Катастрофизм и неокатастрофизм
Понятие «катастрофа» эволюционировало во времени. В переводе с греческого оно означает переворот, переломное важное событие, решающее судьбу или дело. В обыденной жизни под катастрофой понимают случай бедственный, как правило, неожиданный, приводящий к трагическим, гибельным последствиям. Геологические катастрофы обычно рассматривались как глобальные явления, нашедшие отражение в геологической летописи.
В ходе героического периода развития геологии (первая половина 19 в.) был нанесен тяжелый удар нептунизму – Л. Бухом и А. Гумбольдтом (плутонисты, ученики А. Вернера). Л. Бух предложил гипотезу «кратеров поднятия», в основу которой была положена определяющая роль магматических процессов в ходе горообразования. Согласно этой гипотезе все наблюдаемые вблизи поверхности Земли поднятия, смещения и смятия слоев вызваны непосредственным воздействием на них внедряющихся магматических пород. Эпохи интенсивного горообразования занимали короткие промежутки времени и носили катастрофический характер, в других местах море затопляло другие участки суши.
Во второй четверти 19 в. гипотеза кратеров поднятия стала господствующей. Ее поддерживали Эли де Бомон, Штудер, Соколов, Романовский, Головкинский, Щуровский и др. Эти воззрения возродили идеи Дж. Хаттона. Внутренняя энергия Земли, вулканические катастрофы являются определяющим фактором формирования лика Земли.
В первой половине 19 в. происходил спор двух школ – катастрофистов и эволюционистов.
Катастрофисты считали, что изменения геологической среды происходят резко и масштабно. К ним относились Л. Бух, А. Гумбольдт, Л. Эли де Бомон, Ж. Кювье (считал, что при смене геологических эпох органический мир изменялся мгновенно), Ал. Броньяр, Ад. Броньяр. В 1830 г. в Парижской Академии произошел спор между Кювье и де Сент-Илером, в результате которого победили катастрофисты.
К началу 30-х годов окончательно утвердилась концепция катастрофизма. Но Ч. Лайель опубликовал книгу «Основы геологии», в которой дал сокрушительный критический анализ концепции катастрофизма.
Постепенно ученые стали отказываться от концепции катастрофизма и стали принимать идею равномерного хода событий в геологической истории.
Штилле (критический период) пытался возродить катастрофистские взгляды на развитие горообразовательных процессов и складчатости. Основные выводы выразились в формулировке нескольких законов тектогенеза, согласно которым все складчатости приурочены к относительно редким и кратким по времени фазам, имеющим планетарное значение.
С 70-х гг. 20 в. представления о скачкообразном изменении природных процессов завоевали прочные позиции в естествознании. Современная математическая теория катастроф (неокатастроф) родилась на стыке двух дисциплин — топологии и математического анализа. Французский математик Том объединил теоретические разработки X. Уитни, А. Пуанкаре, А. Ляпунова и А. Андронова в «Теории катастроф». Катастрофами называются скачкообразные изменения, возникающие в виде внезапного ответа системы на плавное изменение внешних условий.
Для понимания механизма катастрофы наиболее существенным признаком является скачкообразность качественной перестройки состояния системы, в то время как бедственный характер, масштаб разрушения — признаки несущественные.
Нептунизм и плутонизм.
Уже начиная с античных времен наметилось 2 противоположных направления в объяснении природных процессов – нептунизм (основа мироздания - вода) и плутонизм (основа мироздания - огонь).
Нептунизм. По А.Г. Вернеру, все минералы и горные породы произошли путем кристаллизации из водной среды, исключение составляли молодые вулканические породы, имеющие, по его мнению, незначительное распространение. Подобный путь образования горных пород подтверждался, по Вернеру:
1)наличием кристаллизационной воды;
2) содержанием остатков органических веществ;
3) наличием характерной для водных осадков слоистостости и залегания;
4) наличием плитчатой или близкой к ней отдельности.
Система стратиграфических представлений А.Г. Вернера опиралась на понятие «залегание», отражающее последовательность и время образования различных горных пород, и понятие «формация», отражающее условия их образования.
Анализируя разрезы горных массивов Гарца, Рудных гор и прилегающих к ним равнин, А.Г. Вернер установил, что в истории Земли было несколько эпох поднятия и спада уровня вод Мирового океана. Периоды подъема уровня воды и последующего спада он называл соответственно древнейшим временем и флецевым временем. В первую, древнейшую эпоху воды покрывали всю поверхность Земли, включая вершины гор Гарца и Тюрингенского Леса. В эту эпоху и при последующем спаде вод отложились химическим путем «первозданные» породы: граниты, гнейсы, сланцы, кварцевые порфиры и др., слагающие ядра этих гор. Когда уровень воды начал падать, стали формироваться горные породы, состоящие частично из химических осадков, частично из обломочных осадков, отлагающихся механическим путем, — «переходные» породы, в которых содержатся редкие окаменелости. При дальнейшем понижений уровня океана образовались флецевые породы (слоистые породы), среди которых механические осадки преобладали над химическими и в большом количестве встречались окаменелости. И, наконец, пониженные участки заполнялись «новейшими наносами», состоящими из обломочной фракции, а вулканические породы имели подчиненное значение. Наклонное залегание слоев увязывалось с наклонным положением первичной поверхности, на которой они отлагались, или неравномерным осаждением неуплотненных осадков и их сползанием по этой поверхности, если она была крутой.
Считая, что все породы образовались из воды, и, определяя роль вулканизма как чисто поверхностного и сугубо второстепенного фактора, Вернер отрицал влияние внутренней энергии на становление лика Земли. Нептунизм имел достаточно близкие связи с дилювианизмом, а идея Всемирного потопа была популярна вплоть до середины XIX в.
Гораций Бенедикт де Соссюр в первом томе книги «Путешествия» также пришел к заключению, что материал, из которого состоят слои, образовался в результате кристаллизации из водного раствора. По его мнению, нет никакой необходимости объяснять наклонное положение слоев действием подземных сил оно могло быть обусловлено «неправильной кристаллизацией». Однако в дальнейшем, когда Соссюру встретились «стоящие на головах» слои конгломератов, он вынужден был признать, что процессы кристаллизации не могут объяснить их современного залегания, следовательно, первоначально залегание было горизонтальным.
Петр Симон Паллас, имея большой опыт исследования горных стран, предложил общую схему их строения, которая, по существу, отвечала концепции А.Г. Вернера. Однако, в отличие от Вернера, Паллас полагал, что граниты, слагающие ядра горных сооружений и образующие их вершины, никогда не были покрыты морем и возникли одновременно с рождением Земли.
Именно наклон их первозданной поверхности определил последующий наклон слоев горных пород образовавшихся в результате разрушения гранитов и накопления химических осадков. Он считал, что обнаруженная им в горных породах тропическая фауна в процессе катастрофического наводнения, вызванного поднятием Австралии и некоторых крупных островов Южного океана, была перенесена водными потоками в северные широты. Вулканы, по мнению Палласа, не оказывали значительного влияния на формирование лика Земли, поскольку они образовывались на небольшой глубине в результате горения каменных углей и других горючих материалов.
Плутонизм. Первым серьезным оппонентом Вернера стал Дж. Хаттон, он увлекался геологией, которая и стала смыслом его жизни. В окрестностях Эдинбурга Дж. Хаттон провел наблюдения, которые убедили его в магматическом происхождении зеленокаменных пород. Изучая горячие контакты гранитов северо-восточной Шотландии, он также пришел к выводу об их магматическом происхождении. Структурная позиция магматических пород, которые формировали ядра и вершины горных сооружений, привела его к мысли о решающей роли внутренней энергии Земли в их образовании, что вступало в явное противоречие с точкой зрения нептунистов. Поступление тепла из недр Земли, магматические процессы периодически приводили к изменению лика Земли, поэтому сторонников идей Хаттона называли плутонистами. Дж. Хаттон утверждал, что на нашей планете одновременно взаимодействуют процессы созидания и разрушения, приводящие к формированию двух типов горных пород — магматических и осадочных.
Свои наблюдения Дж. Хаттон опубликовал сначала в виде небольшой статьи, затем вышла в свет его книга «Теория Земли», где он пишет, что формирование Земли подчиняется законам физики и химии, что все процессы на Земле вызваны силой тяжести и внутренним теплом. «Подземный жар» явился причиной внедрения по трещинам жильных пород, первоначально представлявших собой расплавленное вещество; таким же образом, по его мнению, формировались граниты, базальты и другие подобные породы. Под действием «подземного жара» происходит нагревание, коробление и вздымание горных пород, образуются горные сооружения. Дж. Хаттон называл Землю машиной, поскольку все процессы, происходящие в ее недрах, связаны между собой не только в пространстве, но и во времени.
Разгоревшийся во второй половине 18 в. столетия спор между нептунистами и плутонистами представлял собой возобновление дискуссии между сторонниками подобных идей античного периода, когда единство природы определялось той или иной субстанцией, формирующей мир. Нептунисты считали, что такой субстанцией является вода: все возникает из воды и в нее превращается»; плутонисты первоначальной сущностью всего считали огонь. Отголоски этой дискуссии слышались еще и в начале XIX столетия, но затем интерес к ней пропал, чему способствовали исследования, ближайших и самых талантливых учеников А.Г. Вернера — Л. Буха и А. Гумбольдта — и появление биостратиграфического метода, предложенного английским естествоиспытателем В. Смитом. Вместе с тем противостояние идей плутонистов и нептунистов окончательно не угасло. Как отмечал В.И. Смирнов, оно сохранилось в новое и новейшее время, в частности в виде концепции рудных магм наследующей взгляды плутонистов, и концепции инфильтрационного рудообразования. И в современную эпоху появляются отдельные работы, доказывающие преобладающую роль экзогенных процессов в развитии земной коры.