2014-02-04
1016
Методы исследования в геологии
Получение нового знания, т.е. развитие науки, возможно лишь путем исследования с помощью определенных методов. Научный метод – основное средство познания действительности. Выделяются два типа приемов познания. Это, во-первых, общегеологические методы (анализ и синтез, индукция и дедукция, абстрагирование и обобщение и др.). Во-вторых, методы построения теоретического и эмпирического знания. Теоретические методы включают метод осмысленного эксперимента, идеализацию и формализацию, аксиоматический метод, гипотетико-дедуктивный, метод математической гипотезы, восхождение от абстрактного к конкретному, исторический и логический методы исследования. В геологических науках важнейшая роль принадлежит эмпирическим методам.
Система методов, применяемых в геологии, формировалась стихийно, эмпирическим путем по мере накопления научного знания. На первом этапе развития геологии преобладало наблюдение и описание; на следующем – наблюдение и сравнение, на третьем появляются специальные методы, созданные на основании технических, физических и химических средств. Затем возникли эксперимент, моделирование, математические методы. Наконец современные методы с использованием космической техники, компьютерного моделирования, быстродействующей электронно-вычислительной техники.
|
|
|
Геология начала развиваться как описательная наука. Первоначальная форма изучения геологических процессов – непосредственное наблюдение. Успех в применении метода наблюдений зависит от двух обстоятельств:
1. внимательности наблюдателя, способного увидеть то, что осталось незамеченным большинством;
2. квалифицированным написанием увиденного, когда фиксируется свойства изучаемого объекта.
Наблюдение – это самый ранний метод исследования в геологии. Оно обеспечивает науку фактическим материалом, разносторонней информацией о природных объектах. Однако, доказательная сила данных прямого наблюдения невелика, поэтому этот метод по мере развития техники берет себе на вооружение специальные приборы, позволяющие расширить диапазон получаемой информации.
Задачи этих наук следующие:
1. Изучить минеральные, петрографический, химический состав горных пород;
2. Расшифровать тектонику обнажающихся горных пород и структуру МПИ, исследовать геофизическими методами строение всей планеты;
3. Восстановить историю Земли от возникновения до наших дней и раскрыть эволюцию таких процессов как магматизм, метаморфизм, складкообразование, история атмосферы и гидросферы, влияние биологических процессов на породообразование и др.
|
|
|
Это главная задача геологических наук. Результатом проведенных исследований являются эмпирические обобщения и банки научных данных.
Современная система географических наук немного сложнее. Она подразделяется на несколько подсистем:
1. Подсистема физико-географических наук или физическая география:
1.1.Общее землеведение (изучает общие физико-географические закономерности Земли; объект изучения – географическая оболочка в целом)
1.2.Общее ландшафтоведение (объект – геосистемы региональной и локальной размерности).
1.2.1. Геохимия ландшафта.
1.2.2. Геофизика ландшафта.
1.2.3. Палеогеография.
1.2.4. Региональная физическая география.
Основные физико-географические дисциплины: геоморфология, климатология, гидрология, океанология, гидрогеология, гляциология, геокриология (мерзлотоведение), почвоведение, биогеография, фенология (сезонные явления природы).
2. Подсистема общественно-географических наук охватывает всю совокупность дисциплин, изучающих территориальную организацию общества в целом и по отдельным составляющим.
2.1. Экономическая география (объект – территориальные структуры народного хозяйства разных уровней). Некоторые исследователи считают, что она называется социально-экономической.
2.1.1. География мирового хозяйства;
2.1.2. География внешнеэкономических связей;
2.1.3. География внешней торговли;
2.1.4. Экономическая география океанов (в последнее время).
2.1.5. География населения.
Основные дисциплины социально-экономической географии: география промышленности, сельского хозяйства, транспорта, география сферы обслуживания.
2.2. Социальная география (наука о пространственных процессах и факторах организации жизни людей).
2.2.1. География сферы обслуживания.
2.2.2. география потребления.
2.2.3. география культуры.
2.2.4. Политическая география.
2.2.5. Геополитика
2.3. Картография
2.3.1. Картоведение (общая теория карт);
2.3.2. Математическая картография;
2.3.3. Картографическая семиотика (учение о языке карты)
2.3.4. Геоинформатика.
2.4. Смешанная группа наук, отчасти прикладных, так или иначе связанных с географией, но имеющих междисциплинарный характер.
2.4.1. Военная география;
2.4.2. Медицинская география;
2.4.3. Рекреционная география;
2.4.4. Мелиоративная география;
2.4.5. География природных ресурсов;
2.4.6. Топонимика (географические названия).
2.4.7. Страноведение.
2.4.8. Краеведение.
2.4.9. Историческая география;
2.4.10. Геоэкология.
Раздел 3. Основы периодизации истории Наук о Земле
В последнее время при подготовке серии учебников по истории и методологии наук о земле решено написать отдельные учебники по географии и геологии. Такое разделение является в значительной мере искусственным. Географическая оболочка является основным объектом исследования физической географии и в то же время изучается также и геологическими науками, ибо существенная доля геологических процессов и явлений происходит на земной поверхности. Однако разделение наук о Земле на две группы является все же необходимым, поскольку в каждую их этих групп входит более десятка научных дисциплин, прошедших длительную и самостоятельную историю.
В соответствии с рядом концепций, развиваемых в теории познания, можно выделить два типа периодов развития наук: экстенсивный и интенсивный.
Экстенсивное развитие характеризуется преимущественно количественным ростом знаний, получаемых на основе устоявшихся представлений, общепринятых теоретических концепций, называемых часто парадигмой. До тех пор, пока в существующей парадигме не обнаруживается явных противоречий, пока она позволяет получать результаты, удовлетворяющие требованиям момента, парадигма рассматривается в качестве почти что абсолютно верной и подвергается лишь незначительным изменениям. Однако в определенное время существующие исходные принципы перестают удовлетворять развивающуюся отрасль знания, что приводит к пересмотру, казалось бы, незыблемой парадигмы или какой-либо ее составляющей. Следствием является создание новых теорий, переосмысливание сложившейся системы понятий, пересмотр логических средств познания и философских предпосылок или замена парадигмы в целом. Период смены исходных принципов и называется интенсивным периодом развития науки. Переход естественных наук к периоду интенсивного развития является основной внутренней причиной, обуславливающей повышение интереса к методологии этой науки.
|
|
|
Следует отметить, что новая парадигма не отрицает завоеваний прежних научных концепций. Она использует весь багаж знаний, добытый предшественниками, но переосмысливает его исходя из постулатов новой концепции.
Логическая линия развития науки определяется многими факторами. Эволюционно-революционный нелинейный характер развития науки обуславливается как логикой развития самого научного познания, так и внешними факторами (появление новых технологий).
В исторический период развитие естествознания (в которое входит направление Науки о Земле) происходило не сплошным фронтом, а путем выдвижения вперед то одной, то другой области знания. Выдвижение какого-то научного направления в лидеры определяется социальным уровнем развития. На первых порах развития естествознания в 17-18 вв основные достижения были связанны с механикой, что определялось уровнем развития техники и производственной необходимостью, когда открытые законы механического движения широко использовались в практике. К началу 19 века механика утратила роль лидера естествознания, которое изменило свой первоначальный характер. К концу века физика, химия и биология стали определять развитие науки. На рубеже 19 и 20 вв благодаря успехам физики «микромира» произошла научная революция. В середине 20 века пришел групповой лидер в качестве которого выступили кибернетика, биология, космонавтика, физика. Развитие этих областей знания стало поворотным моментом в естествознании и привело к новой научно-технической революции.
|
|
|
Признаки научной революции угадываются при анализе современного состояния науки. Они проявляются в сближении гуманитарного и естественного комплексов наук, базирующихся на представлении о нелинейности реальных процессов, среди которых имеется узкий спектр явлений линейной природы, считавшихся ранее общераспространенным. В настоящее время недостаточно открыть новые законы и понять как работает система в принципе. Важным становится выяснение того, каким способом эти принципы проявляют себя в реальности. Любой нелинейный процесс приводит систему к такому состоянию, при котором она может выбрать ту или иную ветвь дальнейшего развития (бифуркация). Подобные задачи хорошо известны математикам и физикам, но лишь в середине 70-х годов нашего столетия появилась надежда, что нелинейные процессы могут быть систематизированы и классифицированы. Решение было предложено математиком Мандельбротом, который при изучении геометрических произвольной сложности и неупорядоченности выделил закономерно повторяющиеся геометрические формы, вид которых не претерпевал существенных изменений при разных масштабах наблюдений. Эти самоподобные фигуры были названы им фракталами. Впоследствии оказалось, что стихийные явления как турбулентность атмосферы, динамика океана, подобно фракталам проявляют сходные закономерности в различных пространственных масштабах.
В настоящий момент в основу естествознания положена неравновесная термодинамика, опирающаяся на процессы самоорганизации вещества, фрактальности изучаемых объектов, которая в свою очередь является основой новой науки (н. направления) - синергетики.
Конечной целью геологической и географической науки является получение знаний о нашей планете и различных ее составляющих. В процессе достижения этой цели ставится и решается множество дополнительных задач, направленных не только на получение информации об окружающем мире, но и на выработку правил рационального проведения исследований, на создание нормативов, которым должны удовлетворять результаты исследований, на введение оценочных критериев и др.
В эволюции геологии и географии можно выделить три этапа, не имеющие четких границ:
1. Пранаука – существенно связанная с практикой наука, соответствующая первобытно-общинному обществу.
2. Эмбриональная наука – когда процесс самого процесса познания привел к постепенному развитию абстракции, теоретического знания.
3. Современная наука – ее теории все более опираются на опыт, все быстрее им проверяются и сливаются с практикой.
Становление человека началось с изготовление каменных орудий. Горнодобывающая промышленность и переработка ее продуктов была, очевидно, первой отраслью производства, которая уже в неолите приобрела общественный характер. Именно минеральные ресурсы обусловили дальнейший прогресс общества, не говоря уж о революционизирующей роли открытия железа. С давних пор использовались поверхностные и подземные воды. Окаменелые органические остатки также давно привлекали внимание человека. В древних могильниках найдены ископаемые раковины, служащие как для украшений, так и для ритуальных целей. Все это свидетельствует о давнем накоплении эмпирических геологических знаний. Человек начал расходовать минеральные ресурсы и преобразовывать рельеф земной поверхности.
Модуль 2. Донаучный этап развития геологии и географии
Раздел 4. Античный период развития Наук о Земле
Использование человеком минеральных ресурсов уже давно приводило к примитивным классификациям и обобщениям. Наблюдения за явлениями природы сопровождались попытками их объяснения: формой таких обобщений вначале служили религиозные мифы.
Этот период характеризует недостаток наблюдательного материала, практическая неспособность экспериментирования и моделирования. Эти обстоятельства стали предпосылками того, что ведущим методом научного познания стала дедукция, при слабом развитии индуктивного метода и эмпирического знания вообще. Но в этом умении абстрагироваться от реальной действительности, использовать аксиоматический метод построения теорий и заключалась принципиальная новизна методологии древнегреческих мыслителей.
В связи с этим первейшей задачей античной натурфилософии являлось установление начала всех начал (поиск первопричины). Греческие философы находили «начало начал» в земных стихиях и сущностях. Фалес видел это начало в воде. Четыре начала – воздух, землю, воду и огонь указывал Аристотель, огонь – Зенон и Гераклит. Представления некоторых философов были сложнее. Анаксимандр писал о первоматерии, распадающейся на тепло и холод, которые при взаимодействии выделяли землю, воду и огненную сферу.
Мысль о Земле – шаре высказывали Пифагор, Платон, Аристотель и др. Сенека писал также о вращении Земли вокруг оси, а Аристарх Самосский указывал на ее вращение вокруг Солнца. Об огне и огненных реках внутри Земли говорил Платон. Анаксимандр, Демокрит считали Землю цилиндром или диском.
В учениях классической древности есть и конкретные взгляды в области геологии. На изменение очертаний и высоты суши под влиянием воды, землетрясений, вулканических извержений указывали Ксенофан, Геродот, Пифагор и др. Аристотель считал, что затопление и осушение Земли происходит периодически и может быть медленным. Он же сформулировал мысль о цикличности геологических явлений.
Большинство античных ученых превращение дна моря в сушу доказывали, в частности, находкой на суше ископаемых морских организмов. Аристотель считал, что низшие организмы вообще зарождаются в иле и при отвердевании этого ила они могут попадать в горные породы. Теофраст, ученик Аристотеля, написавший первую книгу о минералах и окаменелостях, думал, что рыбы попали в породу из ближайшего водного бассейна или образовались в земле, а остатки их окаменели. Многие философы и естествоиспытатели считали, что воды суши, во всяком случае, частично, питаются притоком морских вод; Демокрит писал о сгущении в воздухе паров воды. Аристотель и Димокрит занимались изучением условий окатывания речной и морской гальки.
Мысль о наличии в Земле пустот и каналов принадлежала Анаксимандру, автору первой географической карты и географического описания; е разделяли все авторы, рассматривающие землетрясения и вулканизм. Плиний считал землетрясения причиной горообразования.
Мысль о зависимости землетрясений от космических причин принадлежит Аристотелю. Он полагал, что весной и осенью они бывают чаще, т.к. в это время испарение Земли сильнее.
Чтобы конкретнее представить геологические знания греко-римской эпохи коснемся Плиния старшего и Сенеки. «Естественная история» Плиния в 37 книгах была напечатана на латинском языке в 1468 г., на итальянском – в 1580 г., на французском - в конце 16-го века; в России – его «минералогическая» часть появилась в 1819 г. Плиний описал до 450 ископаемых тел. Он ссылается на рукописи более, чем 30 авторов, посвященные камням. О ряде пород и минералов Плиний дает явно фантастические сведения (о лечебных и мистических свойствах, о размножении минералов и др.), однако часто их описания конкретны и имеют определенную направленность. Много названий пород унаследовано нами с той эпохи: агат, антрацит, обсидиан, мрамор, опал, пирит и др.
Сенеке принадлежит труд «Вопросы природы» в семи книгах. Он считал, что главную роль на Земле играют вода и огонь, наряду с парами и газами, образующимися при их взаимодействии. Огонь и вода – «оживляющие» элементы, которые постоянно действуют на твердые, костные вещества, растворяют их и образуют новые, а также обуславливают их меняющееся распространение на поверхности Земли. Вода действует, главным образом, в горизонтальном направлении, все нивелируя. Огню, газам и парам более свойственно созидающее действие в процессах, направленных вертикально.
Одна из книг посвящена действию воды: ее механической и растворяющей работе, образованию осадков, ручьев и рек; в ней рассматриваются и периодически вытекающие, газосодержащие, едкие, окрашенные, лечебные и вредные источники. Обсуждаются изменения от размывающего и намывающего действия вод рек и моря, образование дельт. Сенека рассматривал причины огромных наводнений, которые с известной закономерностью периодически преобразуют большие участки земной поверхности. Сенека разделил процессы на два вида – по современной терминологии эндогенные и экзогенные. Он описывает землетрясения, характеризуя их предвестники: подземный грохот и рев. Сенека подразделял землетрясения на вулканические и обвальные. Первые разрушительнее и чаще. По характеру движений он выделял: сотрясения и наклоны. Взгляды Сенеки на причины вулканических землетрясения связаны с его представлениями о строении Земли: Земля- это свободно плавающий в пространстве шар, вероятно постоянно двигающийся и вращающийся. Строение ее недр он представлял аналогичным поверхности. Это твердые массы с пустотами, наполненными текучей или стоячей водой, газами и парами. В ряде точек имеется подземный огонь от горения серы. Его очаги не повсеместны, поэтому землетрясения локальны и непостоянны. Они происходят от действия сжатых паров или газов, особенно при их самовоспламенении или возгорании от близкого огня. Действия газов ведет к поднятиям, различным нарушениям и вулканическим извержениям. Гумбольт позднее писал: «…мы находим у Сенеки зародыши всего, что до последнего времени наблюдалось и предполагалось о причинах землетрясений».
Таким образом, уже у древних греко-римских мыслителей можно обнаружить определенные познания как экзогенных так и эндогенных геологических процессов, хотя причины явлений были им либо неизвестны, либо неверно поняты. При этом, древние мыслители не проявляли никакого интереса к таким фундаментальным для будущей геологической науки предметам как земная кора, слагающие ее породы, условия их залегания (складки и пр.)
Современная наука является преимущественно наследницей греко-римской. От естествознания восточных стран той эпохи осталось меньше сведений. В числе первоэлементов у философов Индии и Китая мы также встречаем те же стихии: воздух (ветер), огонь (свет), воду, землю. В Китае в их числе упоминается также дерево.
В Китае еще до нашей эры существовали сочинения по минералогии, географии и геологии – труд «Сай-Хей-Дин» (около 400 лет до н.э.) в 18-ти томах. В рукописи Гуан-цзы (до н.э.) приведены сведения об изменении состава рудных месторождений с глубиной и совместном нахождении некоторых минералов.
К рассматриваемой эпохе относятся и первые представления о длительной истории Земли. Такие мысли содержатся в некоторые восточных философских системах. На бесконечность и вечность Вселенной или миллионы лет существования Земли указывали Аристотель, Гераклит, Демокрит, Геродот и др.
Классическая греческая наука оставила большое наследство в области общей методологии – логике науки.
Таким образом, наиболее древней геологической наукой, изучающей вещество Земли, является минералогия. Становление современной минералогии произошло позднее, в середине 18 века и было вызвано развитием неорганической химии – применением химических методов диагностики минералов.
