедливо обойти вниманием обширный раздел геологии, изучающий геологическое строение и особенности развития земной коры, слагающей дно океанов и морей. Если следовать самому короткому и емкому определению, которым характеризуют геологию (учение о Земле), то морская геология – это наука о морском (океанском) дне, охватывающая все ветви «геологического дерева» (тектонику, петрографию, литологию, историческую и четвертичную геологию, палеогеографию, стратиграфию, геоморфологию, геохимию, геофизику, учение о полезных ископаемых и др.). Исследования в морях и океанах проводятся со специально оборудованных судов, плавучих буровых установок и понтонов (на шельфе). Для отбора проб, помимо бурения, используются драги, дночерпатели грейферного типа и прямоточные трубки. С помощью автономных и буксируемых аппаратов проводится дискретная и непрерывная фотографическая, телевизионная, сейсмическая, магнитометрическая и геолокационная съемка.
В наше время многие проблемы современной науки еще не решены, и к ним относятся нераскрытые тайны океана и его недр. Морской геологии оказана честь не только ради науки «тайное сделать явным», но и освоить колоссальные минеральные ресурсы Мирового океана. Основной теоретической задачей современной морской ветви геологии остается изучение истории развития океанической земной коры и выявление главных закономерностей ее геологического строения. Историческая геология – это наука о закономерностях развития земной коры и планеты в целом в исторически обозримом прошлом с момента её формирования и до наших дней. Изучение истории формирования структуры литосферы важно потому, что происходящие в ней тектонические подвижки и деформации представляются важнейшими факторами, обуславливающими большинство изменений, происходивших на Земле в прошлые геологические эры. Теперь, получив общее представления о геологии, можно обратиться к ее истокам.
Экскурс в историю науки о Земле
Трудно сказать, насколько далеко вглубь тысячелетий уходит корнями история геологии, но неандерталец уже знал, из чего смастерить нож или топор, используя кремень или обсидиан (вулканическое стекло). Со времен первобытного человека до середины XVIII века длился донаучный этап накопления и формирования геологических знаний, главным образом о рудах металлов, строительных камнях, солях и подземных водах. О горных породах, минералах и геологических процессах в трактовке того времени заговорили уже в античные времена. К XIII веку в странах Азии получают развитие горные промыслы и зарождаются основы горно-рудных знаний. В эпоху Возрождения (XV—XVI вв.) утверждается гелиоцентрическое представление о мире (Дж. Бруно, Г. Галилей, Н. Коперник), рождаются геологические представления Н. Стенона, Леонардо да Винчи и Г. Бауэра, а также формулируются космогонические концепции Р. Декарта и Г. Лейбница. В период становления геологии как науки (XVIII—XIX вв.) появились космогонические гипотезы П. Лапласа и И. Канта и геологические идеи М. В. Ломоносова, Ж. Бюффона. Зарождается стратиграфия (И. Леман, Г. Фюксель) и палеонтология (Ж.Б. Ламарк, В. Смит), заметно развивается кристаллография (Р.Ж. Гаюи, М.В. Ломоносов), минералогия (И. Я. Берцелиус, А. Кронштедт, В. М. Севергин, К. Ф. Моос и др.), начинается геологическое картирование. В этот период создаются первые геологические общества и национальные геологические службы. Со второй половины XIX до начала XX века наиболее значительными событиями стали геологические наблюдения Ч. Дарвина, создание учения о платформах и геосинклиналях, зарождение палеогеографии, развитие инструментальной петрографии, генетической и теоретической минералогии, появление понятий о магме и учения о рудных месторождениях. Начала зарождаться геология нефти и набирать обороты геофизика (магнитометрия, гравиметрия, сейсмометрия, и сейсмология). В 1882 году был основан геологический комитет России. Современный период развития геологии начался с середины XX века, когда наука о Земле взяла на вооружение компьютерные технологии и обзавелась новыми лабораторными приборами, инструментами и техническими средствами, позволившими приступить к геолого-геофизическому изучению океанов и ближайших планет. Наиболее выдающимися научными достижениями стали теория метасоматической зональности Д. С. Коржинского, учение о фациях метаморфизма, теория М. Страхова о типах литогенеза, внедрение геохимических методов поисков рудных месторождений и др. Под руководством А. Л. Яншина, Н. С. Шатского и А. А. Богданова созданы обзорные тектонические карты стран Европы и Азии, составлены палеогеографические атласы. Получила развитие концепция новой глобальной тектоники (Дж. Т. Вильсон, Г. Хесс, В. Е. Хаин и др.), далеко вперед шагнула геодинамика, инженерная геология и гидрогеология, обрисовалось новое направление в геологии — экологическое, которое сегодня стало приоритетным.
Проблемы современной геологии
Сегодня по многим фундаментальным вопросам проблемы современной науки все еще остаются нерешенными, и таких вопросов не менее полутора сотен. Речь идет о биологических основах сознания, загадках памяти, природе времени и гравитации, происхождении звезд, черных дырах и о природе других космических объектов. На долю геологии тоже выпало немало проблем, с которыми еще предстоит разобраться. Это касается главным образом строения и состава Вселенной, а также процессов, происходящих внутри Земли. В наши дни значение геологии возрастает в связи с необходимостью контроля и учета нарастающей угрозы катастрофических геологических последствий, связанных нерациональной хозяйственной деятельностью, обостряющей экологические проблемы.
