Елена Гороховская - Концепции современного естествознания. Часть 2. Биология и геология

Кювье и Ж.-Б. Ламарк, разрабатывавшие соответствующие концепции эволюции в биологии. В 1830 г. в Парижской Академии наук произошел публичный спор между Ж. Кювье и Ж. Сент-Илером (Ламарка уже не было в живых), который продолжался шесть недель и был прекращен академией. В этот раз победа была присуждена Кювье, но в истории науки точка не была поставлена, и главным стала не победа какой-либо стороны, а выплеснувшееся с обеих сторон море аргументации. Один из современников этой дискуссии писал по ее поводу: «Замечательные выводы, полученные из неожиданных фактов; счастливое сочетание данных минералогии и зоологии; доказательство последовательных революций в физической истории Земли, о котором раньше не имели ни малейшего представления, – все это, вместе взятое, не только позволило в новом свете увидеть довольно неясный до этого предмет, но придало новые силы и открыло новые возможности…» [Хаин, с. 59]. Естественнонаучное объяснение состояло в построении физических, а также химических моделей геологических явлений.

В результате этого наступает новый естественнонаучный этап в развитии наук о Земле, ознаменованный появлением геофизики , становящейся центральной наукой о Земле. Ситуация с геофизикой напоминает ситуацию с физической химией, описанную в п. 10.2: геофизика представляет собой совокупность объектов и явлений, для которых строятся модели («вторичные идеальные объекты» (ВИО)), с помощью ПИО, взятых из физики, главным образом из разделов механики сплошных сред (в первую очередь гидродинамики сильно вязких жидкостей, включающей термодинамические процессы) и (в меньшей степени) из химии. Но в отличие от физической химии, первичным источником этих объектов и явлений является не естественная наука, а естественная история, которая не исчезает с появлением геофизики.

Основным источником информации о внутренней структуре Земли (измерительным инструментом) служит исследование прохождения сейсмических (разновидность акустических) волн, изменения направления и скорости их распространения при прохождении через толщу Земли. Очень важным при этом является свойство поперечных волн (волн, в которых направление колебания перпендикулярно направлению распространения) – сильная зависимость от степени текучести вещества (они не могут распространяться в жидкости). В глубинах Земли в условиях высоких температур и давлений горные породы переходят из твердого в вязкое (типа смолы) или жидкое состояния и об этих изменениях фазового состояния можно судить по изменению поведения поперечных акустических волн. Так было выяснено, что под океанами и материками залегают кристаллические породы, названная литосферой(каменная оболочка, от греч. lithos камень sphaire шар), а под ней встречаются области, названные астеносферой(мягкая оболочка), где вязкость достаточно резко падает и вещество начинает вести себя как жидкость (Daly, 1951).

По современным представлениям (на основании анализа состава различных метеоритов, а также полученных экспериментальных геохимических и геофизических данных), в составе Земли преобладают (как по массе, так и по числу атомов) железо, кислород, кремний и магний. В сумме они составляют более 90 % массы Земли (соответственно 34,6 %, 29,5 %, 15,2 %, 12,7 %) [Люстих].

Значительный объем новой информации, особенно о строении атмосферы, был получен в результате исследований глобальных геофизических процессов во время максимальной солнечной активности, проводившихся в рамках Международного геофизического года (1957–58) учеными 67 стран.

На основе измерений с помощью спутников была изучена структура магнитосферы, а также выявлено наличие радиационных поясов вокруг Земли. В конце 1970-х гг. с помощью геодезических спутников (GEOS-3) удалось достичь существенного прогресса в изучении геоида (точной формы Земли). Наряду со спутниковой геодезией широкое развитие получила спутниковая метеорология, что значительно повысило точность метеорологических прогнозов. С 1968 ведется международная программа глубоководного бурения в Мировом океане, что позволило существенно продвинуться в понимании тектонического строения Земли (непосредственному исследованию посредством глубинного бурения доступны сегодня только внешние 12–14 км. (максимальная глубина, достигнутая бурением, составляет немногим более 14 км (скважина Вредефорд в Южной Африке); российская сверхглубокая скважина СГ-3 на Кольском п-ве достигла глубины 12 км), но иногда в эти скважины попадаются «гости» из более глубоких слоев Земли (геосфер)). Большую информацию о недрах дают обломки сверхглубинных пород (ксенолиты) выведенных на поверхность лавой вулканов.

С началом применения мощных компьютеров появилась возможность резкого ускорения и уточнения получаемой геофизической информации. С их помощью с 1980— 90-х гг. развивается геофизическая томография, с помощью которой построены сейсмические разрезы нижней и верхней мантии (рис. 12.1).

Большое значение приобрели данные экспериментальной минералогии, после того как с помощью алмазных наковален удалось добиться получения давлений, отвечаемых предполагаемым, на различных глубинах в мантии, вплоть до ее границы с ядром.

Для изучения максимальных глубин океана стали использоваться обитаемые глубоководные аппараты. В 1960 швейцарец Ж. Пиккар и американец Д. Уолш в батискафе «Триест» достигли дна Марианского желоба – самого глубокого места Мирового океана (11022 м). С 1980— 90-х гг. подводные аппараты с человеком на борту широко используются для выполнения геологических, гидрологических и биологических наблюдений в глубинах океана.

Запуски межпланетных космических аппаратов к Меркурию, Марсу, Венере, а также к более отдаленным планетам позволили также углубить знания о строении и эволюции Земли на основе сравнительного изучения планет (сравнительная планетология). Полученные данные вместе со сведениями о структуре земной коры и глубинных недр планеты послужили основой для разработки моделей развития Земли.

Итак, естественная история Земли выявила особый предмет исследования для основных естественных наук – физики и химии, а применение современных физических и химических инструментов исследования в сочетании с построением физических моделей, породили геофизику (включившую в себя значительную часть геохимии), ставшую ведущей естественной наукой о Земле, использующую первичные идеальные объекты физики (главным образом гидродинамики вязких сред) и химии, что породило два связанных направления: теорию внутреннего строения планеты и теорию тектоники литосферных плит .

Читать дальше