Международное сотрудничество геологов

В последней четверти 19 в. горная промышленность развитых стран мира вывела геологию в разряд приоритетных научных дисциплин. Во всех таких странах были созданы геологические службы. Открывались специальные учебные заведения или факультеты, занимающиеся подготовкой геологов. Под эгидой национальных геологических служб и геологических обществ проводились широкие геологосъемочные работы. Надежной основой поиска полезных ископаемых стали геологические работы. Большой фактический материал, расширение географии региональных исследований ставили перед геологами задачи, решение которых было возможно только в процессе координации усилий геологов различных стран, особенно в условиях Европы, поделенной на множество государств. Надо было договориться об общих принципах составления геологических карт, унифицировать системы условных обозначений и индексов картируемых комплексов, согласовать стратиграфические шкалы, создать условия для сопоставимости и увязки геологических карт различных территорий.

Началом международного сотрудничества ученых-геологов надо считать Всемирную выставку в Филадельфии в 1876 г., когда сравнение выставленных на ней геологических карт разных стран Европы и Северной Америки наглядно показало необходимость согласования принципов их составления и условных обозначений на основе международной стратиграфической шкалы. С этой целью в 1878 г. в Париже была созвана 1-я сессия МГК. Начатая работа была продолжена на следующей сессии в Болонье в 1881 г. при активном участии русских ученых. С того времени сессии конгресса стали созываться регулярно, раз в 4 года, за исключением перерывов, связанных с мировыми войнами.

На 2-й сессии МГК, состоявшейся в 1881 г. в Болонье, 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 2-й сессии в работе конгресса принимала участие официальная делегация России.

На 3-й сессии конгресса в 1885 г. в Берлине уже демонстрировались первые готовые листы этой карты; окончательный вариант карты был опубликован в 1913 г. в трудах 13-й сессии конгресса, состоявшейся в Торонто (Канада). В связи с возросшим количеством участников и докладов, разнообразием их тематики, начиная с 6-й сессии, собравшейся в Цюрихе в 1894 г., в дополнение к Комиссии по геологической карте Европы были впервые выделены 4 секции: общей геологии, стратиграфии и палеонтологии, минералогии и петрографии, прикладной геологии.

7-я 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 4 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 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.

Традиционно одной из главных задач конгресса является организация работы по созданию геологических карт, для чего была сформирована Комиссия по геологической карте Европы, затем мира. Этой комиссией было предпринято полистное издание карты Европы в масштабе 1:500 000, выпущен Геологический атлас мира в масштабе 1:10 000 000, настенная Геологическая карта мира того же масштаба. В 1956 г. была образована подкомиссия по тектоническим картам, работающая в Москве. Ею опубликованы два издания Международной тектонической карты Европы в масштабе 1:2 500 000 и 3-е издание в масштабе 1:5 000 000, Международная тектоническая карта мира в масштабе 1:15 000 000. Вышли в свет подобные карты Сев. и Юж. Америки, Африки, Австралии. Успешно работают при конгрессе комиссии по отдельным стратиграфическим системам, занятые определением их границ и ярусного деления, по структурной геологии и др.

Однако периодическое проведение сессий МГК не полностью обеспечивало постоянство контактов между геологами разных стран и специальностей. С этой целью в 1960 г. был создан Международный союз геологических наук. Аналогичный союз ученых в области геофизики и геодезии был образован в 1965 г. Международный геофизический год дал старт серии крупных международных научных проектов, разрабатываемых совместными усилиями обоих научных союзов, работающих в области наук о Земле. Первым таким проектом явился Проект верхней мантии. Этот проект разрабатывался в 1960-е гг.; ему на смену пришел Геодинамический проект, разработка которого заняла следующее десятилетие. С начала 80-х гг. исследования проводятся по международной программе «Литосфера», включающей несколько научных направлений. Более определенную геологическую направленность имеют исследования по Международной программе геологической корреляции (МПГК), начатые в 1972 г. Необходимость прогнозирования изменений климата и оценки их возможного влияния на человечество недавно вызвала к жизни еще одну научную программу — «Глобальные изменения». В рамках программы «Литосфера» осуществляется программа «Европроба», предусматривающая комплексное изучение глубинного строения Европы. Три мощных объединения специалистов в области наук о Земле действуют в Сев. Америке — в США, Канаде и Мексике. Это Американское геологическое общество, Американский геофизический союз и Американская ассоциация геологов-нефтяников. Своеобразным международным полигоном стала Антарктида, в геолого-геофизическом исследовании которой интенсивно участвуют Россия, США, Великобритания, Япония, Австралия.

В последние десятилетия успешно функционируют региональные объединения ученых – европейские и североамериканские. Все более широкое распространение получает практика 2-х- и трехсторонних совместных геолого-геофизических проектов.

Таким образом, нарастающее международное сотрудничество ученых-геологов в огромной степени способствует прогрессу наук о Земле.

51. Геохронологическая (стратиграфическая) шкала – история становления.

Теоретическую основу стратиграфии составляют два принципа: закон напластования Стенона и закон соответствия флоры и фауны Гексли. Согласно закону напластования, введенному в науку Н. Стеноном в 17 веке, выше лежащие пласты горных пород, как правило, являются более молодыми, чем залегающие глубже. Согласно принципу Гексли слои, в которых содержатся ископаемые остатки одинаковых видов живых организмов, имеют одинаковый возраст.

Основателем научной стратиграфии считают английского геолога-самоучку Уильяма Смита. Он составил первую геологическую карту Англии и использовал ископаемые остатки как маркеры для установления соответствия слоев разных разрезов. Смит подметил, что смежные слои содержат сходные, ископаемые и, наоборот, далеко отстоящие друг от друга в разрезах слои характеризуются резко отличными окаменелостями. Своими исследованиями Смит доказал закономерное распределение ископаемых остатков организмов в слоях земной коры и тем самым выявил возможность их распознавания палеонтологическим (биостратиграфическим) методом. На основании этого метода он установил стратиграфическую последовательность слоев Англии и Уэльса и составил первые настоящие геологические карты, на которых осадочные отложения были расчленены не только по составу, но и по относительному возрасту. После его работ геологическое картирование становится основным методом геологических исследований. Одновременно работами Смита была заложена основа создания стратиграфической (геохронологической) шкалы.

Исследования Смита, Кювье, Броньяра оказали решающее влияние на дальнейшее развитие геологии. Геология обрела достаточно мощный метод исследования, появилась логическая основа для региональных исследований. Сопоставление разрезов Англии и Центральной Европы позволило бельгийскому геологу О. д’Аллуа выступить в 1831 г. с общими синтетическими схемами осадочных образований, которые являются прототипами расчленения верхнепалеозойских и мезозойских отложений в современной геохронологической шкале.

Дальнейшее развитие стратиграфии шло стремительно, и уже к 40-м гг. 19 в. стратиграфическая шкала с выделением систем была разработана практически для всего фанерозоя. Меловая система была выделена д’Аллуа в 1822 г.; каменноугольная — Конибиром и Филлипсом в 1822 г.; юрская — Броньяром в 1829 г.; триасовая — Альберти в 1834 г.; кембрийская — Седжвиком в 1835 г.; силурийская — Мерчисоном в 1839 г.; девонская — Седжвиком и Мерчисоном также в 1839 г.; пермская — Мерчисоном в России в 1841 г.

Во 2-ой половине 19 в. были выделены недостающие компоненты стратиграфической шкалы: неогеновая система в 1853 г. Хорнсом, палеогеновая — в 1866 г. Науманом; архей — в 1872 г. Дэной; ордовикская система — в 1879 г. Лапвортом, протерозой — в 1887 г. Эммонсом.

Серьёзное изучение стратиграфии началось во второй половине 19 века. Тогда на II—VIII сессиях Международного геологического конгресса в 1881—1900 гг. были приняты иерархия и номенклатура большинства современных стратиграфических подразделений. В последующем Международная геохронологическая (стратиграфическая) шкала постоянно уточнялась.

Конкретные названия системам (периодам) давали по разным признакам. Чаще всего использовали географические названия. Так, название кембрийской системы происходит от лат. Cambria — названия Уэльса, когда он был в составе Римской империи, девонской — от графства Девоншир в Англии, пермской — от г. Перми, юрской — от гор Юра в Европе. В честь древних племен названы вендская (славянское племя веенды), ордовикская и силурийская (племена кельтов ордовики и силоры) системы. Реже использовались названия, связанные с составом пород. Каменноугольная система названа из-за большого количества угольных пластов, а меловая — из-за широкого распространения писчего мела.

В России высшим органом, организующим и координирующим стратиграфическую службу, является Межведомственный стратиграфический комитет России.

История кристаллографии.

Истоки кристаллографии можно усмотреть еще в античности, когда греки предприняли первые попытки описания кристаллов. При этом большое значение придавалось их форме. Греками же была создана геометрия, выведены пять платоновых тел и сконструировано множество многогранников, позволяющих описывать форму кристаллов.

1611 год — трактат «О шестиугольных снежинках» немецкого астронома и математика И. Кеплера. Кеплера иногда называют ранним предшественником структурной кристаллографии.

Как самостоятельная дисциплина кристаллография была изложена французским минералогом Жаном Батистом Луи Роме-де-Лилем в 1772 году в сочинении «Опыт кристаллографии». Позднее он, переработав и расширив это сочинение, опубликовал его в 1783 году под названием «Кристаллография, или описание форм, присущих всем телам минерального царства».

Заметной вехой в истории кристаллографии явилась книга, написанная в 1784 французским аббатом Р. Гаюи. Он выдвинул предположение, что кристаллы возникают в результате правильной укладки крохотных одинаковых частиц, которые он назвал молекулярными блоками. Гаюи показал, каким образом можно получить гладкие плоские грани кальцита, укладывая такие кирпичики. Различия в форме разных веществ он объяснил разницей как в форме кирпичиков, так и в способе их укладки. Со времен Гаюи было принято как гипотеза, что в правильной форме кристалла находит отражение упорядоченное внутреннее расположение частиц, но это было подтверждено лишь в 1912, когда М. фон Лауэ в Мюнхене установил, что рентгеновские лучи дифрагируют на атомных плоскостях внутри кристалла. Ренэ-Жюст Гаюи нашёл весьма важный закон о рациональности разрезов по осям, который имеет значение для всего строения кристалла. Независимо друг от друга он и шведский химик Торберн Бергман выяснили, что из всех кристаллов известковых шпатов можно вырубить кристалл основной формы, тем самым открыли существование плоскостей спайности.

В 1830-е гг. Иоганн Гессель и независимо в 1869 г. Аксель Гадолин доказали, что в кристаллографии возможны лишь 32 вида симметрии, подразделённые в 6 сингонний.

Основываясь на учении о симметрии, теории решетчатых систем и кристаллографических построениях Браве, кристаллографы 2-ой половины 19 в. направили свои усилия на создание теории кристаллической структуры вещества. Основные достижения кристаллографии на рубеже 19 и 20 вв. связываются с именами Грота, Федорова и Гольдшмидта. Грот был организатором первого Института минералогии в Германии, создателем международного «Журнала кристаллографии и минералогии», являлся автором обобщающих трудов по физической и химической кристаллографии. Он сформулировал закон о соотношении между составом и симметрией кристаллов. Федоров высказал новые оригинальные идеи и создал строгую математическую основу современной кристаллографии. Разработанная им новая методика изучения кристаллов и минералов («федоровский столик») способствовала быстрому развитию минералогических и петрографических исследований. В 1890 г. он математически обосновал 230 способов размещения материальных частиц в кристаллах — 230 пространственных групп симметрии. Гольдшмидт создал фундаментальные труды по кристаллографии. Им были составлены крупные сводные справочники.

В начале 20 в. Лауэ открыл явление дифракции рентгеновских лучей на кристаллах и доказал решетчатую геометрию кристаллических структур. Эти законы легли в основу современного кристаллохимического этапа исследования вещества, когда изучается связь между расположением атомов в структурах кристаллов и их хим. составом, характером химической связи и свойствами.

История минералогии.

Кремневые отщепы с острыми краями применялись первобытным человеком в качестве орудий труда уже в палеолите. В древности человеку были известны и другие минералы. Некоторые из них, например гематит, гетит и оксиды марганца, применялись в качестве красок, а другие, например янтарь, нефрит, самородное золото, – для изготовления ритуальных предметов, украшений и амулетов. В Египте (5000–3000 до н.э.) самородная медь, золото и серебро использовались для украшений. Несколько позже из меди и ее сплава – бронзы стали изготавливать орудия труда и оружие. В настоящее время минералы служат источником получения металлов, строительных материалов (цемент, штукатурка, стекло и проч.), сырья для химической промышленности и др.

В первом известном трактате по минералогии «О камнях» ученика Аристотеля грека Теофраста (ок. 372–287 до н.э.) минералы делились на металлы, земли и камни. Примерно через 400 лет Плиний Старший (23–79 н.э.) в пяти последних книгах Естественной истории обобщил все имевшиеся на тот момент сведения по минералогии.

В раннем Средневековье среднеазиатский ученый-энциклопедист Бируни (973 – ок. 1050) составил описания драгоценных камней, содержащие сведения по определению, обработке и применению около 100 минералов и горных пород. Автор использовал в качестве одного из диагностических признаков не только цвет и прозрачность, но и удельный вес минералов, впервые разработав способ его определения. Другой выдающийся ученый Ибн Сина (Авиценна) (ок. 980–1037) в трактате «О камнях» дал классификацию всех известных минералов, разделив их на четыре класса: камни и земли, горючие ископаемые, соли, металлы.

16 в. — в труде «О камнях» Палисси описывает кристаллическую форму минералов, обращая внимание на ее специфичность, а также высказывает идею об образовании кристаллов из солевых растворов, отмечая отличие этого процесса от превращения воды в лед.

Агриколе принадлежало разделение минеральных тел на 2 главные группы: однородных тел, или минералов, и сложных минеральных тел, или ГП. Тем самым именно с Агриколы начали различать собственно минералогию и петрографию. Первым сводом фактических сведений по практической минералогии, горному делу и металлургии стал труд Г.Агриколы «О металлах». Благодаря этому трактату и более раннему труду «О природе ископаемых», в котором содержится классификация минералов на основе их физических свойств, Агрикола прослыл отцом минералогии.

В 1669 г. Н. Стенон, обобщив свои наблюдения над сотнями кристаллов кварца, установил закон постоянства углов между гранями кристаллов. Столетием позже (1772) Роме де Лиль подтвердил выводы Стенона. В 1784 аббат Р. Гаюи заложил основы современных представлений о кристаллической структуре. Ломоносов также сделал ряд важных наблюдений в области минералогии. Он дал свою классификацию горных пород: металлы, полуметаллы, жирные (горючие) минералы, соли, камни и земли, руды. В этой классификации кроме химического и минерального состава он использовал структуру и текстуру пород, а также учитывал их генезис. Измеряя грани углов алмаза и других кристаллов, он, независимо от Стенона, вывел закон о постоянстве углов кристаллов.

А. Кронстедт предложил первую классификацию минералов по химическому составу. Вернер разработал критерии, позволяющие навести определенный порядок в классификации минералов, сгруппировать разрозненные сведения о них в единую систему.

В первые десятилетия 19 в. успехи физики и химии дали возможность выйти на новый уровень исследования вещества земной коры, и крупнейшие химики стали ведущими минералогами того время. В результате их деятельности был определен точный состав порядка 450 минералов. Берцелиус в 1815 г. предложил первую химическую классификацию минералов с учетом атомной массы и с применением буквенных символов элементов и формул химических соединений. В 1818-1821 гг. Митчерлих объяснил явление изоморфизма и полиморфизма. В 1849 г. Брейтгаупт ввел понятие парагенезис минералов.

В 1809 У.Волластон изобрел отражательный гониометр, что позволило проводить более точные измерения углов между гранями кристаллов, а в 1812 г. выдвинул концепцию пространственной решетки как закона внутреннего строения кристаллов. В 1815 П. Кордье предложил изучать оптические свойства обломков раздробленных минералов под микроскопом. Дальнейшее развитие микроскопических исследований связано с изобретением в 1828 г. У. Николем устройства для получения поляризованного света (призмы Николя). Поляризационный микроскоп был усовершенствован в 1849 Г. Сорби, который применил его к изучению прозрачных шлифов горных пород.

В минералогии во 2-ой половине 19 в. основные достижения были обусловлены более тщательным изучением химического состава минералов, их детальным описанием и определением регионального распространения. Увеличилось общее количество изученных минералов. Успехи химии и физики позволили минералогам сосредоточить внимание на проблемах изоморфизма, хим. состава и структуры основных породообразующих минералов. Главными объектами исследования стали минералы класса силикатов. В начале 20 в. произошла революцияв связи с открытием рентгеновских лучей (1895) и явления их дифракции в кристаллах (1912), предсказанного ранее Лауэ. Разработали метод рентгеноструктурного анализа, позволившего увидеть внутреннюю структуру кристаллов, расположение атомов в кристаллической решетке и измерить расстояния между ними. Начался период кристаллохимии минералов. Применение рентгеноструктурного анализа подтвердило реальность теоретически выведенных ранее Федоровым и Шенфлисом 230 пространственных групп симметрии. Гольдшмидт (1937) сформулировал основной закон кристаллохимии: «Кристаллическая структура какого-либо вещества обусловливается числом, величиной и поляризационными свойствами его структурных единиц, каковыми являются атомы, ионы или группы атомов». Данные рентгеноструктурного анализа привели к коренному пересмотру принятых ранее на смешанной химико-кристаллографической основе классификаций минералов; теперь во главу угла были поставлены общие особенности их внутренней структуры.

В конце 19 – начале 20 в. развитию минералогии во многом способствовали работы выдающихся российских ученых Н.И.Кокшарова, В.И.Вернадского, Е.С.Федорова, А.Е.Ферсмана, А.К.Болдырева и др. Во второй половине 20 в. минералогия взяла на вооружение новые исследовательские методы физики твердого тела, в частности, инфракрасную спектроскопию, целую серию резонансных методов (электронный парамагнитный резонанс, ядерный гамма-резонанс и др.), люминесцентную спектроскопию и т.д., а также новейшие аналитические методы, включая электронный микрозондовый анализ, электронную микроскопию в сочетании с электронографией и проч. Применение этих методов дает возможность определять химический состав минералов «в точке», т.е. по отдельным зернам минералов, изучать тонкие особенности их кристаллической структуры, содержание и распределение элементов-примесей, природу окраски и люминесценции. Внедрение точных физических методов исследования произвело в минералогии подлинную революцию. С этим этапом развития минералогии связаны имена таких российских ученых, как Н.В.Белов, Д.С.Коржинский, Д.П.Григорьев, И.И.Шафрановский и др.

Случайные записи:

Современные форматы международного сотрудничества в горной промышленности. А.Можаров, ЮНКТАД


Похожие статьи:

Добавьте постоянную ссылку в закладки. Вы можете следить за комментариями через RSS-ленту этой статьи.
Комментарии и трекбеки сейчас закрыты.