Формування предметної області, засобів опису і виміру
Науки про Землю в широкому сенсі представляють сьогодні науку про різні геосферах, до яких традиційно відносять неорганічні літо-, гідро – і атмосфери, але до них логічно додати і біосферу, про яку мова піде в наступному розділі (куди включено і параграф щодо екології, якому обговорюється введене В. І. Вернадським поняття ноосфери, яка сьогодні виступає як техносфера). Дана глава присвячена геології (букв. Наука про Землю) – науці про Землю у вузькому сенсі, науці про неорганічних геосферах, науці про будову Землі та її еволюції.
Науки про Землю мають ряд принципових відмінностей від фізики, хімії та синергетики, представлених у Частини 1. Останні мають чітку структуру “ядра розділу науки” (ЯРН), задану свої “первинні ідеальні об’єкти” (ПІО), які і складають підставу відповідних наук і їх розділів (сх. 3.1; 9.1; 10.2), їх специфіку визначають “первинні ідеальні об’єкти”. Ці природні науки, зразком для яких служить фізика, формуються експериментом зі структурою <Приготування | Явище | Ізмерненіе> (сх. 1.1). Для них характерно виявлення емпіричних закономірностей (на ранніх етапах розвитку) і побудова “ядра розділу науки” в зрілому стані.
Специфіку наук про Землю визначають не ПІО, а “предмет дослідження”, який формується в рамках так званої “природної історії”, суть якої полягає в описі, що виділяє предметні області, розвитку самої мови опису. Так основні первинні поняття геології, наприклад, “гірська порода”, формуються усередині деякої професійній області, де навчають розпізнавати породи, шляхом порівняння із зразками. Таке розпізнавання образів має багато спільних рис з вимірюванням, суть якого, як було сказано в першій частині, складається в порівнянні з еталоном. У міру зростання числа цих образів виникає проблема їх класифікації, для вирішення якої виникають теорії класифікації. Таким чином, в природної історії ми маємо справу з іншими, ніж у першій частині, базовими поняттями: вони не даються за допомогою визначень (явних чи неявних) і не є “очевидними” для всіх, вони існують як зразки в рамках певної професійної діяльності та вміння їх розпізнавати передається як професійний навик.
Коло вихідних (первинних) об’єктів і явищ в геології формується, по-перше, з опису руд, мінералів, гірських порід, які формувалися в гірничорудному справі з глибокої давнини. З цього потоку природно-історичного опису у XVIII ст. народжується геологія, яка використовує спочатку мова, вироблений в техніці пошуку корисних копалин та металургії. “Геологія… визначалася А. Г. Вернером (1750-1817) як “наука, що вивчає тверде тіло Землі як в цілому, так і у вигляді різних спільнот мінералів і гірських порід, з яких вона складається, а також їх походження і співвідношення один з одним” [Хаїн, с. 40] (виділено – А. Л). Першими об’єктами опису цієї науки, центральним поняттям якої стало запозичене з гірничої справи поняття “гірська порода”, стали розрізи гірських масивів. Описи цих розрізів у вигляді опису розташування в них шарів різних гірських порід (різні глини, піски, граніти тощо) і мінералів фіксувалися у вигляді стратиграфических схем. Другим важливим об’єктом опису став загальний рельєф місцевості (гори, рівнини, моря тощо). Успіхи фізики і хімії перших десятиліть XIX ст. дали нові можливості в описі мінералів. “Найбільші хіміки стали провідними мінеролог цього періоду. В результаті їх активної діяльності був визначений точний хімічний склад близько 450 мінералів, велика частина яких раніше не була відома “[Хаїн, с. 66]. У результаті утворюється наступна послідовність понять: хімічні елементи земної кори утворюють природні хімічні сполуки – мінерали, а ті, у свою чергу, шляхом хімічного або частіше механічного з’єднання – гірські породи. У геогнозії розробляються “принципи першого розчленування шаруватої осадової оболонки Землі”, що склали “фундамент геологічної науки” [Хаїн, с. 46]
Друге коло явищ складають виверження вулканів і землетруси, питання про утворення гір, зміні русел річок, річкових відкладеннях, походження скам’янілих залишків морської фауни в горах. Це коло питань розглядалося вже в античній натурфілософії.
Взаємодія цих двох потоків породжує у XVIII ст. дві картини натурфилософского типу про походження шарів порід: нептуністскую і плутоністскую. Перша, не без впливу загальноприйнятою біблійної картини Всесвітнього потопу, стверджувала, що “матеріал, з якого складаються шари, утворився в результаті кристалізації з водного розчину” [Хаїн, с. 42]. Плутоністская концепція, виходячи зі спостережень вулканічної діяльності, стверджувала магматическое походження різних порід [Хаин, с. 43]. Усуненню цих міркувань від натурфілософії до природної історії сприяло взаємодія з палеонтологією – на початку XIX ст. стало практикуватися зіставлення шарів порід і скам’янілих залишків живих організмів, які в них перебували. Результатом цієї взаємодії з історичною біологією (Ж. Кюв’є) стало “створення стратиграфічної (геохронологічної) шкали”, [Хаин, с. 47-49]. Розроблений в XIX ст. биостратиграфическое метод, заснований на аналізі збережених залишків фауни, дозволив розшифрувати історію Землі за останні 500- 600 млн. років (у другій половині XX ст., завдяки систематичному застосуванню методам радіометричного датування гірських порід, вдалося перейти від відносної геохронології до абсолютної і уточнити ранню історію Землі і її вік (близько 4,5 млрд. років)).
В результаті з’явилися значно багатші опису порід у просторі та часі, що дало поштовх до більш складного опису процесів утворення гір, а потім і інших ландшафтів. Поступово сформувався більш широке коло геологічних явищ (поведінка льодовиків, зміна рівня світового океану та ін.), Які намагалися пояснити.
Важливою віхою в переході від природно-історичного опису до природничо-наукового пояснення явищ стала суперечка катастрофистов і еволюціоністів з приводу характеру перебігу геологічних процесів. Перші стверджували уривчастість (пунктуалізм) цього процесу, другі – безперервність (градуалізм). На чолі цих напрямків виявилися великі біологи Ж. Кюв’є і Ж.-Б. Ламарк, що розробляли відповідні концепції еволюції в біології. У 1830 р в Паризькій Академії наук стався публічний спір між Ж. Кюв’є і Ж. Сент-Илером (Ламарка вже не було в живих), який тривав шість тижнів і був припинений академією. Цього разу перемога була присуджена Кюв’є, але в історії науки точка не була поставлена, і головним стала не перемога будь-якої сторони, а вихлюпнулося з обох сторін море аргументації. Один із сучасників цієї дискусії писав з її приводу: “Чудові висновки, отримані з несподіваних фактів; щасливе поєднання даних мінералогії та зоології; доказ послідовних революцій у фізичній історії Землі, про який раніше не мали ні найменшого уявлення, – все це, разом узяте, не тільки дозволило в новому світлі побачити досить неясний до цього предмет, але додало нові сили і відкрило нові можливості… “[Хаїн, с. 59]. Природничо пояснення полягало в побудові фізичних, а також хімічних моделей геологічних явищ.
У результаті цього настає новий природничонауковий етап у розвитку наук про Землю, ознаменований появою геофізики, що стає центральною наукою про Землю. Ситуація з геофізикою нагадує ситуацію з фізичною хімією, описану в п. 10.2: геофізика являє собою сукупність об’єктів і явищ, для яких будуються моделі (“вторинні ідеальні об’єкти” (ВІМ)), за допомогою ПІО, взятих з фізики, головним чином з розділів механіки суцільних середовищ (в першу чергу гідродинаміки сильно в’язких рідин, що включає термодинамічні процеси) і (меншою мірою) з хімії. Але на відміну від фізичної хімії, первинним джерелом цих об’єктів і явищ є не природна наука, а природна історія, яка не зникає з появою геофізики.
Основним джерелом інформації про внутрішню структуру Землі (вимірювальним інструментом) служить дослідження проходження сейсмічних (різновид акустичних) хвиль, зміни напрямку і швидкості їх поширення при проходженні через товщу Землі. Дуже важливим при цьому є властивість поперечних хвиль (хвиль, в яких напрямок коливання перпендикулярно напрямку поширення) – сильна залежність від ступеня плинності речовини (вони не можуть поширюватися в рідині). У глибинах Землі в умовах високих температур і тисків гірські породи переходять з твердого в в’язке (типу смоли) або рідке стану і про ці зміни фазового стану можна судити по зміні поведінки поперечних акустичних хвиль. Так було з’ясовано, що під океанами і материками залягають кристалічні породи, названа літосферою (кам’яна оболонка, від грец. Lithos камінь sphaire куля), а під нею зустрічаються області, названі астеносферой (м’яка оболонка), де в’язкість досить різко падає і речовина починає вести себе як рідина (Daly, 1951).
За сучасними уявленнями (на підставі аналізу складу різних метеоритів, а також отриманих експериментальних геохімічних та геофізичних даних), у складі Землі переважають (як за масою, так і за кількістю атомів) залізо, кисень, кремній і магній. У сумі вони складають більше 90% маси Землі (відповідно 34,6%, 29,5%, 15,2%, 12,7%) [Люстіх].
Значний обсяг нової інформації, особливо про будову атмосфери, був отриманий в результаті досліджень глобальних геофізичних процесів під час максимальної сонячної активності, що проводилися в рамках Міжнародного геофізичного року (1957-58) вченими 67 країн.
На основі вимірювань за допомогою супутників була вивчена структура магнітосфери, а також виявлено наявність радіаційних поясів навколо Землі. Наприкінці 1970-х рр. за допомогою геодезичних супутників (GEOS-3) вдалося досягти суттєвого прогресу у вивченні геоїда (точної форми Землі). Поряд із супутниковою геодезією широкий розвиток отримала супутникова метеорологія, що значно підвищило точність метеорологічних прогнозів. З 1968 ведеться міжнародна програма глибоководного буріння в Світовому океані, що дозволило істотно просунутися в розумінні тектонічної будови Землі (безпосередньому дослідженню допомогою глибинного буріння доступні сьогодні тільки зовнішні 12-14 км. (Максимальна глибина, досягнута бурінням, становить трохи більше 14 км (свердловина Вредефорд в Південній Африці); російська надглибока свердловина СГ-3 на Кольському п-ве досягла глибини 12 км), але іноді в ці свердловини попадаються “гості” з глибших шарів Землі (геосфер)). Велику інформацію про надра дають уламки сверхглубінних порід (ксеноліти) виведених на поверхню лавою вулканів.
(2 votes, average: 3.50 out of 5)