Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему: «Возникновение и развитие геотермии как отдельной геофизической науки»

Содержание

Введение

Глава 1. Философские аспекты зарождения, становления и классификации науки в целом и отдельных научных дисциплин

1.1 Предпосылки зарождения опытных дисциплинарно организованных наук. Их современная классификация

1.2 Современная наука. Роль науки в современном обществе

1.3 Взаимодействие науки, экономики и власти

Глава 2. Геотермия. Возникновение отдельной научной дисциплины из прикладных геотермических исследований

2.1 История геотермических исследований

2.2 Оформление предмета и методологии геотермических исследований. Аппаратура для геотермических исследований

2.3 Задачи решаемые современной геотермией

Глава 3. Экономические аспекты освоения геотермальной энергии в России

3.1 Прогнозирование освоения геотермальной энергии России

3.2 Предпосылки развития геотермального производства в России

Заключение

Литература

Введение

Наша планета Земля по составу, состоянию слагающего вещества, физическим свойствам и протекающим в ней процессам неоднородна. Вообще, неоднородность - это главное свойство и движущая сила всей Вселенной, в том числе и нашей планеты.

В направлении к центру Земли можно выделить следующие оболочки, или, иначе говоря, геосферы: атмосферу, гидросферу, биосферу, земную кору, мантию и ядро. Иногда внутри твердой Земли выделяют литосферу, объединяющую земную кору и верхнюю мантию, астеносферу, или частично расплавленный слой в верхней мантии, и подастеносферную мантию.

Три внешние оболочки (атмосфера, гидросфера и биосфера) имеют весьма непостоянные или даже неопределенные границы, но по сравнению с другими геосферами они наиболее доступны непосредственному наблюдению. Эти геосферы являются предметом изучения различных научных дисциплин, и в частности, геофизики.

Геосферы твердой Земли, за исключением самого верхнего слоя земной коры, изучаются в основном косвенными, геофизическими методами, поэтому многие вопросы пока остаются нерешенными. Достаточно сравнить радиус Земли - 6370 км и глубину самой глубокой пробуренной скважины - менее 15 км, чтобы представить себе, как мало мы имеем непосредственной информации о составе вещества планеты. Изучение химического состава глубинных геосфер невозможно без учета термодинамических условий недр Земли (высоких давлений и температур) и их влияния на свойства вещества. Основные данными, которые используются для этой задачи:

Во-первых, химический состав земной коры. Однако не следует забывать, что земная кора представляет только небольшую (менее 1% по массе) часть нашей планеты и поэтому состав Земли в основном определяется составом мантии и ядра.

Во-вторых, геофизические данные - в основном результаты сейсмологии. Однако эти данные допускают неоднозначное истолкование, т.к. одинаковые значения физических свойств - скорости упругих волн или плотности - могут быть присущи веществам различного химического состава.

В-третьих, космологические данные, т.е. результаты изучения космических тел, в первую очередь Луны и метеоритов, падающих на Землю. Эти данные можно использовать только при предположении о близости химического состава исходного вещества планет, по крайней мере, земной группы. Однако, в большинстве случаев этого недостаточно, так как изучение Земли и ее геосфер невозможно без изучения теплового поля. Ведь совершенно очевидно, что любые процессы, происходящие в недрах Земли, приводят к выделению или поглощению энергии. Эта энергия в конечном итоге превращается в тепло планеты.

Таким образом, появляется необходимость в новом направлении научной работы в геофизике, которая бы занималась накоплением количественной информации о глубинных температурах, об энергетическом балансе, о фазовом состоянии различных геосфер, о формах теплопередачи внутри Земли и др. Данная информация должна была быть использована для понимания и моделирования геодинамических процессов в геосферах и для оценки энергетики геолого-геофизических проявлений - а именно в этом заключаются фундаментальные аспекты изучения теплового поля.

Данная задача осуществлялась с помощью геотермических исследований, которые считались одним из геофизических методов и носили больше подчиненный характер, помогая в исследованиях других научных направлений, например сейсмологии.

Геотермия - как отдельная наука, которая занимается изучением теплового поля Земли и ее геосфер, не существовала.

Один из взглядов раскрывающий предпосылки возникновения науки [1] указывает на то, что в возникновении науки (или отдельной научной дисциплины) играют роль экономические факторы, социальные факторы, а также необходим определенный уровень развития самого знания, «запас» необходимого и достаточного количества фактов, которые бы подлежали описанию, систематизации и теоретическому обобщению. Также, у отдельной науки должен быть четко очерченный объект познания, ее субъект и отработанная методология. Все это присуще любой науке, и соответственно можно сделать вывод о том, что если в молодом научном направлении (изначально методе исследования) выделить эти аспекты, то можно говорить о новой научной дисциплине.

Цель данного реферата - проследить историю зарождения и развития геотермических исследований; попытка показать и обосновать геотермию как отдельную геофизическую науку, в соответствии с требованиями современной философии науки; раскрыть связь современной геотермии с экономическими и социальными потребностями общества.

Первая глава работы носит название «Философские аспекты зарождения, становления и классификации науки в целом и отдельных научных дисциплин». Литература, использованная для ее написания - это современные учебные пособия по философии науки.

Вторая глава посвящена становлению геотермии как науки. Она называется «Геотермия. Возникновение отдельной научной дисциплины из прикладных геотермических исследований» и написана преимущественно на основе курса лекций по основам геотермии, подготовленных М.Д. Хуторским.

В третье главе показаны перспективы развития прикладной геотермии для решения экономических задач в России. Она подготовлена на основе материалов конференции «Возобновляемая энергетика. Проблемы и перспективы», прошедшей в сентябре 2005 г. в Институте проблем геотермии ДНЦ РАН.

Глава 1. Философские аспекты зарождения, становления и классификации науки в целом и отдельных научных дисциплин

1.1 Предпосылки зарождения опытных дисциплинарно организованных наук. Их современная классификация

Как своеобразная форма познания - специфический тип духовного производства и социальный институт - наука возникла в Европе, в Новое время, в XVI - XVII вв. в эпоху становления капиталистического способа производства и дифференциации единого ранее знания на философию и науку. В Новое время ускоренными темпами развивается процесс размежевания между философией и частными науками. Процесс дифференциации идет по трем основным направлениям:

1. Отделение науки от философии.

2. Выделение в рамках науки как целого отдельных частных наук (научных дисциплин) - механики, астрономии, физики, химии, биологии и др. аппаратура геотермическое исследование производство энергия

3. Вычленение в целостном философском знании таких философских дисциплин, как онтология, философия природы, гносеология, диалектика и др.

В понимании генезиса, возникновения науки в истории и философии науки сложились 2 противоположных подхода. С точки зрения экстернализма, появление науки обусловлено целиком и полностью внешними для нее обстоятельствами - социальными, экономическими и др. Интернализм, напротив, основной движущей силой развития науки считает факторы, связанные с внутренней природой научного знания: логика решения его проблем, соотношение традиций и новаций и т.п.

Предпосылки формирования опытной науки в Средние века и в эпоху Возрождения.

Формирование опытной науки связано с изменяющимися представлениями человека о его взаимосвязи с природой. Человек должен представить себя активным началом в исследовании природы, и это связано с зарождением идеи экспериментального исследования.

В XIII--XV вв. усилился интерес к естественнонаучным идеям и исследованиям. Значительную роль в развитии и распространении естествознания сыграла Оксфордская школа, представлявшая объединение философов и ученых и существовавшая при Оксфордском университете. Главная роль в становлении школы принадлежала францисканцу Роберту Гроссетесту (Большеголовому, 1175--1253), который был одним из первых переводчиков естественнонаучных произведений Аристотеля. Но он более интересен как автор собственных естественнонаучных трактатов, среди которых важнейший трактат «О свете или о начале форм».

Основные достижения Оксфордской школы связаны с научной деятельностью членов Мертонского колледжа при Оксфордском университете. Важное место среди них занимает Фома Бродвардин, который пытался выработать математический способ описания движений тел посредством придания физическим процессам количественных показателей. А его ученики -- Ричард Киллинпон, Ричард Суиссет (Суайнсхед), Уильям Хейтесбери и Джон Дамблтон, так называемые «калькуляторы», стремясь объединить физику Аристотеля и учение о пропорциях Евклида, пытались создать единую систему «математической физики», основанной на возможности арифметико-алгебраического выражения качества. В работах калькуляторов формировались такие понятия математики, как переменная величина, логарифм, дробный показатель, бесконечный ряд.

Реализация идей опытной науки еще оставалась вопросом будущего. В частности, проведение экспериментов предполагало создание соответствующей экспериментальной техники, устройств, приборов и т. д. Огромные материальные ресурсы, которые требовались для развития техники и инженерного искусства, реально появились лишь в эпоху Возрождения. Изменяется роль человека в мире. Зарождается новый тип мышления. Происходит постепенная смена мировоззренческой ориентации: для человека значимым становится посюсторонний мир, автономным, универсальным и самодостаточным становится индивид.

Среди тех, кто подготавливал рождение науки, был Николай Кузанский (1401--1464). В своих философских воззрениях на мир он вводит методологический принцип совпадения противоположностей -- единого и бесконечного, максимума и минимума, из которого следует тезис об относительности любой точки отсчета. Кузанский делает заключение о предположительном характере всякого человеческого знания. Поэтому он уравнивает в правах и науку, основанную на опыте, и науку, основанную на доказательствах. Большое внимание философ придает измерительным процедурам.

В этой связи особый интерес представляют попытки Леонардо да Винчи (1452--1519) применить в анатомии знания из прикладной механики и найти соответствие между функционированием органов человека и животных и функционированием известных ему технических устройств, механизмов.

Леонардо да Винчи считал, что «опыт никогда не ошибается, ошибаются только суждения ваши», и что для получения в науках достоверных выводов следует применять математику, в которую он обычно включал и механику. Механика же мыслилась им еще не как теоретическая наука, какой она станет во времена Галилея и Ньютона, а как чисто прикладное искусство конструирования различных машин и устройств.

Как и когда происходит формирование науки как профессиональной деятельности?

Наука как профессиональная деятельность начинает формироваться в крупнейших странах Европы в период бурного подъема естествознания.

У истоков науки как профессиональной деятельности стоит Френсис Бэкон (1561--1626), утверждавший, что достижения науки ничтожны и что она нуждается в великом обновлении. Идеально организованный коллектив ученых («Дом Соломона») описал Бэкон в «Новой Атлантиде». Среди членов этого сообщества существует разделение труда: одни собирают сведения о различных опытах из книг, другие делают опыты, третьи обрабатывают данные опытов и составляют таблицы, а «истолкователи природы» из наблюдений и опытов выводят общие законы и причины. В «Доме Соломона» проводятся общие собрания всех его членов, обсуждаются рефераты, работы, выведенные законы и принципы, решается, какие открытия и опыты должны быть опубликованы. Для осуществления преемственности в «Доме» обязательно должны быть и молодые ученые. Посещая разные города, государства, ученые должны на основе изучения природы предсказывать неурожаи, бури, эпидемии, землетрясения и давать советы гражданам, как, по возможности, избежать этих бедствий.

Идея организованной, коллективной, государственной науки воплотилась в создании первых естественнонаучных обществ (или первых академий) в Европе.

28 ноября 1660 г. в Лондоне 12 ученых на своем собрании составили «Меморандум», в котором записали о желании создать «Коллегию» для развития физико-математического экспериментального знания. Позднее она будет названа Лондонским королевским обществом, научная программа которого предполагала развивать естествознание средством опытов. Вслед за Лондонским королевским обществом были созданы Парижская академия наук (1666 г.), Берлинская академия наук (1700 г.), Петербургская академия (1724 г.) и др.

В науке XVII столетия главной формой закрепления и трансляции знаний стала книга, в которой должны были излагаться основополагающие принципы и начала «природы вещей». Она выступала как базисом обучения, так и главным средством фиксации новых результатов исследования природы.

Уже во второй половине XVII столетия постепенно началось углубление специализации научной деятельности. В различных странах образуются сообщества исследователей-специалистов. Коммуникации между ними начинают осуществляться на национальном языке, а не на латыни. Появляются научные журналы, через которые происходит обмен информацией. Первоначально они выполняли особую функцию объединения исследователей, стремясь показать, что и кем делается, но затем наряду с обзорами начали публиковать сведения о новом знании, и это постепенно стало их главной функцией.

В конце XVIII -- первой половине XIX в. в связи с увеличением объема научной информации, наряду с академическими учреждениями, начинают возникать общества, объединяющие исследователей, работающих в различных областях знания (физики, биологии, химии и т.д.).

Новые формы организации науки порождали и новые формы научных коммуникаций, и поставили проблему воспроизводства субъекта науки. Возникла необходимость в специальной подготовке ученых, чему способствовали университеты. Наука постепенно утверждалась в своих правах как прочно установленная профессия, требующая специфического образования, имеющая свою структуру и организацию.

Дисциплинарно организованная наука

Научная дисциплина понимается как определенная форма систематизации научного знания, связанная с его институализацией, с осознанием общих норм и идеалов научного исследования, с формированием научного сообщества, специфического типа научной литературы (обзоров и учебников), с определенными формами коммуникации между учеными, с созданием функционально автономных организаций, ответственных за образование и подготовку кадров. Дисциплинарная организация науки оказывается тем каналом, который обеспечивает социализацию достигнутых результатов, превращая их в научные и культурные образцы, в соответствии с которыми строятся учебники, излагается и передается знание в системе образования.

Дисциплинарно организованное знание возникает именно в том случае, когда все накопленное знание рассматривается под углом зрения трансляции его последующим поколениям. Для обучающегося знание предстает как дисциплина, а для обучающего -- как доктрина. И поэтому с позиции лиц, осуществляющих обучение, все наличное знание оказывается совокупностью доктрин. Для дисциплинарного образа науки характерны: трактовка знания как объективно-мыслительной структуры, ориентация преподавания на унифицированное расчленение и упорядочивание всего знания и изложение его в различных компендиумах, энциклопедиях и учебниках.

Величайшим достижением культуры Средних веков явилось создание университетов, выполнявших две функции: учебного заведения и лаборатории научного (в средневековом смысле слова) исследования. Университеты были созданы во всех европейских столицах и ряде крупных городов. В период Средневековья сложилась довольно-таки четкая дисциплинарная организация знания, передаваемая в ходе обучения, и тесно взаимосвязанная с ней дисциплинарная организация учебного процесса.

Формами обучения в это время были лекции и диспуты. На лекциях читали вслух и комментировали какой-либо канонический текст. А основным средством закрепления знаний был диспут. Диспут -- это ритуализированная форма общения, осуществляемая по строгим правилам и нормам.

На рубеже XIV--XV вв. (эпоха Возрождения) происходит существенный культурно-исторический сдвиг в отношении человека к природе и вслед за этим и к природознанию, подрываются идеалы и нормы средневековой учености. Научные изыскания начинают развертываться вне традиционных центров культурной жизни (университетов и монастырей). Они перемещаются в кружки интеллектуалов, любителей философии, истории, литературы и т.д. А в XVI в. в Италии возникают такие новые формы организации интеллектуальной жизни, как академии. Гуманисты Возрождения выдвигают новый идеал -- образование как формирование и развитие личности в целостности ее способностей.

Ситуация, связанная с ростом объема научной информации, существенным образом трансформировала способы трансляции знания. Образование начинает строиться как преподавание групп отдельных научных дисциплин, обретая ярко выраженные черты дисциплинарно организованного обучения. В конце XVIII -- начале XIX в. дисциплинарно организованная наука, включающая в себя четыре основных блока научных дисциплин: математику, естествознание, технические и социально-гуманитарные науки, -- завершила долгий путь формирования науки в собственном смысле слова.

В настоящее время научное знание представляет собой сложноорганизованную систему научных дисциплин. Структура научной дисциплины может быть представлена следующим образом. Все те исследования, которые проводятся представителями данной научной дисциплины, можно назвать передним краем исследования. Для него характерна определенная последовательность научных публикаций: статьи, материалы конференций, симпозиумов, конгрессов, съездов, препринты и депоненты. Более высокий уровень составляют обзоры и рефераты, в которых подводятся определенные обобщения проводимых на переднем крае исследований. Завершающий уровень -- создание обобщающей монографии. Устоявшиеся данные научной дисциплины излагаются в учебниках и транслируются последующим поколениям.

Какие существуют классификации современных наук

Что касается классификаций современных наук, то они проводятся по самым различным основаниям (критериям). По предмету и методу познания можно выделить науки о природе -- естествознание, об обществе -- обществознание (гуманитарные, социальные науки) и о самом познании, мышлении (логика, гносеология, эпистемология и др.). Отдельную группу составляют технические науки. Очень своеобразной наукой является современная математика. По мнению некоторых ученых, она не относится к естественным наукам, но является важнейшим элементом их мышления.

В свою очередь каждая группа наук может быть подвергнута более подробному членению. Так, в состав естественных наук входят механика, физика, химия, геология, биология и др., каждая из которых подразделяется на целый ряд отдельных научных дисциплин. Наукой о наиболее общих законах действительности является философия, которую нельзя, однако, полностью относить только к науке.

По своей «удаленности» от практики науки можно разделить на два крупных типа: фундаментальные, которые выясняют основные законы и принципы реального мира и где нет прямой ориентации на практику, и прикладные -- непосредственное применение результатов научного познания для решения конкретных производственных и социально-практических проблем, опираясь на закономерности, установленные фундаментальными науками. Вместе с тем границы между отдельными науками и научными дисциплинами условны и подвижны. Могут быть и другие критерии (основания) для классификации наук.

1.2 Современная наука. Роль науки в современном обществе

Скажем сразу, что существуют три основные концепции науки [2]: наука как знание, наука как деятельность, наука как социальный институт. Современная наука представляет собой органическое единство этих трех моментов. Здесь деятельность - её основа, своеобразная "субстанция", знание - системообразующий фактор, а социальный институт - способ объединения ученых и организации их совместной деятельности. И эти три момента и составляют полное определение современной науки.

Первая концепция, наука как знание, с многовековой традицией рассматривается как особая форма общественного сознания и представляет собой некоторую систему знаний.

Если мы рассмотрим науку как деятельность, то нам сегодня её функции представляются не только наиболее очевидными, но и первейшими и изначальными. И это понятно, если учитывать беспрецедентные масштабы и темпы современного научно-технического прогресса, результаты которого ощутимо проявляются во всех отраслях жизни и во всех сферах деятельности человека.

Наука как социальный институт - это социальный способ организации совместной деятельности ученых, которые являются особой социально-профессиональной группой, определенным сообществом.

Институционализация науки достигается посредством известных форм организации, конкретных учреждений, традиций, норм, ценностей, идеалов и т.п.

Цель и назначение науки как социального института - производство и распространение научного знания, разработка средств и методов исследования, воспроизводство ученых и обеспечение выполнения ими своих социальных функций.

Сегодня, в условиях научно-технической революции, у науки всё более отчётливо обнаруживается ещё одна концепция, она выступает в качестве социальной силы. Наиболее ярко это проявляется в тех многочисленных в наши дни ситуациях, когда данные и методы науки используются для разработки масштабных планов и программ социального экономического развития. При составлении каждой такой программы, определяющей, как правило, цели деятельности многих предприятий, учреждений и организаций, принципиально необходимо непосредственное участие учёных как носителей специальных знаний и методов из разных областей. Существенно также, что ввиду комплексного характера подобных планов и программ их разработка и осуществление предполагают взаимодействие общественных, естественных и технических наук.

Роль науки в современном обществе.

Мы можем уверенно сказать, что наука в современном обществе играет важную роль во многих отраслях и сферах жизни людей. Несомненно, уровень развитости науки может служить одним из основных показателей развития общества, а также это, несомненно, показатель экономического, культурного, цивилизованного, образованного, современного развития государства.

Очень важны функции науки как социальной силы в решении глобальных проблем современности. В качестве примера здесь можно назвать экологическую проблематику. Как известно, бурный научно-технический прогресс составляет одну из главных причин таких опасных для общества и человека явлений, как истощение природных ресурсов планеты, загрязнение воздуха, воды, почвы. Следовательно, наука - один из факторов тех радикальных и далеко не безобидных изменений, которые происходят сегодня в среде обитания человека. Этого не скрывают и сами учёные. Научным данным отводится ведущая роль и в определении масштабов и параметров экологических опасностей.

Возрастающая роль науки в общественной жизни породила её особый статус в современной культуре и новые черты её взаимодействия с различными слоями общественного сознания. В этой связи остро ставится проблема особенностей научного познания и его соотношения с другими формами познавательной деятельности (искусством, обыденным сознанием и т. д.).

Эта проблема, будучи философской, по своему характеру, в то же время имеет большую практическую значимость. Осмысление специфики науки является необходимой предпосылкой внедрения научных методов в управление культурными процессами. Оно необходимо и для построения теории управления самой наукой в условиях НТР, поскольку выяснение закономерностей научного познания требует анализа его социальной обусловленности и его взаимодействия с различными феноменами духовной и материальной культуры.

В качестве главных же критериев выделения функций науки надо взять основные виды деятельности ученых, их круг обязанностей и задач, а также сферы приложения и потребления научного знания. Ниже перечислены одни из главных функций:

1) познавательная функция задана самой сутью науки, главное назначение которой - как раз познание природы, общества и человека, рационально-теоретическое постижение мира, открытие его законов и закономерностей, объяснение самых различных явлений и процессов, осуществление прогностической деятельности, то есть производство нового научного знания;

2) мировоззренческая функция, безусловно, тесно связана с первой, главная цель ее - разработка научного мировоззрения и научной картины мира, исследование рационалистических аспектов отношения человека к миру, обоснование научного миропонимания: ученые призваны разрабатывать мировоззренческие универсалии и ценностные ориентации, хотя, конечно, ведущую роль в этом деле играет философия;

3) производственная, технико-технологическая функция призвана для внедрения в производство нововведений инноваций, новых технологий, форм организации и др. Исследователи говорят и пишут о превращении науки в непосредственную производительную силу общества, о науке как особом "цехе" производства, отнесении ученых к производительным работникам, а все это как раз и характеризует данную функцию науки;

4) культурная, образовательная функция заключается главным образом в том, что наука является феноменом культуры, заметным фактором культурного развития людей и образования. Ей достижения идеи и рекомендации заметно воздействуют на весь учебно-воспитательный процесс, на содержание программ планов, учебников, на технологию, формы и методы обучения. Безусловно, ведущая роль здесь принадлежит педагогической науке. Данная функция науки осуществляется через культурную деятельность и политику, систему образования и средств массовой информации, просветительскую деятельность ученых и др. Не забудем и того, что наука является культурным феноменом, самым имеет соответствующую направленность, занимает исключительно важное место в сфере духовного производства.

1.3 Взаимодействие науки, экономики и власти

Отношения науки и экономики всегда представляли собой большую проблему [3,2]. Наука не только энергоемкое предприятие, но и в огромной степени финансово затратное. Она требует огромных капиталовложений и не всегда является прибыльной.

Традиционное представление о том, что технология является неотъемлемым приложением науки, сталкивается с эмпирическими и практическими возражениями. В реальном производственном процессе существуют тормозящие механизмы, направленные на сохранение и модификацию уже существующей технологии и препятствующие ее резкой смене и деконструкции.

Однако если прикладные науки, обслуживая производство, могут надеяться на долю в распределении его финансовых ресурсов, то фундаментальные науки напрямую связаны с объемом бюджетного финансирования и наличием тех планов и программ, которые утверждены государственными структурами. Ученые открыто говорят о том, что практический выход фундаментальных исследований непредсказуем и не может быть напрямую связан с его успешным технологическим применением. Существуют данные, что до XIX в. разрыв между исследованием, проектом и его фактической реализацией составлял период в 150 лет, сейчас, по мнению прикладников, этот интервал сократился до 20--30 лет.

Ученые приходят к выводу, если маховик научной деятельности по производству фундаментальных знаний и их приложению будет приостановлен хотя бы на 50 лет, он никогда не сможет быть приведен в движение вновь, так как имеющиеся достижения будут подвергнуты коррозии прошлого. Другой важный вывод говорит о необходимости контроля со стороны инвестиций.

Для спектра проблем, связанных с соотношением экономики и науки, важно подчеркнуть, что негативные последствия технократического развития подразделяются на природогенные и телеогенные. К первым причисляют те, которые возникают в природных процессах, но являются отрицательными результатами технократического давления, нарушающего природное равновесие, например, землетрясения, наводнения, снегопады, сход лавин и пр. Ко вторым относят явления, генерируемые человеко-машинными, техническими системами и имеющие тесную связь с ошибками в расчетах, планировании, проектировании. Это нарушение норм сейсмостойкости, строительство на затопляемой территории, сброс вод в водохранилище и последующее за этим наводнение. Об отрицательном техногенном влиянии человека на среду обитания свидетельствует и разрушение почвенного покрова, и сокращение площади лесов, и уничтожение видов животных и растений.

Подобная необдуманная, направленная на сиюминутную экономическую выгоду, эксплуатация природы грозит гибелью самому человеку. Реализация текущего экономического интереса делает инновационные проекты весьма конфликтными, основанными на противоестественных, сопротивляющихся природе решениях. Максимизации функции полезности не всегда оправдана с точки зрения здорового образа жизни современного человека в условиях окружающей его техносферы.

Обсуждая вопрос взаимосвязи науки и власти, ученые отмечают, что власть либо курирует науку, либо диктует социальный заказ. Существуют такие понятия, как «национальная наука», «престиж государства», «крепкая оборона». Власть -- это понятие, тесно связанное с понятием государства. С точки зрения государства и власти наука должна служить делу просвещения, должна делать открытия и предоставлять перспективы для экономического роста и роста благосостояния народа. Однако жесткий диктат власти неприемлем. Для отечественной истории проблема идейного столкновения науки и власти особо остра и болезненна. В свое время и кибернетика, и археология, и генетика были объявлены лженауками и преследовались.

Власть определяется как механизм, обладающий возможностью подчинять, управлять или распоряжаться действиями других людей или структур. Для развития науки важны некоторый либерализм и свобода от властных указаний. Наука не может развиваться по указке чиновников. Вместе с тем властные структуры ответственны за принятие решений о развитии того или иного направления или проекта, за его возможные последствия.

Следует отметить имеющую место особую форму организации научного труда по закрытому принципу. С целью максимальной отдачи и намерением изолировать группы перспективных ученых-разработчиков от внешнего мира строятся ученые городки. Эта тенденция была свойственна Советскому Союзу, сейчас по такому принципу работает ряд японских компаний, компания «Microsoft» и пр. Взаимосвязь науки и власти можно проследить по линии привлечения ведущих ученых к процессу обоснования важных государственных и управленческих решений. В ряде европейских государств и в США ученые привлекаются к управлению государством, обсуждают проблемы государственного устройства и государственной политики. В нашей стране дело обстоит иначе, власть обеспечивает ученым крайне скромное содержание, а ученые получают возможность не нести никакой ответственности за состояние дел в стране.

Вместе с тем у науки есть свои специфические цели и задачи, ученые стоят на объективных позициях, в науке развит институт критики и полемики, для научного сообщества в целом не свойственно при решении научных проблем обращаться к третейской инстанции власть имущих, неприемлемо для него и вмешательство власти в процесс научного поиска. При этом следует иметь в виду, что автономия прикладных наук значительно снижена по сравнению с фундаментальными. И если фундаментальные науки в целом направлены на изучение объективной реальности, то прикладные должны отвечать тем целям, которые ставит перед ним производственный процесс, способствовать изменению объектов в нужном для него направлении.

Современное состояние науки вызывает к жизни необходимость государственного регулирования и гуманитарного контроля над темпами и последствиями научно-технического развития, над прикладными инженерными и технологическими приложениями. Когда же наука ориентируется на идеологические принципы того или иного типа государства, она превращается в лженауку. Подлинной целью государственной власти и государственного регулирования науки должно быть обеспечение роста научного потенциала во благо человечества.

Глава 2. Геотермия. Возникновение отдельной научной дисциплины из прикладных геотермических исследований

2.1 История геотермических исследований

Геотермия - это наука об одном из физических полей Земли, ее тепловом поле [4].

Тепловое поле первым из геофизических полей привлекло внимание человека. Самые бурные проявления термической активности - извержения вулканов сыграли важную роль в формировании религиозных мифологических представлений о строении мира. Другая форма геотермальной активности - горячие источники, которые с незапамятных времен использовались человеком для хозяйственных и бытовых нужд. Можно привести многочисленные примеры из истории Римской империи, (во II веке до н.э. создание на юге Балканского полуострова ряда бальнеологических курортов того времени), из истории Франции (источник О-Шод, XV в.), России (Карловы Вары во времена Петра Великого) и т.д. Таким образом, тепловое поле Земли оказалось первым объектом практического использования, по-видимому, опередив даже использование геомагнитного поля, выразившееся в изобретении компаса китайскими мореплавателями.

Но и предметом научных исследований тепловое поле Земли тоже стало раньше всех других полей. Началом этой стали можно считать наблюдения за извержением вулкана Везувия в 73 г. до н.э. Плиния старшего, погибшего при этом и ставшего первой в истории геологии жертвой научного энтузиазма. Но, возможно, что начало этого этапа следует отодвинуть еще дальше, в третий век до н.э., когда великий философ Эмпедокл, уединившись, поселился на склоне Этны, в башне, которая впоследствии была названа «Торе дель Философо» (Башня философа). Много веков спустя на этом месте была создана одна из итальянских вулканологических обсерваторий; этот факт характеризует преемственность науки.

Количественные методы в геотермию были введены после изобретения Г.Галилеем термометра в начале XVII века. Уже первые измерения температуры, проведенные в шахтах и рудниках, показали, что температура на глубоких горизонтах весь год неизменна и что она увеличивается с глубиной. Начало специальных геотермических исследований на территории России, по-видимому, относится к первой половине XVIII века, когда по инициативе Петра I были организованы научные экспедиции для изучения природных ресурсов России и в особенности ее восточных областей.

Русский энциклопедист М.В. Ломоносов указывает впервые на относительное постоянство температуры в рудниках, на что в Западной Европе обратили внимание только в 20-х годах XIX века (Болд, 1825).

Инструментальные измерения участников знаменитых экспедиций Российской академии наук первой половины XVIII века принесли целые открытия. Академик Гмелин-старший обнаружил вечную мерзлоту, Паллас нашел одну из ярчайших экзогенных геотермических аномалий - очаг подземного горения битуминозных мергелей в районе г. Янган-Тау на Южном Урале, Лаксман измерил температуру горячих источников на побережье Байкала. Великий землепроходец С.П. Крашенинников, путешествуя в течении четырех лет (1737-1741) по Камчатке, отмечал обилие эффектных проявлений геотермальной активности. Он писал: «Что же касается гор огнедышащих и горячих ключей, то едва может сыскаться место, где на столь малом расстоянии, каково в Камчатки, такое их было довольство». Крашенинников оставил подробное описание Паужетских, Больше-Банных и других гидротерм Камчатки, которое сохранило свою значимость и в наши дни, когда именно эти термы стали объектом разведки и эксплуатации природного пара для получения электроэнергии и для хозяйственных нужд.

Факт роста температуры с глубиной дал основание для разработки научных космогенических гипотез (небулярные, гипотезы захвата и др.), первой из которых явилась атеистическая гипотеза Канта-Лапласа. Согласно этой гипотезе история планеты представлялась как ее остывание из первоначального расплавленного состояния. Как показали позднейшие расчеты, теплосодержание расплавленной Земли должно составлять около 3*10³¹ Дж. Впоследствии эта гипотеза вошла в противоречие с другими астрономическими и геологическими фактами и в том числе с геохимическими данными о возрасте Земли, который оказался значительно больше времени необходимой для остывания земного шара.

Однако геотермические исследования долго носили отвлеченный характер и проводились от случая к случаю в отдельных пунктах. Лишь в конце XIX века шахтное строительство и быстрое развитие нефтедобывающей промышленности вызвали практическую потребность в значительном расширении и систематизации геотермических исследований. И все же до недавнего времени геотермия в целом занимала подчиненное положение в кругу геофизических методов, дав обогнать себя более молодым направлениям: гравиметрии, магнитометрии, геоэлектрике, сейсмологии, которые были теснее связаны с вопросами поисков и разведки полезных ископаемых. Это положение изменилось только тогда, когда начали возникать энергетические проблемы и когда встал вопрос об использовании альтернативных источников энергии: атомной, солнечной, ветровой, приливной, а также геотермальной. Эта проблема привела к бурному развитию региональных геотермических исследований и обобщению накопленных раннее материалов термометрических наблюдений.

В 1888 г. по инициативе английского физика У. Томсона (лорда Кельвина) измерения температур в скважинах, шахтах и рудниках были систематизированы, что позволило сделать вывод о том, что на каждые 100 м температура возрастает на 2,5⁰-3,5⁰ С. Одновременно выяснилась необходимость углубленного изучения теоретических вопросов геотермии - природы внутриземного тепла, термической эволюции Земли, глубинного теплового потока, условий формирования гидротерм.

Приведем краткий исторический очерк развития научных взглядов ученых гидрогеологов на формирование подземных вод (гидротерм) [5].

Проблема формирования и размещения подземных вод, в частности термоминеральных вод глубоких частей земной коры, представляет собой одну из фундаментальных теоретических проблем геологической науки, которая широко освещается в трудах В. И. Вернадского, Б. Л. Личкова, Ф.А. Макаренко, А.М. Овчинникова, Н.И. Толстихина, Н.И. Хитарова и многих других отечественных и зарубежных ученых. Решение ее подразумевает выяснение двух взаимосвязанных коренных вопросов:

а) генезиса самой воды

б) происхождения ее химического состава, т.е. растворенных в ней солей и газов.

Принято считать, что гидросфера Земли сформировалась за счет дегазации планеты в процессе ее эволюции. Вслед за В. Руби, Я. Мияки (1969), Е.В. Пинекером (1980) и другими исследователями М. К. Курбанов [], считает что процессы дегазации мантии не только играли, но и продолжают играть заметную роль в формировании подземной гидросферы, особенно в областях альпийского тектогенеза и на молодых платформах.

С этой концепцией согласуется точка зрения о непостоянстве химического состава и уровня Мирового океана, развиваемая А.Л. Яншиным (1977), Ю.В. Казанским и другими учеными, а также заключение А.С. Монина о том, что уровень Мирового океана растет и будет расти в будущем. Если исходить из концепции постоянства условий круговорота воды на Земле в многолетнем разрезе, единственным источником систематического повышения уровня Мирового океана в среднем на 1,2 мм в год должны быть воды, выделяемые за счет дегазации мантии. Вместе с тем требует дальнейшего изучения влияние на уровень Мирового океана глобальных климатических вариаций (образование и таяние ледников), а также геометрии океанических впадин.

Согласно экспериментальным данным Н.И. Хитарова и р. (1967), А.А. Кадика и др. (1971), содержание воды в гранитной и базальтовой магмах растет от 2,4 - 2,8 на глубине 3700 м до 5,7-6,7 % (по массе) на глубине 11400 м. Это позволяет считать считать, что мантийная магма содержит не менее 6-8 % воды, причем растворимость воды в гранитной магме значительно больше, чем в базальтовой.

При вулканических извержениях экспериментально установлено, что с лавой на поверхность Земли поступает в виде пара в среднем 3-4 мас. % воды. Вулканогенные - магматогенные воды входят во все известные генетические классификации подземных вод. В классификации А.М. Жирмунского и А.А. Козырева выделяются два крупных класса подземных вод: вадозные и ювенильные вулканические магматические воды.

Б.Л. Личков (1928, 1933) выделял в вертикальном разрезе земной коры три пояса: пояс выветривания с вадозными водами, пояс матаморфизации с фреатическими водами и пояс магматический с ювенильными водами. Н.И. Толстихин (1971) подразделил воды земной коры на две крупные группы: эндогенные и экзогенные.

Классификация В.И. Вернадского (1960), содержащая разнообразные генетические показатели, продемонстрировала единство природных вод и чрезвычайное многообразие их: он установил 143 семейства и 531 вид природных вод.

Ф.П. Саваренский (1947) выделял в своей классификации почвенные, грунтовые, карстовые, артезианские и жильные подземные воды, разделив последние по происхождению на вадозные и ювенильные.

В 1959 г. Н.И. Толстихин (1962, 1971) выдвинул фазово-генетические классификацию, в которой выделил парообразные, жидкие, твердые и удерживаемые минералами типы вод.

А.Е. Ходьков и Г.Ю. Валуканис (1968) разделили подземные воды по генетическим типам на ювенильные, седиментационные, инфильтрационные и смешанного происхождения.

Классификационная схема Е.В. Пиннекера делит все подземные воды на две крупные группы: подземные воды суши и подземные воды под морями и океанами, которые в дальнейшем подразделяются на отделы, типы, классы, подклассы и т.д.

По характеру скоплений подземных вод нужно отметить классификации И.К. Зайцева, Н.И. Толстихина (1972) и наиболее полную - В.А. Кирюхина и др. (1988), согласно которой подземные воды делятся на два типа: пластовые и трещинно-жильные.

Подытоживая обзор генетических классификаций, предложенных разными авторами, можно констатировать, что практически все исследователи в качестве основных генетических типов подземных вод выделяют магматогенные, седиментогенные, инфильтрационные и смешанные воды.

Таким образом, региональные геотермические исследования, в силу различных причин, проводили гидрогеологические партии, и материал о тепловом поле Земли, полученный в скважинах или в поверхностных термопроявлениях, скапливался у гидрогеологов. Таким образом, геофизики «отвыкли» оттого, что геотермия является геофизической наукой. Развитие же геотермии шло в основном в направлении изучения формирования и развития подземных вод.

Но в середине 60-х годов было сделано три важных открытия, вернувших геотермию в лоно геофизики. Это открытие примерного равенства тепловых потоков на континентах и в океанах, открытие аномально высоких тепловых потоков в рифтовых зонах и открытие зависимости теплового потока от тектонического возраста геологических структур. Честь последнего открытия по праву принадлежит российским ученым Б.Г. Полякову и Я.Б. Смирнову.

Эти открытия показали, что без анализа теплового поля Земли невозможно построить любую, сколько-нибудь стройную геодинамическую концепцию. Геотермия явилась одним из «китов», на которых стояла сформировавшаяся в конце 60-х годов новая глобальная тектоника. Выводы о природы движущих сил в процессах формирования и разрушения литосферных плит были найдены при количественных балансовых подсчетах теплопотерь в дивергентных и конвергентных зонах. Эти силы связываются с глобальной конвекцией в астеносфере, в нижележащей мантии и в ядре.

2.2 Оформление предмета и методологии геотермических исследований. Аппаратура для геотермических исследований

В предыдущем разделе мы рассмотрели историю геотермических исследований и путь становления геотермии как науки, изучающей тепловое поле Земли.

Подробнее это звучит так:

Геотермия как наука изучает внутрипланетные тепловые процессы, природу источников тепла в недрах планеты, распределение термических параметров в глубину и по латерали.

В Земле существует несколько видов теплопередачи, так как ее оболочки имеют различную температуру, фазовое состояние и химический состав. Тепловые свойства горных пород можно определять различными методами: экспериментально в лаборатории или in situ, оценивать по корреляционным зависимостям между разными физическими свойствами пород, рассчитывать аналитически на моделях и т.д.

Экспериментальный подход к определению тепловых свойств горных пород более трудоемок, чем аналитический, но позволяет получать эффективные значения тепловых параметров пород с достаточно высокой точностью. Кроме того, экспериментальные данные являются критерием истинности для теоретических моделей.

Методы измерения in situ не получили достаточно широкого распространения в силу очень больших методических трудностей. Однако в последние годы они широко применяются в морской геотермии, для определения теплопроводности донных илов, где показали высокую достоверность и точность.

Для определения теплопроводности и других теплофизических свойств твердых горных пород применяют лабораторный эксперимент. Экспериментальные методы делятся на де основные группы в зависимости от задаваемых в эксперименте граничных условий: стационарные методы и нестационарные методы.

Качество геотермальных исследований напрямую зависит от качества получаемого фактического геотермического материала, зависит от точности применяемой аппаратуры, ее эксплуатационных характеристик, а также от правильной методики ее применения в различных природных обстановках. Поэтому вопросы, связанные с геотермическим приборостроением, всегда были в центре внимания геотермических исследовательских коллективов в разных странах мира.

Прикладные геотермические исследования в скважинах обычно проводятся в комплексе производственного каротажа. При этом измерения температуры проходят или в процессе бурения, или сразу же после окончания бурения. Погрешность электронных термометров, применяемых для производственного термокаротажа, составляет ±0,2°-0,З^оС (например, серийно выпускаемый электротермометр ЭТМИ).

Геотермики, решающие фундаментальные проблемы, обязаны: располагать аппаратурой, характеризующейся погрешностью на порядок меньшей, т.е. ±0,02°-0,03°С. Такая точность достигается с помощью использования чувствительных датчиков и тщательной их градуировки. Существуют две принципиально различные измерительные схемы "потенциометрическая" и "мостовая". Все дальнейшие преобразования сигнала в линии идут после его фиксирования датчиком и первичной трансформации в измерительном преобразователе. В России первые высокоточные образцы геотермической аппаратуры были сконструированы в 60-е годы в Институте физики Земли АН СССР под руководством И.Д. Дергунова.

При точных геотермических исследованиях температура измеряется в дискретных точках через равные интервалы. При этом не сказываются ошибки, появляющиеся из-за неравномерности перемещения скважинного снаряда и тепловой инерции термометра. Измерения проводятся в уже пробуренных и простаивающих скважинах, поэтому время термометрических работ не лимигаруется, и выстойка термометра на каждой точке должна растягиваться до гарантированного восприятия датчиком температуры окружающей среды. Обычно это время составляет 2-3 минуты в водонасыщенных скважинах и 15-20 минут - в "сухих" скважинах. Необходимая детализация аномалий достигается путем уменьшения шага наблюдений. С целью исключения случайных ошибок на каждой точке проводится, как минимум, два измерения.

Термометры сопротивления применяются при "раздельном" методе определения теплового потока, когда в скважине фиксируются температуры и геотермические градиенты, а коэффициенты теплопроводности измеряются лабораторными установками по образцам кернов, отобранных в тех же или соседних скважинах. Но существует, правда, широко не применяемый метод прямого измерения тепловых потоков с помощью тепломеров.

Принцип действия тепломеров основан на измерении перепада температур на пластине с известной теплопроводностью, помещенной в исследуемую среду. Если известна толщина пластины, то тепловой поток через тепломер пропорционален перепаду температур на противоположных поверхностях пластины. Для практического применения разработан тепломер, в котором материал стенки выполняет роль промежуточного термоэлектрода дифференциальной термопары. В качестве термочувствительного датчика в тепломере, разработанном в Киевском институте технической теплофизики (О.А.Геращенко) по этому принципу, использовались последовательно соединенные гермостолбики из материала типа сплава Иоффе. Они представляют собой твердые растворы полупроводников, относящихся к интерметаллическим соединениям и обладающих металлической проводимостью. Сплав Иоффе обладает высоким коэффициентом термо-ЭДС и возможностью регулировать теплопроводность сплава в широких пределах.

Аппаратура для геотермических измерений на океанах разрабатывалась и усовершенствовалась в течение всего периода регионального изучения геотермии акваторий. В настоящее время наибольшие успехи в геотермическом приборостроении достигнуты в США, Канаде, Японии и в России.

Первые зонды, работающие с электрической схемой, были применены в 1956 г. Ф.Буллардом, А.Максвеллом и К.Ревеллом.

В СССР геотермические зонды разрабатывались с конца 60 годов в Институте радиоэлектроники АН СССР совместно с ИФЗ, Геолопическом институте АН СССР, в Институте геологии и геофизики СО АН СССР. В этот период был создан серийный зонд ПТГ. Его последняя модификация ПТГ-ЗМТБ представляла собой одноканалый легкий автономный зонд типа "зонда Булларда", в котором в качестве датчиков использовалась батарея из десяти медь-константановых термопар. Однако недостатки, выявившиеся зонде во время исследовательских работ, заставили отечественных конструкторов разработать новый зонд с учетом всех прежних конструктивных недостатков, и с широким развитием компьютерных средств регистрации сигнала. И в результате был создан кабельный термозонд "ГЕОС", который в период с 1984 по 1994 г. постоянно совершенствовался в процессе его применения на судах АН СССР (РАН).

...