Возраст горных пород

Возраст горных пород

Писали о достижениях Ломоносова ученые разных специальностей, и все-таки одно направление его исследований не заметили. Я имею в виду предложенные им способы определения геологического времени (область геохронологии). Для наук о Земле, по преимуществу исторических, это имеет принципиальное значение.

Геохронология определяет систему координат времени, позволяя выстроить в единый ряд разрозненные сведения о земных объектах и событиях. Во времена Ломоносова она еще только зарождалась, причем в немалых муках — из-за господства религиозного мировоззрения. В 1583 году Римская церковь подвела итог кропотливым изысканиям теологов и сочла достаточно хорошо обоснованной дату первого дня творения: 5199 год до Рождества Христа. Получалось, что возраст Мироздания менее семи тысячелетий. Другой точкой отсчета времени был принят библейский Всемирный потоп.

В середине XVII века вице-канцлер Кембриджского университета архиепископ Лайтфут, проведя собственные вычисления, уточнил дату первого дня творения: 9 часов утра 23 октября 4004 года до Р.Х.

Подобная система определения возраста доисторических событий по Священному Писанию вынуждала натуралистов объяснять сложные структуры горных пород, образование гор, минералов и прочие геологические явления грандиозной катастрофой — Всемирным потопом. Но и тут возникали неувязки: согласно библейскому описанию потопа, произошло грандиозное наводнение, и горы к тому времени уже существовали.

…Нелегко мысленно проникать в глубины истории Земли. Требовались смелость мысли, сила воображения, проницательность, чтобы преодолеть стереотипы мышления и религиозные предрассудки. Сделал это простой… нет, не так-то он был прост! — французский ремесленник Бернар Палисси (ок. 1510–1589). Известность он приобрел как создатель керамических блюд с рельефным изображением рыб, ящериц, змей, лягушек, раковин, растений. «Я берусь доказать, — заявил он, — по многим пунктам ложность теорий философов, даже самых древних и знаменитых». И он сказал правду.

Он признавался, что не штудировал произведений философов и богословов: «Я не имел иной книги, кроме неба и земли, которая известна каждому, и каждый может узнать и прочесть эту прекрасную книгу».

Палисси старался постичь азбуку «каменных иероглифов» горных пород и минералов, ископаемых остатков и кристаллов. Всерьез интересуясь жизнью Земли и ее почвенного покрова, он первым указал на значение солей для увеличения урожайности. Гениальной была его идея о естественном происхождении отпечатков раковин и подобных, как считалось тогда, «причуд природы». По его словам, они свидетельствуют о вымерших в далеком прошлом животных и растениях. Это открывало путь для познания каменной летописи планеты.

В 1575–1584 годах Палисси читал в Париже публичные лекции по естествознанию. В них и в своих печатных работах он опровергал фантазии алхимиков и астрологов, а также геоцентрическую систему Мироздания; не соглашался с библейской версией актов творения и Всемирного потопа, призывая изучать природу как таковую, обращаясь именно к ней, а не к мнению религиозных авторитетов. За эти взгляды его заключили в Бастилию, где он и умер.

Как видим, проблема возраста нашей планеты была в те времена смертельно опасной для исследователей. Но это их не останавливало. В Англии, где к наукам относились терпимо, друг Ньютона астроном и геофизик Эдмунд Галлей, не считаясь с догматами Церкви, попытался оценить возраст Земли по скорости засоления Мирового океана. Он исходил из предположения, что изначально океан был пресным, а соли в него приносили реки, и получил возраст океана: 10 тысяч лет.

Через полвека после Галлея его данные уточнил Жорж Луи Леклерк Бюффон (1707–1788). Об этом современнике Ломоносова есть смысл рассказать подробней. При всех различиях в судьбах и общественном положении у них были общие черты, прежде всего — неуемная жажда познания земной природы и осознание ее как единого целого.

Родился Бюффон в семье богатого бургундского дворянина. Учился в иезуитском коллеже. По настоянию отца изучал юриспруденцию, но переехал в Анже и поступил на медицинский факультет университета. В 1730-году ему пришлось бросить учебу и скрыться: на дуэли (из-за женщины) он убил офицера. В Нанте он подружился с английским герцогом Кингстоном и его наставником Хикманом, любителем естествознания. С ними отправился в путешествие, продлившееся 2 года.

После смерти матери он получил богатое наследство. Вернувшись в Париж, завел влиятельных знакомых, получил заказы на лес для флота и металлические изделия для армии. Дела вел успешно и приумножил свой капитал.

Занимаясь теорией вероятностей, он опубликовал ряд мемуаров. Перевел трактат С. Гейлса «Статика растений», где в предисловии воздал должное экспериментам, которые «заставляют природу открывать свои секреты», после чего прежние системы знаний выглядят как «старинные грезы». В 1739 году его назначили интендантом королевского сада.

Работал он неутомимо. Вольтер отозвался о нем: «Душа мудреца в теле атлета». Вставал Бюффон с рассветом и до полудня вел научные исследования. Затем занимался практическими вопросами. За полвека территория королевского сада увеличилась вдвое, а состояние Бюффона — многократно. Он получил титул графа, в 1753 году стал членом Французской Академии наук (в числе «сорока бессмертных»); его бюст по указанию Людовика XVI установили перед входом в королевский Кабинет натуральной истории.

Успешно занимался он лесоводством, селекцией растений и продажей улучшенных сортов. Близ своего имения организовал «кузницу» — крупнейший металлургический завод Франции, на котором работало до 400 человек. Здесь изготовлялись различные изделия — от пушек до садовых решеток. Предприятие приносило доход и позволяло проводить эксперименты.

В 36-томной «Естественной истории» (при участии Л. Добантона) он обобщил сведения о царствах минералов, растений и животных, а также изложил свои гипотезы происхождения Солнечной системы, Земли, живых организмов. В трактате «Теория Земли» (1749) он предположил: некогда огромная комета «оторвала» часть солнечной массы, из которой сформировались планеты. По мере остывания Земли на ней сменялись эпохи, развивались животные и растения. Тему продолжил в двухтомнике «Эпохи природы» (1780), выделив в истории Земли и жизни 7 периодов.

Бюффон исключал вмешательства чуда в происхождение и развитие организмов. По его мнению, из частиц «питательного вещества» возникли первичные организмы. Из них на остывающей Земле выживали наиболее приспособленные к местным условиям.

Замечательная способность проникать мыслью в жизнь природы позволила ему по достоинству оценить роль живых организмов на планете: они одновременно и создают новые горные породы, и активно разрушают находящиеся на поверхности. Это было крупным научным открытием.

Бюффон блестяще излагал свои научные взгляды. По его словам, «хорошо писать — это одновременно хорошо думать, правильно и глубоко чувствовать и верно излагать; иметь вместе талант, душу и вкус»; «стиль есть сам человек».

Для определения возраста планеты он на заводе разогревал до предела чугунные шары и замерял время их полного остывания. Исходя из идеи Земли как «осколка Солнца», он полагал, что она остывала во столько раз медленнее шаров, во сколько раз она массивнее их. Первые результаты его не удовлетворили: «Огромная длительность в 75 ООО лет, которую я вычислил для времени от образования Земли до ее теперешнего состояния, еще недостаточно большая для великих произведений природы, строение которых показывает нам, что они могли быть сделаны лишь в медленной последовательности регулярных и постоянных движений».

По другим его опытам, остывание нашей планеты длилось 3 миллиона лет. Этот результат ему показался преувеличенным.

С этого начиналась геохронология. Ломоносов и Бюффон стояли у ее истоков. Их идеи противоречили религиозным догмам, утверждая естественное развитие Природы.

Михаил Васильевич пояснял: таков не догмат веры, а результат расчетов. И без этого Западная и Восточная христианские церкви принимают разные сроки от начала времен. Есть ряд «неясных и сомнительных чисел в еврейском Ветхом Завете», в которых разобраться трудно. И между христианскими хронологами согласия нет: от Адама до Христа у Феофила Антиохского 5515 лет, у Августина 5351, у Иеронима 3941 год.

Ссылается Ломоносов и на «великую древность» египетских пирамид. Наконец, напоминает: год у Бога может равняться нашим тысячам лет. А если богослов старается с большой точностью определить дату начала Мира по Ветхому Завету, то по «всех старшему Летописцу (то есть по книге бытия Природы. — Р.Б.) древность света больше выходит, нежели по оным трудным выкладкам».

При оценке продолжительности геологического времени Ломоносов шел двумя путями. Первый из них непосредственно связан с его пониманием палеогеографии, изменчивости рельефа, климата и ландшафтов в геологической истории. Он полагал, что современная зона вечной мерзлоты и холодного климата в Северном полушарии сформировалась сравнительно недавно. Это была великолепная догадка! Вернее, научная гипотеза, основанная на личных наблюдениях и литературных данных.

Похолодание, по мнению Ломоносова, было вызвано изменением наклона земной оси: прежде она была перпендикулярна экватору, а существующее положение приняла за 399 тысячелетий. Такова продолжительность лишь одного из геологических циклов смен суши и моря, теплого и холодного климата, которые характерны для истории Земли.

Второй геохронологический метод определения Ломоносовым геологических циклов связан с физическими процессами таяния льда. В «Слове о рождении металлов от трясения земли» он привел такие аргументы. Летом лед можно сохранить в погребе, причем используется «редко больше двадцати кубических сажен» льда. «Сколько же времени потребует к растаянию своему во внутренностях земных такое количество, которое несколько миллионов кубических сажен в себе содержит?»

В основе его геохронологических подсчетов — идея о том, что подземные льды были погребены в процессе крупных тектонических сдвигов и с тех пор постепенно деградируют. Он предполагал: скорость таяния льда в погребе и в зоне вечной мерзлоты примерно одинакова, следовательно, «веки истинно многие миновать должны», пока растают подземные льды. «Коль долгое время требуется к совершению сего труда натуры!» И такова длительность лишь заключительного этапа одного из многих геологических циклов. Следовательно, история Земли должна простираться на миллионы и миллионы лет в прошлое.

Ломоносов ограничился только постановкой несложной математической задачи. В отличие отБюффона, он не приводил цифр, показывающих общую продолжительность геологической истории. По-видимому, не видел убедительных научных оснований для подобных расчетов или, что не менее вероятно, избегал прямых столкновений с богословами.

Нет сведений о том, был ли знаком Ломоносов с трактатом датского анатома и натуралиста Нильса Стенсона (в латинской транскрипции Николай Стенон) «О твердом, естественно содержащемся в твердом», изданным во второй половине XVII века. Стенон обратил внимание на свидетельства, запечатленные в каменной летописи: слои горных пород — кристаллы, окаменелые остатки и отпечатки животных и растений. Он осмыслил порядок расположения листов «каменного календаря Земли»: нижние обычно древнее верхних (этот принцип позволяет определять в первом приближении относительную хронологию пластов). Затем постарался восстановить события прошлого по ископаемым остаткам, содержащимся в слоях.

В результате Стенон выделил шесть различных периодов геологической истории Тосканы, предполагая, что они характерны для всей Земли. О длительности периодов написать не решился, возможно, потому, что пришел к выводу о значительной древности некоторых слоев, а явно противоречить теологам опасался. Он считал, что только длительность пятого и шестого периодов составляет 6 тысячелетий.

Так появилась первая шкала относительной геохронологии. «Нельзя установить время, — писал Стенон, — когда имели место те или иные изменения». Его с полным основанием можно считать предшественником Ломоносова и Бюффона в геохронологии. А. Гумбольдт называл Стенона «отцом новой геологии»; видный советский геолог В.В. Белоусов — основоположником геотектоники (можно добавить: исторической и структурной геологии).

…Говоря о достижениях Бюффона и Ломоносова, надо учитывать, в каких условиях они работали. Первый был богат, прославлен, удостоен высоких титулов и многих наград. Ломоносову приходилось преодолевать огромные трудности, нередко бедствовать, тратить время и силы на распри с хулителями и завистниками, заботиться о распространении просвещения в Отечестве… Тем не менее он раньше, чем Бюффон, стал разрабатывать методы абсолютной геохронологии, исчисляющей время геологических событий в тысячелетиях и миллионолетиях.

Может показаться, что эти достижения Ломоносова и Бюффона следует считать заблуждениями: их методы не выдержали проверки временем — оказались ошибочными. Это относится к расчетам наклона земной оси (оледенения происходили не по этой причине), таяния подземных льдов (его скорость зависит от ряда факторов, главным образом от среднегодовой температуры), остывания чугунных шаров (земной шар, возможно, никогда не был расплавленным, а если он остывает, то по весьма сложным законам).

Однако в истории науки остается огромное количество идей, опровергнутых дальнейшими исследованиями. Некоторые из них лежат в основании наук, подобно руинам прошлого, на которых воздвигаются новые сооружения. Но, в отличие от материальных тел, идеи похожи на воздушные замки. Они продолжают возникать в новых формах, пробуждая творческую мысль, порождая новые гипотезы, теории.

«Часто понимают историю науки, — писал академик С.И. Вавилов, — как последовательное, «одномерное» развитие усложняющегося знания. Эта искусственно стройная система изолирует науку от живого человеческого общества и личности, от истории в широком смысле и мало похожа на действительность».

Только в конце XVIII века геологи отметили закономерную смену окаменелостей флоры и фауны от слоя к слою. Английский землеустроитель Уильям Смит обнаружил сходную последовательность залегания горных пород в разных районах даже при внешнем различии слоев. Он понял: слои, где встречаются сходные органические остатки, образовались в одну эпоху.

К сходным идеям пришли французские натуралисты Жорж Кювье и Анри Броньяр. Исследуя осадочные породы Парижского бассейна, они обнаружили, что каждый слой имеет свою характерную фауну и флору, а смена слоев соответствует смене организмов. Можно сказать, что единый «пласт мысли» сформировался одновременно в Англии (Смит) и во Франции.

Примерно тогда же другой великий французский натуралист Жан Батист Ламарк постиг главную закономерность изменения животных в геологической истории: последовательное усложнение строения, появление все более совершенных созданий. Это, по его мнению, требовало огромных интервалов времени: «Для природы время ничего не значит и никогда не представляет затруднений, она всегда имеет его в своем распоряжении и для нее это средство не имеет границ; с помощью его она производит и самое великое и самое малое».

Ломоносов постоянно говорил о существовании наряду с Библией книги Природы: «Натура есть некоторое Евангелие, благовествующее неумолчно творческую силу, премудрость и величество». Это — первое в науках о Земле уподобление горных слоев каменной летописи, написанной на языке природы. И это не только поэтическая метафора, но и глубокая научно-философская аналогия.

Для геологии проблема длительности процессов, эпох имеет принципиальное значение. В сущности, эта наука началась с того момента, когда ученые поняли: земная кора живет не только в масштабах дней, годов, тысячелетий. Важнейшие явления: рост гор, перемещение по континентам морей и рек, появление и вымирание организмов, накопление горных пород и многое другое — происходят многие миллионы лет.

.. Геология — это прежде всего познание далекого прошлого Земли и Жизни. Английский геолог Плейфер в 1788 году описал свои впечатления от изучения одного из обнажений горных пород, залегающих наклонно:

«Мы ощущали себя перенесенными назад во времени в ту эпоху, когда сланцы, на которых мы стоим, находились еще на дне моря, а песчаники, что сейчас перед нашими глазами, только еще начинали осаждаться в виде песка и мути из толщи океанической воды… Их залегание не было еще нарушено действием неизмеримо мощных сил, разорвавших твердый панцирь планеты.

Еще более отдаленные от нас революции вырисовываются в этой удивительной перспективе. Кажется, голова идет кругом, когда заглядываешь так далеко в эту бездну времени; слушая с интересом и восхищением философа, разворачивающего перед нами упорядоченную картину последовательности этих удивительных событий, начинаешь сознавать, насколько дальше иной раз может проникнуть разум по сравнению с тем, на что отваживается воображение».

Философом назвал Плейфер своего талантливого соотечественника Джеймса Геттона, утверждавшего, что в геологической истории мы не видим начала творения Земли. Очень немногие натуралисты соглашались признать его идеи. На стороне катастрофистов находилась авторитетная христианская Церковь.

Геттон предложил для познания событий прошлого использовать наблюдения за современными природными явлениями — метод актуализма. Но и в этом случае первым был М.В. Ломоносов, утверждавший этот метод за четверть века до Геттона, что признают не только российские, но и зарубежные историки естествознания.

Наиболее определенно, с неопровержимыми доказательствами писал о проблеме геологического времени замечательный английский естествоиспытатель Чарлз Лайель. За столетие до него Михаил Ломоносов исходил из тех же принципов, и это позволило ему стать одним из основоположников геохронологии, а также сделать ряд геологических открытий.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.