Классический период
(2-я половина XIX в.)
В этот период были разработаны гипотеза контракции и учение о геосинклиналях, оформились геоморфология, стратиграфия, региональная геология континентов, учение о рудных месторождениях, палеогеография, кристаллография, гидрогеология и петрография. Выдающимися учеными того времени были английский биолог Ч. Дарвин, геологи – француз Э. де Бомон, американцы Дж. Холл и Дж. Дэна, геоморфологи – американец У. Дэвис и немец А. Пенк, немецкий минералог Пауль Грот, русский кристаллограф Е.С. Федоров.
Новый этап в развитии геологических наук наступил во второй половине 19 в., когда вышел в свет труд Ч. Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора» (1859 г.). Эволюционное учение Ч. Дарвина дало прочную методологическую базу для детального расчленения по возрасту осадочной оболочки Земли путём изучения филогенетических изменений отдельных групп ископаемых животных и растений. Во 2-й пол. 19 в. эволюционные идеи получили широкое распространение, когда были разработаны научные принципы историко-геологических исследований (И. Вальтер) и положено начало эволюционной палеонтологии (В.О. Ковалевский).
Основоположник эволюционной теории Ч. Дарвин считал себя учеником Ч. Ляйеля, но сам Ч. Ляйель долго оставался противником этого учения. Его униформизм не позволил ему признать факт гигантского покровного оледенения, имевшего место в четвертичном периоде. Широкое распространение валунов пород Балтийского щита на равнинах севера Европы он объяснял разносом их айсбергами. Лишь в 50-60-е годы русские исследователи (К.Ф. Рулье, Г.Е. Щуровский, особенно П.А. Кропоткин) и швед О. Торрель доказали ошибочность этих взглядов и создали теорию покровного оледенения. Все это, однако, не может существенно умалить заслуги Ч. Ляйеля в становлении современной геологии.
Стратиграфическая шкала.
Общая стратиграфическая шкала сформировалась после выделения геологических систем:
в 1822 г. на ю-з. Англии (В. Конибир, В. Филлипс) - каменноугольная система;
в 1822 г. в Парижском бассейне (Хеллоу) - меловая система;
в 1829 г. в Юрских Альпах (А. Броньяр) - юрская система;
в 1829 г. во Франции (Ж. Денуайе) - четвертичная система;
в 1834 г. в Центральной Европе (Ф. Алберти) - триасовая система;
в 1835 г. в Уэлсе (А. Седжвик) - кембрийская система;
в 1835 г. в Уэлсе (Ф. Мурчисон) – ордовикская система;
в 1835 г. в Уэлсе (Ф. Мурчисон) – силурийская система;
в 1841 г. на Урале (Ф. Мурчисон) - пермская система;
в 1853 г. в Италии (Хорнс) - неогеновая система;
в 1866 г. в Италии (К. Науманн) - палеогеновая система.
В 1872 г. американский геолог Дж. Дена выделил архейскую группу отложений, первоначально охватывавшую весь докембрий.
В 1888 г. из состава архейской группы американские геологи С. Эммонс и Р. Ирвинг выделили протерозойскую группу.
Таким образом, к концу 19 в. были установлены основные подразделения современной стратиграфической шкалы.
Геологическое картирование. Первые геологические карты были чисто петрографическими и лишены исторического содержания: на этих картах показывался состав горных пород, но не указывался возраст. С созданием стратиграфической шкалы был открыт путь к геологическому картографированию поверхности материков. Пионером настоящего геологического картирования был У. Смит, который в 1815 г. составил первую геологическую карту Англии.
Первая «геолого-стратиграфическая карта», охватывавшая значительную территорию Европейской России, составлена в 1840 г. Н.И. Кокшаровым. В 1841 г. Г.П. Гельмерсен опубликовал «Генеральную карту горных формаций Европейской России».
Под руководством А.П. Карпинского была составлена геологическая карта значительной части Европейской России к Берлинской сессии Международного геологического конгресса (1885), а в 1892 году - полная геологическая карта Европейской России масштаба 1:2 500 000.
Во 2-й половине 19 в. усиливается процесс дифференциации геологии. Из сравнительно монолитной науки геология превращается в сложный комплекс геологических наук. Кроме палеонтологии и стратиграфии, которые были в 19 в. ведущими направлениями, развивались и другие направления геологии.
Заметный прогресс в первой половине 19 в. отмечается и в науках о веществе земной коры. Современная минералогия начала создаваться ещё на рубеже 18 и 19 вв. трудами русских геологов В.М. Севергина, Д.И. Соколова, французского учёного Р.Ж Гаюи и шведского химика Я. Берцелиуса. В частности, В.М. Севергин разработал учение о смежности, т. е. закономерном сонахождении минералов, которое значительно позже немецкий минералог И.Ф. Брейтгаупт назвал их парагенезисом. Дальнейшее её развитие в России связано с именами Н.И. Кокшарова, П.В. Еремеева, М.В. Ерофеева и А.В. Гадолина.
Развертываются работы по синтезу минералов (первые опыты восходят еще к концу 18 - началу 19 в.). Особое внимание привлек к себе класс наиболее сложных силикатных минералов. Совершенствуется химическая классификация минералов (Дж. Дэна, П. Грот).
В конце 18 в. закладываются основы структурной кристаллографии (французские ученые Р.Ж. Гаюи и Ж.Б. Роме де Лилль), а к середине 19 в. устанавливаются основные виды симметрии кристаллов. Выдающиеся достижения в области кристаллографии принадлежат гениальному русскому ученому Е.С. Федорову, поставившему учение о форме и строении кристаллов на строгую геометрическую основу и показавшему, что существует лишь 230 совокупностей элементов симметрии, в соответствии с которыми могут располагаться элементарные частицы, слагающие кристаллические структуры.
Первые шаги делала и петрография. Р.Ж. Гаюи правильно определил горные породы как минеральные агрегаты и предложил первую, основанную на этом их положении классификацию (1822). Ал. Броньяр различал уже изверженные и метаморфические, а также осадочные породы. Большую роль в становлении петрографии-петрологии сыграл немецкий ученый К.Ф. Науман. В 1858 г. англичанин Г. Сорби изобрел поляризационный микроскоп, и благодаря применению этого микроскопа среди наук о веществе земной коры на этом этапе на первый план выдвинулась петрография. Исследование горных пород в тонких прозрачных срезах (шлифах) под микроскопом открыло путь к структурно-минералогической классификации горных, в частности магматических, пород. В дальнейшем все большее значение стало придаваться химическому составу пород; классификацию по этому признаку предложил выдающийся русский петрограф Ф.Ю. Левинсон-Лессинг (1897).
Начала активно обсуждаться проблема происхождения магматических пород и причин их разнообразия. Возникло понятие о магме как о силикатном расплаве-растворе; начались споры о числе родоначальных магм (одна - базальтовая, две - основная и кислая или несколько); были выдвинуты представления о дифференциации магмы - кристаллизационной или ликвационной, об ассимиляции вмещающих пород. Стало развиваться учение о метаморфизме с выделением его главных типов.
Ярким выражением эволюционного направления было появление в геологии, в ее нарождавшейся новой ветви - тектонике (геотектонике, термин К.Ф. Наумана, 1880), учения о геосинклиналях (американские ученые Дж. Холл, 1859 и Дж. Дэна, 1873). В конце века появилось и понятие о платформах (Э. Зюсс).
Французский геолог М. Бертран и австрийский геолог Э. Зюсс в кон. 19 в. для территории Европы выделили разновозрастные эпохи складчатости (каледонская, герцинская и альпийская); началось издание первого многотомного описания геологического строения всей планеты («Лик Земли» австрийского геолога Э. Зюсса). В этой работе горообразование рассматривается с точки зрения контракционной гипотезы.
Медленные движения земной коры американский геолог Г. Джильберт (1890 г.) предложил называть эпейрогеническими, в противоположность более быстрым, горообразующим, или орогеническим.
Исследовалась не только вертикальная последовательность слоев, но также изменения их вещественного состава по простиранию, связанные с изменением условий образования пород. Швейцарский геолог А. Гресли (1838) впервые предложил все породы, образовавшиеся в одинаковых условиях, объединять под названием «фации». Учение о фациях разрабатывалось русским геологом Н.А. Головкинским.
К рассматриваемому этапу относится и зарождение учения о рудных месторождениях, истоки которого мы находим еще у Ломоносова. С самого начала развитие этого учения характеризовалось острой борьбой между сторонниками взглядов А.Г. Вернера и Дж. Геттона о происхождении рудных жил. И те и другие взгляды имели существенные недостатки, которые были преодолены созданием Л. Эли де Бомоном гидротермальной теории, соединившей представление об отложении жил из водных растворов и идею об их глубинном источнике. Позднее появляются капитальные сводки по этим месторождениям (немецкий ученый Б. Котта, 1859). Разгорается дискуссия между сторонниками гидротермальной и латераль-секреционной (отложение руд из холодных растворов, заимствующих металлы из боковых пород) гипотез. Но многие ученые, в том числе А.П. Карпинский, Б. Котта, Ф. Пошепный, справедливо отмечали односторонность этих гипотез и многообразие рудообразующих процессов.
Д. Пратт и Дж. Эри положили начало использованию в геологии геофизических данных: основываясь на измерениях силы тяжести, они разработали теорию изостазии (1855), согласно которой земная кора почти всюду находится в гравитационном равновесии.
Ко второй половине 19 в. относится зарождение еще одной отрасли прикладной геологии - гидрогеологии. Гидрогеология имела довольно длинную предысторию, но в середине XIX в. возникает ее важнейшая составная часть - динамика подземных вод (французский инженер Дарси, 1856). Обобщающую теорию движения грунтовых вод разработал знаменитый русский ученый Н.Е. Жуковский (1889). В отношении происхождения подземных вод наметились три основные теории: инфильтрационная (просачивание дождевых и талых вод), конденсационная (конденсация пара, содержащегося в воздухе при его проникновении в почву) и теория глубинного, магматического генезиса (такие воды были названы Э. Зюссом ювенильными).
В самом конце 19 века появляется наука о рельефе Земли – геоморфология. Один из главных ее создателей (американский географ У. Дэвис) придерживается стадийности развития рельефа.
Развитие горнорудной промышленности требовало подготовки специалистов. В 1765 г. в Германии открывается Фрайбергская горная академия - первое в мире специальное горное училище. Немного позже (в 1773 г.) было открыто Петербургское высшее горное училище, позднее - Горный институт.
С начала 30-х годов 19 в. в Западной Европе стали создаваться государственные геологические службы. Геологическая служба США создана в 1879 г. Большое значение для развития геологии в России сыграла организация в 1882 году Геологического комитета, которым руководили А.П. Карпинский, Ф.Н. Чернышев, К.И. Богданович и др.
Развитие геологии вообще и, стратиграфии с геологической картографией, в частности, требовало координации усилий геологов разных стран. С этой целью в 1878 г. в Париже была проведена первая сессия Международного геологического конгресса, который затем стал собираться регулярно, сначала через три, затем через четыре года. На первых двух сессиях в Париже и Болонье обсуждалось согласование международной стратиграфической шкалы и условных обозначений к геологическим картам.
В 1897 г. в Санкт-Петербурге была успешно проведена 7-я сессия геологического конгресса.