Позднее средневековье

В позднюю стадию средневекового периода появились ранние теоретические концепции о происхождении рудных месторождений.

В западной Европе они сформировались под могучим воздействием противоборствующих взглядов двух выдающихся ученных XVIII века – англичанина Джеймса Геттона и немецкого геолога Абраама Вернера, в России под воздействием светлого гения М.В. Ломоносова.

Абраам Готлоб Вернер (1749—1817)

Родился в Прусской^: Силезии и с детства был тесно связан с горным делом, сделав своим хобби коллекционирование образцов минералов. Он учил­ся в недавно созданной Горной академии во Фрайберге. После учебы в Лейпцигском универси­тете он был в 1775 году избран профессором Горной академии во Фрайберге и занимал этот пост в течение 40 лет.

На протяжении большей части своей жизни Вернер не отличался крепким здоровьем, что явилось основной причиной его ограниченного участия в полевых работах, которые велись лишь в Рудных горах и в прилегающих районах Саксонии и Богемии. К тому же, он питал отвращение к литературному труду и, бу­дучи неважным корреспондентом, писал весьма умеренно. Однако, как педагог он поль­зовался огромной популярностью, привлекая своим энтузиазмом студентов со всех концов Европы.

Он не остановился на простой классификации минералов и гор­ных пород, а разработал основную, более общую часть своей теории, названную им геогнозией — термином, предложенным в середине XVIII в. Фюкселем. Геогнозия определялась Вернером как «наука, изучающая твердое тело Земли как в целом, так и в виде различных сообществ минералов и горных пород, из кото­рых она состоит, а также их происхождение и соотношение друг с другом».

Самим Вернером было опубликовано очень немного. Поэтому при составлении полного собрания его геогностических трудов пришлось использовать некоторые неопубликованные рукописи и студенческие записи его лекций. Наиболее полное собрание трудов Вернера на английском языке было выпущено его вер­ным английским последователем Робертом Джеймсоном. Глав­ной опубликованной работой Вернера был очерк объемом в 28 с. — знаменитая «Краткая классификация и описа­ние различных типов горных пород». В этой работе он создал, по существу, стратиграфическую схему, претендовавшую на приме­нимость для Земли в целом. В порядке от более древних к более молодым были выделены следующие подразделения:

1. переходные породы

3. флецевые, или слоистые, породы

4. новейшие наносы

5. вулканические породы

Вернер не только расширил петрографическое описание paнее установленных подразделений, но он свел их в глобальную схему и предложил теорию, объясняющую их происхождение. По теории Вернера, Земля изначально была полностью покрыта первичным океаном, скрывавшим даже самые высокие го­ры. В глубокой мутной воде во взвешенном или растворенном состоянии содержались все вещества, из которых ныне образо­вана земная кора. Время шло, и в определенной последователь­ности осаждались осадки. Первоначально они выпадали исключительно химическим путем, к ним относятся граниты и другие породы, которые сейчас мы рассматриваем как изверженные, а также гнейсы и кристаллические сланцы, все вместе составляю­щие группу «первозданных» пород. Когда уровень воды начал падать, стали формироваться горные породы, состоящие частич­но из химических осадков, частично из осадков, отложившихся механическим путем («переходные» породы). Появились редкие морские окаменелости. При дальнейшем понижении уровня оке­ана образовалась группа «флецевых» пород, среди которых ме­ханические осадки уже преобладали над химическими и в большом количестве встречались окаменелости.

В первозданной и переходной формациях слои часто накло­нены. Отчасти это объяснялось их химическим происхождени­ем: было хорошо известно, что при кристаллизации вещества из раствора происходит отложение его как на стенках вмещающего сосуда, так и на дне его. Крутое залегание слоев могло, таким образом, указывать на их приспособление к форме первичной поверхности. Крутой наклон, однако, связывали также с нерав­номерным оседанием неуплотненных осадков и сползанием их по крутым наклонным поверхностям. Считалось, что понижение уровня океана происходило не медленно и постепенно, а весьма бурно, с мощными течениями, прорывавшими глубокие каналы и приводившими к образованию долин и гор. По мере того, как воды успокаивались, залегание слоев постепенно приближалось к горизонтальному, а падение уровня воды приводило к сокра­щению площади их распространения.

Беза­пелляционный тон, принятый Вернером, хорошо иллюстрирует­ся приводимой ниже цитатой, взятой из его работы, посвящен­ной происхождению жил, которые также считались продуктом химического осаждения из Всемирного океана и включали как кристаллические породы, так и минералы.

«Суммируя наши современные знания, мы можем с уве­ренностью заключить, что флецевые и первозданные горы сложены толщами химических и механических осадков, последовательно выпадавших из воды, покрывавшей Зем­лю. Мы уверены также в том, что ископаемые (т.е. мине­ралы), которые слагают слои и толщи горных массивов, были растворены в этих первичных водах и выделились из них; следовательно, металлы и минералы, встречающиеся как в первичных горных породах, так и в напластованиях флецевых гор, также содержались в этом универсальном растворе и образовались из него путем химического осаж­дения. Более того, мы уверены и в том, что в различные эпохи из него выделялись различные ископаемые: в одни эпохи — землистые, в другие — металлические минералы, в третьи — какие-то другие ископаемые. Мы умеем также по расположению этих ископаемых, залегающих друг над другом, с высокой точностью определять, какие из осад­ков древнее, а какие моложе».

Утверждать, что теория Вернера была всего лишь необычай­но привлекательна, значит недооценивать ее. Появившись, она легко и убедительно объяснила широкий круг геологических явлений и успешно перекинула мост между космогоническими теориями типа теории Бюффона, которые, не приводя доказа­тельств, постулировали серию событий в истории Земли, и мно­гочисленными, но несистематизированными эмпирическими данными, полученными учеными ряда европейских стран.

Де Соссюр в Англии и Паллас на Урале подтвердили факт, впервые установленный в Центральной Европе, что ядра горных хребтов состоят из кристаллических пород, по всей очевидности более древних, чем облекающие их слои, и они же образуют фунда­мент в пределах низменностей.

Отдавая должное педагогическому таланту Вернера, не при­ходится удивляться, что он воспитал плеяду восторженных, глубоко верящих в нептунизм последователей, занятых как рас­пространением его идей, так и изучением геологического строе­ния разных частей земного шара с целью еще ярче высветить выделенную Вернером последовательность горных пород. Одна­ко не было недостатка и в скептиках. Одним из наиболее ува­жаемых критиков Вернера был итальянский геолог Брейслак. В своем популярном в то время учебнике геологи, он доказывал, что объема воды, имеющегося сейчас на земном шаре, совершенно недостаточно для того, чтобы в ней в раство­ренном или взвешенном виде могло содержаться все твердое вещество земной коры. Куда же делась остальная вода? Вернерианцы так и не смогли дать удовлетворительный ответ на этот вопрос, а сам Вернер считал, что вода ушла по каким-то неве­домым причинам в космическое пространство. Брейслак, как и некоторые другие, полагал, что для многих геологических явле­ний можно было бы найти лучшее объяснение, допустив подня­тие суши, а не падение уровня океана. Будучи итальянцем, Брейслак, как и Моро за много лет до него, неизменно восхи­щался мощью вулканов и их способностью приводить к подня­тию, в то время как Стено еще раньше, в XVII в., видел в на­клоненных и разорванных слоях Северной Италии свидетельст­во разрыва и обрушения земной коры. Эти новаторские работы итальянцев полностью игнорировались Вернером.

Главный спор возник, однако, по другому поводу—по воп­росу о происхождении базальтов. Химический ли это осадок Всемирного океана, как утверждали нептунисты, или изливша­яся из вулканов лава, как предполагала группа преимуществен­но французских и итальянских геологов, получивших извест­ность под именем вулканистов.

Существование вулканов, конечно, не могло отрицаться, но Вернер ограничивал их деятельность лишь самым последним временем. Коль скоро «внутреннего жара», могущего служить источником тепла, не существовало, Вернер считал, что извержение лавы происходит там, где базальты и другие породы плавятся при горении подстилающих пластов каменного угля. Последний был известен в германских странах как в переходных, так и во флецевых породах, и Вернер и его ученики тратили немало времени, пытаясь установить тесную связь между распространением базальтов и каменного угля. Вернер не изучал вулканы непосредственно в поле, но он, конечно, видел образцы лав. Как же он объяснял столь поразительное сходство между лавами и базальтами? Он считал, что там, где базальты находятся в виде лавы, первичный осадок был переплавлен под действием огня, образовавшегося при возгорании нижележащих угленосных отложений.

Геттар (1715—1786). Геттар был эмпириком, выполнившим первые весьма ценные работы в области геологической съемки. Более важным для обсуждаемой проблемы явилось, однако, то, что он первым в результате тщательных наблюдений выявил на Центральном массиве в Оверни наличие потухших вулканов, которым суждено было сыграть столь заметную роль в позднейших спорах. Геттар, правда, не считал базальты вулканической породой, полагая, что они образовались путем кристаллизации из водного раствора. Поэтому Геттара, как ни странно, можно считать прародителем сразу обеих научных школ — как нептунистов, так и вулканистов.

Джеймс Геттон (1726—1797) с юности интересовался химией и выбрал для изучения в Эдинбургском университете ме­дицину, как наиболее близкий его интересам предмет. Впослед­ствии он учился в Сорбонне и Лейденском университете, где по­лучил докторскую степень за диссертацию, посвященную крово­обращению. В 1754 г., после двух лет, проведенных в Восточной Англии, он стал фермером в Бервикшире. Однако интерес к химии пересиливает, и он становится компаньоном небольшой промышленной фирмы, занятой производством амми­ачных солей. Полученные в результате этого средства позволи­ли ему оставить сельское хозяйство и вернуться в 1768 г. в Эдинбург свободным человеком, который может посвятить себя научным занятиям; здесь он останется до конца своей жизни. Подобно Вернеру, Геттон был вечным холостяком, и его свет­ская жизнь вращалась вокруг устричного клуба, куда входили такие близкие друзья, как химик Джозеф Блэк, математик Джон Плейфер, военно-морской тактик Джон Кларк оф Элдин, экономист Адам Смит, архитектор Роберт Адам и философы Адам Фергюсон и Дуальд Стюарт. Их, да еще великого филосо­фа Дэвида Юма, также жившего в Эдинбурге, было более чем достаточно, чтобы город в те времена заслужил название Север­ных Афин. Не считая Парижа, ему, как научному и интеллекту­альному центру, не было равных.

В действительности Геттон, по-видимому, был притягательным и стимулирующим собеседником и мог бы, несомненной стать великим педагогом.

Как и в случае с Дарвином, он опубликовал свой основной труд после длительного периода созревания, но в отличие от него вскоре после этого умер. Представляется вероятным, что он пришел к заключению об изверженном происхождении базальтов и гранитов примерно в середине 1760-х годов, а несколько позднее сформулировал свою основную теорию. Друзья, очевидно, советовали ему обнародовать работу, и, в конце концов в 1785 г. он прочел доклад в Эдинбургском королевском обществе. Три года спустя доклад был опубликован в собрания трудов этого общества под громоздким названием: «Теория Земли или исследование закономерностей, проявленных в создании разрушении и восстановлении суши на земном шаре».

Благодаря тому, что граниты он также считал изверженными породами, встречающимися в виде тел огромных размеров, сопоставимых с зеленокаменными силами и дайками, и подчеркивал важную роль подземного теп­ла в геологических процессах, Геттона и его сторонников стали называть плутонистами.

В Срединной долине Шотландии встречаются многочисленные силлы основных пород каменноугольного возраста; на одном из них, под названием Солсбери-Краг, в своем родном Эдинбурге Геттон провел наблюдения, которые впервые убедили его в изверженном и интрузивном происхождении зеленокаменных по­род на основании их горячих контактов и обожженных вмеща­ющих пород.

Вскоре после этого концепция магматического происхожде­ния была распространена на граниты; главным основанием для этого послужила легко различимая невооруженным глазом письменная структура гранитов в северо-восточной Шотландии. Геттон сделал правильное заключение, что кристал­лы кварца и полевого шпата, вероятно, кристаллизовались од­новременно из расплава.

Ценным научным достижением Геттона была разработка циклической модели Земли, которая, по его представлениям, находится в состоянии динамического равновесия, а начало и конец ее невообразимо длинной истории в принципе непозна­ваемы. Поступление тепла из недр Земли с периодическим его высвобождением в ходе вулканической деятельности вызывает поднятие суши; это приводит к усилению эрозии, уничтожаю­щей поднятия и понижающей рельеф суши. Образующиеся при этом осадки отлагаются в море и консолидируются. Полагали, что вода не могла быть фактором, обеспечивающим консолида­цию, так как цемент осадочных пород — вещество растворимое. Огромная мощь внутреннего тепла приводила в конечном итоге к поднятию морского дна (об этом свидетельствует присутствие морских окаменелостей на суше), после чего вступали в действие разрушающие процессы денудации; так повторялось цикл за циклом на протяжении неопределенно долгого периода времени.

Магматические образования, подразделяемые па зеленокаменные породы, граниты и порфиры, наиболее красноречиво свидетельствуют о роли внутреннего тепла. Судя по вышесказанному, следовало бы ожидать массиро­ванного критического натиска со стороны вернерианцев, однако статья Геттона прошла почти незамеченной, если не считать вопросов, вызванных в основном тем, что Геттоном отрицалась глубоко укоренившаяся библей­ская хронология, приведенная в Пятикнижии Моисея (гл. 2).

В 1786г. Де Соссюр исследует в Валорзине мощные толщи конгломератов, состоящие из вертикально залегающих слоев переслаивающихся между собой галечников и песчаников. Де Соссюр, в течение длительного времени разделявший взгляды Вернера считал, что вертикальные или круто наклоненные пласты, маркирующие альпийские граниты, находятся в своем первичном положении. Валорзинские конгломераты убедили его в обратном. Ему пришлось согласиться с тем, что они, по-видимому, отлагались в горизонтальном положении, которое было нарушено впоследствии в результате движений земли.

Итог

Исследования Де Соссюра в Валорзине подорвало один из фундаментальных принципов доктрины Вернера. Крутое залегание сланцев было широко известно, но из-за кристаллической природы этих пород их интерпретация была противоречивой, и было совсем не очевидным объясне­ние, предлагаемое Геттоном, видевшим в них первично-осадоч­ные породы, измененные под действием высокой температуры. В случае же неизмененных грубообломочных пород, таких, как Валорзинские конгломераты, у любого непредвзятого наблюдателя не могло возникнуть никаких сомнений. Это не­двусмысленным образом подтверждало мелькавшую времена­ми, начиная со Стено, мысль, что слои осадочных пород могут испытывать наклон и деформацию так же, как и поднятие. Бо­лее того, следуя принципу Оккама, давно известный факт при­сутствия морских окаменелостей на горных хребтах легче было объяснить поднятием морского дна, нежели падением уровня Всемирного океана, постепенное исчезновение вод которого ос­тавалось непостижимой тайной.

Непосредственное воздействие великого труда Геттона на геологическую общественность тех дней было незначительным, что, по мнению Э. Хэллема, объясняется его многословием, невразуми­тельностью прозаического стиля, отсутствием в работе четкой структуры, а также его упущением с публикацией решающих доказательств интрузивного происхождения гранитов.