Современные проблемы геологии

Униформизм и катастрофизм.

На характер развития геологических процессов существовали две противоположные точки зрения, одна из них заключалась в представлении о непрерывном и постепенном их течении (градуализм), а другая — об их прерывистости (пунктуализм). Однако в настоящее время становится все более ясным, что в природе непрерывно-прерывистое развитие является нормальной формой протекания геологических процессов и периоды постепенных изменений геологической среды сменяются резкими качественными и количественными (катастрофическими) изменениями.

В начальный период становления геологии, когда впервые стали применять биостратиграфический метод, дискуссии вокруг этой проблемы носили острый и непримиримый характер. Особенно большие споры возникали при анализе развития органического мира, а также при выяснении скорости проявления экзогенных и эндогенных процессов.


Французский геолог Л. Эли де Бомон (1798-1874) объяснял катастрофическими событиями также перерывы и несогласия напластования горных пород, неоднократно проявлявшиеся в процессе формирования горных сооружений.

К идеям катастрофизма благосклонно относилось и духовенство, поскольку эти идеи были созвучны библейским представлениям о Всемирном потопе.

Наиболее ярким предствителем катастрофического направления явился выдающийся французский ученый Ж. Кювье. Наблюдая резкое различие в составе фауны смежных осадочных толш, разделенных перерывами, он пришел к выводу, что при смене геологических эпох органический мир изменялся мгновенно. Внезапно массовые вымирания организмов были обусловлены катастрофическими «переворотами на поверхности земного шара».

Противоположной концепцией была гипотеза эволюционизма в развитии органического мира, соновоположником которой можно считать Ж.Б. Ламарк, названного в его честь ламаркизмом. Эволюция организмов, по его мнению, представляет процесс преобразований низших форм в высшие, который происходит в прогрессивном направлениина протяжении длительного времени постепенно, без катастрофических событий. Представителем той же школы эволюционистов был Ж. де Сент-Илер (1772-1844). В своих палеонтологических работах он стремился показать, что современные животные и растения имеют корни в минувших эпохах, причем изменение животных происходит под влиянием изменений окружающей среды. Также рьяным сторонником эволюционного учения являлся и английиский естествоиспытательЧ. Ляйель. Уже в самой своей основе труд Ч. Ляйеля направлен против катастрофистских взглядов на развитие Земли. Наблюдения, сделанные им в окрестности Неаполя, подтвердили наличие медленных, постепенных колебательных движений. Свое учение Ляйель построил исходя из трех главных положений: единообразия протекающих на Земле процессов.в течение длительного геологического времени; непрерывности действия природных явлений; суммирования действия незначительных по масштабу проявлений этих процессов, приводящего по истечении временй к огромному преобразованию лика Земли.

Принятие принципа..униформизма по мнению Ч. Ляйеля, дает исследователю не только правильное понимание природы происходящих явлений, но и надежный метод, названный позднее методом актуализма, основанный на сходстве характера современных геологических процессов и геологических процессов прошлого.

 

В настоящее время основное внимание исследователей приковывает обсуждение двух проблем. Одна из них – глубинная геодинамика, а именно процессы, протекающие в переходной от верхней к нижней мантии зоне, на их границе, а также на границе мантии и ядра, на границе внутреннего и внешнего ядра.

Соответствующие исследования направлены на решение вопроса, является ли конвекция в мантии общемантийной или протекает раздельно в верхней и нижней мантии, или, наконец, один тип конвекции периодически сменяет другой во времени, а также преобладает ли конвекция одного из этих типов, либо, что более вероятно, взаимодействуют оба.

Второй, сопряженный с первым вопрос заключается в выяснении подлинной роли мантийных струй — плюмов — и положения их корней. Надо напомнить, что концепция мантийных струй и «горячих точек» была предложена Дж.Т. Вилсоном в 1963-1965 гг. и Дж. Морганом в 1971 г.

Эта концепция была выдвинута для объяснения явлений внутриплитного магматизма и получила широкое распространение. В основе ее лежит идея о том, что мантийные струи — плюмы (plumes), зарождающиеся глубоко в мантии, как бы «прожигают» движущиеся на более высоком уровне литосферные плиты, создавая линейные цепи вулканов (в океане — вулканических островов, при погружении превращающихся в гийоты) с закономерным удревнением их возраста в направлении движения плиты, пересекающей «горячую точку».

В последнее время тектоника плюмов становится если не альтернативой, то почти равноправным партнером теории тектоники плит. Доказывается, что глобальный масштаб выноса глубинного тепла через «горячие точки» превосходит тепловыделение в зонах спрединга срединно-океанических хребтов.

Сейсмотомография и сейсмика отраженных волн показали что не только океанская, но и континентальная кора может погружаться в зонах субдукции на значительные глубины, достигающие 200-300 км. Прямым доказательством этого служат микровключения минералов — индикаторов высоких давлений (коэсита, микроалмазов, клиноэнстатита и др.) в эклогитах, гранатовых перидотитах и мраморах, обнаруженные в ряде районов. Вопрос о том, как эти породы вновь оказались на поверхности Земли, составляет особую проблему их эксгумации (эдукции).

В контексте проблемы глобальной геодинамики остается открытым вопрос о роли движущих сил геодинамических процессов. Помимо модели мантийной конвекции разного ранга, в последние годы появились модели, в которых в качестве варианта или даже основной причины перемещения литосферных плит рассматривается ротационный фактор, связанный с вращением Земли (по существу, это возврат к модели А. Вегенера). Следует отметить, что никакой альтернативы ротационного объяснения существования закономерно ориентированной регматической сети не выдвинуто и задача состоит лишь в том, как объяснить сочетание такой устойчивой сети со столь же постоянной подвижностью литосферных плит.

В настоящее время имеются достаточные предпосылки для учета влияния космических факторов на характер протекающих на Земле процессов, связанных в основном с приливным воздействием Луны. Более спорным представляется вопрос о влиянии на внутри-земные процессы дальнего космоса.

Вторая из главных проблем современной геологии касается ранней истории Земли. Исходным моментом здесь служит само становление Земли как планеты 4,6 млрд лет назад. В последние годы взгляды специалистов в области планетной космогонии претерпели коренные изменения. Новые факты заставили их вернуться к давно оставленным представлениям об изначально горячей, по мнению некоторых даже полностью расплавленной Земле. Во всяком случае, весьма популярной стала идея о существовании на самой ранней стадии развития Земли у ее поверхности или на небольшой глубине «магматического океана». Все больше данных свидетельствуют и об очень ранней дифференциации Земли на оболочки с выделением ядра, разделением мантии на обедненную и обогащенную так называемыми некогерентными элементами. Приходится допустить и раннее появление на Земле коры, включая кору, близкую к континентальной, — «серогнейсовую». Но вопрос о способе образования этой коры и существовании более древней и более мафической коры нельзя считать вполне решенным.

Также нельзя считать до конца решенным и вопрос о начале действия в истории Земли настоящего, т.е. подобного современному, механизма тектоники плит. Доказанным можно полагать, что такой стиль тектонического развития был характерным уже для позднего архея, т.е. начиная с 3,0 млрд лет назад. Но только с позднего протерозоя тектоносфера стала развиваться по «сценарию», практически неотличимому от современного.

Еще одна проблема связана с временем образования пра-Тихого океана — Панталассы — и возникновения фундаментальной диссимметрии Земли, ее разделения на океанское и преимущественно континентальное полушария. Достоверно известно лишь, что гидросфера появилась в начале архея, что уже в архее и тем более протерозое существовали глубоководные бассейны (все это доказывается по текстуре осадков соответствующего времени) и что Тихий океан должен был возникнуть не позднее конца протерозоя. Признаки почти всеобщего осушения площади современных континентов в конце раннего протерозоя, около 1,7 млрд лет назад, возможно, подсказывают, что с этого времени, когда в одном полушарии Земли образовался суперконтинент — ранняя Пангея, на другом полушарии должна была обособиться Панталасса — Мировой океан. Однако в последнее время ряд исследователей, основываясь на сходстве разрезов позднего протерозоя востока Австралии и Антарктиды, с одной стороны, и запада Северной Америки — с другой, пришли к выводу, что еще в начале позднего протерозоя они представляли единый континентальный массив Родинию. Затем начали разъединяться с образованием континентальной же рифтовой системы, и лишь в начале палеозоя между ними открылся океан — прообраз современной Пацифики. Это не означает, конечно, что такого океана не было раньше к западу от Индии, Австралии и Антарктиды, т.е. между Западной и Восточной Гондваной, но этот океан не мог быть непосредственным предшественником Тихого.

Другая проблема, продолжающая волновать исследователей, — это причина периодического проявления на Земле великих покровных оледенений от позднеархейского — раннепротерозойского до позднекайнозойского. Чередование в пределах этих" периодов ледниковых и межледниковых эпох получило, по общему признанию, удовлетворительное объяснение в давно предложенной гипотезе (теперь, уже очевидно, теории) сербского ученого М. Миланковича, связавшего это чередование с изменениями инсоляции, вызываемыми, в свою очередь, изменениями параметров осевого вращения Земли (прецессии, нутации, изменения наклона земной оси по отношению к плоскости эклиптики). Однако само появление крупных ледниковых щитов требует другого объяснения. Особенно трудно объяснить крупнейшее оледенение конца протерозоя, охватившее, судя по палеомагнитным и литологическим данным, не только высокие, но и достаточно низкие широты.

Ряд очень серьезных проблем связан с возникновением и развитием жизни на Земле. Из них проблема возникновения жизни на Земле относится к числу главнейших во всем естествознании и имеет огромное мировоззренческое значение. На долю геологии выпадает определение условий, при которых могла появиться жизнь и которые исчезли позднее, что дало основание провозгласить тезис «все живое рождается только из живого».

Особое место занимает проблема великих вымираний и обновлений органического мира, прежде всего на границе мела и палеогена.

. Многие исследователи обратили внимание на совпадение крупных тектонических циклов со временем обращения Солнечной системы по галактической орбите — галактическим годом. Привлекательной представляется мысль о резонансе между изменениями в положении и условиях перемещения Земли в космосе и эндогенной активности Земли.

Проблема цикличности в истории Земли была поднята на самый высокий уровень установлением крупнейших циклов длительностью 500-600 млн. лет, выражающихся в становлении и распаде суперконтинентов — Пангей, из которых первая образовалась еще в конце архея (некоторые предполагают существование более раннего суперконтинента).

Цикличность в истории Земли не предполагает отсутствия определенной направленности в развитии ее структуры. Напротив направленность, поступательная эволюция представляется более важной, чем цикличность, которая лишь осложняет эту направленность, обусловленную двумя факторами — истощением внутренней энергии Земли, запаса флюидов в ее недрах, и возрастанием роли органического мира, ее населяющего.

Нерешенные проблемы существуют не только в теоретической, но и в практической геологии. Одна из важнейших — прогнозирование времени землетрясений, в разработке которого, несмотря на большие усилия ученых и затраченные средства, еще не достигнуто решающего прорыва. Важен мониторинг и других природных катастроф — вулканических извержений, крупных оползней и обвалов. Актуальной задачей остается разработка прямых методов поисков залежей нефти и повышение отдачи нефтяных пластов. При участии геологов должны быть найдены рациональные методы добычи рудных залежей на дне океанов. Важной задачей геологов и других специалистов, является изыскание способов надежного и безопасного захоронения радиоактивных отходов.