Краткая история петрографии

Петрография, как учение о горных породах, т.е. минеральных ассоциаций, являющихся геологически самостоятельными телами, естественно, ведет свое начало и от минералогии и от геологии; и первые представления о горных породах, как и целый ряд вопросов, связанных с их изучением, освещены в старых трактатах по геологии и минералогии.

Совершенно самостоятельной наукой со своими особыми методами исследования и задачами петрография становится с начала второй половины XIX в. после введения в петрографию микроскопического метода изучения горных пород и позже – методов физической химии. Только с этого времени петрография по-настоящему подходит к решению основной своей задачи, к изучению вопросов возникновения и постоянных изменений горных пород, их эволюции, перейдя от качественных определений к количественным, т.е. оперируя мерой и числом и становясь, таким образом, точной наукой.

С введением этих методов петрография оказывает сильное влияние не только на развитие других геологических дисциплин, особенно учения о полезных ископаемых и, в частности, металлогении, но и создает (в некоторой части) научные основы металлургии, керамики и стеклоделия.

Ниже мы отметим некоторые наиболее важные этапы в развитии петрографии.

Несмотря на то, что петрография как наука оформилась после того как в начале 70-х годов прошлого столетия применен был микроскоп для изучения горных пород, тем не менее фундамент для всех позднейших петрографических представлений заложен был много ранее. Давно уже были выделены упомянутые генетические группы – изверженных, осадочных и метаморфических пород; началось химическое изучение горных пород; возникли представления о причинах разнообразия изверженных их представителей; установилось понятие о кислых, основных и средних породах; было заложено основание учению о метаморфизме, зародился физико-химический подход к изверженным породам (применение к магме представлений о растворе) и был собран большой описательный материал.

Одной из первых геолого-петрографических работ была написана в 1742г. М.В. Ломоносовым (1711-165) работа «О слоях земных», которая явилась «во всей литературе XVIII в., русской и иностранной, первым блестящим очерком геологической науки» (акад. В.И. Вернадский).

В этой работе М.В. Ломоносов различает вторичные рыхлые породы (почвенный слой, пески и другие обломочные породы разной крупности зерна, глины, торф); вторичные плотные породы (песчаники, известняки, глинистые сланцы); первичные, происшедшие из «сердца земли».

Большой интерес к горному делу, возникший после реформ Петра I, вызвал особое внимание русского общества к минералогии и петрографии. Потребовалась организация, специально готовящая знатоков горного дела, и вскоре, в 1773г., был основан Горный корпус, впоследствии преобразованный в Горный институт, где наряду с другими горными дисциплинами специально изучается петрография.

Примерно в это же время, в 1783г., Петербургская академия наук объявила Международный конкурс на тему о классификации горных пород, ответом на которую явились имевшие большое значение для развития науки классификации Сулави, де Лоннэ и Гайдингера, напечатанные в изданиях Академии наук в 1785-1786гг.

В конце XVIII в. и начале XIX в. особое значение для познания минералогии и петрографии вообще и в особенности минералогии и петрографии России имели публичные лекции и очень многочисленные работы В.М. Севергина; им же был написан первый русский учебник минералогии, один из разделов которого «Земли и камни» - посвящался собственно петрографии – классификации горных пород.

К этому же времени относится и появление первых специальных журналов. Так, в 1817г. основано Российское минералогическое общество, в «Записках» которого печатались и печатаются до сих пор многочисленные и важные работы по минералогии и петрографии, а в 1825г. начал выходить «Горный журнал».

Академика Г.П. Гельмерсена можно считать родоначальником экспериментального направления в петрографии. Его работы по изучению теплопроводности горных пород явились первые в этом роде.

Появление поляризационного микроскопа изменило направление петрографических работ, и уже в 1867г. А.А. Иностранцев, а в 1868г. А.П. Карпинский дали весьма совершенные работы по микроскопии горных пород.

Вслед за тем, во второй половине XIX и в XX в. появились многочисленные петрографические работы А.П. Карпинского – прямого предшественника академиков Е.С. Федорова и Ф.Ю Левинсон-Лессинга в создании русской петрографической школы.

А.П. Карпинский кроме детального петрографического описания пород занимался вопросами, касающимися процессов образования и изменения пород (порядка кристаллизации минералов из магмы, явлений метаморфизма). Им же создан и первый в России учебник по горным породам.

Доклад А.П. Карпинского на VIII Международном геологическом конгрессе в Париже в 1900г. «О принципах классификации и номенклатуры горных пород» (в Комиссии по номенклатуре горных работ) знаменовал собой появление нового классификационного направления в петрографии.

В период 80-х и 90-х годов XIX в. появились первые капитальные исследования Е.С. Федорова и Ф.Ю. Левинсон-Лессинга и окончательно оформилась русская петрографическая школа.

Е.С. Федоров усовершенствовал методику микроскопических исследований; им создан так называемый теодолитный метод исследования минералов при помощи универсального «столика Федорова» и разработана теория и практика определения состава минералов (изоморфных смесей) на основании их оптических свойств. Занимался он также вопросами петрографической номенклатуры и химизмом горных пород.

Весьма широкими были интересы Ф.Ю. Левинсон-Лессинга. Он занимался почти всеми вопросами теоретической и практической петрографии, вопросами причин разнообразия горных пород, процессами застывания магмы, генезиса гранитов, механизмом интрузии траппов, создал химическую классификацию горных пород и изучал петрографию ряда петрографических провинций. Им впервые применен эксперимент и использованы аналогии с заводскими процессами для разрешения вопросов магматической петрографии. Для постоянного наблюдения над действующими вулканами под его руководством была создана Камчатская вулканологическая станция.

В химическом изучении горных пород большую роль в домикроскопической петрографии сыграл аналитический уклон, уступивший вслед затем, с введением микроскопа, преимущественное место описания минералогического состава пород.

С 90-х годов исследователи снова возвращаются к вопросам химизма горных пород; возникают химические классификации горных пород, первой из которых явилась, в частности, классификация магматических пород академика Ф.Ю. Левинсон-Лессинга.

Возникают впоследствии и другие методы перечисления анализов и связанные с ними новые классификации. Такова, например, появившаяся в 1941-1945гг. система А.Н. Заварицкого.

Успехи физической химии (конец XIX, начало XX в.) создали базу для углубленной разработки вопросов генезиса и закономерностей в образовании горных пород. Основоположником физико-химического направления следует считать Фогта. Физико-химический уклон, наряду с изучением геологических взаимоотношений, является опорой современной петрографии.

Из области экспериментальной петрографии, устанавливающей и проверяющей с помощью опыта физико-химические законы, важные для анализа наблюдаемых в поле фактов, следует упомянуть также опыты И. Морозевича (1897) по воспроизведению породообразующих минералов и изверженных пород из расплавов.

Крайне важной стороной развития петрографии за последние 40-45 лет является возобновление экспериментальных работ на более усовершенствованной лабораторно-технической базе и на основе сильно развившейся физической химии. Этим новая стадия отличается от работ 70-х – 80-х годов XIX в. у нас появляется ряд научных центров – лаборатория Ф.Ю. Левинсон-Лессинга в Санкт-Петербургском политехническом институте, а затем лаборатория ВСЕГЕИ, экспериментальная лаборатория Академия наук Ленинградского Горного института и др.

Несколько особняком развивалось учение об осадочных породах. Начало свое оно получило почти одновременно с петрографией магматических пород, но потом осадочным уделялось относительно мало внимания, и особенное развитие петрография осадочных пород получила уже в советское время. Одним из пионеров этой науки был Я.В. Самойлов. Большое значение имели работы В.И. Вернадского (роль живого вещества), А.Е. Ферсмана (геохимия осадочных процессов), В.П. Батурина, Л.В. Пустовалова (состав нефтеносных толщ). Н.М. Страхов в многочисленных работах выявляет историко-геологические закономерности процессов седиментации и развивает сравнительно-литологические методы исследования. Петрографию углей разрабатывают Ю.А. Жемчужников, С.Н. Наумова, Н.А. Волков.

В петрографии осадочных пород за советское время решаются такие вопросы большого практического значения, как сопоставление (корреляция) разрезов нефтеносных пород, вопросы палеогеографии (В.П. Батурин), связи процессов седиментации с тектоникой (Л.В. Пустовалов) и пр.

Петрография осадочных пород получила очень большое развитие, отходя все больше от петрографии изверженных и метаморфических пород по методом и задачами своего исследования.

Крупнейшим литологом мира является академик А.Д. Архангельский - родоначальник петрографии осадочных пород, занимавшийся всесторонним генетическим изучением мела, бокситов, железистых пород и пр. Особенно интересны его сравнительно-литологические исследования, методика литологических исследований, данные в работах об осадках Черного моря, о происхождении нефти на Северном Кавказе и об условиях образования бокситов.

В частности популяризации методов и задач осадочных петрографии имеют особое значение выпущенные М.С. Швецовым и Л.В. Пустоваловым курсы «Петрография осадочных пород».

В своем быстром росте петрография осадочных пород направляется по многим различным руслам. Одни исследования связаны с геохимией или химией, другие – с палеонтологией и палеогеографией, третьи – с изучением современных геологических процессов, четвертые – с применением метода минералогического анализа, пятые – с геологией и стратиграфией, наконец, - с изучением месторождений полезных ископаемых (угольных, нефтяных и пр.); здесь главную роль играет микро- и макроскопическое изучение структуры и текстуры горных пород. Особое направление связано с вопросами инженерной геологии и изучением шахтных вод (С.В. Троянский).

В микроскопической методике все более и более укрепляется направление точного измерения и изображения оптических свойств прозрачного вещества, введенное главным образом Е.С. Федоровым. Много работ посвящено методике иммерсионного определения светопреломления.

Организация в советское время крупных комплексных экспедиций Академии наук вызвала огромное развитие региональных петрографических работ на Кольском полуострове, Среднем и Северном Урале, в Закавказье и на Северном Кавказе, в Кузнецком Алатау, в Киргизии, Туркмении и пр., результаты которых печатались в «Записках Минералогического общества», в «Трудах Петрографического института», в «Петрографии СССР», в журнале «Советская геология» и в виде крупных монографий, а также в «Известиях Академии наук» и в специальных отчетах.

В истории развития петрографии в России большую роль сыграли две школы.

Петрографическая школа академика А.П. Карпинского создалась на геологическом изучении Урала. Проблемы петрографии сочетались здесь с вопросами геологии Урала и генезиса рудных месторождений. Главными представителями этой школы являлись профессора Горного института Е.С. Федоров, В.В. Никитин, Н.К. Высоцкий и академик А.Н. Заварицкий. Исследования их касались всего комплекса изверженных пород и связанных с ними месторождений меди, полиметаллов, золота, платины, хрома, никеля и т.д.

В настоящее время академик А.Н. Заварицкий создал особую систему пересчета химических анализов изверженных пород, а также диаграммы, позволяющие иллюстрировать закономерности химического состава различных групп изверженных горных пород (особенно эффузивных) и сравнивать породы разных районов.

Весьма интересны работы ученика Е.С. Федорова и А.Н. Заварицкого – члена-корреспондента Д.С. Коржинского, который путем анализа минералогического состава горных пород и сопоставление пород, в различной степени измененных, выводит относительную подвижность химических элементов в условиях метаморфизма.

Петрографическая школа академика Ф.Ю. Левинсон-Лессинга характеризуется физико-химическим направлением.

Главной идеей всех работ Левинсон-Лессинга было стремление выявить закономерности петрогенезиса и на этом основании построить рациональную естественную систематику изверженных пород.

Ф.Ю. Левинсон-Лессинг применил петрографические представления в целях решения инженерно-геологических проблем и для познания месторождений нерудных ископаемых, магматических рудных месторождений и, в особенности, к изучению строительных материалов. Последнее направление особенно разрабатывалось учеником его Б.В. Залесским.

Также от Ф.Ю. Левинсон-Лессинга ведет свое начало применение петрографических методов к изучению технических продуктов. Это направление в последние годы особенно большое развитие получило в работах академика Д.С. Белянкина, создавшего самостоятельную науку «Техническую петрографию», - петрографию искусственных технических каменных пород, параллельных главнейшим группировкам естественных, магматических, осадочных и метаморфических пород.

Задачей технической петрографии является внедрение петрографической методики в изучение технических каменных пород с целью установления нового типа научного контроля над конечными продуктами (огнеупоры, шлаки металлургических процессов, стекло, керамические изделия) или над отдельными стадиями технологического процесса. Изучение закономерностей, наблюдаемых при исследовании технических продуктов, помогает правильному истолкованию проблемы генезиса магматических пород как силикатовых систем.

Нельзя не отметить еще значения для развития петрологии концепции академика М.А. Усова, рассматривающей магматические породы не только как физико-химические системы, но и как очень важные геологические документы (фации и фазы) в познани земной коры.

Большие успехи достигнуты в разделе структурного анализа интрузивных массивов, методика которого развивается в настоящее время акад. А.А. Полкановым, Н.А. Елисеевым, А.В. Пэк.

Успехи петрографии теснейшим образом связаны с горным делом. В своем развитии петрография не отделима от изучения месторождений полезных ископаемых как рудных, так и нерудных.