книги из ГПНТБ / Круть, И. В. Исследование оснований теоретической геологии

На уровнях интегрированных плутонических горных пород п метамагматических плутонических формаций происходит дивер­ генция геологического вещества на метасоматическую и магма­ тическую ветви. Вместе с тем проявляется частичная конверген­ ция и пересечение этих ветвей, что приводит it сложным про­ странственно-временным отношениям геологических систем в эндогенных условиях, где наряду с кристаллическим простран­ ством существуют «динамические» пространства флюидов. Уста­ новление топологических соотношений и симметрических свойств (включая динамическую симметрию, по И. И. Шафрановскому и др.) магматических и метасоматических горных пород и форма­ ций поможет выявить закономерности геологических взаимодей­ ствий, необъяснимые лишь с помощью физико-химических мо­ делей.

Формационные взаимодействия в эндогенных условиях носят как активный, так и латентный характер. Активным является магматический процесс, включающий магмообразование, форми­ рование магматического очага, перемещение магматических масс, становление изверженных пород и формаций, а также пе­ реход активных систем в латентные. В латентных системах всег­ да имеют место метасоматические процессы, которые должны рас­ сматриваться как латентные, если вызывают лишь функциональ­ ное (внутрисистемное) изменение плутонических пород и фор­ маций. С этой точки зрения, латентным процессом является также равновесное изменение магматического очага при прохож­ дении его гипотетическими сквозьмагматическими растворами (по Д. С. Коржинскому). К активным метасоматическим про­ цессам должны относиться те, которые приводят к видовому преобразованию пород и формаций. Активен по существу про­ цесс магматической и метасоматической видовой эволюции плу­ тонических формаций, история которых еще ждет написания.

Формационная организация геологического вещества имеет место в литосфере, включая стратисферу. Что касается гидро­ сферы и атмосферы, то вещество в них остается организован­ ным преимущественно на уровне горных пород. Геологическое вещество в экзогеосфере входит в состав географических систем, которые всегда активны. При переходе из эндогеосферы в экзогеосферу геологическое вещество, составляющее, например, фор­ мации, дезинтегрируется и преобразуется в компоненту геогра­ фических систем. С этой точки зрения, неконсолидированные осадки (морские или аллювиальные) могут являться одновремен­ но и компонентой географической системы, и элементом актив­ но формирующейся формации. Системные отношения между ча­ стично пересекающимися, с одной стороны, геологическими фор­ мациями и, с другой стороны, близкими к последним по высоте организации географическими системами требуют специального изучения, при котором важно сбалансировать геологические и географические точки зрения и тенденции.

181

При взаимодействии географических систем с плутонически­ ми формациями латентное состояние последних может нарушать­ ся. Активные взаимодействия такого рода способствуют образо­ ванию вулканических п осадочных формаций. При этом между плутоническими п вулканическими формациями существует пол­ ная генетическая связь, тогда как между теми и другими, с од­ ной стороны, и осадочными формациями, с другой, гепетпческая связь оказывается неполной. Тем не менее в общем круговороте геологического вещества выявляются сквозные генетические ли­ нии, например: магматический очаг — плутоническая (или вулка­ ническая) формация — терригенпая формация — ультраметаморфпческая формация — магматический очаг. Процессы размыва формации, переноса ее вещества и отложения новой формации всегда являются активными, оставаясь таковыми вплоть до ее захоронения.

Проблема отношений и связен эндогенных и экзогенных гео­ логических систем во многом остается ие решенной ввиду так­ сономических неясностей н сложности взаимодействий п процес­ сов. В этом смысле принципиальное -значение имеет факт био­ генного н хемогепного происхождения специфических осадочных формаций. В таких случаях наблюдается полная генетическая связь между географическими (включая бпогеоцеиотическне) си­ стемами п формациями. Иными словами географические системы по существу являются геологическими объектами, составляя свой специфический подкласс.

Осадочные формации, имеющие полную генетическую связь с экзогенными геосистемами, могут условно рассматриваться как захороненные географические объекты. Такой подход подчерки­ вает наличие в формациях псторпко-генетической информации об активных палеогеографических системах, содержащейся в ис­ копаемых следах, реликтах, п разного рода другпх прямых п кос­ венных признаках.

В буквальном смысле можно говорить о глубинном захороне­ нии самих геологических формаций, например, при перекрытии аллювиального формационного комплекса, находящегося в виде неконсолидированного рыхлого слоя, другими отложениями и при консолидации этого комплекса на глубине. Причиной такого перехода могут быть тектонические движения. Организационная же перестройка формационного комплекса происходит на различ­ ных уровнях, включая функциональные днагенетические и эпиге­ нетические минеральные и литологические процессы. В подобном процессе формация может остаться той же формацией, хотя она и может попасть в глубинпые зоны нных активных воздействий и претерпеть существенное преобразование свойств, включая про­ странственные.

Понимая квант организации как совокупность вещественных, энергетических, структурных факторов, необходимую для спстемообразования определенного уровня, можно отметить специфику

182

перехода к осадочным формациям. Доминантными факторами терригениых формации являются, во-первых, исходное горнопородиое вещество, во-вторых, горнопородные взаимодействия (пород, почв, вод, воздуха и др.), и, в-третыіх, тектонические и физи­ ко-географические условия (последние не имеют значения для плутонических формаций).

Иную специфику имеет квант организации хемогеиных оса­ дочных формаций; исходное для их образования вещество не организовано на формационном уровне. Еслп твердый горнопородиый материал терригеннон формации является часто продук­ том деструкции других формаций, например, плутонических, то исходное вещество хемогеиных формаций является раствором или в более широком смысле «водами», т. п. организовано на мине­ ральном и горнопородном уровнях. Поэтому в кванте организации хемогеиных формаций доминируют физико-химические взаимодей­ ствия, проявляющиеся более явно, чем в других формациеобразующих процессах. При образовании биогенных формаций спе­ цифической доминантой являются биохимические факторы.

Данные о формациях, несмотря на их недостаточную оформлениость, составляют основу наших знаний о вещественной гео­ логической эволюции. Историческая геология наметила общие контуры формационпой эволюции, для которой характерны, с од-, ной стороны, подобная минералам и горным породам повторяе­ мость видов формаций, а с другой стороны, направленное раз­ витие с новым видообразованием формаций, сближающее их с тектопокомялексамн. Отдельные звенья формационного развития изучены детально, но общий теоретический синтез станет воз­ можным лишь после выявления видовой систематики формаций.

Об энергетических свойствах геосистем

Завершая обзор вещественной ЛИНИИ геологической организа­ ции и перехода к вопросам, связанным с «популяциоиной» (ре­ гионально-этажной) геологией, уместно остановиться на энерге­ тическом аспекте системообразования.

В общем смысле энергия является атрибутом материальных вещей и мерой их взаимодействий п процессов. Можно рассмат­ ривать энергию разных типов: физическую, химическую, геоло­ гическую, биологическую, а также космическую. При этом, на­ пример, энергия геологических взаимодействий включает в себя физическую и химическую энергетические компоненты, но не сво­

материальных систем совершать работу при изменении своего со­ стояния, имеет строгий теоретический статус меры. Виды физиче­ ской энергии выделяются несколько условно; к ним относятся, на-

183

пример, внутриядерная, электромагнитная, радиоактивная, гра­ витационная, а также механическая и термодинамическая энер­ гии. При возрастании организации геосистем от уровня минералов до уровня горных пород энергетическую компоненту геологических взаимодействий составляют все названные виды физической энер­ гии, кроме внутриядерной.

Электромагнитная энергия, во многом определяющая иерархи­ ческую структуру геологического вещества (в том числе его сим­ метрию), актпвно проявляется в жидких фазах мииерало-, породо- и формациеобразующих систем, вплоть до очагов и бас­ сейнов. В твердых минералах и горных породах электромагнит­ ная энергия находится в значительной мере в «связанном» со­ стоянии, причем активное проявление ее в силовых полях за­ трудняется усложнением и увеличением размеров геологических тел, поскольку это сопровождается пх взаимной нейтрализацией. Непосредственная роль электромагнитной энергии, таким обра­ зом, к уровню формаций уменьшается. Экзогенная электромаг­ нитная энергия, связанная с внешними полями, активно прояв­ ляется в географических процессах. Таким образом, изменение особенностей и роли электромагнитной энергии от уровня к уров­ ню причинно и следственно связано с усложнением геологической организации.

По мере повышения геологической организации значение гра­ витационной энергии явно возрастает, поскольку увеличивается масса тел. Если в мпнералообразовании гравитационные силы обычно не могут конкурировать с силами кристаллизации, натя­ жения, электростатики (и другими), то для породообразования

иформациеобразования хорошо известны процессы магматической

иосадочной гравитационной дифференциации. В частности, ею определяется пластовая форма формаций и криволпнейность их

границ и структур. Все очевидпей становится роль гравитации

вформировании симметрии на разных уровнях '.

Вотличие от электромагнитной, гравитационная энергетиче­ ская компонента мало дифференцируется в связи с развитием геологической организации, поскольку отдельные гравитационные поля как бы включаются в общее гравитационное поле планеты. Однако последнее является развивающимся, так как и масса кос­ мических объектов, и параметры небесной механики изменяются. Эти вопросы рассматривались выше в связи с геохронологиче­ ской проблемой.

Сростом геологической организации усложняются сами физи­ ческие энергетические проявления. Сложную совокупность гра­ витационных и электромагнитных взаимодействий на уровнях мак­

рообъектов отражает механическая энергия, которая проявляется

1 См. «Симметрия в природе». Л., изд. ВСЕГЕИ, 1971 (о участием ав­ тора) .

184

при деформации, метаморфизме и деструкции вещественных гео­ логических систем, а также выступает в качестве главной энерге­ тической составляющей геотектонических процессов. Будучи слож­ ным физическим явлением, механическая энергия геологических процессов есть частью причина и частью их следствие, развиваясь вместе с ними. Сам факт проявления на уровнях макротел ме­ ханической энергии, отличной от гравитационной энергии, явля­ ется видообразованием энергии. Следовательно, механическая энергия как компонента геологической организации эволюциони­ рует. Речь идет, конечно, не об эволюции законов меха­ ники, а об эволюции условий и форм проявления этих законов.

Другая сложная энергетическая компонента геологических процессов — термодинамическая энергия — характеризует моле­ кулярные физические и физико-химические взаимодействия на уровнях минералов и горных пород, а в опосредованной форме также на уровнях формаций и других сложных геосистем. Функ­ ция состояния термодинамических систем называется энтропией. Согласно второму началу термодинамики, энтропия замкнутой системы увеличивается, т. е. система стремится к термодина­ мическому равновесию. Величина энтропии не зависит от гене­ зиса данного состояния системы. Понятие энтропии характери­ зует направленное функциональное изменение системы, ее необ­ ратимое развитие, поскольку равновесное конечное состояние системы (без изменения) означает невозможность ее макроскопи­ ческого существования как системы — «тепловую смерть».

Итак, понятие энтропии имеет историческое содержание ', ог­ раниченное, однако, отрезком развития одной замкнутой системы от данного ее состояния до уничтожения. Недостаточность тако­ го рода истории заключается в трудности выяснения таксономи­ ческой принадлежности систем, конвергентно развивающихся в направлении сходного состояния. Функциональный подход здесь недостаточен. Это обстоятельство показывает необходимость гене­ тических исследований с целью выхода из «конвергентной не­ определенности» (Г. Л. Поспелов и др.).

Реальные термодинамические системы редко оказываются

то, что понятие о естественных геологических телах-системах не совпадает с понятием о термодинамических системах. В отличие от рассматривавшихся нами организационных систем, термодина­ мическая система представляет собой бесструктурную статисти­

185

фрагменты молекулярного среза геологических систем. Термоди­ намическая энергия как компонента геологических процессов практически никогда не выступает в чистом виде. Энтропия ха­ рактеризует лпшь одну из физических тенденций геологического развптпя.

Энтропийный физический процесс более выражен в латентных геосистемах; отчетливо проявляется он и при активной деструк­

например, почвообразования или формацпеобразовагшя. Термо­ динамические модели весьма эффективны прп анализе физико-

лучше всего изучены на примере биологических систем и почти никогда не говорится о них применительно к геологическим си­ стемам. Но принципиальной разницы в этом отношении между геологическими и биологическими процессами нет, ибо в против­ ном случае невозможно было бы ни возникновение, ни существо­ вание жизни на Земле. Если бы геологические системы не были организационными, а были лпшь термодинамическими, то на Земле не было бы объектов сложнее молекулы. Остановить энтро­ пию смог уже процесс мннералообразованпя.

Не следует полагать, что высказанная точка зрения отрицает второй закон термодинамики или как-то видоизменяет его; речь идет о граничных условиях проявленпя закона. В этом смысле «энтропия» и «негэнтроппя» не есть одноранговые понятия, по­ скольку первое из них физическое, а второе организационное (как бы надфизическое). А законами организации, в основном, занимается не физика, а науки о сложно организованных объек­ тах, такие как геология и биология. Итак, мера геологических взаимодействий должна учитывать организационные процессы. Геологическая энергия, понятие о которой вполне правомочно, содержит в качестве компонент физические энергии, но она долж­ на стать мерой организационного геологического процесса. Геоло­ гия еще не выработала эту меру.

По-видимому, в процессе дальнейшего теоретического иссле­ дования в этом направлении полезно будет ввести понятие о специфической геологической энтропии как функции состояния геологической системы, но такого рода энтропия по своей орга­ низационной сути является негэнтропией. Понятие о геологиче­ ской энтропии по содержанию и структуре оказывается инфор-

186

мационным. Как известно, понятие об информации отражает меру неоднородности, упорядоченности, организованности системы, присущую ей самой независимо от степени познания. Существует структурный изоморфизм между энергетическими и информаци­ онными свойствами и аспектами систем. Применение негэнтропийного принципа информации распространяется на самые раз­ личные области действительности. Информационное моделирова­ ние, и информационный язык, нашедшие столь благодатную почву, например, в биологии, к сожалению, еще очень мало про­ никли в геологию.

Системный анализ энергетических, динамических и истори­ ческих проблем геологической организации потребует в дальней­ шем применения теории информации, а также кибернетики, по­ скольку последняя исследует иегэнтропийные информационные взаимодействия с авторегуляцией, которые характерны для мно­ гих активных геологических систем (свойство эквйфпиалыіости). Теория информации и кибернетика представляют собой опреде­ ленные направления в рамках общего системного подхода, ко­ торый, помимо структурных и организационно-динамических вопросов, распространяется также на субстратные, таксономиче­ ские и генетические проблемы. Информационно-кибернетические методы, будучи относительно индифферентными по отношению к последним проблемам, являются в то же время сравнительно хорошо разработанными и почти универсально применимыми средствами, тогда как признанной общей теории систем еще не создано, хотя н предложен ряд конкурирующих и взаимодопол­ няющих ее вариантов.

Взаимодействия на высших уровнях геосистем

дифференциация эндогенных и экзогенных условий углубляется. Процесс этот вызван организационной эволюцией геологического вещества, с одной стороны, и контриерархпческими планетиокосмическими факторами, с другой, в результате чего образова­ лись по крайней мере три линии разнородных геосистем: гео­ тектоническая, географическая и стратиграфическая.

В эндогеосфере (литосфере), по-видимому, начиная с ранних фаз ее существования формируются геотектонические системы, доминантые факторы которых имеют эндогенно-структурный ха­ рактер. Эволюционируя, эти факторы генерируют пространствен­ но-временные взаимодействия вещественных геологических си­ стем на регпоналыю-этажных уровнях. В факторах организации тектонокомплексов особенно существенна физическая, энергети­ ческая (преимущественно механическая) компонента, обуслов­ ленная разномасштабными (вплоть до планетарных и космиче­ ских) процессами.

187

Вещественный субстрат геотектонических систем организован на уровне формаций. Формации и их ряды составляют вещест­ венную компоненту тектоиокомплексов, которые самп не должны рассматриваться как совокупности формаций. Причинно-след­ ственные связи между формациями и тектнокомплексами сложпы и неоднозначны. Общеизвестна структурно-динамическая роль геотектонических факторов в образовании и разрушении форма­ ций. Сами формации могут влиять иа тектонические процессы (например, прогибание при осадконакопленпп). Но тектонокомплексы, будучи как бы надвеществеипымп геосистемами не яв­ ляются продуктом формациеобразования. Поскольку компонента­ ми и элементами тектоиокомплексов являются формации и дру­ гие тектонокомплексы, то сами они являются материальными системами, организация которых не сводится лишь к простран­ ственно-временным и динамическим отношениям вещественных тел. Пониманию геотектоники в качестве науки о специфиче­ ских естественных системах не вполне отвечают распространен­ ные ее определения как отрасли геологии, изучающей структуру, деформации и развитие земной коры и горных пород.

Спорным остается вопрос о причинно-следственных связях между вещественными геосистемами и тектонокомплексами, осо­ бенно в плане организационной геоэволюцпп. Разумно предпо­ ложить, что тектоническая дифференциация твердой геосферы могла начаться до ее формацпонной организации. Иными сло­ вами, для появления тектонической организации достаточо было наличия минерально-породного субстрата п энергетических фак­ торов разного масштаба. Если первоначальная энергия была бы связана только с минералами и горными породами, то имела бы место только эволюция вещества, например, в сторону магмообразования. Но действовала также энергия космически-планетар­ ного происхождения, без проявления которой тектоническая ор­ ганизация ограничивалась бы локальным структурным снстемообразованием, например, генетически связанным с магматизмом..

Тектоническое системообразование шло и происходит под воз­ действием разномасштабных и разнородных факторов: планетнокосмических, геосферных, магматических и даже экзогенно-фор- мационных. Среди энергетических факторов тектонических взаи­ модействий и процессов выделяется сложная механическая компо­ нента, которая, как подчеркивалось выше, является интегральной энергией. Может быть именно последнее обстоятельство спо­ собствует организационной направленности геотектонического процесса. Тектонокомплексы не просто структурные образования, а интегрально-структурные системы, характеризующиеся специ­ фическим видообразованием и эволюцией, что подтверждается, хотя и не полностью объясняется, всем опытом сравнительной геотектоники и исторической геологии.

Функциональный аспект геотектонических систем и взаимо­ действий исследуется структурной геологией и тектонофизикой.

188

Собственно геотектоника, уделявшая всегда большое внимание тексономии тектонокомплексов, стремится выяснить их генезис, динамику и эволюцию, применяя и развивая при этом актуалистический метод. Используемые в геотектонике «функциональнодинамические» и «историко-генетические» модели, выраженные в основном в традиционной описательной форме, могут получить более строгие и эвристичные интерпретации в плане системного анализа. Геотектоника в основном успешно решает свою «суб­

геооболочечных процессов, с другой. Геотектоника обладает весь­ ма обширным материалом по сравнительной морфологии и систе­ матике тектонокомплексов, что приближает ее к решению так­ сономической проблемы. Неоспоримы успехи геотектоники и в

Новые успехи ждут геотектонику не только на путях эмпи­ рических открытий и гипотетических построений, но и при тео­ ретическом обобщении уже существующего фактического мате­ риала на основе системного подхода, включая такие его направ­ ления как таксономический и информационно-кибернетический анализ.

Структурно-таксономическим аналогом тектонокомплексов в экзогеосфере выступают географические системы, включающие также биогеоценотические объекты. Ряд географических геоси­ стем иерархизнрован от урочищ и ландшафтов, через географи­ ческие районы и области к зонам и поясам, вплоть до геогра­ фической оболочки. Географические системы, как и тектонокомплексы, представляются своего рода надвещественными образо­ ваниями, вещественный субстрат которых организован на уровнях минералов и горных пород (воды, воздух, почвы и др.). В геогра­ фических взаимодействиях в основном пассивно участвуют и фор­ мации, и геотектонические системы. Между геотектоническими и географическими системами существуют опосредованные генети­ ческие и парагенетические связи и отношения, например между прогибами и бассейнами (понимаемыми в тектонике как тела, а не как формы).

Факторы географического системообразования, несмотря на исключительную сложность, сравнительно доступны для изучения и хорошо известны. Рассмотрение их выходит за рамки темы. Полезно отметить проникновение в географию информационнокибернетических методов системного анализа (Г. Ф. Хильми и др.). Как представляется, слабым звеном в географии остается таксономическая проблема, решение которой необходимо для по­ нимания также и более общих геологических проблем.

Географические системы представляют собой своеобразные на­ копители и преобразователи энергии и информации. Географи-

189

ческая организация (и связанная с ней информация) в историче­ ской ретроспекции не пропадает втуне. Она частично переходит в латентное состояние вещественных геосистем, где сохраняется

нами как палеогеографические системы (включая палеоэкосистемы, по В. А. Красилову). Палеогеографические системы пред­ ставляют собой своего рода информационно-исторические систе­ мы. Палеогеографические структуры, несущие историческую ин­ формацию п проявляющиеся в захороненных вещественных гео­ логических телах, составляют специфическую компоненту систем стратиграфической линии геологических объектов — стратокомплексов.

«Большая» стратиграфия как базисная геологическая дисцип­ лина является прежде всего наукой о таксономически опреде­ ленных естественных системах, а ие только (как часто ее опре­ деляют) отраслью геологии, устанавливающей пространственновременные отношения геологических тел. Последней задаче отве­

не вполне еще осознанную специфичность ее объектов, и как бы вписаться в современное теоретическое-естествознание. Геосисте­ мы стратиграфической линии, составляющие уникальный ряд ес­ тественных исторических систем, содержат информацию об эволюции высшей геологической организации (а также и био­ систем). Поскольку в качестве вещественного субстрата стратокомплексов выступают формации, а структурный их фон обра­

стратиграфическими проблемами, поскольку последние не сводят­ ся лишь к средству установления геохронологии.

Исторический характер стратокомплексов требует привлече­ ния методов теории информации, для применения которых пока существуют два главных препятствия: неоформленность феноме­ нологической стратиграфической теории и неразвитость историкосистемной логики. Опыт проведенного исследования показывает большую сложность геохронологической теории, чем это принято предполагать. Выше были намечены некоторые пути содержатель­ ного и логического анализа стратиграфических и геохронологи­ ческих проблем, особенно в плане выяснения особенностей про­ странственно-временных свойств геосистем.

Восхождение по лестнице геологической организации приво­ дит к геооболочкам и геосферам как продуктам взаимодействия иерархических и контриерархических процессов. Напомним, что наряду с дифференциацией Земли на взаимопроникающие, с од-

190