Введение

Науки о Земле

Человек – существо любопытное. Его всегда интересовал субстрат, на котором он живет, по которому ходит, за счет которого кормится. Кроме того, человек просто не проживет, если не будет ориентироваться в окружающей среде. Отсюда появилось много различных наук, изучающих Землю: география, геология, геофизика, геохимия, геометрия, геодезия.

У всех этих наук объект общий – Земля .

На греческом языке слово «гео» означает Земля.

Но предметы разные. Каждая из этих наук изучает какую-то определенную сторону данного объекта.

Геометрия – размеры, форму.

Геодезия – формы рельефа.

География – устройство поверхности Земли, ее внешних оболочек.

Геофизика – физические свойства и физические поля.

Геохимия – химический состав.

Предметом изучения геологии является верхние оболочки Земли – земная кора и верхняя часть мантии. Состав, строение, процессы, закономерности размещения полезных ископаемых.

В таком понимании геология включает в себя и геофизику и геохимию. Геология – наука более широкая. Это отражается и в самом термине «геология».

Слово «логос» означает «знание». Т.е. «знание о Земле».

Связи с другими науками о Земле и не только

Внутренние процессы Земли отражаются в строении и составе ее поверхности, ее внешних оболочек – гидросферы, атмосферы, биосферы, поэтому геология теснейшим образом переплетается и с такими науками как география, геодезия, биология . Например, вулканический конус – это элемент рельефа, но в то же время он образовался за счет глубинных процессов.

Или моря и океаны. Вода заполняет впадины на поверхности – элементы рельефа и сама формирует рельеф, но появилась то она из глубин Земли и принимает активнейшее участие в формировании осадочной оболочки. Большая часть осадочных пород осаждается в морях и океанах. Вода является главным агентом выветривания.

Животный мир (или биосфера) существует на поверхности Земли и изучается наукой биологией. Но после отмирания остатки организмов становятся частью осадочных пород, в том числе такие ценнейшие полезные ископаемые как нефть и каменный уголь полностью формируются за счет органического вещества.

Органические остатки, содержащиеся в древних осадочных породах, используются для определения возраста этих пород. Организмы, их жизнедеятельность активно участвуют и в процессах выветривания.

В общем, Земля представляет собой единую природную систему, в которой все элементы взаимосвязаны и взаимодействуют.

Науки геологического цикла

Геология разнородная наука. Процессы, которые она изучает, различны. Используются самые различные методы. Одному человеку все это охватить не под силу. Поэтому в рамках геологической науки постепенно выделялись отдельные направления, изучающие ту или иную сторону предмета, пользующиеся собственными методами. Называются они науками геологического цикла.

Наука о минералах – природных химических соединениях называется минералогией . Петрография и петрология изучает магматические и метаморфические горные породы, их состав и происхождение, литология – то же, но относительно осадочных пород. Геохимия занимается распределением, миграцией химических элементов, кристаллография – закономерностями образования кристаллического вещества.

Структуру земной коры и литосферы, их эволюцию изучает наука геотектоника , геологические тела, их структуру и состав – структурная геология .

Стратиграфия занимается проблемами последовательности образования горных пород. Палеонтология изучает древние, ископаемые организмы, палеогеография – физико-географические условия, существовавшие когда-то.

Закономерности формирования месторождений полезных ископаемых, их распространение изучает металлогения и минерагения , угольная геология , геология нефти и газа .

К геологическому циклу относятся и такие науки как гидрогеология – происхождение, условия залегания и миграции, состава подземных вод и инженерная геология , изучающая геологические условия и эксплуатации различных инженерных сооружений.

Появилась даже наука со смешным, нелогичным названием – космическая геология (Геология Луны, Марса и т.д).

С развитием геологической науки в целом, с появлением новых методов, в рамках существующих наук обособляются новые, в значительной мере самостоятельные научные подразделения.

В рамках геохимии выделилась изотопная геология .

В рамках литологии – седиментология .

В рамках минералогии – физика минералов, биоминералогия.

В рамках петрологии – вулканология .

В рамках геотектоники – геодинамика .

Геологи пользуются еще и такими подразделениями как:

Прикладная геология, Теоретическая геология, Региональная геология, Историческая геология, Динамическая геология, Промысловая геология, Экспериментальная геология и т.д

А наш предмет называется общая геология.

« Общая» потому, что мы должны получить представление, пусть в самых общих чертах, о большинстве направлений и сторон геологической науки. Должны заложить основу для дальнейшего углубленного изучения отдельных направлений.

Методология

У геологии, как и у других естественных наук в основе лежит историческая методология. В целом это историческая наука. Каждая из наук геологического цикла рассматривает свой предмет (объект) в исторической перспективе: зарождение – жизнь – смерть.

Основу этой методологии составляет принцип актуализма – «настоящее есть ключ к познанию прошлого » (сформулировано знаменитым английским геологом 19 века Ч. Лайелем). Признается, что прошлые геологические процессы, хотя и отличаются от современных, но не настолько, чтобы нельзя было бы их реконструировать, используя аналогию с современными процессами. Исследователь не может непосредственно наблюдать, как протекал тот или иной процесс, например 50 млн. лет назад. Но он может изучить во всех подробностях, как аналогичный процесс протекает сегодня, на наших глазах и распространить свои выводы на геологическое прошлое. Только пользуясь принципом актуализма, геологи смогли создать стройные теории эндогенных и экзогенных процессов.

Необходимо, однако, помнить, что принцип актуализма имеет определенные ограничения. Чем дальше от нашей эпохи отстоит та или иная геологическая эпоха, тем больше условия той эпохи могли отличаться от современных.

На ранних стадиях развития Земли, температура ее поверхности могла быть существенно выше современной, в атмосфере не было свободного кислорода, органическая жизнь была примитивной. С этой точки зрения для геолога важны данные о других планетах Солнечной системы, данные сравнительной планетологии.

В ходе развития Земли эволюционировали состав и строение земной коры. Появлялись новые минералы и горные породы и исчезали другие, менялся тип деформаций горных пород, менялся рельеф и климат.

Особенно быстро эволюционировал органический мир, оказывая все большее влияние на геологические процессы. Все это должно учитываться при использовании принципа актуализма, который должен применяться в рамках более широкого сравнительно-исторического метода .

Методы

В геологии используются большое количество различных методов, как собственно геологических, так и методов других наук. Прямые, косвенные, экспериментальные, математические

К прямым геологическим методам относится непосредственные наблюдения над горными породами и минералами, над геологическими структурами в естественных обнажениях, искусственных горных выработках и кернах буровых скважин.

Большая часть обнажений дает возможность изучить разрез на глубину десятки и сотни метров. Глубокие шахты и глубокие скважины (до 3-4 км) относительно редки. Единичные скважины достигают 8-9 км и лишь одна – Кольская – немногим более 12 км.

Косвенные методы основаны на изучение геофизических полей – естественных и искусственных. Они дают возможность проанализировать внутреннее строение Земли, ее отдельных геосфер и геологических структур. Это сейсмические, гравиметрические, электрические, магнитометрические методы.

Экспериментальные методы направлены на моделирование геологических процессов: искусственный рост кристаллов и пород, изучение расплавов и фазовых переходов из искусственных смесей минералов, изучение термодинамических условий образования пород и минералов и т.д.

Математические методы, в том числе математическое моделирование.

Введение

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГЕОЛОГИИ

Лекция 1. Геология и цикл геологических наук. Краткий обзор истории

СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ЗЕМЛЕ И ЗЕМНОЙ КОРЕ

Лекция 2. Происхождение Земли (космогонические гипотезы). Строение и состав

Земли. Структура земной коры.

Лекция 3. Вещественный состав земной коры. Минералы. Горные породы

ЭКЗОГЕННЫЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Лекция 4. Выветривание (гипергенез). Геологическая деятельность ветра.

Геологическая деятельность поверхностных и подземных вод

Лекция 5. Геологическая деятельность ледников.

Геологическая деятельность морей и океанов

Эндогенные геологические процессы

Лекция 6. Магматизм. Метаморфизм

Лекция 7. Движения земной коры. Тектонические структуры. Землетрясения

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ЗЕМЛИ

Лекция 8. Геохронология и методы реконструкции геологического прошлого.

Развитие Земли в докембрии и палеозое

Лекция 9. Развитие Земли в мезозое и кайнозое. Природа четвертичного периода

МИНЕРАЛЬНЫЕ РЕСУРСЫ

Лекция 10. Месторождения полезных ископаемых и закономерности их

размещения. Рациональное недропользование

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

кафедра динамической геологии

КУРС ЛЕКЦИЙ

ВВЕДЕНИЕ В СПЕЦИАЛЬНОСТЬ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГЕОЛОГИИ

Лекция 1. Геология и цикл геологических наук. Краткий обзор истории

Геология и цикл геологических наук.

Геология (греч. «гео» - земля, «логос» - учение) - одна из важнейших наук о Земле. Она занимается изучением состава, строения, истории развития Земли и процессов, протекающих в ее недрах и на поверхности. Современная геология использует новейшие достижения и методы ряда естественных наук - математики, физики, химии, биологии, географии. Значительный прогресс в указанных областях наук и геологии ознаменовался появлением и развитием важных пограничных наук о Земле - геофизики, геохимии, биогеохимии, кристаллохимии, палеогеографии, позволяющих получить данные о составе, состоянии и свойствах вещества глубоких частей земной коры и оболочек Земли, расположенных ниже. Особо следует отметить многостороннюю связь геологии с географией (ландшафтоведением, климатологией, гидрологией, гляциологией, океанографией) в познании различных геологических процессов, совершающихся на поверхности Земли. Взаимосвязь геологии и географии особенно проявляется в изучении рельефа земной поверхности и закономерностей его развития. Геология при изучении рельефа использует данные географии, так же как и география опирается на историю геологического развития и взаимодействия различных геологических процессов. Вследствие этого наука о рельефе - геоморфология фактически является также пограничной наукой.

По геофизическим данным в строении Земли выделяется несколько оболочек: земная кора, мантия и ядро Земли. Предметом непосредственного изучения геологии являются земная кора и подстилающий твердый слой верхней мантии - литосфера (греч. «литое» - камень). Сложность изучаемого объекта вызвала значительную дифференциацию геологических наук, комплекс которых совместно с пограничными науками (геофизикой, геохимией и др.)

позволяет получить освещение различных сторон его строения, сущность совершающихся процессов, историю развития и др.

Одним из нескольких основных направлений в геологии является

изучение вещественного состава литосферы: горных пород, минералов, химических элементов. Одни горные породы образуются из магматического силикатного расплава и называются магматическими или изверженными; другие - путем осаждения и накопления в морских и континентальных условиях и называются осадочными; третьи - за счет изменения различных горных пород под влиянием температуры и давления, жидких и газовых флюидов и называются метаморфическими.

Изучением вещественного состава литосферы занимается комплекс геологических наук, объединяющихся часто под названием геохимического цикла. К ним относятся: петрография (греч. «петроо - камень, скала, «графе» - пишу, описываю), или петрология - наука, изучающая магматические и метаморфические горные породы, их состав, структуру, условия образования, степень изменения под влиянием различных факторов и закономерность распределения в земной коре. Литология (греч. «лито» - камень) - наука, изучающая осадочные горные породы. Минералогия - наука, изучающая минералы - природные химические соединения или отдельные химические элементы, слагающие горные породы. Кристаллография и кристаллохимия занимаются изучением кристаллов и кристаллического состояния минералов. Геохимия - обобщающая синтезирующая наука о вещественном составе литосферы, опирающаяся на достижения указанных выше наук и изучающая историю химических элементов, законы их распределения и миграции в недрах Земли и на ее поверхности. С рождением изотопной геохимии в геологии открылась новая страница в восстановлении истории геологического развития Земли.

Изучение вещественного состава литосферы, как и других процессов, производится различными методами. В первую очередь это прямые геологические методы - непосредственное изучение горных пород в естественных обнажениях на берегах рек, озер, морей, разрезов шахт, рудников, кернов буровых скважин. Все это ограничено относительно небольшими глубинами. Наиболее глубокая, пока единственная в мире, Кольская скважина достигла всего лишь 12,5 км. Но более глубокие горизонты земной коры и прилежащей части верхней мантии также доступны непосредственному изучению. Этому способствуют извержения вулканов, доносящие до нас обломки пород верхней мантии, заключенные в излившейся магме - лавовых потоках. Такая же картина наблюдается в алмазоносных трубках взрыва, глубина возникновения которых соответствует 150-200 км. Помимо указанных прямых методов в изучении веществ литосферы широко применяются оптические методы и другие физические и химические исследования - рентгеноструктурные, спектрографические и др. При этом широко используются математические методы на основе ЭВМ для оценки достоверности химических и спектральных анализов, построения рациональных классификаций горных пород и минералов и др. В последние десятилетия применяются, в том числе и с помощью ЭВМ,

экспериментальные методы, позволяющие моделировать геологические процессы; искусственно получать различные минералы, горные породы; воссоздавать огромные давления и температуры и непосредственно наблюдать за поведением вещества в этих условиях; прогнозировать движение литосферных плит и даже, в какой-го степени, представить облик поверхности нашей планеты в будущие миллионы лет.

Следующим направлением геологической науки является динамическая геология, изучающая разнообразные геологические процессы, формы рельефа земной поверхности, взаимоотношения различных по генезису горных пород, характер их залегания и деформаций. Известно, что в ходе геологического развития происходили многократные изменения состава, состояния вещества, облика поверхности Земли и строения земной коры. Эти преобразования связаны с различными геологическими процессами и их взаимодействием. Среди них выделяются две группы: 1) эндогенные (греч. «эндро - внутри), или внутренние, связанные с тепловым воздействием Земли, напряжениями, возникающими в ее недрах, с гравитационной энергией и ее неравномерным распределением; 2) экзогенные (греч. «экзос* - снаружи, внешний), или внешние, вызывающие существенные изменения в поверхностной и приповерхностной частях земной коры. Эти изменения связаны с лучистой энергией Солнца, силой тяжести, непрерывным перемещением водных и воздушных масс, циркуляцией воды на поверхности и внутри земной коры, с жизнедеятельностью организмов и другими факторами. Все экзогенные процессы тесно связаны с эндогенными, что отражает сложность и единство сил, действующих внутри Земли и на ее поверхности.

В область динамической геологии входит геотектоника (греч. «тектос» - строитель, структура, строение) - наука, изучающая структуру земной коры и литосферы и их эволюцию во времени и пространстве. Частные ветви геотектоники составляют: структурная геология, занимающаяся формами залегания горных пород; тектонофизика, изучающая физические основы деформации горных пород; региональная геотектоника, предметом изучения которой служит структура и ее развитие в пределах отдельных крупных регионов земной коры. Важными разделами динамической геологии являются сейсмология (греч. «сейсмос - сотрясение) - наука о землетрясениях и вулканология, занимающаяся современными вулканическими процессами.

История геологического развития земной коры и Земли в целом является предметом изучения исторической геологии, в состав которой входит стратиграфия (греч. «стратум» - слой), занимающаяся последовательностью формирования толщ горных пород и расчленением их на различные подразделения, а также палеогеография (греч. «паляйос - древний), изучающая физико-географические обрисовки из поверхности Земли в геологическом прошлом, и палеотектоника, реконструирующая древние структурные элементы земной коры. Расчленение толщ горных пород и установление относительного геологического возраста слоев невозможны без изучения ископаемых органических остатков, которым занимается палеонтология, тесно связанная как с биологией, так и с геологией. Следует подчеркнуть, что важной геологической задачей является изучение геологического строения и развития определенных участков земной коры, именуемых регионами и обладающих какими-то общими чертами структуры и эволюции. Этим занимается обычно региональная геология, которая практически использует все перечисленные ветви геологической науки, а последние, взаимодействуя между собой, дополняют друг друга, что демонстрирует их тесную связь и неразрывность. При региональных исследованиях широко используются дистанционные методы, когда наблюдения осуществляются с вертолетов, самолетов и с искусственных спутников Земли.

Косвенные методы познания, в основном глубинного строения земной коры и Земли в целом, широко используются геофизикой - наукой, основанной на физических методах исследования. Благодаря различным физическим полям, применяемым в подобных исследованиях, выделяются магнитометрические, гравиметрические, электрометрические, сейсмометрические и ряд других методов изучения геологической структуры. Геофизика тесно связана с физикой, математикой и геологией.

Одна из важнейших задач геологии - прогнозирование залежей минерального сырья, составляющего основу экономической мощи государства. Этим занимается наука о месторождениях полезных ископаемых, в сферу которой входят как рудные и нерудные ископаемые, так н горючие - нефть, газ, уголь, горючие сланцы. Не менее важным полезным ископаемым в наши дни является вода, особенно подземная, происхождением, условиями залегания, составом и закономерностями движений которой занимается наука гидрогеология (греч. «гидер» - вода), связанная как с химией, так и с физикой и, конечно, с геологией.

Важное значение имеет инженерная геология - наука, исследующая земную кору в качестве среды жизни и разнообразной деятельности человека. Возникнув как прикладная ветвь геологии, занимающаяся изучением геологических условий строительства инженерных сооружений, эта наука в наши дни решает важные проблемы, связанные с воздействием человека на литосферу и окружающую среду. Инженерная геология взаимодействует с физикой, химией, математикой и механикой, с одной стороны, и с различными дисциплинами геологии - с другой, с горным делом и строительством - с третьей. За последнее время оформилась как самостоятельная наука геокриология (греч. «криос - холод, лед), изучающая процессы в областях развития многолетнемерзлых горных пород «вечной мерзлоты», Занимающих почти 50% территории России. Геокриология тесно связана с инженерной геологией.

С начала освоения космического пространства возникла космическая геология, или геология планет. Освоение океанских и морских глубин привело к появлению морской геологии, значение которой быстро возрастает в связи с тем, что уже сейчас почти треть добываемой в мире нефти приходится на дно акваторий морей и океанов.

Разработка теоретических проблем геологии сочетается с решением ряда народнохозяйственных задач: 1) поиск и открытия новых месторождений различных полезных ископаемых, являющихся основной базой промышленности и сельского хозяйства; 2) изучение и определение ресурсов подземных вод, необходимых для питьевого и промышленного водоснабжения, а также мелиорации земель; 3) инженерно-геологическое обоснование проектов возводимых крупных сооружений и научный прогноз изменения условий после окончания их строительства; 4) охрана и рациональное использование недр Земли.

Познание всех закономерностей эволюции Земли, ее происхождения и развития исключительно важно в контексте общего материалистического понимания природы, в тех философских построениях, которые отражают единство мира. В этом заключается общенаучное значение геологии.

Краткий обзор истории.

Геологическая наука со времени своего зарождения претерпела длительную эволюцию. Корни геологии уходят в далекое прошлое. Человек начал изучать Землю на заре своей сознательной жизни. Древнейшим разделом геологии считается учение о полезных ископаемых. О времени зарождения этой науки говорят находки медных изделий, появившихся в Египте и Передней Азии в IV тысячелетии до н.э. А золото появилось еще раньше. С разработкой руд возникла необходимость распознавания и изучения рудных минералов и полезных камней. Так зарождается минералогия (лат. «минера» - руда).

Дошедшие до нас сведения о трудах ученых древности имеют в основном лишь историческое значение, так как в них здравые мысли переплетаются с вымыслом и легендами. Однако и здесь мы встречаем научные идеи, основывающиеся на фактах.

Ценными являются исследования Аристотеля (384-322 гг. до н.э.), который представил первые астрономические доказательства шарообразности Земли, и работы Аристарха Самосского (III в. до н.э.), предвосхитившего гелиоцентрическую систему мира Коперника, жившего на 18 веков позже его.

Произведения Геродота (V в. до н.э.) и Пифагора (571- 497 гг. до н.э.) содержат богатый фактический материал о вулканах, работе рек, образовании дельты р. Нила, о колебаниях уровня моря.

Развитие торговли и общения между народами привело к зарождению геодезии и географии. 6000 лет тому назад в Египте применяли бурение при постройке пирамид. В Китае изобретен компас (III в. до н.э.).

В эпоху средневековья, в период господства церковно-феодальной идеологии, развитие естествознания было замедлено.

Значительные успехи в развитии минералогии были достигнуты на Востоке. Работы врача и философа Абу-Али Ибн-Сины - Авиценны (980-1037) и ученого из Хорезма Ал-Бируни (972-1048) внесли большой вклад в развитие геологии. Авиценна создал первую классификацию минеральных тел, общепринятую в Европе до XVIII в., а Ал-Бируни первый среди ученых Среднего Востока высказался в пользу гелиоцентрической системы мира и определил длину окружности земного шара.

Серьезные исследования мира начались в эпоху Возрождения (конец XV-начало XVI в.). Это был период перехода от ремесла к мануфактуре. Ему предшествовали Великие географические открытия (открытие Америки в 1492 г., путешествие Васко да Гамы в Индию в 1497 г., кругосветное путешествие Магеллана в 1519-1522 гг.).

Крупным ученым эпохи Возрождения следует назвать Леонардо да Винчи (1452-1519). Наряду с гениальными работами в других областях знаний Леонардо да Винчи внес свой вклад в развитие геологии. Он отверг идею о библейском потопе и божественном сотворении мира. Окаменелости, встречаемые в горных породах, он считал свидетельством перемещения суши и моря.

Немецкий ученый Георг Бауэр - Агрикола (1494-1555) изучал залегание рудных тел. Известны его работы по технике горного дела. Работа Н. Коперника (1473-1543) «Об обращении небесных кругов» положила начало освобождению науки от закрепощения религией.

Становление научной геологии началось с середины XVIII в. Одним из первых М. В. Ломоносов (1711-1765) ввел принцип актуализма: изучение геологических процессов прошлого путем познания современных явлений. Его высказывания о геологических процессах до настоящего времени поражают глубиной мысли и правильностью представлений о природе. М.В. Ломоносов по праву считается одним из основоположников научной геологии. Широко известны его работы: «О слоях земных», «Слово о рождении металлов от трясения земли», «Первые основы металлургии или рудных тел».

М.В. Ломоносов впервые правильно определил роль двух факторов, действующих на Земле: сил внешних (ветер, вода, лед) - извне рожденных, и сил внутренних, связанных с теплотой земного шара, - изнутри рожденных. Оценивая работу внешних и внутренних геологических факторов, создающих и изменяющих формы земной поверхности, М.В. Ломоносов на первое место ставит внутренние силы Земли, которым обязаны своим происхождением не только высокие горы, но и целые материки и глубины морских пучин.

В конце XVIII в. появляются два враждующих направления в науке: нептунисты, вдохновителем которых был профессор Фрейбергской академии А. Вернер, и плутонисты, главой которых являлся шотландский геолог Д. Геттон.

Нептунисты считали, что в основе всех изменений Земли лежит действие внешних сил (вода, ветер, лед, море), плутонисты - действие внутренней энергии (вулканизм, землетрясения). Обе школы подходили к объяснению развития Земли односторонне, и концепции их представителей были неправильны.

Важная роль в развитии геологических представлений о происхождении Земли принадлежит И. Канту, немецкому философу, и П. Лапласу, французскому математику и астроному. Они правильно подошли к решению вопроса о происхождении Земли и Солнечной системы, освободив его от идеи божественного сотворения. В основе их концепции лежит идея развития, эволюции.

Большое значение в развитии геологии имела работа английского геолога Ч. Лайеля (1797-1875), вышедшая в свет в 1833 г. под названием «Основы геологии». Чарлз Лайель объяснял развитие Земли как результат длительного изменения материи. В своем труде он приводит детальное описание геологических процессов внешней и внутренней динамики. Ч. Лайель, так же как и М.В. Ломоносов, исходил из принципа актуализма: настоящее - ключ к познанию прошлого. Правда, у него были и ошибки. В частности, он был далек от представления об эволюционном развитии Земли, полагая, что она просто изменяется случайным образом.

Эволюционные идеи в геологии окончательно утвердились после выхода работы Ч. Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь» (1859).

В XIX в. шло дальнейшее накопление фактов. Большой фактический материал появляется благодаря усиленным поискам и разведке полезных ископаемых, которые требовались во все возрастающих масштабах в связи с бурным развитием промышленности и строительства. Это обусловило дальнейшее развитие геологической науки. Значительный вклад был сделан русскими учеными, которые стали подходить к объяснению различных геологических процессов с материалистической точки зрения

В 1882 г. в Петербурге был создан Геологический комитет - руководящий центр по изучению геологии России в дореволюционное время.

Среди русских ученых, внесших большой вклад в развитие геологии, в первую очередь следует назвать А. П. Карпинского, которого по праву считают отцом русской геологии. Им написано около 500 научных работ по различным вопросам геологии, палеонтологии, тектоники, стратиграфии, петрографии и другим разделам. И. В. Мушкетов положил начало сейсмотектоническим исследованиям. В. А. Обручев разработал многие важные вопросы: геологии рудных месторождений, неотектоники, четвертичных отложений, геоморфологии и географии. Он считается крупным исследователем Сибири и Центральной Азии. А. П. Павлов является основоположником учения о четвертичных отложениях, видным палеонтологом и основателем московской школы геологов. Е. С. Федоров - известный кристаллограф, создатель кристаллохимического анализа и теодолитного гониометра для измерения гранных углов кристаллов. Труды В. И. Вернадского по геохимии, биогеохимии и радиогеологии всемирно известны.

Имена А. Е. Ферсмана, В. О. Ковалевского, А. Д. Архангельского, В. М. Севергина, Н. И. Кокшарова, П. В. Еремеева, Ф. Ю. Левинсона-Лессинга, А. Н. Заварицкого и многих других вошли в историю как имена основоположников современной геологии.

За последние десятилетия в нашей стране были открыты крупнейшие месторождения калийных солей (Соликамск), апатито-нефелиновых, медно-никелевых и железных руд (Кольский п-ов, Карелия), алмазов (Сибирь и Архангельская обл.), железорудные залежи Курской магнитной аномалии, крупнейшие месторождения нефти и газа (Западная Сибирь) и ряд других полезных ископаемых. К числу их следует отнести уникальное медно-никелевое месторождение с платиноидами в районе г. Норильска.

К настоящему времени в нашей стране создана мощная минерально-сырьевая база, обеспечивающая главнейшими полезными ископаемыми народное хозяйство.

СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ЗЕМЛЕ И ЗЕМНОЙ КОРЕ ГеологияДокумент

... лекций Кол-во часов Формы текущего контроля успеваемости 1 2 3 4 Геология 1. Геология как наука . Предмет и задачи геологии . Цикл геологических наук ...

Образованное от двух греческих слов(«гео» - Земля и «логос» - учение) понятие «геология» объединяет десятки научных направлений и сотни специальностей, занимающихся изучением планеты Земли, ее структуры, строения, состава, состояния и динамики в результате протекающих в ее пределах и на поверхности разнообразных процессов. Геология, по образному выражению американских геологов А. Аллисона и Д. Пальмера – «наука о вечно меняющейся планете Земля», являющейся объектом данной науки. Земля – сложное материальное тело, имеющее историю развития более 4 млрд. лет. Представления о его строении, происхождении, истории развития за последние десятилетия значительно изменились. Менялся следовательно и предмет геологии, т.е. совершенствовались модели планеты и ее отдельных элементов.

Появление и развитие геологии и ее научных направлений было вызвано потребностями жизни. Для обеспечения условий выживания племен, народов и человечества в целом были необходимы различные полезные ископаемые – руды металлов, топливо, вода, строительные материалы, а также сведения о строительных и мелиоративных условиях окружающей среды. Развитию геологии очевидно способствовала и любознательность человека – желание понять причины тех или иных природных явлений – землетрясений, вулканических извержений, цунами, происхождение горных обвалов и оползневых смещений, карстовых пещер и т.д.

Велико и общекультурное значение геологии наряду с астрономией как одной из важнейших мировоззренческих дисциплин. Трудно представить гармонически развитого человека без знания азов строения Земли – своей колыбели – ее истории, процессах и явлениях. Геологические знания не только помогают преодолевать суеверный страх перед природой, но дают возможность изучать их, познавать и использовать в хозяйственной деятельности.

Любая наука отличается от других своим объектом, предметом и методами. Планету «Земля» геология постигает путем изучения геологических тел – минералов, горных пород, толщ, слоев, свит, тектонических структур, их происхождения и изменений. Геология – наука историческая. Возраст геологических тел исчисляется тысячами, миллионами и даже миллиардами лет. Воспроизводить условия их образования очень сложно. Но геологии помогает метод актуализма (М. Ломоносов, Ч. Лайель), гласящий, что процессы, изменяющие лик Земли сегодня, примерно также протекали и в прошлом. изучение деятельности рек, морских волн, ветра, вулканов и других процессов и явлений сегодня, помогает понять их роль в прошлом. Таким образом, изучая нашу планету, геология освещает целый круг вопросов, а именно:

Вещественный состав Земли (минералогия, петрография);

Строение Земли и процессы, которые происходят в ее недрах и на ее поверхности (геотектоника, динамическая геология, вулканология, сейсмология, геология моря);

Историю формирования и развития Земли, изменение ее облика (историческая геология, палеонтология, палеогеография);

Исследования прикладного характера (учение про полезные ископаемые, гидрогеология, инженерная геология и т.д.).

Отсюда вытекают главные задачи этой науки:

Изучение вещественного состава внутренних оболочек Земли;

Изучение внутреннего строения Земли;

Изучение закономерностей развития литосферы и земной коры;

Изучение истории развития жизни на Земле и др.

Для решения поставленных перед собой целей и задач, геология руководствуется особым методологическим аппаратом. Основными методами, применяемыми при геологических исследованиях являются:

1. Методы полевой геологической съемки - изучение геологических обнажений, извлеченного при бурении скважин кернового материала, слоев горных пород в шахтах, изверженных вулканических продуктов, непосредственное полевое изучение протекающих на поверхности геологических процессов.

2. Геофизические методы - используются для изучения глубинного строения Земли и литосферы. Сейсмические методы , основанные на изучении скорости распространения продольных и поперечных волн, позволили выделить внутренние оболочки Земли. Гравиметрические методы , изучающие вариации силы тяжести на поверхности Земли, позволяют обнаружить положительные и отрицательные гравитационные аномалии и,следовательно, предполагать наличие определенных видов полезных ископаемых. Палеомагнитный метод изучает ориентировку намагниченных кристаллов в слоях горных пород. Осаждающиеся кристаллы ферромагнитных минералов ориентируются своей длинной осью в соответствии с направлениями силовых линий магнитного поля и знаками намагниченности полюсов Земли. Метод основан на непостоянстве (инверсии) знака полярности магнитных полюсов. Современные знаки намагниченности полюсов (эпоха Брюнес) Земля приобрела 700 000 лет назад. Предыдущая эпоха обратной намагниченности - Матуяма.

3. Астрономические и космические методы основаны на изучении метеоритов, приливно-отливных движений литосферы, а также на исследовании других планет и Земли (из космоса). Позволяют глубже понять суть происходящих на Земле и в космосе процессов.

4. Методы моделирования позволяют в лабораторных условиях воспроизводить (и изучать) геологические процессы.

5. Метод актуализма - протекающие ныне в определенных условиях геологические процессы ведут к образованию определенных комплексов горных пород. Следовательно, наличие в древних слоях таких же пород свидетельствует об определенных, идентичных современным процессах, происходивших в прошлом.

6. Минералогические и петрографические методы изучают минералы и горные породы (поиск полезных ископаемых, восстановление истории развития Земли).

Постепенное накопление геологических знаний привело к дифференциации геологической науки, выделению целого ряда родственных наук, каждая из которых обладает своим объектом и предметом исследования. На сегодняшний день науки геологического цикла весьма обширны и разнообразны, а геологических специальностей насчитывается более сотни. Среди основных наук геологического цикла можно назвать:

минералогия – физические особенности и химическая природа минералов;

петрография – состав, строение, происхождение и условия залегания горных пород;

геотектоника – движение и строение земной коры, формы залегания слоев горных пород;

динамическая геология – процессы, которые изменяют земную кору и вид поверхности нашей планеты в целом;

палеонтология – наука про древние ископаемые организмы, их строение, развитие, географическое распространение в разные периоды истории Земли; данная отрасль геологии тесно связана с зоологией и ботаникой, поскольку с ее помощью изучается история развития растительного и животного мира;

историческая геология – геологическая история Земли от ее формирования как планеты до современной эпохи, выявляет последовательность изменений, которые происходили на протяжении существования планеты;

палеогеография – физико-географические условия, которые существовали на поверхности Земли в предыдущие геологические эпохи;

учение про полезные ископаемые – исследование происхождения, закономерностей распространения и форм залегания полезных ископаемых;

гидрогеология – условия залегания воды в толще земной коры, ее состав, происхождение и особенности;

инженерная геология – горные породы земной коры, перспективы их использования для строительства различных сооружения: зданий, мостов, прокладки каналов и т.п.; для этого изучается прочность и стойкость пород к температурным изменениям, нагрузкам и возможности развития в них различных негативных геологических процессов (сдвигов, суффозий, карста, просадок и т.п.)

В последнее время растет экологическая роль геологии. Она разрабатывает вопросы надежного захоронения вредных отходов производства, особенно радиоактивных и химических, разумного строительства с учетом возможного ущерба от опасных геологических факторов: землетрясений, эрозии, оползней и т.д.

Все геологические науки тесно связаны между собой и дают целостную картину строения и развития земной коры и Земли в целом.

Геология тесно связана с географией, химией, физикой, ботаникой, зоологией и другими естественными науками. Она является основанием для специальных географических дисциплин: физической географии, общего землеведения, геоморфологии и т.д. Геология играет важную роль в изучении эволюции географической оболочки. Исследование месторождений полезных ископаемых является важным элементом для глубокого понимания экономической географии.

Связь геологии и химии заключается в изучении химического состава земной коры, происхождения, особенностей, использования природных химических соединений – минералов. Исследования минералов раскрывают суть химических процессов, которые происходят в природе. Кроме того богатства недр являются основным источником сырья для химической промышленности.

С биологией связан отдельный раздел геологии – палеонтология, которая изучает историю возникновения и развития органического мира по окаменелым останкам. С другой стороны, исследования условий жизни современных растительных и животных организмов помогает геологам реконструировать условия прошлых периодов истории Земли.

Как сказал российский академик В.О. Обручев: «геология учит нас смотреть открытыми глазами на окружающую нас природу и понимать историю ее развития», т.е. дает научное объяснение целому ряду природных процессов и явлений.

Геология тесно связана также с практическою деятельностью человека: разведка месторождений полезных ископаемых, которые используются в промышленности. Только после инженерно-геологического обоснования проектов начинается строительство жилых, хозяйственных и инфраструктурных объектов. Горные породы и рельеф являются важными факторами почвообразовательных процессов, которые необходимо учитывать в сельскохозяйственной деятельности.

С тех пор как человек стал удивляться звездам не небе, значительна часть его умственной энергии, очевидно, тратилась на познание Земли. Столетия и тысячелетия ему понадобились, чтобы увидеть в камне орудия труда и защиты. Затем он научился выплавлять медь, бронзу, железо, накапливая знания и навыки поиска руд этих металлов, признаков месторождений полезных ископаемых. Полагают, что учение о месторождениях полезных ископаемых, зародившееся в IV тысячелетии до н.э. положило начало геологии как науки. Большой вклад в развитие геологии в Античное время внесли такие ученые как Аристотель, доказавший, что Земля имеет форму шара, и выдвинувший предположение о том, что постоянно меняется площадь, занятая сушей и морем; Страбон, утверждавший, что Земля постоянно испытывает вертикальные движения, то поднимаясь, то опускаясь; Плиний Старший, написавший 36-томный труд «Естественная история», в котором собрал и систематизировал геологические знания своей эпохи.

Капитальные труды собственно геологического содержания появляются в Средние века. Так, персидский врач и философ Авиценна разработал первую классификацию минералов, а ученому из Хорезма Аль-Бируни принадлежит труд «Собрание сведений о познании драгоценных минералов».

В эпоху Возрождения ученые вплотную приблизились к истокам современного познания. Были сделаны величайшие открытия в географии, физике, биологии и других естественных науках, в том числе и в геологии. Так, Леонардо да Винчи, работая на строительстве ирригационных сооружений в Италии, пришел к выводу о том, что участки суши, где велось строительство, когда-то были морским дном, поскольку в горных породах встречалось много остатков морских организмов. Большое значение для развития геологии имели работы по астрономии М. Коперника, который доказал, что именно Земля вращается вокруг Солнца, а не наоборот (гелиоцентрическая модель).

Отдельные мысли и идеи были выдвинуты в области познания геологических процессов и явлений. Так, датский ученый Н. Стено описал формы дислокаций земной коры, трансгрессии и регрессии морей, выдвинул вулканическую теорию образования гор. Его работы заложили основы таким геологическим наукам, как стратиграфия и тектоника, кроме того с именем этого ученого связано введение в методологический аппарат науки геологического метода. Немецкий физик, математик и философ Г.В. Лейбниц, первым высказал мысль о том, что горные породы образуются из горячей расплавленной массы, из которой когда-то состояла Земля. Значительный вклад в дальнейшее развитие геологии внесли труды Иммануила Канта «Всеобщая естественная история и теория неба» и М.В. Ломоносова «О слоях земных», «Слово о рождении металлов от трясения земли», «Первые основы металлургии или рудных тел».

Конец XVIII- начало XIX в.в. ознаменовались экспедиционным исследованием геологического строения многих районов Европы и Азии, которые проводились П.С. Паллосом, И.И. Лепехиным и др. Геологическая карта Восточного Забайкалья, составленная Д. Лебедевым и М. Ивановым, оказалась одной из первых геологических карт в мире.

В XVIII – XIX в.в. появляется ряд работ, давших значительный толчок дальнейшему развитию науки. Профессор Фейбергской академии в Саксонии А. Вернер стал одним из основоположников современной минералогии. В области теоретической геологии он возглавлял так называемую школу нептунистов и утверждал, что основным геологическом фактором в изменении лика планеты является вода. Шотландский ученый Д.Геттон (основатель школы плутонистов) считал, что ведущая роль в геологических процессах принадлежит подземным силам.

Английский ученый В. Смит разработал палеонтологический метод определения относительного возраста горных пород. Суть метода заключается в том, что относительный возраст горных пород определяют по остаткам ископаемых организмов, т.к. с каждым комплексом разных по возрасту осадочных пород связан комплекс определенных организмов. В первой половине XIX века началось систематическое изучение остатков ископаемых организмов с целью разделения осадочных толщ и выработки единой для всех стран геохронологической шкалы. В это время также происходит зарождение палеонологии и исторической геологии как самостоятельных научных дисциплин.

Во второй половине XVIII века закладываются основы теоретической геологии, поднимаются вопросы происхождения горных пород. Благодаря работам И. Канта и П.С. Лапласса возникает научная космогония. Работы Ж. Ламарка, Ч. Лайеля, Ч.Дарвина опровергаю теорию катастроф Ж.Кювье, утверждая эволюционный этап развития Земли.

В 80-х годах XIX века Дж. Голл и Дж. Дэн сформулировали основные положения теории геосинклиналей.

Лекция 2. Земля во Вселенной. Особенности внутреннего строения планеты.

Земля представляет собой космическое тело, планету, являющуюся частью Вселенной. Во Вселенной все небесные тела образуют скопления разной сложности. Так, Земля со спутником Луной, образуют систему. Она входит в более крупную систему – Солнечную, образованную Солнцем и движущимися вокруг него небесными телами – планетами, астероидами, спутниками и кометами. Солнечная система в свою очередь является частью Галактики – это Галактика Млечного пути. Галактики в свою очередь образуют еще более сложные системы – скопления галактик.

Солнечная система состоит из центральной звезды – Солнца, девяти планет, а также спутников, астероидов и комет. Все планеты солнечной системы делятся на две большие группы:

1. "Планеты земного типа" (Меркурий, Венера, Земля, Марс). Отличительные особенности этих планет – близкое расположение в Солнцу; небольшие размеры; высокая плотность вещества; основными их составляющими являются силикаты (соединения кремния) и железо, следовательно планеты земной группы твердые тела; планеты медленно вращаются вокруг своей оси (у Меркурия период вращения равен 58,7 земных суток; у Венеры – 243, у Марса – немногим более суток). Из-за медленного вращения полярное сжатие у планет небольшое и они имеют форму близкую к шару.

2. "Планеты-гиганты" (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон). Планеты данной группы расположены на большом расстоянии от Солнца, имеют большие размеры. Наиболее распространенными химическими элементами являются водород и гелий, следовательно планеты-гиганты представляют собой газовые шары. Все планеты-гиганты с большой скоростью вращаются вокруг своей оси, благодаря чему имеют большое полярное сжатие. Все планеты имеют большое количество спутников.

Астероиды (от греческого astereideis – звездоподобные) – малые планеты Солнечной системы Они образуют тонкое кольцо между орбитами Марса и Юпитера (предположительно образовались после разрушения планеты Фаэтон или за счет сгустков первичного газопылевого облака). Их среднее расстояние от Солнца 2,8 – 3,6 а.е. Первый астероид был назван Церера (1801 год), к 1880 году астероидов было известно уже около 200, сейчас орбиты вычислены для более 40 000 астероидов. Самый большой астероид Церера имеет диаметр 1000 км, диаметр Паллады – 608, Весты – 540, Гигии – 450 км. Практически все астероиды имеют неправильную форму, только самые крупные приближаются к шару.

Кометы (от греч. kometes – хвостатые) небольшие несветящиеся тела Солнечной системы, которые становятся видимыми только при подходе к Солнцу. Движутся по сильно вытянутым эллипсам. Число комет измеряется миллионами. С приближением к Солнцу у них резко обособляется «голова» и «хвост». Головная часть состоит из льда и частиц пыли. В разреженной газо-пылевой среде хвоста обнаружены ионы натрия и углерода. Одна из самых известных комет – комета Галлея, каждые 76 лет она появляется в зоне видимости Земли.

Метеоры – мельчайшие твердые тела массой несколько граммов, вторгшиеся в атмосферу планеты. Мелкие частицы вещества, двигаясь со скоростью 11-12 км/с, из-за трения в атмосфере разогреваются до 1000 0 С,что вызывает их свечение на протяжении нескольких секунд. Они сгорают в атмосфере не долетая до поверхности. Метеоры делятся на единичные и метеорные потоки. Наиболее известны метеорные потоки: Персеиды (падают в августе), Дракониды (октябрь), Леониды (ноябрь). Если Земля пересекает орбиту метеорного потока, частицы «налетают на планету», начинается «звездный дождь». Упавшие на поверхность планеты небесные тела называются метеоритами. Наибольший метеорный кратер на Земле имеет диаметр 1265 м и расположен в Аризоне около каньона Диабло. Наиболее распространенными элементами метеоритов являются кислород, железо, кремний, магний, никель и др.

Земля является третьей планетой от Солнца и самой крупной планетой земной группы. Вместе с Луной Земля образует двойную планету. На ранних этапах своего формирования Земля представляла собой холодное космическое тело, содержащее все известные в природе химические элементы. Постепенно за счет гравитационных сил, энергии распада радиоактивных элементов и лунных приливов недра Земли стали разогреваться. Когда температура недр достигла уровня плавления окислов железа и других соединений начались активные процессы формирования ядра и основных оболочек планеты: ядра, мантии и земной коры.

Изучение внутреннего строения земли связано с большими трудностями, т.к. ученые не могут непосредственно наблюдать те процессы, которые происходят в глубинах планеты. Основными источниками информации о строении Земных недр, их вещественном составе, агрегатном состоянии являются сейсмические волны, возникающие при землетрясениях и целенаправленных взрывах. В течение небольшого отрезка времени они пронизывают практически всю Землю. При прохождении сквозь тело планеты сейсмические волны на некоторых глубинных уровнях заметно меняют свою скорость, что свидетельствует об изменении свойств основных оболочки или геосферы: земную кору, мантию и ядро.

Земная кора. Земная кора представляет собой верхний слой жесткой оболочки Земли – литосферы. Земная кора отделена от подстилающей ее литосферной мантии границей Мохоровичича. Поверхность земной коры формируется благодаря трем разнонаправленным воздействиям: тектоническим движениям, создающим неровности рельефа, денудации этого рельефа за счет разрушения и выветривания слагающих его горных пород и благодаря процессам осадконакопления. В результате постоянно формирующуюся и одновременно сглаживающаяся поверхность земной коры оказывается достаточно сложной. Мощность земной коры колеблется от 5-10 км под океанами до 70-75 км под горными системами. Состав, строение и мощность коры континентов и океанов различны, что дало основание для выделения ее главных типов: континентального, океанического и двух переходных.

Океаническая земная кора примитивна по своему составу и по существу представляет собой верхний дифференциирванный слой мантии, перекрытый сверху тонким слоем осадков. В океанической коре обычно выделяют три слоя.

Осадочный слой – самый верхний слой океанической земной коры. Средняя мощность осадочного слоя невелика и составляет около 500 м., однако сильно варьирует. Так, возле континентальных окраин и в районах крупных речных дельт она возрастает до 10-12 км. Связано это с тем, что практически весь осадочный материал, сносимый с суши, отлагается в прибрежных участках океанов и на материковых склонах континентов. В открытом океане толщина осадочного слоя возрастает от гребней срединно-океанических хребтов, где осадков почти нет, к их периферии.

Второй слой океанической коры – базальтовый. Общая мощность базальтового слоя достигает 1,5 – 2 км. Верхний слой базальтового слоя сложен базальтовыми лавами толеитового состава. Изливаясь в подводных условиях, эти лавы приобретают причудливые формы гофрированных труб и подушек, поэтому их еще называют подушечными лавами. Ниже располагаются долеритовые дайки, того же толеитового состава, представляющие собой бывшие подводящие каналы, по которым базальтовая магма в рифтовых зонах изливалась на поверхность океанского дна. Базальтовый слой океанической коры обнажается во многих местах океанского дна, примыкающих к гребням срединно-океанических хребтов.

Частые находки в крупных трансформных разломах включений габбро-толеитового состава и серпентинитов свидетельствует о том, что в состав океанической коры входят и эти крупнокристаллические породы. Таким образом, нижний слой океанической коры представлен габбро-серпентинитовыми породам. По сейсмическим данным мощность этого, третьего слоя составляет 4,5-5 км. Таким образом, общая мощность океанической земной коры составляет 6,5-7 км. Снизу океаническая кора подстилается кристаллическими породами верхней мантии. Под гребнями срединно-океанических хребтов океаническая кора залегает непосредственно над очагами базальтовых расплавов, выделившихся из вещества горячей мантии.

Океаническая кора формируется в рифтовых зонах срединно-океанических хребтов за счет происходящей под ними сепарации (выделения) базальтовых расплавов из горячей мантии и их излияния на поверхность океанского дна. Ежегодно в зонах поднимается из астеносферы, изливается на океанское дно и кристаллизируется не менее 12 км 3 базальтовых расплавов, формирующих собой весь второй и часть третьего слоя океанической коры.

Континентальная земная кора как по составу, так и по строению резко отличается от океанической. Ее мощность колеблется от 20-25 км под островными дугами и участками с переходным типом земной коры до 80 км под молодыми складчатыми поясами Земли (Андами и Альпийско-Гималайским). В противоположность океанической коре большая часть континентальной коры очень древняя. Судя по возрасту древнейших земных пород, начало формирования континентальной коры относится к архею. К рубежу архея и протерозоя в результате тектонической активности Земли сформировалось приблизительно 70% массы современной континентальной коры.

В строении континентальной земной коры также выделяют три слоя: осадочный, гранито-гнейсовый и базальтовый.

Мощность верхнего осадочного слоя колеблется в пределах 0 км на древних щитах до 10-15 км на пассивных окраинах континентов и в краевых прогибах платформ. Среди осадков преобладают глинистые отложения и карбонаты, сформировавшиеся в условиях мелководных морских бассейнов.

Второй слой континентальной коры представлен гранито-гнейсовыми породами докембрийского (архейско-протерозойского возраста) (гнейсами, диоритами, гранитами и кристаллическими сланцами), образовавшимися в результате процессов регионального и метаморфизма. Мощность слоя 10-15 км.

Третий слой земной коры представлен базальтами, мощность этого слоя составляет 15-35 км. Граница, разделяющая гранито-гнейсовый и гранулито-базальтовый слои континентальной земной коры называется границей Конрада.

Субокеанский подтип земной коры характерен для котловин внутренних и окраинных морей (Черного, Азовского, Охотского, Средиземного и т.д.). Для него характерна большая мощность осадочного слоя – 5-10 км (местами может достигать 20 км).

Субконтинентальный подтип земной коры характерен для островных дуг (Курильские, Японские острова). По основным характеристикам близок к континентальному, но его мощность заметно меньше – 20-30 км.

Мантия. Силикатная оболочка Земли – ее мантия – расположена между подошвой земной коры и поверхностью земного ядра на глубинах около 2900 км. Является самой крупной геосферой, составляющей 83% объема планеты и 66% ее массы. Граница между земной корой и мантией известна как поверхность Мохоровичича. Сейсмологические данные свидетельствуют о достаточно сложном внутреннем строении мантии. По значениям физических параметров мантия делится на верхнюю (от поверхности Мохоровичича до глубины 670 км) и нижнюю (от 670 до 2900 км). По сравнению с горными породами, слагающими земную кору, породы мантии отличаются большей плотностью, и скорость распространения сейсмических волн в них заметно выше. Это объясняется не только сжатием вещества под большим давлением, но и химическими процессами, ведущими к превращению одних минералов в другие. Мантия характеризуется увеличением температуры с 2.000 дл 3.700 °С и давления с 35 до 136 ГПа.

Верхняя мантия имеет хорошо фиксируемый внутренний раздел, проходящий на глубине 410 км и разделяющий ее на два слоя. Верхний слой, залегающий от поверхности Мохоровичича до глубины 410 км, называется слоем Гутенберга. Он характеризуется замедлением темпа нарастания скорости прохождения сейсмических волн с глубиной, а в нижнем слое отмечается даже ее снижение, что объясняется размягченным, частично расплавленным состоянием вещества мантии. Эта часть слоя Гутенберга получила название астеносфера. Верхняя часть слоя Гутенберга вместе с земной корой образует единую жесткую оболочку – литосферу, располагающуюся над астеносферой. Литосфера и астеносфера составляют тектоносферу – главную область проявления тектонических процессов Земли.

Понятия литосфера и астеносфера чисто физические. Они различаются по вязкости – жесткая и хрупкая литосфера и более пластичная, подвижная астеносфера. Граница литосферы и астеносферы в осевых зонах срединно-океанических хребтов местами находится на глубине 3-4 км.

В направлении к периферии океанов мощность литосферы увеличивается за счет низов коры, а основном верхов мантии (литосферной мантии) и может достигать 80-100 км у границ с континентами.

В центральных частях континентов, особенно под щитами древних платформ, таких как Восточно-Европейская или Сибирская, мощность литосферы составляет 150-200 км, достигая своего максимума в Южной Африке (350 км).

Практически вся литосферная мантия сложена ультраосновными породами перидотитами, реже дунитами, главными минералами которых являются пироксены, оливин, гранаты.

Ниже слоя Гутенберга, в интервале 410-670 км расположен слой Голицына, который отличается весьма резким нарастанием скорости сейсмических волн с глубиной, что объясняется увеличением плотности мантийного вещества на 10% в связи с существенными минеральными преобразованиями переходом одних минеральных видов в другие, с более плотной упаковкой атомов: оливин переходит в шпинель, пироксен – в гранат. Предполагается, что этот слой сложен преимущественно гранатами. Важным компонентом химического состава слоя является вода, содержание которой по некоторым оценкам составляет около 1%.

Нижняя мантия начинается с глубины 670 км и простирается по радиусу Земли до 2900 км. Основными элементами, составляющими нижнюю мантию являются силикаты (прежде всего это перовскит и магнезиовюстит). Однако наблюдаемая плотность вещества нижней мантии заставляет предполагать увеличение соотношения железа и магния. Нижняя мантия состоит из двух слоев. Предполагается, что нижний слой, находящийся на границе нижней мантии и внешнего ядра может порождать огромные, направленные к поверхности Земли сквозьмантийные тепловые потоки, которые могут проявляться на поверхности планеты в виде крупных вулканических областей, таких как Гавайские острова, Исландия и т.п.

Ядро Земли занимает около 17% объема планеты и составляет 34% ее массы. Граница, разделяющая ядро и мантию носит название слоя Вихерта-Гутенберга. По данным сейсмографии поверхность ядра является неровной, образуя выступы и впадины. В строении ядра выделяют три элемента: внешнее ядро, внутренне ядро и переходный слой.

Внешнее ядро. Не пропускает поперечные сейсмические волны, что может свидетельствовать о том, что вещество, его слагающее, находится в жидком состоянии. В настоящее время большинство ученых полагают, что внешнее ядро состоит из расплава оксида железа с примесью никеля и других более легких элементов (серы, кремния, кислорода и водорода), понижающих его плотность и температуру плавления. Предполагается, что конвективные потоки во внешнем ядре генерируют главное магнитное поле Земли.

Внутренне ядро состоит из железо-никелевого сплава, возможно с некоторой примесью серы и кислорода. Давление здесь достигает 360 ГПа, а температура оценивается в 6.500 – 6.800°С. Переходный слой между внешним и внутренним ядром вероятнее всего состоит из сернистого железа – триолита. Это сравнительно тонкий слой, мощностью 140 км.

Новейшие исследования свидетельствуют о том, что для внутреннего ядра характерно стеклообразное состояние. Железо в нем структурируется в твердое состояние не с помощью кристаллической решетки, а в виде застывшего высоковязкого расплава. Этот расплав стеклуется или переходит в состояние стекла. Скорее всего ядро Земли представляет собой высокоупругое тело с плавно нарастающей вязкостью вплоть до стекольных значений.

I. Предмет и задачи геологии.

Геология – одна из фундаментальных естественных наук, изучающая строение, состав, происхождение и развитие Земли. Она исследует сложные явления и процессы, протекающие на ее поверхности и в недрах. Современная геология опирается на многовековой опыт познания Земли и разнообразные специальные методы исследования. В отличии от других наук о Земле, геология занимается исследованием ее недр. Основные задачи геологии состоят в изучении наружной каменной оболочки планеты – земной коры и взаимодействующих с ней внешних и внутренних оболочек Земли (внешние – атмосфера, гидросфера, биосфера; внутренние – мантия и ядро).

Объектами непосредственного изучения геологии являются минералы, горные породы, ископаемые органические остатки, геологические процессы.

Геология тесно связана с другими науками о Земле, например с астрономией, геодезией, географией, биологией. Геология опирается на такие фундаментальные науки как математика, физика, химия. Геология является синтетической наукой, хотя в то же время распадается на множество взаимосвязанных отраслей, научных дисциплин, изучающих Землю в разных аспектах и получающих сведения об отдельных геологических явлениях и процессах. Так, изучением состава литосферы занимаются: петрология, исследующая магматические и метаморфические породы, литология, изучающая осадочные горные породы, минералогия – наука, изучающая минералы как природные химические соединения и геохимия – наука о распределении и миграции химических элементов в недрах земли.

Геологические процессы, формирующие рельеф земной поверхности, изучает динамическая геология, частью которой являются геотектоника, сейсмология и вулканология.

Раздел геологии, занимающийся изучением истории развития земной коры и Земли в целом, включает стратиграфию, палеонтологию, региональную геологию и носит название «Историческая геология.

Есть в геологии науки, имеющие большое практическое значение. Такие, как о месторождениях полезных ископаемых, гидрогеология, инженерная геология, геокриология.

В последние десятилетия появились и приобретают все большее значение науки связанные с исследованием космоса (космическая геология), дна морей и океанов (морская геология).

Наряду с этим есть геологические науки, находящиеся на стыке с другими естественными науками: геофизика, биогеохимия, кристаллохимия, палеоботаника. К таковым относятся также геохимия и палеогеография. Наиболее близкая и разносторонняя связь геологии с географией. Для географических наук, таких как ландшафтоведение, климатология, гидрология, океанография, более всего важны геологические науки, изучающие процессы, влияющие на формирование рельефа земной поверхности и историю образования земной коры всей Земли.

В науке есть проблемы, которых нельзя решить усилиями одной какой-нибудь отрасли знания, а только совместными усилиями ряда смежных научных дисциплин.

В геологии к числу таковых принадлежит не только проблема движения материков, но и проблема о связи циклов развития нашей планеты с ее движением. С одной стороны, движение как нашей, так и других планет изучается астрономией, с другой, рассказать о циклах жизни планеты в истории Земли правильнее всего может геолог.

Ясно из этого, что при сопоставлении этих двух явлений совершенно неизбежно приходится воспользоваться данными геологии и астрономии. Однако нетрудно показать, что усилий этих двух наук совершенно недостаточно.

Когда на протяжении геологического времени осуществляются и развертываются геологические циклы, ход их развития определяется физической природой вращающегося тела планеты, поэтому при изучении данного вопроса необходимо также участие и геофизики. Далее, в связи с тем, что Земля и в особенности ее кора - это мозаика разнообразных веществ, потребуется участие и геохимической науки, и, наконец, своя точка зрения на эту проблему существует у механики. Словом, большая и сложная проблема о взаимоотношении геологических циклов с движением Земли, и в частности с ее вращением, требует совместной работы нескольких научных дисциплин. Мы это далее рассмотрим с позиций геологии, однако с учетом достижений ряда других отраслей знания.

До очень недавнего сравнительно времени, как известно, геология стояла на той точке зрения, что Земля внутри расплавлена и прошла огненножидкую фазу, во время которой разделилась на железное ядро и силикатные геосферы. От этого взгляда понемногу отказываются. Однако такое мнение привело к большим и чрезвычайно важным последствиям. Пока считалось, что огненножидкое ядро существует, именно к нему апеллировали геологи для объяснения всех так называемых эндогенных явлений на Земле: этим объясняли и тектонику, и землетрясения, и вулканизм. Но эта трактовка стала невозможной, когда такое представление отбросили.

Господствующее направление геологической науки в объяснении тектонических явлений и горообразования, а следовательно и геологических циклов, находится сейчас у разбитого корыта. Доказано, что Земля тело холодное, и поэтому апеллировать для объяснения тектонических фактов ныне к огненножидкому ядру не приходится.

Теория радиогенного тепла также ничего не объясняет, за исключением констатации того факта, что в земной коре на некоторой глубине концентрируются радиоактивные элементы. В результате, господствующее течение в геологии сейчас не дает объяснений тектогенезу, а только описывает тектонические явления, подводя их под рубрику структур разных типов. Равным образом в вопросе о ходе геологических явлений это направление создало пульсационную теорию, которая констатировала последовательное чередование в истории Земли пульсации разных типов, но причин этого не выяснила.

Кроме этой теории, сейчас в нашей отечественной геологии есть еще теория радиомиграционная, идущая дальше теории пульсационной в том, что стремится объяснить пульсации миграциями радиоактивного вещества внутри тела Земли именно из ее глубин к поверхности. Однако и она причин миграции не объясняет, и апеллируя к миграциям из центра

к поверхности, в сущности ссылается на то же внутреннее ядро, представление о котором было недавно отброшено. К тому же, если даже будет доказан приток эндогенного тепла из глубин, он никак не объясняет причин определенного географического распределения на Земле горных и платформенных структур, ибо от нагрева до создания движении дистанция огромного размера.

Таким образом, общепринятых объяснений причин тектонических явлений, таких же объяснений цикличности этих явлений, а равно связанных с этим геологических циклов ни пульсационная, ни радиомиграционная теория не дают, и теорию этих явлений приходится строить иными путями. Поскольку Земля представляет собой движущееся, а не неподвижное тело, ключ к раскрытию ее явлений, и, в частности, тех твердо установленных смен событий в ее истории, которых называют пульсациями, следует искать в движении Земли ив его условиях.

Известно, что на движение Земли и на ее вращение не могут не влиять окружающие Землю условия среды. Это - прежде всего охватывающие Землю условия планетной системы Солнца, а также условия того более крупного целого, к которому планетная система принадлежит. В этом аспекте мы и будем подходить здесь к освещению жизни нашей планеты.

Прежде всего перед нами встает вопрос о воздействии на Землю ближайшего соседа - Луны и центрального тела нашей планетной системы - Солнца. Луна и Солнце воздействуют на вращение Земли при ее движении: а) путем создания прецессии, б) путем создания нутации, в) путем создания в океане приливных поднятий воды и г) посредством атмосферной циркуляции.

Отклонение, связанное при вращении Земли с прецессией, как показал Веронне (Veronne, 1912,1927), неодинаково на различных параллелях. Оно ощущается как расширение и сжатие на разных параллелях, за исключением параллели 35°15’52». Выяснено, что этот эффект прецессии не зависит от состояния вещества Земли. Он остается одним и тем же, будь это вещество твердым, жидким, и, наконец, таким же остается, если оно состоит из разных слоев - жидких и твердых.

Величина параллели, на которой прецессионное отклонение сходит на нет, также установлена Веронне, отметившим, что к этой широте приурочиваются также так называемые складчатые горы. В одной работе Красовского (1941) упоминается об указании Магницкого на то, что горные поднятия располагаются вдоль 35-й параллели. К этому выводу присоединился и Красовский.

Ранее мы уже отмечали, что в 1951 г. Стовас показал, что к 35-й параллели приурочены широтные дислокации Земли. Он, не зная работы Веронне, сделал свои исчисления точного положения этой параллели и получил ту же величину, 35°15’52», которая ранее была определена Веронне. Веронне в упомянутой работе привел схему, показывающую, как на 35-й параллели сходятся воздействия со стороны полюсов и экватора, создающие чередующиеся расширения и сжатия пород, дислокации и зоны разлома земной коры. Об этой схеме мы скажем дальше.

Отклонение, по расчетам, создает тангенциальное ускорение в меридиональном направлении величиной в 4 см/сек. 2 , давящее на породы с силой, равной 0.004 веса пород.

Эти сходящиеся с двух сторон боковые давления дают, но Веронне, результирующую, направленную согласно лучу вектора, как волна суточного прилива. В течение 24-часового суточного вращения различные параллели имеют тенденцию сжиматься в сторону 35-й параллели с тем, чтобы затем в последующие 12 часов от нее оттягиваться в противоположную сторону. Это и показано на схеме косым положением экватора, как и параллелей более близких, чем 35-я. Связь прецессии с суточным движением обусловлена тем, что она вызывается действием Луны и Солнца. Суммируясь за длительные промежутки времени, прецессия может создать большое тангенциальное движение поверхностных частей земной коры.

Другими проявлениями воздействия Солнца и Луны на земную кору являются приливные движения океана. Тормозящее влияние океанов на вращение Земли было указано еще Кантом. Затем оно в течение XIX в. было подтверждено рядом автором (Адамс, де Лоне, Томсон, Тэйт, Дарвин, Ньюкомб, Браун и др.).

Энгельс указывал, что приливы разлагают вращение Земли на силы, вычитающиеся из скорости вращения и действующие на отдельные участки Земли; они оказывают на них давление, отчего и создаются дислокации. Он подчеркивал, что это объяснение дислокаций у Томсона и Тэйта вовсе не требует апелляции к огненножидким силам внутреннего ядра Земли, они обходятся без этого.

Если из эклипсов выводить ускорение Луны, являющееся следствием замедления вращения Земли, создаваемого приливами, то величина этого ускорения даст разрыв в 5 2 по отношению к той величине ускорения, которую можно объяснить приливами. Полное ускорение, по Ганзену, равно 12», даже 12».56. Ньюкомб в 1912 г. уменьшил его до 10».9 и даже 8».4. Между тем, приливное ускорение равно всего 6 и 6».1. Есть основание думать, что остальное падает на прецессию и еще на какие-нибудь другие причины, в числе которых находятся нутация, а равно циркуляция атмосферы. Н. Н. Парижский (1945) пришел к выводу, что свободная нутация трехосной Земли приводит к очень небольшому изменению угловой скорости ее вращения, совершенно неощутимому для наблюдения.

О роли циркуляции атмосферы можно сказать следующее. На основе принципа, введенного Майером, о том, что всякое движение на планете, возбужденное движением самой планеты в целом, должно на последнее как-то воздействовать, есть основание думать, что и циркуляция атмосферы подобно приливным движениям должна замедляюще действовать на движение Земли. Размер этого действия подлежит изучению.

Парийский в 1953 г. собрал данные, начиная с 1935 г., относительно годовых изменений хода кварцевых и маятниковых часов с годовым и полугодовым периодом. Оказалось, что быстрее всего Земля вращается в августе и наиболее медленно в марте. Годичный период изменения хода часов оказался реальностью. Большинство исследователей связывает этот ход изменений с действительной неравномерностью вращения Земли. Какова причина такой неравномерности? Группа бельгийских ученых ее происхождение приписывала сезонному перераспределению воздушных масс. Однако Парийский пытался показать, что это представление неправильно, ибо расчетное перераспределение атмосферных масс дает эффект в 3000 раз меньший, чем эффект наблюдаемый, и поэтому заметного влияния на скорость вращения Земли оно оказать не может.

Парийский показал также, что на скорость вращения Земли не влияют вертикальные движения - перемещения масс сезонного характера: изменения растительного, снегового и ледяного покровов, изменения влажности атмосферы за счет водных резервов на той же географической широте. Отрицательный вывод приходится сделать о переменном нагревании поверхностей суши и океана; оно также заметным образом на скорость вращения не влияет. Очевидно, причину изменений скорости вращения приходится искать в других факторах.

Еще в 1926 г. Джеффрейс указал на роль изменений количества движения разных частей атмосферы в общей ее циркуляции. Эта проблема сезонных изменений циркуляции обсуждалась Старром и Уайтжером. В данном явлении может играть роль поверхностное трение между атмосферой и субстратом, а затем его различие по разные стороны меридионально расположенных горных хребтов. Речь идет, таким образом, о влияниях этого трения и гор. Первое во много раз больше водного.

По заключению Парийского, еще нельзя сделать уверенного вывода о том, что неравномерность вращения Земли в течение года полностью объясняется движениями атмосферных масс, но вывод этот, по его мнению, можно считать вероятным. Далее, Парийский считает, что не исключена и другая возможность, т. е. что изменения угловой скорости вращения Земли связаны не только с изменениями в атмосфере, но и с какими-то изменениями внутри Земли или у ее поверхности, с изменениями силы тяжести годового периода. Сезонные изменения в циркуляции атмосферы играют существенную роль в объяснении годичной неравномерности вращения Земли. По-видимому, они все же не могут объяснить всего наблюдаемого явления в пределах года. Прецессия с нутацией вместе, приливы, движения атмосферы - вот три фактора, влияющие на движение планеты. Исчерпываются ли ими все виды воздействия на это движение или имеется еще какой-нибудь фактор, эти результаты изменяющий, мы не знаем. Далее мы не знаем, нет ли причин исторически или, может быть, периодически изменяющих в течение истории развития Земли соотношение названных факторов.

В связи с ничтожностью роли нутации, дополнительной к роли прецессии, о ней мы говорить не будем, считаясь лишь с остальными факторами. Из последних неясна роль атмосферной циркуляции. Она возможно гораздо больше, чем пока выяснено точными исследованиями. На это, по сообщениям Аппеля, быть может, намекает указанная им роль атмосферной циркуляции в движениях материков. Надо думать, что значение этих движений выходит за пределы только годовых циклов и как-то суммируется с приливами. Этим общим указанием нам здесь придется ограничиться.

Обратимся к прецессионным колебаниям, а также к приливным движениям гидросферы, которые вместе с циркуляциями атмосферы воздействуют на литосферу. Прецессия, как мы указали, создает тангенциальные перемещения в земной коре. Это, говоря словами Аппеля, «горизонтальная сила, вызываемая Луной на поверхности Земли» (1936). Что касается приливов, то они, видимо, дополняют это вертикальной составляющей дислокаций.

Аппель полагал, что фазы тех и других дислокаций, их максимумы одни и те же у изменений, созданных прецессией, и у изменений, созданных приливами, а то, что фазы обоих видов нарушений совпадают, это, по-видимому, так, относительно же совпадения их максимумов можно, как мы увидим дальше, сильно сомневаться. Возможно, что максимумы - это разные эпохи жизни планеты. Первые движения, т. е. движения, связанные с прецессией, проявляются в скольжениях, которые могут, как правильно говорит Аппель, привести к тому перемещению полюсов земной поверхности по отношению к точкам планеты, которое объясняет наблюдения над положением древних ледников в районах, ныне близких к экватору. Скорость этого перемещения полюсов по ядру близка, по Аппелю, к 5° (за период в 2 млн лет). В известный момент эти тангенциальные перемещения приводили к вертикальным движениям в земной коре, создающим горные пояса. Как это происходит - неясно. Но самый факт установлен достаточно хорошо.

Что касается движений вертикальных, создаваемых приливами, то есть основание думать, что приливы океанические, суммируясь на больших промежутках времени, создают в земной коре внутренние приливные движения. Ими объяснял Перре землетрясения, для которых он вывел три закона на статистической основе, связывающие с землетрясениями частоту критических положений Луны и Солнца, дающих вместе с тем и максимальные приливы. Сходные идеи по поводу землетрясений развивал Э. Рате. К аналогичным результатам пришли Парвиль и Г. Фламарион.

Чтобы вертикальные движения земной коры могли полностью осуществиться и образовать всю систему высоких широтных гор, примыкающих к ним геосинклинальных впадин и пр., нужно, чтобы движения смещения параллелей и полюсов прекратились. Если учесть это обстоятельство, то мы должны эти движения, связанные с прецессией или обусловленные приливами, различать, ибо они имеют разные результаты. Именно это и наводит на мысль, что происходят они, возможно, в разные фазы земной истории.

Известно, что горные поднятия в историческую фазу жизни Земли, т. е. начиная с кембрия, повторялись шесть раз. Эти короткие фазы вспышек поднятия гор - салаирская (саянская), каледонская, варисцинская, древнекиммерийская, новокиммерийская и альпийская - отделены одна от другой длинными фазами перерывов, когда поднятий гор не было. В то же время можно отметить, что места нахождения древних гор различных фаз горообразования если и совпадают, то лишь частично, а в основном они различны. А так как в каждую фазу горные пояса должны были располагаться на 35-й параллели, становится ясным, что эта параллель в течение геологической истории меняла свое положение. Если признать, что соотношение фактов во времени и пространстве было именно таким, то придется констатировать, что если в короткие фазы вспышек горообразования происходили вертикальное поднятие гор и погружение впадин, осуществлявшееся в виде приливных движений земной коры на подобие приливов океана, то в длительные фазы перерывов ярко проявлялись вызванные прецессией тангенциальные перемещения земной коры. Именно в ходе перемещений создавались новые положения полюсов, а с ними и новые положения 35-й параллели, после которых перемещение полюсов коры и ее параллелей приостанавливалось, и этим обусловливалось новое положение широтных поясов горообразования.

Горы на материках близ границ их с океанами, как ни смотреть в деталях на их генезис, представляют собой поднятия, и в этом смысле они неизбежно должны быть тоже результатом толчка извне, ибо нет, как мы выяснили, опираясь на Энгельса, другой силы, которая противодействовала бы тяжести, кроме отталкивательных сил тяготения.

На основании изложенного нам рисуется неоднократное повторение в истории Земли двух фаз: длинных промежутков, в которые происходили очень незначительные тангенциальные перемещения земной коры и коротких эпох поднятия гор на основе тех же, но более глубоких и сильных тангенциальных движений. Есть основание к этим двум фазам добавить третью. Когда перед началом эпохи нового горообразования подходил к концу этап горизонтальных перемещений, сходили на нет прежние контрастные формы рельефа, унаследованные от предыдущей горообразовательной вспышки. Это выделяло конец длительной фазы, лишенной горообразования, еще в особую фазу. Так получились три фазы развития рельефа и поднятий земной коры.

В первой фазе развитие рельефа и структур происходило энергично, и горы поднимались в эту фазу высоко, при слабом развитии в ту же эпоху тангенциальных движений земной коры - это фаза ледниковая.

Во второй фазе происходили снижение и пенепленизация ранее возникших гор и вместе с тем усиление тангенциального перемещения земной коры; это - фаза пенепленизации гор. Наконец, в третью фазу горы снижались до минимума, и тангенциальные движения начинали замедляться. В свое время эту фазу я назвал ксеротермической.

Таким образом, геологический цикл начинается ледниковой фазой, затем следует долгий промежуток пенепленизации, который сменяется третьей фазой - ксеротермической.

Ясно, что хотя в ходе развития нашей планеты, который был до сих пор во все эпохи развития нашей планеты, насколько мы знаем, поступательным, имелись элементы повторяемости, когда некоторые явления, говоря словами В. И. Ленина, как бы повторяли пройденные ступени, но повторяли их на более высокой фазе «отрицания», ввиду этого получается развитие не по прямой линии, а по спирали. Хотя контур спирали не может быть замкнутым, тем не менее извилистые элементы повторения в силу этого становятся видными в истории Земли, хотя это и не буквальное повторение. Имеется основание эти периоды времени, по окончании которых развитие как бы повторяется, но в наиболее высокой базе, называть геологическими циклами. В течение той части геологического времена, которое относится к исторической фазе жизни Земли, таких циклов было шесть, и они в совокупности своей охватили около пятисот миллионов лет.

Действующие на Земле силы меняются по фазам геологического цикла. Есть фазы, когда эти силы увеличиваются, есть такие, которые, наоборот, ослабляются. Так, в истории Земли фазы горообразования были фазами увеличения энергии Земли, возрастания геологических сил. Поскольку, как мы сказали, в исторической фазе жизни Земли имело место шесть фаз горообразования, то можно утверждать, что эта историческая часть включала в себя шесть геологических циклов. Последняя из фаз горообразования, относящаяся к альпийскому времени, по примерному расчету, если считать, что она началась во второй половине миоцена, длится уже 7 млн лет. Но она еще не окончилась и сколько продлится - неизвестно.

Можно думать, что полный максимум развития этой фазы достигнут был тогда, когда наибольшим было оледенение. Теперь оледенение идет на убыль и становится явно меньше, чем было в период распада так называемой ледниковой эпохи. Раз это так, то мы можем предположить, что переживаемая нами ныне фаза может продлиться еще 3-7 млн лет, и всю ее длительность можно оценить не больше чем в 10-15 млн лет. Это, конечно, только предположение, но оно довольно вероятное.

Едва ли длительность этой последней фазы горообразования существенно отличается от длительности предыдущих горообразовательных фаз - каледонской, варисцийской и пр. Если мы примем, что все одинакового типа фазы были более или менее равны, то также равными окажутся и промежутки между фазами горообразования. Приняв каждую фазу горообразования в истории нашей планеты равной 10-15 млн лет, для промежуточных между ними фаз получим 60-65 млн лет. Общая же продолжительность всего цикла вместе с фазой горообразования в нем окажется равной 70-80 млн лет.

Если это соотношение геологических циклов и периодов выразим на рисунке, то увидим на промежутке от конца кембрия до наших дней шесть правильно вздымающихся больших волн поднятий гор. Промежутки между максимальными пиками волн поднятия, т. е. полные геологические циклы, составляют 60-70 млн лет, причем они получаются так, что волна поднятия делится на две половины между двумя циклами. Полная волна поднятия, равная 10-15 млн лет, - это критическая фаза или фаза тектонической революции - диастрофы; длинный промежуток между волнами равен 50-55 млн лет - это органическая эпоха в жизни Земли. Термины «органический» и «критический» взяты у Сен-Симона.

Обратимся к проблеме тектонических движений на Земле в связи с явлениями в нашей Галактике. По указанию X. Шепли (1947), при расстоянии нашей солнечной системы от центра Млечного Пути в 30 тыс. световых лет для полного оборота солнечной системы вокруг своего космического центра при скорости 300 км/сек. (Шепли) или 250 км/сек. (Боки, 1948) требуется около 150-200 млн лет.

Боки полагают, что начало исторического времени жизни Земли - кембрий - было два с половиной космических года назад (Боки, 1948). Сопоставим относящиеся сюда цифры. Историческое время жизни Земли равняется, как мы видели, 456 млн лет, а полный оборот Солнца, т. е. космический год, - 150-200 млн лет. Если для выражения величины полного оборота остановимся на цифре 140-150 млн лет, то в историческое время жизни Земли уложится три полных оборота Солнца. Мы берем цифру 140-150 млн лет вот по каким соображениям.

Полный геологический цикл, как мы видели, составляет около 70 млн лет, т. е. примерно равен половине галактического года. Учитывая это, для галактического года берем не 200, а именно 150 млн лет. Если наше предположение о связи галактического года и геологического цикла верно, то в каждом галактическом году умещается два геологических цикла. За три космических года их было шесть: предсаянский, предкаледонский, предварисцийскпй, преддревнекиммерийский, предновокиммерийский и предальпийский.

Прилагаемая картина дает соотношение геологических периодов, геологических циклов и космических лет в масштабе геологического времени.

Если мы говорим о планетной системе Солнца, что она находится в динамическом равновесии, то тем более в равновесии находится система нашей Галактики - Млечный Путь. Это равновесие тоже подвержено изменениям. Астрономы отмечают, что для промежутков времени, равных миллиардам солнечных лет, очень заметным становится влияние случайных встреч отдельных проходящих мимо друг друга светил.

Откуда могут получиться такие случайные встречи? Если планеты движутся с разной скоростью, то и в Галактике близкие к ее центру звезды вращаются быстрее более далеких. При таком положении сближения светил каждый раз получаются во все новых и новых условиях, что вызывает и новые условия резонансов гравитационных колебаний. Постепенно периодически меняются и формы светил, и характер их движений. Влияние соседних светил в виде взаимодействия между собой их гравитационных воздействий и гравитации планетной системы, определяющей ее форму и прочность, в состоянии заметно изменить направление движения данного светила в пространстве и его скорость (меняются и скорость, и орбита). Дело здесь не в близких встречах светил, для которых рассчитано, что они на расстоянии ста космических единиц могут сблизиться в среднем один раз в двадцать триллионов лет, или в сто тысяч лет космических (Боки, 1948), а в воздействиях более далеких.

Известно, что «орбита Солнца постоянно изменяется под влиянием более далеких соседей. Отдельная звезда, проходящая на расстоянии в один световой год, изменит направление движения Солнца меньше чем на одну минуту дуги, но число таких встреч довольно велико» (Боки, 1948). В течение космического года, как говорят Боки, полный эффект от всех встреч с другими звездами будет в среднем примерно тот же, как от указанной выше одной встречи на расстоянии ста космических единиц.

Иначе говоря, эти далекие действия будут очень эффективны. Если они сильно отражаются и на самом Солнце, то не может не быть отражения их и на планетах системы Солнца. Обмен гравитационной энергии должен, конечно, распространяться и на планеты, в том числе на Землю.

Тектоника, согласно представлению Энгельса о толчке извне, есть результат борьбы, сочетания и взаимодействия двух гравитационных сил: силы тяжести - притяжения самой Земли и тяготения других тел, прежде всего Земли и Солнца. Соотношение этих двух сил меняется в ходе движения нашей планеты и в ходе движения других небесных тел по отношению к ней. Первая сила, по Энгельсу, создает притяжение, вторая - отталкивание. Они, в основном, уравновешивают друг друга. Но внешняя сила в зависимости от расположения светил усиливает свое воздействие, подобное тем воздействиям, которые Солнце производит в приливообразующей силе Земли.

Когда же мы говорим о тектонике, периодически повторяющей свои энергичные движения примерно через 70 млн лет, то ясно, что здесь имеется в виду долгосрочно ритмично повторяющееся воздействие. Это - проблема нерешенная, но решить ее можно только совместными усилиями нескольких наук. Геология дает точную хронологическую канву для распределения в геологическом времени тектонических диастроф.

Добавим к этому следующее. Если, говоря о приливных водах океана, мы их создание можем приписать только факторам, происходящим внутри планетной системы Солнца, но вне Земли, то изменения скоростей могут диктоваться и гравитационными силами вращения, имеющими источник в Галактике, вне системы Солнца. Это очень важно в связи с тем, что периодичность тектонических вспышек в истории нашей планеты такова, что объяснить ее приливными воздействиями планет невозможно, поэтому надо искать другие причины. Этими причинами и являются изменения движения светил, логически принуждающие выйти за пределы планетной системы в нашу Галактику - Млечный Путь.

Возможно, однако, что эти силы, если они проявляются, воздействуют на планетную систему и Землю не непосредственно, а через Солнце и Луну, изменяя через них прецессионные качания и приливное трение. Здесь мы находимся все-таки в области гипотез, и признанным фактом, который пока надо объяснять гипотезами, является повторяемость шести геологических циклов в 60-70 млн лет каждый. Это достоверно. Согласование же циклов с космическими годами менее достоверно, но очень вероятно.

Б. Ю. Левин недавно указал, что в течение существования Земли климат на ней почти не изменился (1954). Это утверждение не совсем верно. Климат Земли изменялся много раз, но все изменения его носили не поступательный, а циклический характер. История климата планеты в целом показывает, что изменения его носили характер лишь колебаний - временных, хотя и длительных, отклонений от некоторого среднего уровня. Таким образом, и те большие геологические циклы, которые нами выше охарактеризованы, носят характер больших климатических колебаний от ледниковой фазы через фазу умеренную к фазе засушливой, ксеротермической, после которой климат вновь возвращается к ледниковой фазе.

Мною в свое время подробно были освещены геологические циклы, причем черты их характеристики относились именно к климатическим и биологическим условиям частей цикла. Там же была применена схема соотношения геологических циклов и периодов, которая повторяется в данной работе с тем лишь отличием, что здесь геологические циклы сопоставлены с космическим, чего я не делал ранее. Зато там много говорилось о биологической стороне вопроса, и было показано, что с фазой засушливой, или ксеротермической, совпадают одновременные большие сплошные вымирания не всех, но определенных органических форм.

Очевидно, сейчас, учтя сопоставление геологических циклов с космическими годами, можно указать соотношение фаз вымирания живых существ с оборотами Галактики, что дает возможность дать впоследствии более определенную характеристику относящихся сюда частей этих оборотов.

Обращаясь к характеристике климатической стороны геологических циклов, можно отметить следующее. Ледниковые фазы каждого геологического цикла отличаются холодным климатом, обилием вод на суше и сокращением трансгрессии в океане. В умеренную фазу количество воды на суше начинает постепенно убывать, а в океане - увеличиваться, отчего происходит трансгрессия. Наконец, в засушливую фазу воды на суше меньше всего, а в океане ее имеется в достаточном количестве. Ясно, что геологические циклы характеризуются не только определенными чертами структурно-тектонических изменений, о которых мы уже говорили, но могут быть охарактеризованы как большие климатические изменения.

В 1941 г. я указал, что эти две стороны природных явлений тесно связаны между собой - поднятие высоких гор, создание контрастного рельефа (высокие поднятия и сильные опускания), и оледенение. Л. С. Берг (1946) не согласился с моей точкой зрения и указал, что оледенение имеет свои отдельные причины, которые кроются в понижении температуры воздуха, причем по поводу этого понижения температуры «можно в настоящее время высказывать только догадки». Берг (1938) полагал, что «почти не может быть сомнения в том, что причина внезапного охлаждения лежит или в деятельности Солнца или в каких-то других более отдаленных космических фактах».

Нужно признать, что это сказано весьма неопределенно, и получается, что поднятие гор зависит от каких-то внутренних причин и с факторами космическими, внеземными, никак не связано, а вот оледенение вызывается воздействием внеземных причин. На самом же деле и то, и другое, т. е. изменение структур и рельефа, с одной стороны, и изменения климата Земли, с другой, достигается одними и теми же причинами - воздействием на вращение Земли движений и сил, вызываемых телами, находящимися вне Земли, и прежде всего Луной и Солнцем. Мысли о внеземных силах, которые привлекает Берг, надо распространить не только на климаты, но и на земную геоморфотектонику, и тогда получится тот параллелизм горных поднятий и климатических изменений, на который я указываю с 1941 г.

Этот параллелизм и неотрывность геоморфотектонических и климатических изменений, которые мы только что указали, позволяют, когда видимы только изменения климатические, указывать по ним соответствующие им явления геоморфотектонические, и, наоборот, когда видны только геоморфотектонические стороны цикла, по ним восстанавливать проявления климатические. Из всех трех фаз геологического цикла наиболее заполнена цикловыми проявлениями того и другого рода фаза ледниковая, являющаяся вместе с тем и фазой горообразовательной. О фазах умеренной и ксеротермической можно сказать, что там эти цикловые проявления были минимальными и, надо думать, сходили на нет к концу цикла.

В исторической части жизни Земли было, как указано, шесть циклов, и поэтому горообразовательная фаза повторялась шесть раз. Ближе всего - альпийская горообразовательная фаза, которая является последней. Поднятия этой фазы происходили, как уже говорилось, на промежутке от второй половины миоцена, именно от эпохи верхнего сармата включительно, до современности. Они длятся уже 7 млн лет и, возможно, продолжатся еще столько же, если судить по аналогии с другими горообразовательными фазами. Именно поднятия этой фазы создали на Земле высокие горы последней вспышки горообразования.

При суждении об этих горных структурах надо иметь в виду следующее. Главные самые большие структуры Земли, ее мегаструктуры, - это материки и океаны. Что касается гор, то они - производное материков и океанов и являются макроструктурами. Находясь на материках, на краях их с океаном, горные пояса всегда являются производными взаимодействия океанов и материков. Как правильно указывал Карпинский, они тем сложнее и выше, чем больше несущий их материк. Этому отвечает и то, что в сейсмике движению материков отвечают сейсмы глубиной в 150, 300, 700 км, а горным поясам - движения в 30-70 км.

В моих работах о современной геологической эпохе (1940, 1941) было сказано, что горообразовательные омолаживающие рельеф материков движения миоценово-четвертичного времени являются движениями вертикальными - прямыми поднятиями и опусканиями. Эти движения, конечно, не самостоятельны, и поскольку, как мы видели, они связаны с величинами материков, то и зависят от тех глубоких тангенциальных движений земных оболочек, в которых участвуют несущие их материки в целом. Вместе взятые и вертикальные поднятия гор, действующие против действия силы тяжести, и попутно порождающие их вместе с вертикальными же опусканиями мощные тангенциальные перемещения толщ земной коры, конечно, являются производными отталкивательных сил, т. е. того толчка извне, идею о котором так давно выдвинул Ф. Энгельс; это - следствия прецессии и приливных воздействий.

Таким образом, именно толчок извне производит изменение гравитационного сжатия Земли во времени. Но это изменение сжатия, если его принять, возникает не автоматически, само по себе, а под действием сил извне, которые могут закономерно и зонально создавать под определенными широтами поднятия лежащих выше масс. Это и является симптомом происходящего изменения гравитационного сжатия нашей планеты на определенных площадях, вызванного отталкивательными силами, действующими при движении Земли и противостоящими силе тяжести.

Следовательно, не сжатие Земли в глубинах играет роль в создании тектоники Земли, а изменения полярного уплотнения во времени, а они, если следовать мысли Энгельса, лишь производные силы тяготения в ее «отталкивательной» части.

Есть полное основание утверждать, что в начале этой фазы существования гор они были созданы прямым поднятием. Иными словами, каковы бы ни были подготовительные процессы к горообразованию - это подготовляло глубокое тангенциальное перемещение земной оболочки - само поднятие горных поясов создано было больше всего вертикальными силами. Этот вывод сделан на базе того большого фактического материала геоморфологических наблюдений над горными структурами, который был мною собран в течение ряда лет, с 1942 по 1950 г., в горах Средней Азии, особенно в Ферганской и Таджикской впадинах (1945а, 1948а, б, в). В этих материалах дается критика теории поднятия тор по теории складкообразования.

Если учесть, что это вертикальное поднятие, будучи прерывистым, запечатлено рядом уровней высоких горных денудационных поверхностей в количестве от 6 до 10, то можно сделать вывод, что эти уровни молодых денудационных поверхностей являются этапами поднятия горных поясов.

Остановимся на возрасте молодых денудационных поднятий. Самые высокие из этих поверхностей создались раньше всего и относятся к верхнему миоцену. Остальные восемь уровней поверхностей размещаются между концом миоцена и бакинским ярусом Прикаспия и его аналогами других мест, относящимися уже к фазам четвертичного времени или частью к концу плиоцена.

Недавно Н. И. Кригер (1951), исследуя явление образования речных и морских террас, пришел к выводу, что террасообразование есть колебательный цикловой процесс изменения вертикального положения дна долин относительно водораздела. Вследствие этого разнообразие комплексов уровней таких колебаний ограничено в связи с условиями, связанными с видом террасового ряда. Террасы в большинстве случаев не локальны, а являются отражением колебаний для данной полосы. Это сближает, по Кригеру, геоморфологию и климатологию. Колебательное движение литосферы здесь совпадает с таким же колебанием климатического характера в атмосфере. Денудационные горные поверхности и такие же поверхности платформенные представляют собой древние дочетвертичные террасы, и с этой точки зрения их тоже можно рассматривать как циклическое явление, высотные характеристики его денудационных уровней можно дополнять климатическими. Этим путем получим циклы промежуточные по величине между геологическим циклом, с его ледниковой и другими фазами, и одними из самых больших многовековых периодов - пятитысячелетними.

Если циклы денудационных поверхностей исчисляются миллионами лет, то циклы террасовые - сотнями и десятками тысяч лет. Это - большие циклические части последней фазы геологического цикла, имеющие свою климатическую характеристику, в которую входит такое большое явление, как оледенение, и его этапы.

Приведенные данные о поднятиях гор альпийской фазы позволяют нам взглянуть и на этапы поднятия горных систем как на циклическое явление. Отдельные части поднятия представляют собой отдельные циклы. На указанном промежутке альпийского поднятия гор мы видим, таким образом, не меньше шести этапов поднятий, индикаторами которых являются денудационные поверхности, и пять промежутков между ними.

Мы не знаем, конечно, скоростей, с которыми происходили эти поднятия. Если представить себе, что каждое предыдущее поднятие отделено от следующего за ним одинаковыми или близкими по величине интервалами времени статического состояния рельефа и структур, то можно было бы сказать, что каждый этап, отделяющий цикл от одного этапа поднятия до следующего, равен примерно одному миллиону лет.

Когда мы изучаем поднятие гор, нам кажется, что начинаем ясно чувствовать климатический момент тогда, когда оно приводит к оледенению. Фактически это не так, и о климатическом моменте при поднятии гор говорит еще и денудация - работа и роль воды при поднятии. Изучая горообразование, мы, конечно, обязаны обращать внимание и на эти моменты, находящиеся с поднятием гор в неразрывной связи.

Поэтому если мы это осознаем, то в полной мере поймем, что циклическое явление поднятия гор идет наряду с тоже циклическим явлением изменения климата. Те промежутки времени, которые отвечают в поднятии гор одному периоду и вмещают в себе, как только что сказано, миллион, а может быть и два миллиона лет, являются не только этапом поднятия гор, но своеобразным климатическим циклом.

Как известно, для современной климатической фазы климатология знает ряд коротких климатических колебаний, климатических циклов, продолжительностью около 3, 6, 11, 16 и 30-35 лет. Среди этих коротких циклов, связанных с колебаниями деятельности Солнца, особенно выделяются так называемые брикнеровские «периоды» и «одиннадцатилетние» циклы, связанные с колебаниями солнечной активности.

Эд. Бриннер в 1890 г. обратил внимание на повторяющиеся 30-35-летние циклы, причем он проанализировал два явления почти за 200 лет, начиная с 1700 г., и частично привлек более ранний материал начиная с XIV в.

В отечественной литературе над проблемой брикнеровских «периодов» работал М. А. Боголепов, который обратился к русским летописям и в ряде работ с 1907 по 1929 г. использовал данные о климате за период с IX-X вв. по наше время. Во многом он не был согласен с Бриннером. Постановка вопроса Боголеповым учитывает гораздо более сложные обстоятельства, но в основном он подтвердил существование этих периодов. Позднее эти циклы показал А. В. Шнитников (1949, 1950, 1957), установив их реальность вплоть до последних лет, с продолжительностью в пределах 25-35 лет.

Весьма широко распространенными являются циклы 11-летние. Они стали широко известны с 1873 по 1881 г., когда были опубликованы в Германии обширные труды В. П. Кеппена, в которых отмечалось существование климатических 11-летних циклов. В 1873 г. он обработал данные по 250 станциям за годы с 1820 по 1870. Он выделил несколько 11-летних циклов, но не мог не указать, что эти периоды не выдерживаются все время, так что если брать длинные метеорологические ряды, то получается большая разноречивость результатов. Несмотря на это, идея Кеппена не была забыта и получила подкрепление, когда Вольф открыл 11-летний цикл солнечных пятен, что позволило связать эти циклы непосредственно с деятельностью Солнца.

Сейчас 11-летний цикл находит в СССР много сторонников. К нему склонялся М. А. Боголепов, его поддерживали и поддерживают В. Б. Шостакович (1931, 1934)..В. Ю. Визе, С. Хромов, М. С. Эйгенсон (1948), Б. М. Рубашов, Н. С. Токарев, А. В. Шнитников (1951). Гелиофизики Смитсонианского института Карнеджи в США также присоединились к этим идеям. В течение 40 лет развивал идею об этой цикличности Аббот. Имеются, однако, работы Бергенмейера, Баура, г-жи Паранджи, в которых этот цикл резко критикуется, отвергается. Если есть периоды, когда этот цикл виден отчетливо, то имеются другие годы, когда он совершенно не проявлялся, что, видимо, является следствием весьма малой активности Солнца в такие годы.

Несмотря на эти последние высказывания, реальность проявления 11-летнего солнечного цикла к настоящему времени не подлежит сомнению. Несколько по-иному обстоит дело с другими климатическими циклами - 16-летними, 6-летними, 3-летними и пр. Они не всегда четко проявляются на больших промежутках времени, а иногда вовсе теряются, причем причина этого до сих пор не выяснена.

Самыми малыми колебательными явлениями представляются год и сезонные климатические колебания (весна, лето, осень и зима), имеющие чисто периодический характер. Они сомнениям не подлежат и полностью выдерживаются, хотя и причудливость вариаций у характеристик года и фаз года очень велика.

Кроме коротких циклов и периодов типа, очерченных выше, современная наука знает значительное количество циклов более длинных, вековых и многовековых (80-летние, 111-летние, 500-600-летние, 2000-летние и т. д.). Необходимо сразу подчеркнуть, что некоторые из них имеют явно «солнечное» происхождение, т. е. являются следствием колебаний солнечной активности. Примером таких циклов является вековой цикл солнечной активности, показанный Шнитниковым и приводимый в книге Эйгенсона (1957), а также и других авторов.

Происхождение иных циклов еще недостаточно или не всегда ясно. Однако реальность подтверждается их существованием в различных геофизических явлениях. Так, в 1868 г. Фриц, а в 1883 г. Рейс показали 110-112-летние циклы, в 1928 г. их же установил Брукс. Он выдвинул циклы 75-80-летние. Известны циклы в 500 лет, обнаруженные Бруксом, Турковским и др. Наконец, Предтеченским выдвинуты периоды в 1600 лет, Шнитниковым - в 1800-2000 лет. Имеется и еще целый ряд других циклов и периодов. Соотношение вековых и многовековых циклов таково, что вековые циклы или периоды складываются из соответственных малых циклов как своих частей.

На схемах, взятых из Э. Ле Дануа (Danois, 1950), можно видеть, как 111-летний цикл складывается из 11-летних циклов или как цикл тысячелетний складывается из 111-летних. На этом рисунке изображено, как потепление конца первого тысячелетия нашей эры переходит постепенно в похолодание климата, достигающее максимума к половине XV в. (к 1436 г.), после которого начинается потепление, продолжающееся до наших дней. То же самое кратко резюмировано, с исключением мелких колебаний, где показаны изменения сплошности льда у полюсов. На нем обрисованы две теплые эпохи. Центры каждой отстоят одна от другой на 1300-1300 лет. Это указывает на существование цикла, близкого к циклу в 1800 лет, который выдвигал и убедительно с большим талантом обосновывал А. В. Шнитников.

Схема, которую он давал в 1949 г., очень интересна, но еще убедительнее, показательнее та схема, к которой он пришел в 1957 г. в своем большом труде. В этой схеме он объединяет такие климатические явления и процессы, как водоносность рек, состояние озер, изменения внутренних трансгрессий морей и суммирует все это, как изменения общих условий увлажненности. Он показывает несколько циклов в 1800-2000 лет. От 3500 до начала современной эпохи таких циклов два с половиной. Он показал хронологическую связь этих явлений с приливными явлениями.

Даже самые большие из ныне известных многовековых циклов, циклы двухтысячелетние, мизерно малы по сравнению с циклами геологическими. По отношению ко всей ледниковой части геологического цикла они составляют их пятнадцатимиллнонную долю.

В отношении геологических циклов мы в предыдущем изложении видели связь их с вращением, доводом в пользу чего является их примерное равенство, очевидно, соответствующее периодичности и правильности вращения, а затем кратность геологических циклов с космическими годами, что связывает их с вращением Галактики.

Что касается обычных климатических Циклов современной эпохи, а равно многовековых климатических циклов, то в связи с большим отличием их величин от размеров геологических циклов распространить вывод об их связи с вращением планеты нельзя. Однако эта связь с вращением планеты у обычных климатических циклов современности несомненна и ее легко показать.

Так, И. В. Максимов (1953) отметил, что «одиннадцатилетние колебания солнечной активности испытывают восьмидесятилетние циклические колебания, в ходе которых значения периода и амплитуды одиннадцатилетнего цикла солнечной активности испытывают значительные изменения. При этом увеличение средней величины солнечной активности связано с уменьшением периода и увеличением амплитуд одиннадцатилетних ее колебаний, а уменьшение - с увеличением периода и уменьшением размеров одиннадцатилетнего цикла солнечной активности».

Существует, видимо, и другой закон вековых изменений периода и амплитуды 11-летних колебаний солнечной активности. На основании периодографического анализа изменений средней толщины годовых колец секвой в Калифорнии, как указал тот же Максимов, (1954), выяснено, что размеры 80-летних колебаний климата северного полушария Земли испытывали в течение трех тысячелетий значительные изменения.

Максимов указывает на изменение 11-летнего цикла в пределах от 6 до 16 лет, причем амплитуда колебаний солнечной активности менялась за то же время от 51 до 153% своей величины. Характеристики колебаний этих малых циклов являются еще более значительными в ходе развития 600-летних циклов. Эти изменения малых циклов в ходе развития больших отнюдь не должны настраивать нас на скептический лад и заставлять отвергать на этом основании существование 11-летних и других мелких циклов.

М. А. Боголепов интуитивно предчувствовал существование материального носителя климатических колебаний, когда говорил, что они связаны с возмущением всего тела Земли. Мы можем сейчас на основе имеющихся новых фактов выразись это более конкретно и связать их с вращением Земли и ее изменениями.

Как указал Стовас (1951), сопоставление кривой среднего значения амплитуды 11-летних колебаний средних годовых чисел Вольфа с кривой вращения за большой, почти 300-летний, период приводит к совершенно неожиданному результату, т. е. к совпадению их 80-летних максимумов и к общему единому характеру поведения кривых, что не случайно и указывает на единую причинную связь между ними. Он отметил, что в 1949 г. к совершенно аналогичным выводам пришел Ю. Д. Калинин. Последний, сравнивая эпохи скачков в геомагнитных вариациях по наблюдениям за 60 лет в обсерваториях Павловска и Бомбея с эпохами скачков в угловой скорости вращения Земли, писал, «что те и другие скачки представляются имеющими общую причину».

Прилагаемая кривая это хорошо иллюстрирует. Она составлена Стовасом для средних значений амплитуд 11-летних колебаний среди годовых чисел Вольфа с кривой угловой скорости вращения Земли. Из кривой, дополненной геомагнитными данными Калинина, получается определенная зависимость и геомагнитных вариаций, и климатических циклов мелкого калибра от колебаний угловой скорости вращения Земли.

То же самое можно видеть, если сопоставить графики изменений приливов на протяжении последнего столетия с графиком изменения скорости вращения планеты за то же время.

Э. Ле Дапуа указал, что большое значение в истории приливов имеют 111-летние лунные периоды.

Поэтому на графике мы берем для сопоставления не точно столетие, а именно такой 111-летний период. В нижней части графика сравниваются вершины векового прилива за 111 лет, с 1828 по 1939 г., и график изменений скорости вращения Земли на то же время. График изменений скорости вращения показан в двух видах. График дает впечатление прямой пропорциональности векового прилива и скорости вращения.

Но это впечатление, если посмотреть на правой стороне чертежа обозначение размеров скоростей в пространственных секундах, является ложным: они убывают и являются отрицательными к вершинам поднятых пиков и положительными в опущенных местах кривой. Наоборот, на графике в эти скорости показаны так, что их максимальные значения находятся вверху.

Если график нужен для того, чтобы показать взаимную связь приливов и скоростей вращения, то из графика в видно, что приливы, как это полагал Энгельс, вычитаются из скорости, так что чем выше прилив того или иного года, тем ниже скорость вращения Земли. Эти две величины таким образом антагонистичны. Видно, что вековой прилив растет за счет уменьшения скорости вращения, и поэтому там, где он достигает большой величины, скорость ничтожна (1885 г.), а там, где он мал (1830, 1939 гг.), - скорости велики. Максимум одной из этих величин отвечает минимуму другой.

Мы проанализируем два графика. На первом была показана зависимость геомагнитных и климатических колебаний от угловой скорости вращении Земли, на втором - связь приливов с той же угловой скоростью. Оба графика вместе связывают климатические колебания с приливами и скоростью вращения.

От изменений высот векового прилива зависят и биологические явления в океане. С высокими приливами 1885 г. совпадали сказочные уловы сельди, и, наоборот, в 1830 и 1939 гг., когда приливы были низкими, улов сельди был невелик. Улов сельди сам по себе не есть биологическое явление, но он связан с последним, так как определяется условиями размножения. А это явление, которое прямо связано с уловом, представляет явление биологическое. Очевидно, биологические явления тоже зависят от приливов, т. е. связаны со скоростью вращения Земли. Видимо, в теплые годы высоких приливов размножение сельди повышается, в результате чего достигаются прекрасные уловы. Наоборот, в годы холодные ухудшаются условия размножения сельди и снижается улов. Даже не анализируя этот вопрос глубже, можно констатировать, что те же приливы, которые обусловливают, как мы только что видели, геотектонику, являются вместе с тем причиной и климатических колебаний.

Мы пришли, таким образом, к большому и важному выводу об единстве факторов, определяющих динамику тропосферы, динамику твердой земной оболочки - литосферы, гидросферы и наконец существование жизни.

Как ни толковать два предыдущих графика в деталях, основное их содержание определенно говорит за то, что климатические циклы (11-, 80- и 111-летние) обнаруживают через приливные поднятия океана определенную связь с вращением Земли. Можем ли мы этот вывод перенести на циклы большой длительности (600-, 1000- и 2000-летние)? Доказать их исторический ход, шаг за шагом, как это сделано для более коротких колебаний, мы не можем. Однако эту характеристику, видимо, надо распространить и на многовековые циклы, в особенности на 2000-летние, как доказано Шнитниковым.

Выше мы отмечали, что короткие циклы, являясь составной частью многовековых и находясь под их влиянием, также испытывают изменения. Восьмидесятилетние колебания средней величины солнечной активности в среднем через 570 лет испытывают усиления, и то же самое относится к вековым изменениям одиннадцатилетнего цикла.

Если это учесть и считаться с тем, что в кратных числах выражается связь коротких циклов многовековых, то можно сказать, что многочисленные циклы земных климатов современной эпохи - это не разрозненные явления, а части согласованного целого - единой системы циклов. Каждый из 500-, 1000-, 1800-2000-летних циклов складывается из 11-, 80- и 111-летних циклов и, следовательно, на всем протяжении каждого из них должна проявляться зависимость климатических колебаний и приливов от скоростей вращения. Это же необходимо распространить на всю современную эпоху (послеледниковое время), которая охватывает период в десяток тысяч лет или около того. Следовательно, сюда войдет пять-шесть 2000-летних циклов, которые, возможно, сведутся к двум приблизительно 5000-летним циклам, мысль о которых была выдвинута недавно.

Вся система циклов таким образом тесно связана и имеет единую основу с вращением Земли. Если вращение, как мы видели, лежит в основе геологических циклов, то оно же, если от крупного перейти к мелкому, лежит в основе сезонных подразделений года, т. е. влияние вращения распространяется и на все промежуточные циклические явления. Иначе говоря, это значит, что вся система циклических явлений, от космического года и геологического цикла до цикла годового, имеет единое основание. Система циклических явлений едина по своей сущности.

Но так как 111-летние периоды образуют своего рода ряд ступеней, спускающихся к наиболее холодному времени (XVI в.), ясно, что и скорости вращения должны от максимума к максимуму сильно меняться, ибо самые большие приливы, судя по исследованиям Отто Петтерсона, наблюдались в XIV-XV вв., затем они в обе стороны убывали, но не прямо, а через 111-летние циклы. Для скоростей вращения здесь должна получиться такая желестница ступеней» только в обратном направлении: если приливы XIV-XV вв. были огромными, то скорость вращения должна была быть очень малой.

Во сколько раз должна увеличиться величина этой лестницы, если в общую картину изменения скорости вращения уместить ледниковую форму цикла и вслед за этим дать картину изменений скорости вращения для всего геологического цикла? От этого мы очень еще далеки, но необходимо идти именно в эту сторону на основе того общего положения, что всегда существовавшие на Земле океаны постоянно, но по-разному, своими приливами уменьшали и скорость вращения нашей планеты и вместе с тем оказывали на ее тело давление, создавая поднятия и опускания.

В заключение, возвращаясь к малым циклическим колебаниям, следует сказать следующее. Если выше мы говорили, что за поднятием гор надо видеть происходящие одновременное этим климатические изменения, то сейчас можно отметить, что за климатическими циклами малых размеров нужно разглядеть и сопровождающую их геотектонику. Те и другие изменения всегда идут параллельно.

Общие выводы, к которым мы пришли, являются следующие.

1. В истории развития нашей планеты в геологическом времени неизбежно наблюдаются элементы некоторой повторяемости, которые находят свое выражение и в больших геологических циклах большой длительности, и во вмещающихся в эти циклы, как их части, многовековых, вековых и малых климатических периодах, и циклах как современной эпохи, так и эпох более ранних.

2. Вся совокупность циклических изменений условий существования планеты разной длительности (больших и малых), определяющая детали спирали ее развития, составляет единую взаимно связанную стройную систему явлений, укладывающихся друг в друге и имеющих общее подчинение.

3. Для больших геологических циклов и малых климатических периодов и циклов характерны их взаимная неотрывность и параллелизм в ходе развития структурных изменений литосферы и климатических изменений атмосферы и гидросферы.

4. Каждое структурное изменение подразумевает происходящее параллельно ему в ходе времени изменение климатическое, и наоборот.

5. Циклические климатические колебания современной геологической эпохи и эпох прежних, с одной стороны, а равно системы, представляющие собой тектонические движения (in statu nascendi) и новейшие тектонические движения, именуемые неотектоникой, с другой, создаются од

ними и теми же причинами, что определяет неразрывную связь между этими двумя группами явлений.

6. При взаимной зависимости и параллелизме структурных и климатических изменений невозможно применить к объяснению структурных явлений действия внутренних сил Земли, ибо это оторвало бы структурные явления от климатических, поскольку к последним внутренние явления планеты явно не имеют отношения. Таким образом, принятие только внутренних причин для объяснения изменений планет лишило бы возможности разъяснить одни и те же причины для тех и других изменений.

7. Поскольку в ходе изменений климатов и структур Земли увеличение ледников на материковых площадях и на горных поднятиях развиваются параллельно с изменением структур, то нельзя для объяснения этих двух групп явлений применять разные причины. Эти причины являются едиными. Нельзя поэтому к изменениям структур применять внутренние силы, а оледенения объяснять силами внеземными. Причины и того, и другого одни и те же. Эти причины определяются теми гравитационными силами, которые создаются при движении Земли, в частности при ее вращении. Это относится как к изменениям циклических проявлений современной эпохи и эпох прежних в структурах и климате, так и к тем изменениям, которые создаются в ходе данного геологического цикла.

8. Только на основе движения Земли, в целом, можно понять кратное соотношение тектонических периодов развития планеты с космическим годом, а равно только на этой основе понятными становятся прецессионные и приливообразующие воздействия Солнца и Луны на тело нашей планеты, создающие деформацию коры планеты, т. е. ее тектонику.

9. Для объяснения цикличности горообразования и движения материков в истории нашей планеты приходится учитывать не только вращение Земли, но и ее поступательное движение.

10. Неясно, нужно ли при толковании геологических циклов вводить непосредственное действие Галактики на планету или это действие передается через Солнце и Луну; во всяком случае связь больших циклов с галактическими влияниями едва ли можно оспаривать.

11. Поднятие гор проще понять быть может как прилив твердых масс, аналогичных приливу водному. Напряжения, его создающие, накопляются постепенно в течение больших промежутков времени.

12. На основании установленной прочной связи климатических и структурных изменений никак нельзя тектонические явления считать явлениями только литосферы. Они являются результатом взаимодействия литосферы коровой и подкоровой с другими оболочками Земли - гидросферой и атмосферой.

13. Изменения в ходе развития фаз геологических циклов суммируются тем, что два конца геологического цикла - начало и окончание имеют следующие совпадения тектонических и климатических явлений:

14. Вымирание больших групп животного мира и связанные с этим смены семейств и родов приурочены к концам геологических циклов; вымирание растений происходит немного раньше. Есть основание предполагать, что природные судьбы животного и растительного миров планеты определяются фазами геологических циклов. Они были бы иными, если бы планета была неподвижной.

15. Вращение Земли в современную эпоху и изменения ее скорости во многом определяют судьбы животного и растительного миров.

16. На основании данных об изменениях отношений гидросферы и литосферы в ходе геологического времени пора признать, что следует отказаться от термальных толкований тектонических изменений планеты, а перейти к динамическому ее толкованию на основе взаимодействия оболочек Земли.

17. Это значит, что тектонические явления рождаются в пульсациях вращательного режима Земли, а вовсе не в ее термине, которая играет только второстепенную роль.

В итоге всего вышеизложенного, можно сказать, что при анализе изменений геологических явлений во времени нами в полной мере выяснены три важных момента: а) надо признать неотрывность климатических и структурных изменений в ходе геологического времени, б) надо признать невозможность, в силу этого, объяснить изменения в теле планеты одними внутренними причинами и, наконец, в) признать надо участие природных вод во всех циклических изменениях Земли, от коротких климатических периодов через многовековые до геологического цикла и его фаз.

Последний факт особенно важен, поскольку он говорит о связи жизни литосферы с природными водами, мысль о котором поставлена в заглавии этого труда. Мы подходили к мысли, о влиянии приливов на геотектонику; а это значит, что приливы не только уменьшили скорость вращения планеты, но создавали давление, действующее на тело Земли и создающее в нем нарушения, приводящие к поднятиям и опусканиям. Иначе говоря, изменения структуры литосферы создаются с участием в основном приливных волн океанических вод. Об этом следует постоянно помнить.

Климатические же изменения Земли, с которыми мы познакомились выше, дали нам представление о том, что в этих изменениях имеется целая иерархия изменений начиная от суточного цикла до огромного геологического цикла и его фаз. Краткосрочные изменения носят название современных климатических периодов, или циклов. Поднимаясь по этой иерархии вверх от малого к более крупному, мы приблизимся к фазам геологического цикла и, наконец, к суммирующему все эти фазы самому циклу - геологическому году, охватывающему огромное геологическое время.

Как мы убедились выше, если характеризовать фазы цикла, то никак нельзя ограничиваться только явлениями в литосфере, ибо цикл, как и меньшие периоды, охватывает и литосферу, и все другие оболочки Земли. Могло бы казаться, что цикл и фазы относятся к литосфере, а более мелкие периоды ее не касаются, а отражаются только в изменениях атмосферы и гидросферы. Но это не так. Как малые циклы, именуемые климатическими периодами, так и большие геологические промежутки колебаний затрагивают все земные оболочки.

Именно поэтому была неудачна попытка Э. Ога объяснить цикл только причинами, относящимися к литосфере.

Об этом я писал 30 лет назад. Не повторяя целиком развитой тогда аргументации, изложу ее в основных чертах.

У Ога получилось деление на три фазы: орогенезис, литогенезис и глиптогенезис. Но эти фазы накладываются во времени друг на друга, а не четко разделяются: поднятие гор требует одновременного отложения осадков, т. е. литогенезиса, а когда на одних местах Земли происходит отложение осадков - литогенезис, тогда на других происходит глиптогенезис. Именно поэтому я предложил иное деление фаз цикла: ледниковая, умеренная и ксеротермическая. Нетрудно отдать себе отчет в том, что здесь основой характеристики фаз являются природные воды и их количество на поверхности Земли в разные фазы.

Далее, неопровержимым является сейчас положение о связи и единстве всех видов вод нашей планеты, и земные воды мы должны представлять себе как единое целое. Поэтому указанные изменения количества вод на поверхности могут происходить только за счет перераспределения вод этого целого. В последнее время в основу гидрогеологии поставлена проблема формирования подземных вод.

Проследить формирование подземных вод удобнее всего на основе единства всех природных вод. Это обстоятельство удостоверяет неразрывность связи подземных вод с материковыми и океаническими. С другой стороны, материковые воды, наземные и подземные, неотрывны от вод океанических, и убыль вод в океане приводит к увеличению их на материках, и наоборот. Без знания этих основных положений нельзя понять судеб природных вод на Земле и вместе тем геологических циклов. Природные воды оказываются здесь, таким образом, основным индикатором различий геологических фаз, определяя разную их увлажненность, что дает и климатические, и биологические характеристики.

Понятие увлажненности, введенное в науку Шнитниковым, имеет чрезвычайно важное значение. Шнитников ярко и убедительно обрисовал в своей книге (1957) увлажненность для малых колебательных периодов, от годового цикла до циклов многовековых. Охарактеризовать и индивидуализировать их можно тоже только учитывая увлажненность, т. е. состояние природных вод Земли. Я ссылаюсь здесь на факты, изложенные в его прекрасной книге. Повторять и перелагать здесь связанные с этим факты было бы неуместно. Но общий вывод еще раз повторить можно; это третье положение, которым мы закончим изложение главы: во всех изменениях в «жизни» Земли, от коротких периодов через многовековые до смен фаз геологического цикла и смен циклов во времени, обязательно участие природных вод, которыми определяется количество фаз.

Если разъяснению третьего из трех положений, выдвинутых в этой главе, мы посвятили ее конец, то к положению второму и первому мы вернемся в дальнейшем. Второе положение говорит о невозможности объяснить изменения планеты одними внутренними причинами. Разъяснение его позволит нам вернуться к положению первому - о неразрывности изменений климатических и структурных - и сделать из него надлежащие выводы о причинах изменения структур Земли.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .