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

пространство, свойственное совокупности вещества и физических полей Земли. Рассматриваемое на субатомном уровне (полей и фундаментальных частиц), космическое пространство является физическим пространством, которое охватывает, как достоверно установлено, всю доступную наблюдению часть Космоса, а в пре­ делах пашей планеты может быть названо геофизическим прост­ ранством. Физическим полям, например, присущи частные состоя­ ния физического пространства. Космическое пространство, рас­ сматриваемое иа атомном уровне, отвечает химическому прост­ ранству, которое в пределах Земли предложено называть геохимическим пространством (Взаимодействие..., 1963, стр. 240). Частным его пространствам отвечают пространства атомов и эле­ ментарных ячеек (молекул, ионов, атомов) молекулярных образо­ ваний. Классификация частных пространств возможна, например, по химическим элементам. В отличие от геофизического простран­ ства, возможности эмпирического изучения геохимического пространства Земли незначительно выходят за глубины собствен­ но геологического исследования. Геохимическое пространство «уже» геофизического в том смысле, что из него исключается пространство субатомного уровня.

Следующим в главном ряду является геологическое простран­ ство, присущее, по всей вероятности, не только Земле, по и неко­ торым другим планетным и субплапетным телам. Частные прост­ ранства принадлежат естественным геологическим телам различ­ ных рангов. К внутреннему ряду основных пространств в преде­ лах геологического пространства относятся пространства: молекулярно-мпнеральное (в том числе кристаллическое), мииег ральных ассоциаций и смесей, ассоциаций минеральных масс, региональных и этажных подразделений литосферы, оболочек. Та­ ким образом, геологическое пространство (и время) является атрибутивным свойством всей совокупности геологических объек­ тов (от минералов до геосфер). Геологическое пространство яв­ ляется более «узким», чем геохимическое. В принципе возможно рассмотрение собственно геологической и физико-географической форм пространства. Следует заметить, что В. И. Вернадский не всегда последовательно толковал состояния земного пространства, сводя иногда их свойства к «физико-химическому» пространству, но в то же время он настойчиво утверждал реальность и специ­ фичность других видов природного пространства, например, био­ логического с его особыми, например, симметрическими свойства­ ми (правизны и левизны).

Главный ряд пространств как бы замыкается биологическим пространством, основные виды которого образуют свой ряд, соот­ ветствуя популяциям и таксонам, а также биоценозам вплоть до биосферы. По существу промежуточную линию между геологиче­ скими и биологическими пространствами составляют пространства экосистем или биогеоценозов. Частные виды биологического про­ странства присущи конкретным организмам. Биологическое про-

60

•странство па организмеином уровне может рассматриваться как особая форма молекулярно (-минерального) пространства (ниж­ него члена ряда основных состояний геологического простран­ ства) .

Из изложенных представлений закономерно вытекает поста­ новка проблемы о пространственном соответствии природных объектов различных классов, поскольку: «.„каждое природное тело и каждое материально-энергетическое явление имеет свое собственное материально-энергетическое специфическое простран­ ство...» (Вернадский, 1965, стр. 166). Представляется возможным •сформулировать принцип неадекватности различных пространств,

согласно которому все естественные тела (и их классы), обла­ дающие своими специфическими пространствами, в общем случае пространственно не соответствуют друг другу: в частности, грани­ цы тел различных уровней организации, как правило, пол­ ностью не должны совпадать, многочисленные примеры чего бу­ дут приведены ниже.

Пространственные отношения и свойства естественных тел, как уже говорилось выше, подразделяются на метрические, топо­ логические и симметрично-групповые. Различия в метрических свойствах земных объектов, устанавливаемых разного рода изме­ рениями, достаточно очевидны. Они отчетливо фиксируются в протяженности и объемах объектов, находящихся в отношении простой субординации и координации друг с другом. Для характе­ ристики метрических свойств объектов одного уровня организации или же разных структурных уровней, находящихся в отношениях простой иерархии, мы пользуемся эвклидовой геометрией архиме­ довского трехмерного пространства. Однако уже, например, прост­ ранство гравптациоипого поля оказывается неэвклидовым, хотя и остается топологически трехмерным. Пространство гравитацион­ ного поля (не единственпое физическое пространство) выступает как бы фоном всех других известных нам пространств, поэтому трехмерность их обнаруживается во всех естественных объектах, нсследуемых нами на том или ином уровне организации. Однако уже для установления пространственных свойств организованных на разных уровнях объектов и их отношений между собой прихо­ дится привлекать идею многомерных пространств (с неархимедо­ выми геометриями). При этом оказывается, что архимедов конти­ нуум есть лишь частный случай неархимедова. Можно предполо­ жить, что первый из них отвечает пространству одного элементарного объекта, или одного класса объектов, или одному уровню их организации, тогда как многомерная неархимедова геометрия, не использующая аксиом непрерывности, адекватна дискретному «рассеченному континууму» (по выражению А. Пу­ анкаре), т. е. пространствам объектов, организованных на раз­ ных уровнях и относящихся к разным уровням организации.

Вряд ли можно, не прибегая к теории многообразия измере­ ний, достаточно полно^ например, описать естественное тело Зем-

61

ли, образуемое совокупностью пространственно неадекватных ве­ щественных тел и физических полей. Без геометрии многомерногопространства нельзя, по-видимому, также устанавливать прост­ ранственные соотношения в биогеоценозе, органические и неорга­ нические компоненты которого также пространственно неадекват­ ны. При описании как трехмерных «простых», так и многомерных «сложных» пространств может использоваться различное геомет­ рическое их представление — в земных условиях чаще всего эвклидова геометрия, но это не значит, что реальные простран­ ства буквально эвклидовы. Просто эвклидовы геометрии наиболее доступны и удобны для описания большинства наших обычньіх пространств, которые можно, однако, математически моделиро­ вать с помощью более общих неэвклидовых геометрий.

Итак, нужно подчеркнуть, что пространственные свойства естественных объектов весьма сложны и мы не должны ограничи­ ваться представлением о них просто как о телах в едином архи­ медовом и евклидовом пространстве и времени. Пространственные свойства объекта характеризуются зависимостью от фоновых про­ странств надсистем разных уровией вплоть до космических, затем спецификой пространства самого целостного сложного объекта,, и, наконец, отношениями и свойствами пространств подсистем, вплоть до элементарных частиц и полевых вакуумов. При взаимо­ связи и взаимообусловленности всех этих пространств они не сво­ дятся друг к другу, а проявляют особые и метрические и более глубокие топологические свойства для каждого уровня организа­ ции, выражающиеся в специфике замкнутости, связности, ориен­ тируемости, размерности и др. К топологическим свойствам отно­ сятся и так называемые групповые и симметрические свойства, которые во многом отражают как бы дискретный аспект тополо­ гических отношений.

Г Е О Л О Г И Ч Е С К О Е П Р О С Т Р А Н С Т В О

Естественные объекты как системы

Природные целостные системы относятся либо к основному иерархическому ряду, прослеживаемому через ряд уровней раз­ ных порядков, либо образуют побочные ряды в пределах опреде­ ленного уровня (или на стыках разных уровней). Системы второ­ го рода, которые можно называть «интрасистемами» (внутренними системами), состоят из элементов систем основного ряда и наряду с этими элементами могут быть частями основных систем. Целесо­ образно ввести понятие «центросистемы» для систем с доминирую­ щим элементом, который может быть либо относительно недели­ мым «центрэлементом» (например, Солнце в солнечной системе), либо «интрасистемой» (например, ядро в атоме).

Естественное тело определенного уровня в общем случае вы­ ступает одновременно системой естественных тел более низкого

62

.уровня и относительно неделимым элементом системы более вы­ сокого уровня. Возможно, однако, выпадение тел какого-либо уровня из ряда. Тогда тело нижнего уровня непосредственно ста­ новится элементом системы более высокого уровня. Сущность та­ кого положения ясна, но логическое истолкование представляет некоторую трудность. Например, при формально-логическом по­ нимании вещи лишь как системы свойств, поликристаллический почти мономинеральный рифовый известняковый массив можно рассматривать и как минерал и как горную породу и как фор­ мацию. В таком представлении разные вещи могут обладать одним пространством одновременно. Но при рассмотрении таксономии естественного тела в данном случае мояшо говорить либо о теле горной породы, либо о парагенезе пород, либо о теле формации (но не о теле минерала, так как это ие монокристалл). Отнесение естественного тела к тому или иному классу, вероятней всего, должно основываться на соотношении его со смежными объекта­ ми. Так, например, гидросфера, являясь полиминеральной (почти монопородной) системой, как природное тело относится к классу •оболочек, но не к их элементам, и не к формациям, и не к горным породам.

Естественные тела каждого из перечисленных выше геологи­ ческих уровней дискретно и вместе с тем практически почти сплошь «выполняют» доступную непосредственным наблюдениям область твердой Земли. Наличие объектов определенного класса в каждой части геологического пространства служит критерием для отнесения их к самостоятельному уровню. Однако такой кри­ терий самостоятельности необязателен (например, для организ­ мов), хотя и может помочь выявлению проблематичных, не отме­ ченных выше уровней. Самостоятельность уровня определяется прежде всего качественными особенностями взаимодействий меж­ ду объектами данного класса (и их элементами), а также между ними и объектами смежных («внешнего» и «внутреннего») уров­ ней. Специфичность взаимодействий на субатомном и атомном уровнях заключается в разнообразных и вполне определенных функциональных физических и химических связях. На геологи­ ческом уровне весьма сложная картина взаимодействий характе­ ризуется парагенетическими и генетическими отношениями и свя­ зями. Между уровнями объектов и видами взаимодействий, по-видимому, не существует обязательной однозначности, так как те же взаимодействия могут быть присущи различным классам систем в разной степени. В то же время именно эта степень «присущности» может быть специфичной для определенных уровней.

В общем плане неорганические природные тела по мере пе­ рехода к более высоким уровням становятся менее подвижными. Элементарные частицы могут быть сверхподвижными, миграцион­ ная способность атомов в целом значительно выше, чем молекул; пассивная динамика горных пород отличает их от весьма медлен-

63

иоіі эволіоцпп геологических формаций. Мало мобильны главные элементы твердых геосфер н сами твердые геосферы. В том же направлении убывает способность объектов одного класса к рас­ сеянию, которая особенно присуща атомам, менее обычпа для мо­ лекул н минералов н малохарактерна для горных пород. Стремле­ ние к созданию ассоцпацпіі (в противоположность тенденции к рассеянию) характерно для геологических тел.

Различие между размерами тол смежных уровней в целом выдерживается, но часты исключения. Например, объем тела на Зфовиѳ горных пород может быть больше объема тела на уровне геологических формации. В общем случае диапазон колебаний размеров геологических тел, по-видимому, с переходом к более высоким уровням уменьшается. Математические соотношения ве­ личин тел одного уровня могут носить характер пропорциональ­ ных зависимостей. Выявление размеров тел одного уровня помо­ жет количественно обосновывать выделение уровней и объяснить классификацию природных объектов, которая до сих пор основана

о целостности геологических объектов, необходимо развитие по­

как систем связано более глубокое представление об их структу­ ре, под которой понимается закономерность отношений элементов в системах. Традиционное тектоническое или минералого-петро- графическое значение структуры не в полной мере отражает ее сущность. Интересно сформулировали вопрос об изучении стати­ ческих, ретроспективных и динамических систем в геологии

Ю.А. Косыгин и В. А. Соловьев (1969).

Пространство геологических объектов

Вотличие от многих естественных наук в круг интересов геологии входят объекты с различными пространствами (организ­ мы и их сообщества; элементарные частицы и их ассоциации; атомные ядра и атомы, а также некоторые ассоциации послед­ них; различные макрообъекты, включая некоторые космические тела).

Объекты геохимического пространства являются компонента­ ми геологических систем. Собственно геологическому простран­ ству отвечают геологические объекты уровней второго порядка: минералов, горных пород, геологических формаций, главных эле­ ментов геосфер. Естественные тела каждого из них выступают как элементарные ячейки соответствующих им основных прост-

64

ранств, причем роль этих ячеек для геологического простран­ ства в целом неодинакова. В пределах литосферы геологи изучают преимущественно верхнюю ее часть — стратисферу и подстилаю­ щую ее консолидированную кристаллическую оболочку. Атмосфе­ ра п гидросфера, также охватываемые геологическим простран­ ством, изучаются главным образом географическими науками. Верхняя граница геологического пространства совпадает с верх­ ней границей атмосферы. Нижняя граница неизвестна. Она, несомненно, проходит ниже доступных сейчас непосредственному наблюдению глубин и теоретически должна совпадать с исчезно­ вением молекулярной организации вещества и переходом его в атомарное. Эта граница, возможно, независима от изменения агрегатного состояния вещества, так как все известные виды по­ следнего имеют место в наблюдаемом геологическом пространстве. Иными словами, геологического пространства нет там, где нет минералов (твердых, жидких и газообразных).

рального геологического пространства (пространства монокристал­ лов и молекулярных масс) эта геометрическая особенность менее характерна. Необходимо решать проблему изменения степени криволинейности для разных геологических пространств. Уже рас­ сматриваются топологические свойства геологического простран­ ства (см. 10. В. Казицыи, «Геологические формации», 1968).

Структурная устойчивость тел в геологическом пространстве отражена в формах их симметрии. Явление симметрии, опреде­ ляемое уже самой спецификой пространства — времени, может рассматриваться очень широког но здесь имеется в виду лишь пространственный аспект. Симметрия, являясь свойством прост­ ранства, характеризует степень упорядоченности структуры объек­ тов геологического пространства. Симметрия и диссимметрия, будучи взаимосвязанными, могут рассматриваться лишь относи­ тельно одна другой. По-видимому, можно утверждать, что каж­ дый природный объект обладает той пли иной степенью симмет­ рии и днссимметрпи, но проявления их принципиально различны на разных уровнях. Симметрия определенно выявляется в струк­ туре геологических формаций и их рядов, в строении геологи­ ческих регионов и структурных этажей, в очертаниях материков. Необходимо исследовать геометрию и причину этих явлений. Не удастся ли выявить законы образования симметрии в макро- и мегателах, которые в каких-то отношениях могут походить на кристаллизацию? Гипотезу о кристаллической симметрии асте­ роидов выдвинул, в частности, Б. Л. Личков (1965).

Структура объектов геологического и планетного пространст­ ва наглядно выражается в слоистости (Вернадский, 1965). Про­ исхождение слоистости обусловлено пассивным, но тем не менее руководящим для образования этой структуры, взаимодействием гравитации как в эндогенных, так и в экзогенных процессах.

В этом смысле сущность стратпфикацпп едина. Для эндогенных условий характерно явление расслоения, возникающее в резуль­ тате дифференциации гомогенизированных расплавленных масс. В экзогенных условиях проявляется наслоение как результат по­ следовательного отложения осадков, в том числе вулканического материала. Два главных типа слоистости определяют многие струк­ турные различия и изоморфизм главных групп геологических объектов разных уровней.

Проблема субординации уровней естественных тел и соответ­ ствующих им пространств п времен имеет значение для установ­ ления понятийного базиса формализованных концепций. Так, в некоторых формализованных системах под геологическим про­ странством понимается, по существу,'планетное земное простран­ ство, по В. И. Вернадскому. По различным свойствам н их сово­ купностям выделяются специализированные формальные геологи­ ческие пространства, например биостратнграфические, петрографи­ ческие, геохимические и т. д. Вводится понятие о теоретическом геологическом пространстве, для которого предусматривается воз­ можность любой специализации. В соответствии с этим всякое тело, выделяемое в таком абсолютизированном геологическом про­ странстве по любым признакам, рассматривается как геологиче­ ское тело (будь то даже физическое поле). Именно это мне пред­ ставляется не соответствующим природе вещей.

Для решения задач формализации в науках о Земле схема понятий, непосредственно развивающая положения В. И. Вернад­ ского, кажется более приемлемой с точки зрения традиций, уни­ версальности, соответствия природным явлениям, а также логиче­ ской выдержанности; так, например, в этой схеме не нужно назы­ вать геологическим телом то, что является физическим полем. Критикуемый же формально-логический подход возникает из по­ нимания вещп лишь как системы свойств, по не как естествен­ ного тела.

В разного рода формальных операциях и еще чаще при общих рассуждениях, в одну систему объединяются не только разно­ родные вещи, но даже, например, одна вещь со свойством другой вещи. С естественнонаучной точки зрения это, конечно, недо­ пустимо.

О парагенезе

Под парагенезом в геологии понимается целостное сочетание одноранговых объектов (т. е. система), границы которого могут быть не установлены. Понятие о парагенезе в одном смысле шире понятия о структуре, так как парагеиез обычно не рассматри­ вается, абстрагируясь от вещества, но в другом смысле понятие о нем уже, так как затрагивает структуру, специфическую лишь для геологических объектов. Нужно заметить, что широко рас­ пространенные в геологии вещественно-структурные понятия «ас-

66

социация», «парагенез», «ряд» лишь в частных случаях характе­ ризуют таксономические и систематические единицы. Парагенез минералов далеко не во всех случаях отвечает таксономическому понятию горная порода (или минеральная масса). Ассоциация горных пород еще не всегда формация.

Как отмечал А. Е. Ферсман (т. IV, 1958), понятие о парагенезе содержит три аспекта: 1) совокупность вещественных объек­ тов, 2) пространственное их соотношение и 3) хронологическую последовательность образования. Полиаспектность нарагенеза от­ ражает вещество, структуру и развитие геологического объекта. Расшифровывая третий — временной — аспект, можно говорить об одновременном, частично совмещенном, последовательном или на­ ложенном во времени образовании членов парагенеза. Но нало­ женные члены парагенеза, по-видимому, должны быть генетиче­ ски связанными с другими более ранними членами, т. е. происхо­ дить из них. В противном случае их не следовало бы считать членами данного парагенеза, хотя они и остаются членами ассо­ циации. Это обстоятельство показывает, что эмпирическое выяв­ ление парагенезов содержит в себе генетический анализ.

Методологическое обоснование эмпирического подхода к уста­ новлению парагенезов заключается в законе Гесса — Ферсмана, изложение которого может быть следующим: закономерные соче­ тания одноранговых объектов в общем случае должны быть сход­ ными, независимо от путей их образования, что объясняет суще­ ствование видов парагенезов. Сформулированный для физшкохпмпческих систем, этот закон может иметь значение и для геологических систем вообще, отражая явление конвергенции. Повидимому, те явления, понимание которых не укладывается в рамки этого закона, более всего способствует генетическому ана­ лизу геологических объектов. Принцип геологической конвергев> ции (Поспелов, 1963; и др.) может подвести к пониманию сущ­ ности вещественных геологических объектов (минералов, горных пород, формаций) и объяснить причину ограниченности числа их видов.

дить из предпосылок наличия той или иной степени целостности сочетающихся геологических объектов, участия одноранговых, либо разноранговых объектов, а также установления (или не установления) границ сочетаний, то можно выделить четыре глав­ ных типа сложных геологических объектов: комплекс — суммативная или целостная совокупность одноили разноранговых объектов, границы которой установлены (для вещественных соче­

3* 67

нез — то же, но без установленных границ (термин обычно при­ меняется к специфически геологическим вещественным сочета­ ниям) . Выделение комплексов и ассоциаций в начале исследования может затем приводить к пониманию их как систем и парагенезов. Представление об одном и том же объекте может выражаться поня­ тиями в значительной мере «гносеологическими» (комплекс и ассоциация) или же существенно «онтологическими» (система и парагенез).

Возможность последовательного приложения к объекту одного понятия за другим определяется типовой принадлежностью объ­ екта, присущей ему независимо от степени наших знаний о нем. В субординированных рядах понятий по мере перехода от одного к другому последовательно изменяется роль гносеологического

Нужно, конечно, подчеркнуть лишь примерный характер таких оценок.

6 8

Геологические объекты характеризуются разного рода отно­ шениями между собой. Отношения геологических объектов могут быть закономерными и незакономерными (случайными) для определенных геологических явлений. Частным случаем законо­ мерных отношений выступает функциональное отношение или связь, при которой измеиеиие одного объекта влечет изменение другого. Закономерные отношения и связи геологических объек­ тов подразделяются на парагенетические н генетические.

Парагенетические отношения характеризуют закономерные пространственно-временные целостные сочетания геохимических и геологических объектов. Частным случаем парагенетических от­ ношений является парагенетическая связь, при которой объекты находятся в обязательной функциональной зависимости. Генети­ ческие отношения как частный случай парагенетических свиде­ тельствуют об общности происхождения объектов, но не пред­

либо одновременно из одного источника, либо последовательно один пз другого. Рассмотренная в качестве примера типизация взаимоотношений представляется применимой для анализа ком­ плексов и систем, ассоциаций н парагенезов. В перечисленном ряду видов взаимоотношений по мере перехода от одного поня­ тия к другому последовательно уменьшается роль гносеологиче­ ского аспекта в оценке каждого пз них. Исследуя конкретное взаимоотношение, можно по мере возрастания знаний о нем по­ следовательно переводить его из одного вида в другой. Но все эти понятия сохраняют онтологическое значение, так как опре­ деленный вид взаимоотношений присущ конкретному сочетанию явлений независимо от степени наших о нем знаний (см. табл. 4).

О Ф А К Т О Р А Х I I К О М П О Н Е Н Т А Х З Е М Н О Г О П Л А Н Е Т Н О Г О В Р Е М Е Н И

Проблема природного времени

Феномен времени как формы бытия и меры природных про­ цессов в течение всей истории науки находится в центре внима­ ния философов и естествоиспытателей. В явной или неявной фор­ ме временной аспект учитывается в каждом исследовании и со­ держится в любой научной информации. Но, вопреки распрост­ раненному мнению об очевидности понятия о времени, последнее в действительности далеко не тривиально и даже в конкретнонаучном плане остается во многом неясным и не всегда коррект­ но сформулированным. Выдающаяся роль в осмыслении проблемы природного времени принадлежит наукам о Земле в силу как спе­ цифики объектов их изучения, так и особого интереса со сторо­ ны крупнейших ученых.

69