Становление науки и проблемы терминологии
Становление науки и проблемы терминологии
На протяжении долгого времени рыхлые горные породы, слагающие земную поверхность, не подвергались практически никаким исследованиям – их пренебрежительно называли “наносами” (по-английски – drift). Поэтому в старейших попытках использования понятия “четвертичный”, ему придавали совсем не то значение, какое вкладывается ныне. Термин “четвертичный” впервые появляется в геологической науке в ХVIII веке, когда Дж. Ардуино выделяет послетретичные отложения в самостоятельную группу, и называет их “четвертичным подразделением гор”. В 70-е годы ХVIII века А. Вернер вводит понятие о первозданной, вторичной, третичной, четвертичной и вулканогенной формациях, подразумевая последовательность формирования горных пород. Согласно бытовавшим тогда воззрениям, все горные породы образовались в водах Мирового Океана, который первоначально покрывал всю Землю. В первую очередь из морских вод чисто химическим путем возникли граниты, порфиры и проч. Вторыми сформировались известняки и сланцы. Третьими – различные слоистые породы: песчаники, мергеля, угли и др. Четвертыми – новейшие дилювиальные, аллювиальные пески, гравии, суглинки и др.
С развитием геологической науки, исследователи заинтересовались происхождением валунов, лежащих на поверхности равнин и удаленных от ближайших гор на сотни и даже тысячи километров. Такие валуны получили название эрратических (блуждающих). Кроме того, естествоиспытатели видели, что на огромных просторах севера Европы такие валуны залегают в мощном слое тилля, образованного хаотичным скоплением глин, песков и более крупных обломков. Соответственно, возникла необходимость объяснить, какая же сила накопила эти неотсортированные смеси. Начиная с ХVIII века, было предложено три гипотезы: дилювиальная, дрифтовая и ледниковая.
Истоки дилювиальной гипотезы (от латинского diluvium – потоп) лежат в идеях катастрофизма, господствовавших в науке ХVII–ХVIII веков. Согласно бытовавшим тогда воззрениям, накопление валунных суглинков, галечников, песков и прочих неслоистых поверхностных отложений объяснялось всемирным потопом. К 20-ым годам XIX века библейскую версию сотворения мира геологи отбросили, однако вера в исключительно мощные наводнения, затоплявшие в прошлом сушу, еще была жива. Так, утверждалось, что гигантские волны, с огромной скоростью затоплявшие континенты, переносили глыбы на сотни километров, создавали в горах цирки и U-образные долины.
XIX век ознаменовался началом полярных исследований, благодаря которым выяснилось, что айсберги способны переносить разнообразные обломки на огромные расстояния, а затем и отлагать их на морском дне. Кроме того, в поверхностных отложениях как северной, так и южной Европы были во множестве найдены кости северных оленей и полярных птиц, что свидетельствовало о сильном похолодании, охватившем сушу в недавнем прошлом. Таким образом на свет рождается дрифтовая гипотеза, в соответствии с которой утверждалось, что на последнем этапе развития Земли обширные просторы равнин северных материков затопились мелководными и холодными морями. Айсберги, дрейфовавшие в студеных водах, цеплялись за вершины возвышенностей дна, пропахивали в них борозды, а затем останавливались. По мере таяния, из айсбергов выпадали всевозможные обломки, которые и создали пестрые по составу накопления, обнажающиеся на холмах и в низинах равнин Европы и Северной Америки. Одним из апологетов дрифтовой гипотезы был знаменитый английский естествоиспытатель и геолог Чарльз Лайель, прославившийся также борьбой с катастрофизмом, и обосновавший идею униформизма. Дрифтовая гипотеза господствовала в геологии до 60–70 годов XIX века.
В начале XIX века позиции катастрофизма пошатнулись, чему в немалой степени помогла книга шотландского геолога Джеймса Геттона “Теория Земли”, изданная еще в 1795г. В этой книге впервые высказывалось предположение о гигантских массах льда, покрывавших Альпы и даже спускавшихся на окружающие равнины – до гор Юра. Именно ледники, по мнению Дж. Геттона, разнесли и отложили гранитные глыбы. Таким образом, Дж. Геттона следует считать родоначальником ледниковой гипотезы, хотя его точка зрения победила лишь к концу XIX века. Предложенная им идея получила поддержку в 1829 г, когда швейцарский инженер Игнац Венец-Зиттен выступил с докладом о том, что вся северная часть Европы некогда испытывала воздействие льдов. Следовательно, с этого времени начинают развиваться взгляды о существовании в прошлом покровных ледников. Пятью годами позже, в 1834 г, швейцарец Жан де Шарпентье подкрепил суждения Зиттена собственными полевыми наблюдениями. Первую половину XIX века вообще можно назвать революционной для четвертичной геологии: наряду с появлением новых гипотез, утверждается мнение о необходимости обособления самостоятельного стратиграфического подразделения, соответствующего последнему этапу жизни Земли. Краткий экскурс в историю развития взглядов на стратиграфическое деление квартера позволяет выделить несколько этапов.
1. В 1829 г. бельгиец Ж. Денуайе впервые придает термину “четвертичный” стратиграфическое значение. Он предлагает выделять четвертичную систему, соответствующую породам, лежащим стратиграфически выше третичных (ранее третичной системой называли тот комплекс, который ныне разделен на палеогеновую и неогеновую системы).
2. В 1833 г. англичанин Гарри Ребуль обогащает принципы выделения четвертичных отложений палеонтологическим критерием. Ребуль предлагает называть четвертичными те отложения, которые в больших количествах содержат ископаемые останки современных представителей флоры и фауны.
3. В 1839 г. англичанин Ч. Лайель уточняет палеонтологический критерий и вводит новый термин – “плейстоценовый этап” (от греческих pleistos – наибольший; kainos – новый). Плейстоценовыми отложениями он называет те, в которых доля останков современных моллюсков превышает 70% от общего числа находок.
4. В 1837 г. швейцарский естествоиспытатель Жан Луи Агассис, поддерживая Венец-Зиттена и Шарпантье, приводит доказательства существования в прошлом ледников на территориях Великобритании и Северной Америки. Таким образом, к сороковым годам XIX века оформилось предложение называть последний этап развития Земли ледниковым периодом. Сам термин “ ледниковый период” впервые был использован другом Агассиса, немецким ботаником Карлом Шимпером в поэтическом произведении.
5. В 1846 году Е. Форбс указывает на равнозначность понятий “плейстоцен” и “ледниковый”, и вводит понятие “голоцен” (от греческих holos – весь, полностью; kainos – новый, современный), или послеледниковый этап.
Ко второй половине XIX века накопился большой объем фактических материалов, полученных при полевом исследовании четвертичных пород. Анализ собранных сведений позволил произвести качественный скачок в развитии науки: в 70-е годы почти одновременно выходят в свет обобщающие труды О. Торелла в Швеции, А. Гейки в Великобритании, П. А. Кропоткина в России.
В России приверженцами идеи о развитии покровных ледников были Г.Е. Щуровский, Ф. Б. Шмидт. Наибольшую роль из российских ученых в развитии гипотезы покровных оледенений сыграл П.А. Кропоткин. В 1874 г. им был сделан доклад на заседании Императорского Русского географического общества о результатах геологического и географического изучения территорий Сибири и Скандинавии. На основании проведенных исследований Кропоткин пришел к выводу, что названные регионы являются областями древнего оледенения. В 1876 году была опубликована его книга “Исследования о ледниковом периоде”, где излагались основные положения ледниковой теории.
В 1875 г. шведский геолог Отто Торелл, основываясь на гигантском объеме фактической информации по ледникам Гренландии, Исландии и Шпицбергена, сделал вывод о недавнем сплошном оледенении Северной и Центральной Европы. В настоящее время создателями ледниковой теории называют именно П. А. Кропоткина и О. Торелла.
6. В 1881 г. на международном геологическом конгрессе в Болонье принято решение о выделении четвертичного периода (системы), продолжительностью порядка 1 млн. лет. Четырьмя годами позже, в 1885 г., международный геологический конгресс утверждает термин “голоцен”, соответствующий послеледниковому этапу жизни Земли, длившемуся около 10 тыс. лет.
XIX век в развитии четвертичной геологии ознаменовался дискуссией по двум фундаментальным вопросам: во-первых, генезиса поверхностных отложений, а во-вторых – природной обстановки последнего этапа развития Земли. Сторонников ледниковой теории назвали гляциалистами, тогда как приверженцев дрифтовой идеи – антигляциалистами. К концу XIX века в мировой геологии точка зрения гляциалистов побеждает, хотя и до настоящего момента ряд ученых отрицает возможность существования покровных ледников в прошлом. Вместе с тем, последователи гляциализма разделяются на два лагеря: одни утверждали, что в четвертичном периоде северные материки подвергались многократным оледенениям, другие же настаивали на длительном развитии одного ледникового покрова, то увеличивавшего свою площадь, то сокращавшегося. Соответственно, в науке сложились два направления: полигляциализм и моногляциализм. В России сторонниками множественности ледниковых этапов были Н. И. Криштафович, А. Д. Архангельский, тогда как взгляды об однократном оледенении исповедовали П. А. Кропоткин, С. Н. Никитин, А. А. Иностранцев, П. Я. Армашевский. Следует отметить, что среди полигляциалистов также не было единого мнения о количестве ледниковых этапов, в связи с чем исследователи разделились на умеренных полигляциалистов и экстраполигляциалистов.
Утверждение в науке позиций полигляциализма вызвал к жизни целый комплекс проблем, связанных с более детальной стратиграфией квартера, и занявших умы ученых XX века. В первую очередь надо сказать о проблемах таксономического плана, связанных с малой продолжительностью четвертичного периода, охватывающего, по разным представлениям, от 0,8 до 1,8 млн. лет (крайние оценки 0,2–3,9 млн.). Указанный интервал никак не превышает продолжительности зоны (а для крайних оценок – яруса) предыдущих систем. Вместе с тем понятно, что восстановление истории развития Земли в квартере требует разделения его на еще более короткие временные отрезки. Очевидно также, что чем короче время накопления, тем сложнее обосновать выделение стратиграфического подразделения.
7. В 1909 г. вышел в свет знаменитый труд немецких ученых – географа и геоморфолога Альбрехта Пенка и климатолога Эдварда Брюкнера “Альпы в ледниковые периоды”. В этой книге была предложена первая в истории схема стратиграфического расчленения четвертичных отложений, оказавшая огромное влияние на развитие наук о Земле. В частности, была заложена методологическая основа для перехода к более подробной стратиграфии квартера: авторы выделили четыре ледниковых этапа, три разделяющих их межледниковых, и теплый доледниковый.
Примерно тогда же, в 90-е годы XIX века, трудами Д. Гейки, Т. К. Чемберлена и Т. Леверетта были заложены основы стратиграфии древнеледниковых областей Северной Америки. Итак, на рубеже XIX–XX веков большее признание получает полигляциализм.
8. В 1922 г. российский геолог А. П. Павлов, на основании обнаружения костных останков древнего человека в самых молодых породах, предлагает называть завершающий этап земной истории антропогеновым периодом (от греческого anthropos – человек). Самые лучшие
Таким образом, менее чем за сто лет одному и тому же отрезку времени кайнозоя было дано четыре названия: четвертичный, плейстоценовый, ледниковый и антропогеновый. Примечателен тот факт, что все они находились (а местами и по сей день находятся) в использовании, причем, как правило, в качестве синонимов. Однако, в настоящее время доказано, что возраст останков предполагаемых предков современного человека значительно превышает продолжительность холодного этапа кайнозоя, поэтому термин “антропогеновый” в стратиграфическом и геохронологическом смысле используется все реже. Далее, название “плейстоцен” также приобрело более узкое значение – под ним понимают ту часть четвертичного периода, на протяжении которой чередовались этапы ледниковые и межледниковые. Соответственно, еще сильнее сузилось понятие “ледниковый этап”– это время развития одного ледникового покрова. В силу сказанного, для обозначения ныне продолжающегося периода, как правило, используют понятие “четвертичный”, или “квартер” (от английского quarter – четверть), хотя довольно часто применяются и иные, ранее указанные понятия – объяснить это можно, отчасти, некоторой инерцией. Подобно тому, как до сих пор специалистами нередко употребляется даже термин “третичный период”, что иллюстрируется рисунком 4 (с. 51).
9. В 1932 г. в Ленинграде, на второй конференции Ассоциации по изучению четвертичного периода Европы, образован Международный союз по изучению четвертичного периода (INQVA). В 1939 г. подготовлена Международная карта четвертичных отложений Европы. В ее легенде утверждается четырехчленное деление квартера (Q) – он дробится на четыре таксономически равноценные части: эоплейстоцен (Q1), мезоплейстоцен (Q2), неоплейстоцен (Q3) и голоцен (Q4). Внутри мезо- и неоплейстоцена выделялись ледниковые и межледниковые отложения.
10. После Второй Мировой войны началось бурное развитие геологической науки, и назрела необходимость упорядочения стратиграфических классификаций. В результате проведенных работ ранг эо-, мезо-, неоплейстоцена и голоцена приравнялся к отделам стратиграфической шкалы, а межледниковые и ледниковые слои – к ярусам. В то же время, было совершенно очевидно, что по своему объему (продолжительности накопления) они никоим образом не соответствуют отделам и ярусам всех других геологических систем. Следовательно, необходимо было либо увеличить продолжительность этих подразделений, а значит, и всего четвертичного периода, либо разработать и утвердить иные, более мелкие по рангу таксоны.
11. Решением Межведомственного стратиграфического комитета СССР в 1963 г. было упразднено использование терминов “отдел” и “ярус” для четвертичной системы. Вместо них бывшие отделы квартера предлагалось называть отложениями нижне-, средне-, верхнечетвертичными и современными. Входящие в их состав бывшие ярусы ледниковых и межледниковых пород получили название горизонтов.
Современные взгляды на историю развития Земли и стратиграфию четвертичных отложений будут изложены в последующих разделах.
Развитие науки в Беларуси
В истории изучения четвертичных образований территории республики можно выделить два этапа, различающихся уровнем знаний о строении, составе и закономерностях формирования четвертичной толщи. Первый этап охватывает промежуток времени от начала XIX века до середины ХХ, а второй – годы после завершения Великой Отечественной войны.
Первый этап (до начала Великой Отечественной войны) можно назвать временем становления геологии четвертичных отложений. Истоки науки, как и всей геологии, лежат в глубокой древности, ведь первые представления об особенностях поверхностных пород человечество получило еще в каменном веке. Примером давнего практического использования четвертичных накоплений является добыча кремня в шахтах под г. Волковыском. Эти шахты, созданные 5–6 тыс. л. н., пронизывают заключенный в ледниковых отложениях блок меловых пород (ледниковый отторженец).
Начало научных исследований приходится, как и в других странах Европы, на XIX век – ведь до того, как уже указывалось, поверхностными рыхлыми “наносами” попросту пренебрегали. Первым специалистом, указавшим на ледниковое происхождение валунных глин, распространенных близ г. Гродно, был Г. П. Гельмерсен, следовательно, непосредственно с его именем надо связывать начало становления гляциализма в Беларуси.
До середины XIX века поверхностные породы территории Беларуси слабо использовались в хозяйстве. Шире всего добывались разного происхождения четвертичные глины и суглинки – из них изготовляли кирпич и гончарные изделия. Для строительных нужд применялись песчано-гравийные смеси и валуны, а для производства стекла – пески. Из болотных отложений для отопления разрабатывался торф, а производство железа базировалось на низкокачественных болотных железняках. Естественно, в целях водоснабжения росла необходимость потребления подземных вод. Развитие капитализма в Российской империи во второй половине XIX века обусловило быстрый прирост объемов промышленного производства. Индустрия требовала больших объемов минерального сырья, в особенности, залегающего на поверхности. Следовательно, возникла необходимость углубленного изучения и картирования четвертичных накоплений и сложенных ими форм рельефа. Таким образом был дан практический толчок развитию геологии четвертичных отложений и геоморфологии.
С 1865 по 1871 гг. в Беларуси проводился комплекс топографических работ, итогом которого явилась десятиверстная карта (масштаба 1: 420 000), а начиная с 1882 г. начинаются исследования по созданию мелкомасштабной геологической карты. В геологической съемке приняли участие П. Я. Армашевский, А. Э. Гедройц, Н. И. Криштафович, П. А. Тутковский, а также первая отечественная женщина-геолог А. Б. Миссуна, внесшая неоценимый вклад в развитие четвертичной геологии Беларуси и России. Среди ее трудов видное место заняли работы, посвященные геологии ледниковых образований. Ею были созданы первые карты распространения конечных морен междуречья Немана и Западной Двины, выделены как напорные, так и насыпные их формы. В свою очередь, Н. И. Криштафович указывал на осцилляторный генезис параллельных дуг конечных морен. П. А. Тутковский характеризовал отложения моренные и зандровые, обосновал эоловое происхождение лессовых пород, утверждал, что Полесье в древности являлось пустыней, покрытой барханами.
Одновременно, для разведки запасов подземных вод осуществлялись первые буровые работы, и изучением этих, пока еще неглубоких скважин, занимались А. П. Карпинский, Е. В. Оппоков и др. В конце XIX века начинаются мелиоративные работы на Полесье, также требующие знания геологического строения. Научные исследования производились Западной экспедицией, возглавлявшейся И. И. Жилинским.
Таким образом, к началу XX века были получены первые представления о рельефе и геологическом строении поверхности Беларуси, выявлены основные генетические типы четвертичных отложений. Крайне важен тот факт, что в это время получила развитие идея о главенствующей роли ледников в осадконакоплении и рельефообразовании: во многих публикациях содержалось обоснование двух-, а иногда и трехкратного оледенения территории.
Начиная с 1919 г. и по 1933 проводилась мелкомасштабная геологическая съемка территории Беларуси, при которой изучались только самые верхние горизонты квартера. В работах участвовали такие специалисты, как А. М. Жирмунский, Г. Ф. Мирчинк, П. А. Тутковский, М. М. Цапенко, Е. В. Шанцер. В 1928 г. начинаются среднемасштабные геологосъемочные работы. В 1927 г. создается первое в республике научное учреждение геологического профиля – Геологический институт при Академии наук БССР, а в 1936 г. организуется Геологоразведочное управление.
Проведенные работы подтвердили ледниковый генезис четвертичной толщи и многократность оледенений, позволили составить первую стратиграфическую схему Беларуси, автором которой явился Г. Ф. Мирчинк. Взяв за основу альпийскую модель, он выделил ледниковые образования минделя, рисса и вюрма. При этом считалось, что последний ледник плейстоцена накрывал почти всю территорию республики, и поэтому верхний моренный горизонт повсеместно имеет вюрмский возраст. Помимо стратиграфических, Г. Ф. Мирчинком выполнялись работы по установлению генезиса четвертичных отложений.
В это же время, благодаря усилиям В. С. Доктуровского, для стратиграфического расчленения комплексов отложений, сложенных ледниковыми и межледниковыми горизонтами, начал применяться палеоботанический метод. М. М. Цапенко и С. С. Маляревичем были составлены первые карты четвертичных отложений Беларуси масштаба 1:1 500 000 и 1:1 000 000. В работах Б. Л. Личкова и Д. Н. Соболева опровергалось мнение П. А. Тутковского о развитии в прошлом пустынь на Полесье, и доказывалось аллювиальное происхождение территории. Проводились очень интересные геоморфологические исследования, в числе которых необходимо назвать работы Н. Ф. Блиодухо, касавшиеся генезиса рельефа, связи рельефа с глубинным геологическим строением, литологическим составом пород и геологическими процессами.
Во время оккупации территории Беларуси (1941–1944 гг.) все геолого-геоморфологические изыскания были прерваны, а большая часть накопленных материалов погибла.
Второй этап, охватывающий послевоенный период, можно назвать аналитическим – он ознаменовался проведением комплексных средне- и крупномасштабных геологических, геоморфологических, гидрогеологических, инженерно-геологических, поисково-разведочных и других работ. Собранные материалы позволили существенно уточнить палеогеографию территории Беларуси, установить закономерности формирования и строения четвертичной толщи, выявить особенности размещения полезных ископаемых. Геологической съемкой и разведкой занимались В. С. Акимец, Л. Н. Вознячук, Е. Н. Гиммельштейн, Н. М. Грипинский, Б. Н. Гурский, Н. М. Грипинский, Г. И. Зубович, Г. И. Илькевич, Р. И. Левицкая, И. А, Линник, В. И. Пасюкевич, В. В. Шахнюк, В. А, Шидловский и др.
Благодаря М. М. Цапенко возникла белорусская школа четвертичной геологии и геоморфологии. Под ее руководством были построены карты геоморфологическая и четвертичных отложений, впервые произведены палеогеографические реконструкции территории в раннем, среднем и позднем плейстоцене.
Огромный вклад в развитие науки внесли Г. И. Горецкий и К. И. Лукашев. С именем Г. И. Горецкого связано развитие палеопотамологии – нового научного направления о формировании, строении и распространении погребенных речных долин и ледниковых ложбин. Было доказано широкое распространение ложбин, глубоко (до 200 м) врезанных в ложе четвертичных пород, и созданных экзарационной деятельностью ледника и эрозией талых вод. Установлена приуроченность многих ложбин к тектоническим разломам, и обоснована унаследованность развития речных долин. Кроме того, ученый создал ряд фундаментальных трудов по стратиграфии и палеогеографии квартера. К. И. Лукашев явился инициатором применения геохимических исследований в четвертичной геологии, был крупнейшим исследователем фаций, генетических типов и формаций четвертичных отложений, а также палеогеографии последнего отрезка кайнозоя.
В послевоенный период активизировалось палеонтологическое изучение четвертичных пород, что позволило углубить знания о палеогеографии квартера, а значит, и построить новые стратиграфические схемы. Палеонтологическим исследованиям посвящены работы Л. И. Алексеевой, Ф. Ю. Величкевича, В. П. Гричука, Э. А. Крутоус, Н. А. Махнача, В. М. Мотуза. Проблемами стратиграфии, литологии и генезиса поверхностных отложений занимались С. Д. Астапова, Б. Н. Гурский, Л. Н. Вознячук, А. А. Костко, Э. А. Левков, А. В. Матвеев, С. Л. Шиманович и др. Так, состав и генезис ледниковых отложений освещены в работах А. В. Матвеева. Наибольший вклад в разработку проблем гляциотектоники внес Э. А. Левков.
В 1980 г с целью координации исследований рельефа создается Белорусская геоморфологическая комиссия. Усилиями коллектива ученых из Института геохимии и геофизики АН БССР (ныне Институт геологических наук АН РБ), Управления геологии БССР, Минского государственного педагогического института им. А. М. Горького к 1981 г была завершена разработка Региональной стратиграфической схемы четвертичных отложений Белоруссии. Данная схема была утверждена в качестве унифицированной Межведомственным стратиграфическим комитетом СССР 24 мая 1982 г. Согласно этой схеме, в четвертичном периоде территория Беларуси испытала пятикратное оледенение, а общая продолжительность квартера составила около 0,8 млн. лет. За последующие двадцать лет был накоплен большой объем новой информации. По мнению ряда ученых Института геологических наук АН РБ (Ф. Ю. Величкевич и др.), новые материалы вступают в противоречие с унифицированной схемой, что дает основания для пересмотра стратиграфии и истории квартера. В 2001 г выходит в свет фундаментальный труд “Геология Беларуси”, в котором предлагается обновленный взгляд на развитие природного процесса в четвертичное время.
Не следует, однако, думать, что к настоящему времени в геологии четвертичных отложений не осталось “белых пятен” – как уже говорилось, она остается одной из самых проблематичных дисциплин исторической геологии. Среди наиболее дискуссионных тем можно назвать следующие. Во-первых, это вопрос о правомерности выделения четвертичного периода в качестве самостоятельного геохронологического подразделения – ряд специалистов придерживается мнения, что неогеновый период продолжается поныне. Во-вторых, проблема продолжительности квартера, оцениваемой от 0,2 до 3,9 млн. лет (и даже более). Далее, диаметрально противоположные воззрения на генезис четвертичных отложений – до сих пор находит поддержку дрифтовая гипотеза. Затем, противоречивость мнений о количестве ледниковых и межледниковых эпох – это упоминавшаяся дискуссия моно- и полигляциалистов, умеренных и экстраполигляциалистов. Наконец, дискуссия о соотношении продолжительности холодных (ледниковых) и теплых (межледниковых этапов). Если белорусские ученые полагают, что холодные этапы занимали бóльшую часть плейстоцена, особенно в среднюю и верхнюю пору, то ряд украинских специалистов придерживается противоположной точки зрения. По мнению А. А. Величко “…продолжительность теплых эпох (межледниковий) была в два-три раза большей, чем холодных…”. Соответственно, внутри каждой из названных тем выделяется великое множество частных вопросов проблемного характера.
НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ