Модуль 3. Научный этап развития геологии и географии

Раздел 7. Переходный период развития наук о Земле (вторая половина XVIII в.)

Естествознание все больше становилось эмпирическим. Это нашло отражение в возникновении новой философии, основоположниками которой являлись Френсис Бэкон и Рене Декарт. Бэкон является родоначальником всей современной экспериментирующей науки (Маркс). Хотя Бэкон не был геологом, именно он впервые обратил внимание на такую глобальную закономерность, как заострение южных окончаний материков. Большее значение для геологии имел Декарт, который был дуалистом, т.е. признавал существование материальной и духовной субстанции. В области естествознания он был материалистом, у него материально единая природа повинуется естественным законам. Учение Декарта получило название рационализма, в познании он решающее место отводил дедукции и исходным положениям – аксиомам.

В конце 17 начале 18 в.в. протекала деятельность Г.В. Лейбница. Он сформулировал принцип непрерывности – унаследованности в развитии. Лейбницу принадлежит афоризм «природа не делает скачков».

Одной из ключевых проблем геологии был вопрос о происхождении окаменелостей.

С середины 17 в. появляются «Теории Земли»: они еще примитивны, но уже первая из них (Декарта) содержит глубокие предвидения. В 1644 г. в «Началах натурфилософии» Декарт изложил свою гипотезу. Развитие мира подчинялось тем же законам, которые действуют и в современности. По Декарту, Земля вначале была подобна Солнцу, потом от охлаждения на ее поверхности образовались пятна, как на Солнце, слившиеся потом в сплошную оболочку. Земля имеет концентрическое строение, оболочки неравномерны по толщине и плотности, обладают разной проницаемостью для лучей Солнца и эманаций из внутренних частей земного шара. В теории Декарта видна унаследованность идей Демокрита, Аристотеля, а также связь с наблюдением и опытом.

Важной и связанной с учением Декарта работой является краткое изложение (1669 г.) незаконченного трактата Н. Стенона (Нильс Стентон). Отталкиваясь от частного наблюдения, полученного при анатомировании акулы, он рассмотрел проблему «о твердых телах, естественно заключающихся в твердых», о последовательности их образования, соотношении и т.д. Он установил, что органические твердые тела способны расти изнутри, неорганические - только снаружи. Рассматривая последние - окаменелости, стяжения, кристаллы и слои, Стенон пришел к ряду геологических выводов, сформулированных им в виде строго научных положений – аксиом. Он выявил ряд следствий, например, о соотношении кристаллов и окаменелостей с вмещающей породой, порядке кристаллизации в расплавах, возрастном отношении слоев и др.; установил, что окаменелости являются остатками организмов; ввел представление о сбросовых горах.

Этому ученому принадлежит первая формулировка двух основных положений структурной геологии, к оторые продолжают составлять ее основу вплоть до наших дней: принцип протяженности слоя и принцип первичного горизонтального его залегания.

Наибольший интерес представляет методологическая сторона его работы. Особенно важным являются его положения о слоеобразовании, впервые сформулированные в виде законов. Можно признать, что Стенону принадлежат зародыши стратиграфического, тектонического и кристаллографического методов.

Среди вулканистов этого периода особенно прогрессивным был Гук – математик, физик, физиолог. Одной из основных его идей было то, что всемирный потоп мог возникнуть от встречи Земли с кометой и смещения центра тяжести Земли (зародыш геокосмологии). Гук пытается нарисовать общую картину истории Земли, которая первоначально состояла из жидких веществ, распределенных по удельному весу. В центре находилась более тяжелая жидкость, из которой потом образовалось золото. Выше располагались сферы ртути, свинца и других веществ. Выше всех жидкостей находились вода, воздух и эфир. Большинство жидкостей со временем превратились в камни. Но землетрясения переворачивают внутренность Земли, выбрасывая наружу то, что скрыто на глубине. Его работа о землетрясениях были издана в 1688 г.

С перемещением водных масс Гук связывал более теплый в прошлом климат Англии, определенный им по характеру ископаемых организмов. Это – зародыш палеогеографического метода.

К представителям дилювианизма (направление, признающее всемирный потоп определяющим геологическим событием) относится ряд ученых этого периода.

Вудворд Д. считал окаменелости остатками организмов, рассеянных во время всемирного потопа. Потоп произошел вследствие того, что по велению бога вода вырвалась из внутренностей Земли. Горные породы, частично растворившиеся в воде, затем осели из вод согласно удельному весу. Разные организмы при этом оказались в различных горизонтах. Горы и долины образовались обрушением первично горизонтальных пластов. В его работах содержится ряд конкретных сведений: о геологической деятельности воды, о происхождении чернозема от накопления гниющих растений и животных.

Дилювианистом был И.Я. Шейхцер, издавший в 1706 г. трехтомную «Естественную историю Швейцарии». Этот труд изобилует описаниями ископаемых организмов. В нем содержатся схематические геологические профили складчатых пластов, которые составлялись очень редко. Шейхцер – основоположник исследования снега и алвин.

С начала 18 в. заметную роль в науках о Земле стали играть шведы. Первое сообщение об изменении уровня Балтийского моря сделал У. Хьярне. Он указывал, что изменения на Земле, в том числе поднятие гор и опускания суши продолжаются и сейчас.

Э. Сведенборг указал на стратиграфическое значение ископаемых организмов. Он связывал с геологией химию, считая, что минеральные жилы образуются из растворов в трещинах, а почти все кристаллические породы от гранита и траппа – осадки, частично химические. Сведенборг объяснял понижение уровня моря увеличением скорости вращения Земли - оттоком вод к экватору.

В России до Ломоносова не было вполне оригинальных работ по геологии.

К середине XVIII в. итоги развития геологии следующие:

1. Представление о непрерывных изменениях лика Земли стало достоянием науки. Возникло понятие о геологическом прошлом и необратимости процессов развития (Декарт).

2. Появились направления, связывающие процесс изменений Земли преимущественно с внутренними и внешними факторами. Они получили название вулканизм и нептунизм. Если вулканизм, не отвергавший роли воды, был более широким направлением, то нептунизм (не отвергавший роли вулканизма) – более признанным.

3. После долгой дискуссии победили правильные взгляды на окаменелости. Тем самым «антидилювианистами» (которые не верили в потоп) была поставлена и частично решена проблема захоронения ископаемых остатков.

4. К концу 17 в. относится первый труд по динамической геологии – описание изменений современной земной поверхности. Появились первые региональные геологические работы.

5. Из специальных методов сложился условно «минералогический» метод – использование для обобщения изучения вещественного состава Земли. Появились высказывания о тектоническом, стратиграфическом, палеонтологическом методах.

6. В 17 в. возникает ряд Теорий Земли. Зарождаются учения о геомагнетизме, термическом состоянии Земли, кристаллографии, учение о горных породах, рудных месторождениях

7. С 16 в. возникают научные сообщества (или академии) во Флоренции, Неаполе, Риме, Лондоне, Париже, Берлине, Санкт-Петербурге (1725.г).

Становление капиталистического способа производства в Европе привело к изменению мировоззренческих критериев и стремлению к освобождению от религиозных догм и опеки церкви. Нарождающийся класс буржуазии был заинтересован в развитии экспериментального естествознания и прикладных наук. Столпами научной ре6волюции XVII в. стали Г.Галилей, Ф.Бэкон, Р.Декарт, И.Ньютон. Уже к середине XVII в. имелись значительные достижения в области «элементарного естествознания» (механики), а также в становлении таких наук как математика, астрономия, физика, геология и др. В то же время исчезала идея единой картины мира, его целостного восприятия.

Время окончания ВГО определило начало формирования географии в качестве самостоятельной области знания, особенно в части картографии. Френсис Бэкон писал по этому поводу, что «дальние плавания и странствия (кои в наши века участились) открыли и показали в природе много такого, что может подать новый свет философии» (1971, с.46).

После ВГО потребовалось более двух столетий, чтобы уточнить картографический материал и систематизировать данные о компонентах природы материков и океанов. С завершением этих работ заканчивается «топографическая» стадия развития географии. Категориям схоластики была противопоставлена доктрина «естественной» философии, базирующейся на опытном познании (Ф.Бэкон), достоверности и проверки знаний с помощью разума (Р.Декарт). Вводится понятие физического пространства, которое понимается как независимое от материи, абсолютное вместилище вещей (ньютоновская интерпретация). И.Кант назвал его пустым, трехмерным пространством, которое можно было измерять инструментально. Однако оно не воспринималось материальным.

Метафизический материализм освободил людей от власти религии, но отдал их под власть законов природы. Причины развития природы и человека стали искать внутри природы. В географии происходило становление «географического естествознания» и географического детерминизма, которые базировались уже не на количественном анализе карт и умозрительных допущениях, а на достоверном естественнонаучном материале, полученном в «полевых» условиях экспедиций. На базе философской категории физического пространства начинают формироваться землеведческое направление со своим объектом изучения (земноводный шар Б.Варения) и частная (хорографическая) география, описывающая отдельные территории и местности. Сохраняло свои позиции и страноведческое описание с картографической генерализацией накопленных данных, создающих картографический образ отдельных территорий земли и их ресурсов.

В начале XVII в. завершается эпоха ВГО, но описательный этап в географии продолжается. Еще не были описаны многие районы мирового океана и внутренние территории материков. Создание нового поколения парусных судов (фрегатов) сделали морские вояжи более безопасными, а изобретения в области техники наблюдения (зрительная труба и термометр Галилея, барометр Торричелли и морской хронометр) позволили проводить метеорологические и гидрологические наблюдения. Поэтому в состав команд судов стали включаться не только картографы, но и натуралисты.

Продолжается исследование Северной Европы, Сибири и Дальнего Востока русскими поморами и землепроходцами. Братья ордена иезуитов проникают в Тибет, Индию, Переднюю Азию, Восточную Африку и Мадагаскар, где проводят топографические съемки, собирают ценную географическую информацию. Французы и англичане осваивают не только прибрежные районы Атлантического побережья Северной Америки, но и начинают проникать в центральные и северные районы материка. Наносятся на карту Аппалачи, исследуется долина Миссисипи, Великие американские озера, побережье Гудзонова залива, долина Атабаски. Семилетнее путешествие Д.Г.Мессершмидта (1720-1727гг.), совершенного им для изучения Сибири по заданию Петра I, завершилось 10-томным «Обозрением Сибири», которое можно рассматривать как первый опыт составления отчета по источникам экспедиции.

Беспрецендентна по размаху организации и охвату территории Великая Северная экспедиция. У истоков ее стоял Петр I, мечтавший о «дороге через Ледовитое море в Китай и Индию». Им была организована первая экспедиция под руководством Витуса Беринга и Петра Чирикова, которая в 1728г. достигла Берингова пролива и Чукотского моря. Во время второй экспедиции (1741г.) они открывают Северо-Западную Америку. Участниками этой экспедиции также были Г.Стеллер (описывал Северо-Западную Америку), С.Крашенинников (Камчатку), И.Гмелин (Южную Сибирь) и др.

Для описания берегов Ледовитого океана были организованы четыре отряда. Первый под руководством С.Муравьева и М.Павлова описывал побережье полуострова Ямал, второй отряд под руководством М.Овцына - от Оби до Таймыра, третий отряд в составе В.Прончищева, Х.Лаптева и штурмана С.Челюскина - от Таймыра до р.Лены, четвертый под руководством Д.Лаптева - от р.Лены до Анадыря. Позже (1776-1784гг.) были организованы академические экспедиции по изучению внутренних районов России. В числе участников этих экспедиций были натуралисты И.Гмелин, зоолог и ботаник И.Грегори, а также ученые школы Татищева: В.Зуев, И.Лепехин и др. Позже Л.С.Берг напишет: «Академия…открыла всему свету новую часть мира - Россию. Грандиозный план исследований, широта размаха их и удачный подбор руководителей до сих пор вызывают в нас изумление» (1949, с.429).

«Водителями» фрегатов в XVIII в. были сделаны многие открытия в океанах. В 1766-69 гг. Л.Бугенвиль совершает первое французское кругосветное плавание по маршруту Магелланов пролив - архипелаг Туамоту - Таити - Луизиада - Соломоновы острова - Новая Гвинея. С целью нейтрализации французов в Тихом океане английским Адмиралтейством была организована первая экспедиция Джеймса Кука. В 1768г. он начал плавание на «Индеворе». В состав команды были включены не только солдаты, но и ученые - астроном Ч.Грин, натуралист Д.Соландер и др. Основной целью экспедиции был поиск Южного материка. Вместо этого Кук открывает повторно (после А.Тасмана) Новую Зеландию, ее Северный и Южный острова. Пролив, разделяющий их, впоследствии был назван проливом Кука. В апреле 1770г. он открыл и описал восточное побережье Австралии, в том числе Большой Барьерный риф. Второе его плавание начинается в 1772г. Цель та же - Южная земля. В течение трех лет он пытается найти ее и трижды пересекает южный полярный круг, а в 1774г. достигает самой южной точки своего плавания - 71010/с.ш., не дойдя 200 км до Антарктиды и полуострова Терстон в море Амундсена. Встретив сплошные льды, он занес в журнал следующие слова: «Стремление достичь цели завело меня не только дальше всех…моих предшественников, но и дальше предела, до которого…может вообще дойти человек». В 1774-75гг. он завершает свое плаванье вокруг Антарктиды и открывает Сандвичевы острова. В 1776г. Кук отправляется в Тихий океан для изучения северного прохода севернее 520с.ш. Цель найти проход в Атлантику и остановить экспансию русских в Северо-Западную Америку. По пути к Беринговому проливу (название ему дал Кук) он открывает Гавайские острова. В Чукотском море описывается северное побережье Аляски и Чукотки до м.Северного. После возвращения на Гавайские острова он был убит местными жителями в 1779г.

Путешествия Кука совершили переворот в географическом познании Земли и похоронили гипотезу равновесия материковых площадей северного и южного полушарий. Было доказано, что между экватором и южным полярным кругом нет мифического южного материка, а простирается единый океан. Во время плавания велись научные работы. Ч.Грин проводил наблюдения по уточнению координат, а И.Рейнгольд и Г.Форстер (будущий наставник А.Гумбольдта) первыми исследовали растительный и животный мир островов Тихого океана.

В 1787г. Ж.Лаперуз проводит описание восточного побережья Азии, включая Восточно-Китайское и Японское моря, а затем Сахалин и Курильские острова. В 1788г. экспедиция Лаперуза пропала без вести. В конце 90-х годов Д.Ванкувер уточняет карту северо-западной Америки. М.Флиндерс открывает Бассов пролив.

Описываемая эпоха была периодом становления экспериментального естествознания. Г.Галилей заложил основы экспериментальной физики и развил идеи Коперника в астрономии. И.Ньютон дал науке математический анализ, установил законы механики и обосновал принципы гидродинамики. Создаются философские учения, получившие название метафизического (механистического) материализма. Их авторами были Френсис Бэкон и Ренэ Декарт. Бэкон стал применять индуктивный метод (от накопления фактов к их систематизации и установлению научных аксиом). Декарт считал, что первенство принадлежит дедукции и выдвинул положение о заполненном трехмерном пространстве. Он опроверг понятие «пустого» пространства, отождествив материю с пространством. Однако центральным положением в этих философских воззрениях было представление об абсолютной неизменности природы.

Несмотря на определенные успехи, география еще не стала теоретической наукой и выполняла в сущности справочную функцию. Страноведение следовало в основном старым традициям. На первом месте были исторические события и перечисление фактов. Физико-географические сведения имели подчиненное значение. Эти же тенденции господствовали в преподавании географии. Однако были и успехи. Начинается время географической литературы. Появляются интересные работы Б.Варения, В.Татищева, М.Ломоносова, С.Крашенинникова, И.Канта.

В 1625г. в Оксфорде издается сочинение Н.Карпентера «География», в которой много было заимствовано из работ Б.Кеккермана. Исключительным явлением стало издание в Нидерландах в 1650г. книги Бернхарда Варения «География генеральная». Талантливый географ Б.Варений был немцем. Окончил Кенигсбергский университет и умер, к сожалению, на 29-м году жизни. Его работа - первый со времен античности опыт общеземлеведческого обобщения, первая попытка определить предмет географии и наметить методы изучения предмета (например, сравнительный метод), т.е. тем самым он теоретически обосновал географию как науку.

По Варению, «предмет географии есть земноводный шар, наружная, во-первых, оного поверхность и ее части» (1790, с.4), который состоит из суши, воды (океан, реки, озера, болота) и атмосферы. В понятие «суши» он включал и «травы, деревья, животных». Земноводный шар есть предмет генеральной (общей) географии. Частная география, по его мнению, описывает территории отдельных стран и делится на хорографию (описывает большие пространства) и топографию (описание небольших участков). Тем самым география Варения синтезировала в себе концепции общей географии Аристотеля и Эратосфена и хорологию Птоломея. При этом Варений неохотно и с оговорками включал «человеческое» в топографию, считая, что это «невсячески прямо ко географии причитается». Иначе говоря, он относил географию к естественным наукам.

Таким образом, Б.Варений впервые для новых времен предпринял попытку создания развернутой теоретической концепции географии, соответствующей новой стадии развития философии. Его учение было знаменательно тем, что «стало переходной ступенью от умозрительно-синтетического подхода к предмету естественной географии к аналитическому» (Мукитанов, 1985, с.с.30).

Заселение и хозяйственное освоение самого большого в мире массива суши, своего рода «океана» лесов, степей, тундры и пустынь способствовало становлению в XVIII в. русской географической школы. Наиболее ярким ее представителем является В.Н.Татищев (1686-1750 гг.). Он был определен Петром I «к землемерию всего государства». Вслед за Варением он делил географию на общую (генеральную), где говорится «о всем шаре земном, который состоит из земли и воды, окружен воздухом», частную (описывает разные страны) и топографию(описывает части стран и города). Им была составлена программа для сбора материала по истории и географии России. Однако сам он успел написать только введение к географическому описанию России и «Общее географическое описание всея Сибири» (1736).

М.В.Ломоносов (1711-1765гг.), возглавляя географический департамент Академии наук, большое внимание уделял составлению Российского атласа, а также подготовке молодых географов и картографов. В своем известном сочинении «О слоях земных» он пишет о непрерывности изменения земной поверхности под влиянием как внутренних, так и внешних сил. Крупные формы движения, по его мнению, есть результат движения земной коры. Но главная заслуга, по словам К.К.Маркова, заключается в том, что им были заложены основы методологии географии, связанные с идеей исторического принципа единства и взаимосвязи различных компонентов природы. Ломоносов рассматривал карту как необходимый элемент географической характеристики. Под его руководством была составлена «Полярная карта» и подготовлена первая комплексная характеристика Северного Ледовитого океана - «Краткое описание разных путешествий по Северным морям и показание возможного прохода Сибирским океаном в Восточную Индию». Тем самым была определена практическая важность географии для целей управления.

Освоению Камчатки посвятил свою деятельность С.П.Крашенинников, автор труда «Описание земли Камчатской», в которой охарактеризовал природу, людей и хозяйство этого региона. В это же время интересную работу о географии Грузии публикует Багратиони Вахушти. Он же задолго до Гумбольдта дал представление о вертикальной поясности диких и культурных растений.

Во второй половине XVIII в. начинают формироваться концепции, в которых зарождается новое осмысление полученных фактов, связанное с расшатыванием взглядов о неизменности природы Земли. Первую брешь в этом «окаменелом взгляде на природу», по словам Ф.Энгельса, пробил Иммануил Кант (1724-1804гг.), опубликовавший «Всеобщую естественную историю и теорию неба». В своих лекциях по географии он начинал с определения места географии в системе наук и делил ее на физическую, моральную (географию человека) и политическую. Он считал, что есть два пути группировки явлений для их изучения: по их происхождению и месту в пространстве. Именно Кант попытался первым осмыслить научный объект единой географии, назвав в качестве такового геопространство. Он трактовал географию как особую науку о заполненном пространстве и о размещении в нем предметов и явлений. Отрывая пространство от материи, он пытался обосновать особую науку. Изучением же развития во времени должна заниматься история. Кроме того Кант усилил разрыв в географии между изучением природы и общества, потому что природа подчинена «мертвым» законам, которых не знает рассудок. Общественные науки изучают особые духовные сущности, так как люди живут и действуют на основе «чисто» моральных законов, независимых от материальных чувственных побуждений.

В 1752г. Ф.Бюаш ввел бассейновый подход, разделив мир по бассейнам, окаймляемым горными системами. А.Бюшинг впервые в истории географии использовал показатель плотности населения для характеристики отдельных стран.

Французские философы-энциклопедисты разработали для географии ряд важных теоретических положений. Примером может служить труд Шарля Монтескье «О духе закона», в котором автор рассматривал влияние природы на жизнь народов, вплоть до ее политической организации. Особенно подчеркивалась роль климата, власть которого «сильнее всех других властей». Важное внимание он уделял законодательству в разных географических условиях, о чем говорят названия глав его книги («О законах в их отношении к свойствам климата», «О законах в их отношении к природе почвы» и т.д.). По его мнению в странах с плодородной почвой чаще всего возникает монархическая форма правления, а в странах с неплодородными почвами - республиканский строй. Тем самым Монтескье возродил взгляды античных мыслителей (Гиппократа, Гекатея) о причинно-следственных зависимостях явлений, что привело в дальнейшем к возникновению теории географического детерминизма.

Страноведческие описания рассматриваемого периода появлялись под названием «космография». Авторы их, как правило, следовали старым традициям, в сочинениях подобного рода преобладал номенклатурный материал и содержалось немало ошибок и небылиц. Наибольший интерес представляют описания отдельных стран. Среди них выделяется «Описание Нидерландов» (1567), принадлежащее Л. Гвиччардини, которое можно рассматривать как первое сочинение по региональной экономической географии.

С эпохой Великих географических открытий совпадает переворот в истории естествознания, растет стремление к изучению при­роды, появляются зачатки экспериментальной науки. Однако развитие физико-географических представлений отставало от стремительного расширения пространственного кругозора. Возрождению естественно-географического направления и появлению новых общеземлеведческих обобщений должно было предшество­вать длительное и интенсивное накопление разнообразных географических фактов; этот процесс стал переходить на более высо­кую ступень в первой половине XVII в. с началом инструменталь­ных наблюдений.

В 1650 г. в Нидерландах вышел в свет труд молодого ученого Б.Варениуса (1622—1650) «Geographia generalis» (в первом русском переводе 1718 г. «География генеральная», а в повторном издании 1790 г. «Всеобщая география»), оставивший глубокий след в географической науке Нового времени. Это был первый после античной древности опыт широкого общеземлеведческого обобщения и осмысления предмета и содержания географии на основе новейших данных о Земле, собранных в эпоху Великих геогра­фических открытий. Предметом географии, по Варениусу, служит «земноводный шар», рассматриваемый как в целом, так и по частям. Отсюда он делит географию на всеобщую и частную, или особенную. Этот ученый трактовал географию как науку естественную. По его представлению, всеобщая география должна объяснять природные свойства Земли как целого, частная же дает подробное описание отдельных пространств (хорография) и неболь­ших участков (топография). При этом он полагал, что «человеческие свойства» непосредственно к географии не относятся и вклю­чаются в хорографические и топографические описания по тра­диции, для придания им увлекательности. К сожалению, Варениус не успел завершить свой замысел и оставил нам только пер­вую, общеземлеведческую, часть задуманного труда.

Раздел 8. Становление научных основ в геологии и географии (первая половина XIX в.).

Ключевым событием для развития наук о Земле в 19 столетии стала разработка метода определения относительного возраста осадочных пород на основе обнаруженных в них окаменелых остатков морских раковин и костей сухопутных животных. В результате геология сделала гигантский шаг вперед, став исторической наукой, поскольку появилась возможность восстанавливать последовательность событий, происходивших на ее поверхности. Метод геологического картирования позволил обнаружить на планете разные типы тектонических структур. Успехи в развитии минералогии, а главное – разработка оптического метода изучения горных пород с помощью поляризационного микроскопа послужили причиной скачка в развитии петрографии магматических пород. Достижения в области минералогии и петрографии способствовали развитию рудной промышленности. Конец 19 в. - начало 20 в. было временем становления геофизики как комплексного метода, исследующего магнитное и гравитационное поле Земли, расшифровывающее глубинное строение планеты с помощью регистрации упругих волн от землетрясений. Таким образом, остановимся более подробно на основных развивающихся направлениях.