Основные понятия геологической картины мира

Размещено на http://www.allbest.ru/

Основные понятия геологической картины мира

Формирование геологической картины мира предполагает рассмотрение следующих проблем:

1) Уточнение исходных терминов, понятий, основных концептуальных идей.

2) Сравнительный анализ целостных, системных концепций, которые могут быть использованы в качестве структуры геологической картины мира.

3) Выявление основных контуров геологической картины в контексте современной общенаучной картины мира.

Геология до сих пор существует как эмпирическая наука, то есть опирается, прежде всего, на экспериментальные факты, хотя другие суждения также имеют место. Сформулированная позиция обосновывается тем, что в геологии выделяют различные классы законов и закономерностей.

Прежде всего, это законы физики, химии и других точных наук, которые в модифицированном виде используются в геологии. Второму классу законов соответствуют крупномасштабные формы упорядоченности геологических явлений (цикличность и необратимость, преемственность и обновление, дискретность и непрерывность, преемственность и обновление, синхронно- асинхронный характер геологических процессов и т.п.). Третья группа объединяет закономерности, модели, гипотезы, отражающие собственно геологическую природу процессов литосферы. Большинство из них неуниверсально, многие не являются даже статистически верными.

Наиболее универсальные современные геологические концепции основываются на глобальной эволюции Земли, включающие в себя новый (гносеологический) актуализм, учитывающий изменчивость научного знания, неомобилизм, акцент на динамику геологических событий. Этап неклассической геологии сохраняет тесную преемственность с неклассической физикой, астрономией, химией, биологией.

Рассматриваемая геологическая картина мира основана на исследовании планеты Земля в целом вместе со всеми связанными с нею геосферами как сложной саморазвивающейся динамической системы. Здесь имеет место ориентация на строгую холистическую концепцию, до создания которой еще далеко. Кроме того, отдельно выделим Земную кору как фундаментальную подсистему, являющуюся результатом исторического развития и подверженную непрерывным изменениям за счет совокупности специфических процессов. Земная кора находится в непрерывном взаимодействии с мантией, атмосферой, гидросферой, педосферой (планетарная оболочка, объединяющая все почвы), биосферой, ноосферой, представляя собой органическое целое и образуя тем самым ключевой для геологии объект системного исследования. Помимо этого, будем использовать два основных подхода (направления):

1) Будем рассматривать упомянутые систему и подсистему в планетарно-космическом контексте.

2) Исследуем достаточно большое число подсистем, активно взаимодействующих друг с другом по отдельности и все вместе, на которые могут быть «расчленены» Земля и земная кора.

1. Основные представления о Земле

Концепции, парадигмы

Геология -- это наука о Земле. Она изучает происхождение и развитие Земли ее внутренних оболочек (геосфер), взаимоотношение внешних и внутренних геосфер, роль и результаты Бездействия из земную поверхность геологических процессов устанавливает закономерности эволюции Земли и занимается вопросами поиска и разведки месторождений полезных ископаемых. Объектами геологических исследований являются земная кора, геологические процессы и тела, принципы формирования и локализации полезных ископаемых, закономерности геологического развития Земли.

Геологические науки представляют собой непрерывный ряд дисциплин от точных (кристаллография) до описательных (историческая геология) Многие из геологических наук прошли сложный путь от теоретизации и структурирования своих концепций. Например, описательная минералогия трансформировалась в минералогию генетическую. В XX столетии возникли совершенно новые научные направления (геохимия, геофизика;, произошли структурные развития разделов общей геологии (например, из тектоники возникла фундаментальная наука-- геотектоника).

Средний радиус Земли - 6,371 *106 м3 , масса - 5,98 * 1024 кг, объем -1,083*102 м3. Отсюда следует, что плотность планеты составляет приблизительно 5,5*103 кг/ м3 хотя плотность известных нам горных пород составляет 2,7-3,0*103кг/м3

Это объясняется особенностями внутренних геосфер Земли (барисфера). В центре планеты расположено ядро, занимающее приблизительно 16% её объема, но содержащее более трети всей земной массы. Состав ядра Земли близок к составу железных метеоритов, представляя собой в основном никелистое железо. Обычно его разделяют на внутреннее (твердое) и внешнее (жидкое) ядро, которое простирается почти на 3500 км от центра планеты. Плотность ядра лежит в пределах5,69-12,3* 103кг/м3. Над ядром находится несколько слоев мантии, занимающих 82,26 % объема планеты где сосредоточено 67,8% массы Земли. С глубиной плотность вещества мантии возрастает с 3,32 до 5,69* 103кг/м3, хотя это происходит неравномерно.

Далее, выше мантии, если считать от центра планеты, расположена земная кора, однако для целей настоящей работы удобнее выделять тектоносферу. В геологическом смысле по вещественному составу тектоносфера делится на земную кору и верхнюю мантию до глубины порядка 400 км, а в физическом, точнее реологическом, смысле -- на литосферу и атмосферу: причем границы между этими подразделениями, как правило, не совпадают, и литосфера обычно включает кроме коры и какую-то часть верхней мантии.

Становление классической геологии (с конца XVII в.) тесно связано с механицизмом, позволившим сформулировать несколько ярких концепций (нептунизм, плутонизм, катастрофизм, униформизм). Согласно нептунизму (конец XVIII А. Вебер), на Земле геологически активен только мировой океан, и все горные породы возникли как осадки из океанов морей. Плутонизм (начало XIX в., Дж. Геттон) исходил из того, что основой всех геологических явлений является мантия с ее внутренним теплом. Несостоятельность обеих этих концепций определяется тем, что они опираются-лишь на одну из геосфер, что не соответствует действительности. Катастрофизм (20-е гг. XIX в.. Ж. Кювье был в большей степени теологизмом, чем природным эволюционизмом. Выявив в последовательно залегающих слоях резко отличающиеся друг от друга окаменелости различных фаун, Кювье предположил, что каждая из них -- результат очередного творения Бога. Униформизм (середина XIX столетия, Дж. Геттон, Ч. Лайель) провозгласил, что ключ к прошлому в настоящем, однако согласно воззрениям того времени это означало, что геологические явления прошлого и настоящего одинаковы. Постепенно униформизм трансформировался в актуализм, согласно которому геологические явления прошлого и настоящего отличны, но едины законы, определяющие эти явления. В этих концепциях абсолютизировались катастрофические события и единообразия теологических процессов.

В современной геологии основополагающее значение имеет концепция эволюционизма (с начала XX в.), согласно которой общая эволюция Земли слагается из эволюции отдельных геосфер и их взаимодействий. Современная геология все активнее участвует в междисциплинарном синтезе наук: геофизических, геохимических, географических и т.п. Этот синтез наглядно проявляется и в развитие представлений о ноосфере и ноосферогенезе. В.И. Вернадский отмечал, что человечество, взятое в целом, становится мощной геологическом силон, что «основной геологической силой, создающей ноосферу, является рост научного знания» [8, с. 49]. Геология второй половины ХХ столетия таким образом взаимодействует с глобальным эволюционизмом.

Глобальная эволюция Земли определяется, в конечном счете, энергией выделяемой при химико-плотностной дифференциации вещества в мантии и ядре планеты. Как главный динамический фактор он определяет специфику геологических процессов. геопланетарный земля литологический

При этом каждая геосферная оболочка имеет свою собственную историю, коэволюция, которых, образует историю Земли в целом.

2. Геологические характеристики земной коры

Научные представления о земной коре являются наиболее разработанными и полными среди всех других объектов и их сфер, изучаемых геологическими науками. Долгое время земная кора была основным объектом изучения геологии, что позволило сформировать в этой области ряд теорий, включающих важнейшие фундаментальные модели и законы. В земной коре совершаются сложные типы взаимодействия се структур и протекают процессы дифференциации вещества. Именно здесь наиболее ярко проявляются основные геологические процессы, в том числе и глубинные, которые через систему промежуточных образований появляются в поле зрения исследователей, что позволяет исследовать развитие планеты в целом.

Развитие Земли, включая все её геосферы, исследуемое с точки зрения её коры, в настоящее время описывается, по крайней мере, тремя фундаментальными общепланетарными концепциями, которые в силу их общности иногда называют парадигмами: геосинклинальной, мобилистской и синергетической.

Согласно геосинклиналыюй концепции, благодаря устойчивому круговороту вещества и энергии, обусловленному органическим единством литосферы, гидросферы, атмосферы, возникает единая многозвеньевая трансформация вещества и энергии на Земле, тесно взаимосвязанная сРазмещено на http://www.allbest.ru/

движением океанических и континентальных блоков литосферы. Эти блоки перемещаются относительно друг друга по вертикали, что обусловлено законом Архимеда, переправлением оснований блоков, что приводит к выжиманию магмы в направлении более легких блоков и перемещению масс вещества по поверхности планеты. Существенный вклад в этот процесс вносит антиподальное расположение участков суши и моря по поверхности Земного шара, благодаря различной плотности этих субстанций, а также перемещению масс твердого вещества в морские бассейны.

На смену геосинклинальной концепции тектоники литосферных плит пришла мобилистская концепция, в основе которой лежит теория, предполагающая разделение верхней части земной коры на две оболочки, существенно отличающиеся по реологическим свойствам (вязкости) -- жесткую и хрупкую литосферу и более пластичную и подвижную астеносферу. Литосфера подразделена на ограниченное число плит - в настоящее время семь крупных и столько же малых. Различают три типа взаимных перемещений между плитами:

1) дивергентные границы вдоль которых происходит раздвижение плит;

2) конвергентные границы, на которых идет сближение плит, обычно выражающиеся подвигом одной плиты под другую;

3) трансформные границы, вдоль которых происходит горизонталь- нос скольжение одной плиты относительно другой по плоскости вертикального трансформного разлома. Основной причиной движения плит является мантийная конвекция, то есть плиты, находящиеся в вязком сцеплении с астеносферой, увлекаются последней и движутся на манер ленты конвейера. Согласно другим классификациям, в настоящее время различают десять плит среднего и большего размера и значительно больше «микроплит».

Согласно синергетической концепции, наша планета представляет многоярусную конвекционную систему типа конвекционной структуры Бенара (самопроизвольное скачкообразное образование шестиугольных ячеек, напоминающих пчелиные соты), в которой конвекция на одном уровне инициирует конвекцию на следующем, вышележащем уровне. Тому же эффекту соответствует образование ячеистых лавовых покровов. Причина появления ячеек объясняется необходимостью быстро рассеять избыточную энергию. С синергетической самоорганизацией связываются и изолинии рельефа, например, речная сеть или ландшафты в целом.

Основными элементами земной коры являются минералы и горные породы, формирование которых обуславливается основными геологическими процессами. Расположение природных тел в земной коре определяет структуру последней. Минералы являются физическими или химическими индивидуализированными продуктами земных химических реакций. Они состоят из химических молекул и являются природными химическими соединениями. Горные породы - это минеральные агрегаты, слагающие самостоятельные геологические тела, образующие земную кору. Число минералов не превышает трех тысяч, тогда как горных пород гораздо больше (на несколько порядков). Основными типами горных пород являются магматические, осадочные и метаморфические. Подсистемы в пределах земной коры наглядно проявляются, например, в континентальной её части. В континентальной коре выделяют две связанные между собой открытые стационарные циклические системы эволюции вещества: систему гранитного слоя и систему базальтового слоя.

Минералы и горные породы подвержены воздействию геологических процессов: эндогенных, происходящих внутри Земли, и экзогенных, представляющих собой результат взаимодействия литосферы с атмосферой, гидросферой и биосферой. Следует подчеркнуть, что в литосфере Земли имеет место глобальный круговорот вещества и энергии, включающий в себя следующие основные процессы: магмогенез (переправление вещества), тектогенез, орогенез (горообразование), денудацию (срез гор), седиментогенез (осадкообразование), метаморфизм (физико-химические превращения горных пород).

Особое значение в геологической картине мира должно быть уделено понятиям «геологическое время», «геологическое пространство», которые до сих пор находятся в стадии становления.

Геологическое время - это время действия геологических процессов. Земля возникла 4,66 млрд. лет назад, а земная кора начала формироваться 4,2-4,3 млрд. лет назад. Основные концепции геологического времени опираются на литологические, биостратиграфические, радиологические методы исследования геологических процессов.

Литологические и биостратиграфические концепции определяют относительное геологическое время через вычисление скорости осадконакопления, а также продолжительности жизни отдельных особей, видов, родов, отрядов животного и растительного царств (руководящие ископаемые). Радиологические - определяют абсолютное геологическое время (геохронология или радиогеохронология), устанавливая возраст осадочных и магматических образований на основе распада радиоактивных изотопов. Среди геохронологических подразделений выделяют: эои, эру, период, эпоху. Два основных эона -- это криптозой (80% времени существования Земли от её возникновения) и фанерозой (последние 570 млн. лет). Криптозой разделяется на катархей, архей и протерозой, а фанерозой - на палеозой, мезозой и кайнозой, которые, в свою очередь, подразделяются на геологические периоды. Геологическое пространство связывают с наиболее крупными стратиграфическими подразделениями эонотемами (архейской, протерозойской и фанерозойской), с литосферными плитами, слоями внутреннего устройства Земли. Более мелкими пространственно- структурными образованиями являются, например фация - часть слоя, отличающаяся составом, набором органических остатков и строением от других частей этого же слоя. А также образования на стыке с другими науками, например геоморфологический рельеф.

В целом, геологические пространство и время, определяемые в настоящее время, могут быть использованы в геологической картине мира только частично, они еще не могут быть положены в основание системы координат для исследования геологических объектов. В то же время имеющиеся концепции геологических пространства и времени способствуют заданию вектора современных исследований и в дальнейшем, наверное, смогут играть в геологии роль, аналогичную их роли в физике. Современные представления о геологической картине мира опираются на две рассмотренные выше сложные саморазвивающиеся динамические системы: все сферы, образующие планету в целом, и подсистемы, обеспечивающие функционировать земной коры.

В настоящее время активно развивается геопланетарное почвоведение, опирающееся на признание фактов, которые позволяют сделать вывод о принципиально большей длительности почвообразования на Земле, чем это считалось до сих пор». Биологическая активность обнаружена в древних осадочных породах возрастом 3,5-3,8 млрд. лет. Это позволило говорить о крупнейшем вкладе микроорганизмов в биологизацию Земли и качественное изменение её атмосферы.

Геопланетарное почвоведение исходит из пространственной непрерывности почвенной оболочки Земли (педосферы), что позволяет рассмотреть взаимодействие геологической и биологической картин мира. Применительно к геологическим системам происходит их дополнение почвенным покровом, поскольку последний принимает активное участие в геологических процессах. Это позволяет поставить вопрос о взаимодействии различных научных картин мира, поскольку ни одна из этих картин не может существовать изолированно, и по мере последовательного их рассмотрения возникают сферы пересечения и взаимного влияния этих научных картин друг на друга.

Эксплицированные выше понятия позволяют также сказать геологическую картину мира с существованием «геологической реальности», включающей в себя состав, строение и историю развития земной коры и Земли, изучаемой и моделируемой геологией на основе используемых ею физических и химических методов исследования.

Размещено на Allbest.ru