Роль В. И. Вернадского в развитии геохимии и минералогии

Владимир Иванович Вернадский 12.03.1863, Петербург, - 6.01.1945, Москва, советский естествоиспытатель, выдающийся мыслитель, минералог и кристаллограф, основоположник геохимии, биогеохимии, радиогеологии и учения о биосфере, организатор многих научных учреждений. Академик АН СССР (1912), первый президент АН Украинской ССР (1919), член Чехословацкой (1926) и Парижской (1928) АН. В 1885 году окончил физико-математический факультет Петербургского университета.

С 1890 года приват-доцент минералогии Московского университета. Профессор Московского университета (1898-1911). С 1922 по 1939 год директор организованного им Государственного радиевого института. В 1927 году организовал в АН СССР Отдел живого вещества, преобразованный в 1929 году в Биогеохимическую лабораторию (директор 1927-1945), ставшую впоследствии институтом геохимии и аналитической химии им. Вернадского.

Вернадский был одним из организаторов Комиссии по изучению вечной мерзлоты (ныне институт). В 1937 году по инициативе Вернадского была создана Международная комиссия по определению возраста пород радиоактивным методом. В 1939 году Вернадский совместно с другими учёными организовал Комиссию по изотопам. Работал в Париже (в Радиевом институте Марии Кюри-Склодовской в Сорбонне), Праге (в Карловом университете) и др.

В своих исследованиях Вернадский выдвинул крупнейшие, представляющие большое практическое значение научные проблемы: строения силикатов, геохимии редких и рассеянных элементов, поисков радиоактивных минералов, роли организмов в геохимических процессах, определения абсолютного возраста горных пород и многое др. В "Опыте описательной минералогии" (1908-1922) и "Истории минералов земной коры" (1923-1936) Вернадский выдвинул новую эволюционную теорию происхождения минералов (генетическую минералогию). Большое значение имели исследования Вернадского о строении силикатов и алюмосиликатов, составляющих большую часть земной коры. Учение Вернадского о роли каолинового ядра и строении алюмосиликатов легло в основу современной кристаллографии, а представления о парагенезисе и изоморфных рядах - в основу одного из научных методов поисков полезных ископаемых.

Вернадский - один из основоположников геохимии, он первый ввёл в России спектральный метод для решения геохимических задач. Сам термин “геохимия” был предложен швейцарским химиком Ф.Шенбейном еще в 1838 г., но Вернадский придал этому термину новый смысл. Годы зарождения геохимии – 1908–1911 гг. Занимался изучением редких и рассеянных химических элементов в изоморфных соединениях и в рассеянном состоянии. Много внимания уделил изучению химического состава земной коры, океана и атмосферы. В "Очерках геохимии" (1927) Вернадский изложил историю кремния и силикатов, марганца, брома, йода, углерода, радиоактивных элементов в земной коре. Радиогеологические исследования Вернадского касаются роли радиоактивных элементов в эволюции Земли. Начиная с 1910 года Вернадский проводил поиски месторождений радиоактивных минералов и химические исследования на радий и уран. Предсказал значение радиоактивных веществ (1911). Радиогеология – одна из самых молодых геологических наук, которая появилась в начале 20 века и получила развитие во многих странах мира. В.И.Вернадского считают создателем радиогеологии как самостоятельного научного направления.Рассматривая воду как минерал, Вернадский в работе "История минералов земной коры" дал минералогию воды. Им развивалось учение о единстве вод Земли.

Созданная Вернадским биогеохимия изучает геохимические процессы, в которых участвуют организмы. Вернадский является основоположником современного учения о биосфере. Совокупность живых организмов в биосфере он назвал живым веществом. Биосфера под влиянием научных достижений и человеческого труда постепенно переходит в новое состояние - ноосферу - сферу разума.

Из школы Вернадского вышли А. Е. Ферсман, Д. И. Щербаков, А. П. Виноградов, В. Г. Хлопин, К. А. Ненадкевич, К. А. Власов, А. А. Сауков, Я. В. Самойлов и др.

БИЛЕТ 2 и 22

1. Донаучный этап истории геологических наук. Страбон, открытия арабских, китайских и индийских естествоиспытателей. Эпоха Возрождения. Декарт, Леонардо да Винчи, Стенон, Агриколла и др.

Геологические знания в классической древности

Греческие философы находили «начало начал» в земных стихиях и сущностях. Фалес видел это начало в воде. Четыре начала — воду, «землю», воздух и огонь указывали Эмпедокл и Аристотель, огонь — Зенон и Гераклит.

Мысль о Земле — шаре высказывали Пифагор, Эмпедокл, Платон, Аристотель, Эратосфен, Страбон и др. Сенека писал также о вращении Земли вокруг оси, а Аристарх Самосский указывал на ее вращение вокруг Солнца. Огненно-жидкую внутренность Земли предполагал Эмпедокл. Об огне и огненных реках внутри Земли говорили Платон и др. Анаксимандр, Анаксагор, Левкипп и Демокрит считали Землю цилиндром или диском.

Аристотель считал, что затопление и осушение Земли происходит периодически и может быть медленным. Он сформулировал мысль о цикличности геологических явлений.

Страбон обратил внимание также на поднятия и опускания при землетрясениях больших участков материка. Действие Страбон и Сенека сравнивали вулканы с предохранительными устройствами для разгрузки избытка силы земных недр. Хотя Везувий в историческую эпоху до 79 г. не извергался, Страбон считает его вулканом. Он основывался на форме горы и, возможно, характере и напластовании лав, которые считались расплавленным камнем. Связывал образование островов и суши с вулканами.

В Китае еще до нашей эры существовали сочинения по минералогии, географии и геологии — труд «Сай-Хей-дин». В рукописи Гуан-цзы (до н. э.) приведены сведения об изменении состава рудных месторождений с глубиной и совместном нахождении некоторых минералов. Землетрясения также были описаны, а во II в. Чжан-хен изобрел сейсмоскоп.

В Индии изучали горное дело, добычу руд, орошение земель. Земля – шар, вращ. вокруг оси.

Геологические знания в средние века

В Китае в V—XII вв. помимо сводок по минералам (например, Ли-Си-цен) ряд ученых рассматривал вопрос об окаменелостях, правильно объясняли происхождение янтаря, верно понимали сущность остатков рыб, моллюсков, а также растений в горных породах.

На Ближнем Востоке естествознание носит следы влияния классической науки, в нем встречаются идеи о вечной изменяемости природы, огромной длительности ее существования. Напомним (IX—XIII вв.) имена таджика Авиценны (Ибн Сина), узбека Абу Райхан Бируни и азербайджанца Насиреддина (Туси). Помимо минералогических исследований, значение которых сохранилось частью до XIX в., они занимались географией и в меньшей степени геологией. Так, Авиценна указывал на образование гор действием землетрясений и размыва текущими водами, образующими долины. Он полагал, что превращение рыхлых пород в твердые происходит под влиянием свойственной природе «пластической силы».

Бируни был разносторонним ученым-эмпириком, не отрицавшим важность обобщений. Критерием же истины он считал опыт. Бируни первый использовал пикнометрический метод определения удельного веса минералов, к которому вернулись лишь в XVIII в. Он установил, что удельный вес «горячей» воды 0,959. Бируни указал на водное происхождение кристаллов и минералов вообще, основываясь, в частности, на изучении включений в некоторых из них пузырьков жидкости. Он занимался вопросами совместного нахождения пород с полезными минералами и рудами, объяснил причину действия артезианских источников. Бируни с сомнением относился к идеям алхимиков о превращении металлов и отвергал мнение Аристотеля о влиянии небесных явлений на образование руд. Ученый правильно истолковал отпечатки и остатки морских организмов; он изучал образование дельты Ганга, положение древнего русла Амударьи и образование Аральского моря. Ему была ясна закономерность изменения гранулометрического состава аллювия от верховьев к устью реки.

Эпоха Возрождения

Капиталистические отношения прежде всего появились в Италии — с раннего Возрождения (XIV в.). Наибольший его расцвет падает на конец XV в.—начало XVI в. В эту эпоху жил Леонардо да Винчи. Давая окаменелостям правильное объяснение, Леонардо отвергает всемирный потоп: его вообще не было, воде некуда было бы стечь. Он приводит и довод, который позднее привлекали Линней, Ломоносов и др.: моллюски не могли бы добраться за время потопа со дна моря на вершины гор; находки относятся к захоронению на месте; раковины лежат закономерными слоями, они разного возраста и т. п. Движения суши Леонардо приписывает перемещениям воды из одного полушария в другое с изменением центра тяжести Земли — мысль, которая встречается в науке вплоть до XIX в. Рельеф поверхности Земли, по Леонардо,— результат размывания морской водой, стекающей с поднимающейся суши — идея, живущая еще у Ляйеля. Леонардо пишет о «росте земли» за счет перегноя, о деятельности воды, «возницы природы» — создании и разрушении гор водой, о подземных водах и т. п. Интересно его мнение о том, что соленость моря происходит от приноса водой растворимых солей. Соль возвращается земле при высыхании морской, воды и поднятии суши. Для реконструкции прошлого достаточно его следов — возникших в соленой воде и находимых вдали от морей вещей.

Палисси – первый гидогеолог, первый минеролог франции (образование минералов при кристаллизации солей), изучал фоссилии.

Крупнейшей фигурой в геологии XVI в. был Агрикола. Его интересовали горное дело, металлургия и «минералогия», которую для той эпохи следует определить как учение о земном неживом веществе. Поэтому в его трудах содержатся сведения по геологии вообще. Агрикола — практик и эмпирик. Он ссылается на литературные источники, в особенности на классиков, но многое — его личные наблюдения. Его труды — одни из первых научных сводок уже накопленных знаний, сопровождающиеся обобщениями. Понятно влияние, которое они имели до конца XVIII в. Агриколе принадлежит классификация «минералов». Ее достоинствами являются детальность и деление «минеральных тел» на «горные породы» и «подземные неживые тела». Среди последних он, правда, недостаточно четко, выделял «простые», а также «составные» и «смешанные». Вода и воздух последовательно относились Агриколой к минеральным телам. Идеи Агриколы, касающиеся генезиса геологических образований, которые он принимает или выдвигает, полностью связаны с наблюдением над современными явлениями, с актуализмом.

Горы, по Агриколе, образуются деятельностью воды, ветра, землетрясений и вулканических извержений. Первое место он отводит эрозии, образующей, в частности, долины. Горы разрушают те же факторы, а также огонь. Подземный огонь и вулканизм — результат горения битумов и серы. Агрикола ссылается на подземный пожар в Цвиккау. Хотя причина вулканизма, по его мнению, та же, но пожары угольных пластов он называет псевдовулканами. Идея об экзогенности вулканизма имеет ясные актуалистические корни.

К 1600 г. относится сводка У. Гильберта (рус. 1962) по земному магнетизму; в ней Земля впервые рассматривается как огромный магнит, которым является ядро, окруженное корой. В этом труде появляется зародыш учения о геомагнетизме и представлений об оболочечном строении Земли. Гипотеза Гильберта — первый вполне науч. синтез, сохранившийся в идее до наших дней.

Первые геологические обобщения и «теории земли» (1650—1740 гг.)

Ф. Бэкон и Р. Декарт оказали значительное влияние на естествознание.

Декарт в познании решающее место отводил дедукции и исходным положениям — аксиомам или «интуициям». Первая оболочечная модель Земли, Земля – потухшая звезда. По Декарту, Земля вначале была подобна Солнцу. Потом от охлаждения на ее поверхности образовались пятна, как на Солнце, слившиеся затем в сплошную оболочку

Интересны идеи Декарта о глубоких и поверхностных землетрясениях, рудной оболочке и т. п. Свои идеи Декарт доказывал наличием внутреннего тепла Земли и т. п., т. е. эмпирически и актуалистически. Он сам писал, что показал, как горы, моря, родники и реки могли образоваться естественным путем.

Модель вихревого обр. Солнечной системы.

Нильс Стенон.

Первая аксиома (закон) Стенопа гласит: «...Если твердое тело со всех сторон окружено другим твердым телом, то...первым затвердело то, которое при взаимном соприкосновении дает отпечаток особенности своей поверхности на поверхности другого»

Вторая аксиома устанавливает, что твердые тела, внешне и внутренне подобные, имеют одинаковый способ и место образования. Стеноп выводит следствия: 1) «слои Земли... сходны с теми слоями, которые отлагают бурные воды моря» 2) «горные хрустали» в отношении способа и места происхождения сходны с кристаллами селитры, хотя поэтому «...вовсе не обязательно, чтобы та жидкость, в которой они зародились, была бы обязательно водой»; 3) окаменелости — остатки организмов.

Третья аксиома, по существу исходная, гласит: «В тех случаях, когда твердое тело образовалось в соответствии с законами природы, оно произошло из жидкости»

Стенон, несомненно, эмпирик, сторонник актуализма при попытках рас­крытия прошлого Земли. У него мы находим и мысль о развитии, притом необратимом, предопределяемом прошлыми состояниями. Всемирный потоп для него — реальность, имевшая геологическое значение, не решающий фактор. Стеной упоминает о «центральном огне», не имеющем влияния на рассматриваемые им процессы, а также о возможности перемещения центра тяжести Земли, вызывающего движения масс воды. Любопытна исторически обусловленная ошибка Стенона — принципиальное перенесение фактов и обстоятельств Тосканы на всю Землю.

Наибольший интерес представляет методологическая сторона его работы. Особенно подчеркнем положения о слоеобразовании, впервые сформулированные в виде законов. Можно признать, что Стенону принадлежат зародыши стратиграфич., тектон. и кристаллографического методов.

Среди вулканистов особенно прогрессивным был Гук — математик, физик и физиолог. Его работа о землетрясениях издана в 1688 г., сводка всех его идей ― в 1705 г. Исходя из распространения окаменелостей, явлений землетрясения вулканизма, Гук заключил, что после «сотворения» поверхность Земли сильно изменялась. Опускания и поднятия происходят под действием землетрясений иногда вследствие подземных взрывов на больших глубинах. Те же результаты могут повлечь за собой перемещение центра тяжести Земли с переливанием воды. С перемещением водных масс Гук связывал более теплый в прошлом климат Англии (по характеру ископаемых организмов). Это — зародыш палеогеографического и палеоэкологического методов. Гук указывал на огромную роль воды и ветра. Движения земной поверхности им объяснялись внутренними силами, которые и были первичной причиной образования рельефа. Гук предполагал большую длительность геологического времени. Он видимо, первым предложил альтернативную гипотезу происхождения лунных кратеров — вулканизм или падение метеоритов.

Моро – вулканзм – главный фактор образования рельефа, вулканы выбрасывают и осадочные породы. Потопа не было.

2. Научное опред. геологии. Научная революция. Парадигмы.

Модель нелинейного, скачкообразного принципа развития наукм предполагает, что главным стимулом развития науки является е простое накопление фактического материала, а получение фактов, не укладывающихся в рамки существующей концепции. По мнению Т. Куна, «нормальная паука», на развитие которой вынуждено тратить все свое время большинство исследователей, основывается на допущении, что научное сообщество знает, каков окружающий нас мир, т. е. руководствуется идеей (парадигмой), признаваемой большинством, которая в течение определенного времени дает модель постановки проблемы и ее решение. Если исследователь не может объяснить то или иное явление в рамках существующей парадигмы, возникает аномалия, которую не удастся объяснить в рамках профессионального образования. Преодоление аномалий заставляет искать новые пути исследования, которые приводят к новому базису научного познания. Происходит скачок, переход к изучению явления с новых теоретических по­зиций на базе новой парадигмы. Смена парадигмы в развитии науки отвечает научной революции.

Создание новой парадигмы — это не простое приращение зна­ний, это прежде всего перестройка мировоззрения, часто связан­ная с трагедией отдельных научных сообществ или личностей. Т. Кун показал, что аномалия появляется только на фоне пара­дигмы. Чем более точна и развита парадигма, тем более чувстви­тельным индикатором она выступает для обнаружения аномалий, преодоление, которых в свою очередь приводит к смене парадиг­мы. При этом надо иметь в виду, что парадигма включает в себя и определенное заблуждение.

Возникает вопрос о преемственности научных знаний. Новая парадигма не отрицает завоевании прежних науч­ных концепций. Она использует весь багаж знаний, добытый предшественниками, но критически переосмысливает его, исходя из постулатов новой концепции. Устаревшие теории нельзя считать ненаучными только на том основании, что они были отброшены, поскольку научное развитие нельзя рассматривать как простое приращение знаний.

Как правило, научные революции, новые парадигмы определя­ют более совершенные методы исследования. Более высокий уро­вень данных, полученный с приходом этих методов исследования, часто служит в свою очередь отправной точкой появления новой парадигмы. В этом проявляется закон обратной связи.

Анализ особенностей развития геологии, историографическое описание основных периодов ее развития показывают, что станов­ление современной науки шло отнюдь ни прямолинейно. Оно представляло сложный процесс, полный противоречий, спадов и подъемов, возвращений к старым идеям, борьбы различных гипотез, великих геологических споров, продолжавшихся многие десятки лет, затем на новом уровне знаний вновь приобретавших значительную остроту.

Особый интерес представляет специфика переломных моментов развития геологии, которые совпадают с тенденциями общего развития естествознания. Введенное Т. Куном понятие о научных революциях, по мнению В. Е. Хаина, явилось само по себе революцией в разработке истории наук и подвело научную основу под периодизацию этой истории. Происходили ли научные революции в геологии? Если рассматривать геологию как одну из фундамен­тальных дисциплин естествознания, то априори можно дать поло­жительный ответ на этот вопрос, поскольку научные революции — это естественный, закономерный процесс в ходе развития науки, когда периоды спокойного, эволюционного развития сменяются всплеском научного творчества в рамках новой теоретической кон­цепции. Но в литературе постоянно дискутируется вопрос о зре­лости геологии как науки, принципах ее периодизации, о количест­ве научных революций.

Первая революция. Простые истины, установленные, в конце XVIII — на­чале XIX в. английским землемером В. Смитом, очень быстро обернулись новой универсальной системой расчленения и сопоставления геологических образований. Биостратиграфический ме­тод В. Смита поднял геологические исследования на качественно новый уровень, позволив уже к 40-м годам XIX в. создать осно­вы относительной геохронологии фанерозоя.

Вторая научная революция в геологии относится к середине XIX в. и характеризуется торжеством эволюционного учения Ч. Ляйеля и Ч. Дарвина, появлением новой тектонической кон­цепции — гипотезы контракции и изобретением поляризационного микроскопа.

Третья научная революция в геологии, произошедшая на рубе­же XIX и XX вв., отвечает новому переломному этапу развития естествознания, когда лидирующее положение заняла физика. Кризис геологии начала XX столетия сказался в основном в тек­тонике, отчасти в петрологии и был обусловлен невозможностью адекватного истолкования быстро накапливающегося фактическо­го материала. Новая парадигма в геологии восторжествовала в 30—50-е годы и имела четко фиксистский характер, базируясь на чисто эмпирическом учении о геосинклиналях. Между тем успехи физики и кристаллохимии послужили основой для внедрения в геологию геофизических и геохимических методов, что определило новый уровень исследования строения нашей планеты и слагаю­щих ее горных пород и минералов.

4.Глубочайшую революционную перестройку испытала геоло­гия в 60-х годах XX в. Она выразилась прежде всего в смене фиксистской парадигмы мобилистской теорией тектоники литосферных плит. Широкомасштабное исследование геологин дна Мирового океана, исследование Земли и других планет Солнечной системы, успехи, достигнутые в сейсмологическом изучении Земли, в глу­бинном зондировании океанической и континентальной коры, в геохимических, изотопных исследованиях горных пород мантий­ного и корового происхождения, косм о геодезические методы из­мерения движения литосферных плит, цифровая революция в гео­физике открыли новые возможности для развития геологии.

5. В настоящее время угадываются признаки новой научной ре­волюции в естествознании, которые проявляются в сближении гу­манитарного и естественного комплексов наук, базирующемся на представлении о принципиальной нелинейности реальных процес­сов.

Признаки новой научной революции все более заметны в нас­тоящее время в геологии. Данные сейсмической томографии, срав­нительный анализ геологии планет Солнечной системы, спутнико­вая альтиметрия, данные изотопной геохимии, математическое моделирование, физический эксперимент при сверхвысоких давле­ниях дали ключ к пониманию глубинных процессов, идущих в нижней мантии и на границах ядро — мантия, внешнее — внутрен­нее ядро. Оказалось, что эти данные лежат за рамками примене­ния современной парадигмы геологии — тектоники литосферных плит. Тектоника литосферных плит — это тектоника верхних обо­лочек Земли, вероятно, она применима в классическом варианте только для нашей планеты.

На повестку дня сегодня поставлена задача создания подлин­но глобальной геодинамической модели Земли, изучения ее гео­динамической эволюции, определения ее места в общем эволюционном ряду планет земной группы.

3.Русские геологи на первых сессиях Геологического конгресса.

В 1878 г. в Париже состоялась первая сессия Международного геологического конгресса (МГК). В ней приняли участие 310 геологов из 23 стран мира. Российская делегация не принимала участия в работе сессии, поскольку в стране еще отсутствовала Геологическая служба, но в порядке личной инициативы там присутствовало семь русских геологов.

На первой сессии конгресса в качестве основных вопросов обсуждались правила составления геологических карт, геологическая номенклатура и классификация. Эти вопросы оставались в центре внимания до восьмой сессии конгресса, которая собралась снова в Париже в 1900 г.

На первой сессии пришли к соглашению, что геологические конгрессы будут собираться каждые 3–4 года. Официальными языками конгресса стали французский, английский и немецкий, на 14-й сессии в 1926 г. к ним добавились итальянский и испанский, а на 18-й сессии в 1948 г. в Лондоне — русский язык.

На второй сессии МГК, состоявшейся в 1881 г. в г. Болонье (Италия), были одобрены унифицированные термины и условные обозначения для геологических карт, предложенные А. П. Карпинским, и принято решение о составлении по согласованной легенде Международной геологической карты Европы в масштабе 1:2 500 000. Со второй сессии в работе конгресса принимала участие официальная делегация России.

На третьей сессии конгресса в 1885 г. в Берлине уже демон­стрировались первые готовые листы этой карты, окончательный вариант карты (первое издание) был опубликован в 1913 г. в трудах 13-й сессии конгресса, состоявшегося в Торонто (Канада).

В связи с возросшим количеством участников и докладов, разнообразием их тематики, начиная с шестой сессии, собравшейся в Цюрихе в 1894 г., были впервые выделены четыре секции: об­щей геологии, стратиграфии и палеонтологии, минералогии и петрографии, прикладной геологии, в дополнение к Комиссии по геологической карте Европы.

Седьмая сессия МГК проходила в Санкт-Петербурге в 1897 г.; председателем ее оргкомитета и президентом конгресса был А. П. Карпинский. На сессии обсуждались принципы и правила стратиграфической номенклатуры, принципы классификации и но­менклатуры эффузивных пород. Состоялись четыре секционных за­седания, посвященных обсуждению проблем общей геологии (оро­генез, эволюция климата и др.), петрографии и минералогии.стра­тиграфии и палеонтологии, прикладной геологии и геофизики. Сессия конгресса сопровождалась геологическими экскурсиями по Европейской России, Уралу, Кавказу, Крыму, каждый марш­рут обеспечивался прекрасно изданным путеводителем, к которо­му были приложены новейшие геологические карты и разрезы. 34 путеводителя геологических экскурсий конгресса объемом 700 страниц являлись в то время лучшим и наиболее полным руководством по геологии России.