История развития науки о полезных ископаемых
В истории науки прослеживаются две линии, идущие параллельно:
Линия обобщений это эволюция идей о том как, где и когда формировались месторождения.
В истории науки В.И. Смирновым (1987) выделено 5 главных периодов.
5.1. Древнейший и древний периоды()
1. Древнейший, первобытнообщинный период (800-100 тыс. – 1тыс. л. до н.э.) – период раннего знакомства человека с полезными ископаемыми. Века:
-каменный,
-бронзовый,
-железный.
человек начал приспосабливать камни для строительства, извлечения металлов и для изготовления орудий труда.
2. Древний, рабовладельческий период (1 тыс. л. до н.э. – V век н.э.) – время примитивных суждений в области естествознания. Древнегреческие философы.
Фалес Милетский (625–547 г. до н. э.) субстанцией, образующей мир, полагал воду. Его считают основателем нептунистической концепции.
Гераклит Эфесский (535–475 г. до н. э.) первоначальной сущностью вещей считал огонь. Он заложил плутонистическую идею в развитие наук о Земле.
5.2. Средневековый период()
5.2.1. Раннее средневековье (V-VI – XIV в.)
Центр цивилизации находился в Средней Азии (арабский халифат).
Среднеазиатские ученые:
-Авиценна (Абу-Али ибн-Сина) (980-1037).
–Ал-Бируни (973-1050) родился в Хорезме (Узбекистан), написал в 1048 г. книгу «Собрание сведений для познания драгоценностей (Минералогия)». Описал месторождения, полезные ископаемые, их свойства и экономику.
5.2.2. Среднее средневековье – эпоха ренессанса
(XIV – начало XVIII в.)
Западная Европа. Георг Агрикола (1494-1555) работал в Рудных горах, написал труд «О горном деле и металлургии» (1556). Охарактеризовал тела полезных ископаемых, их классификацию, приемы поисков и разведки. Главной созидательной силой Земли Агрикола считал воду.
Россия. 1584 г. Иван Грозный создаёт Государев Приказ Каменных дел для сбора сведений о полезных ископаемых, снаряжение правительственных экспедиций. В 1620 г. в пермских песчаниках были обнаружены медные руды.
1700 г. Петр I (1672 – 1725) учреждает Приказ Рудокопных дел. От этой даты ведется отсчет истории государственной геологической службы России.
1721 г. на Урале при Кунгурском, Уктусском и Алапаевском заводах были открыты горнозаводские школы.
Появляются первые научные работы о месторождениях: сочинения В.Н. Татищева (1686–1750) и В.И. Геннина (1676–1750) – основателей Перми и Екатеринбурга.
При Петре I Россия вышла на первое место в мире по производству железа, меди и свинца.
5.2.2. Позднее средневековье (XVII-XVIII – середина XIX в.)
В Западной Европе появляются теоретические концепции о происхождении месторождений.
Лидер плутонистов шотландский ученый Джемс Хеттон (1726 – 1797) опубликовал в 1795 г. книгу о ведущей роли внутриземного жара на процессы образования месторождений.
Абраам Готлоб Вернер (1749 – 1817) – продолжал и защищал идеи Агриколы. Он преподавал во Фрайбергской горной академии и исследовал месторождения Рудных гор. В 1791 г. он писал, что все месторождения образовались из вод мирового океана.
В России основы теории рудообразования закладывались М.В. Ломоносовым (1711 – 1765):
-“Слово о рождении металлов от трясения земли” (1757),
-“Первые основания металлургии или рудных дел” (1763),
-“О слоях земных” (1763).
Он познакомился с месторождениями во время заграничной научной стажировки в 1736 – 1741 гг. в Рудных и Богемских горах. М.В. Ломоносов соль считал осадком морских соленых вод, образование угля связывал с углефикацией торфа, нефти приписывал органическое происхождение. Он писал, что нерудные минералы в рудных жилах осаждались в трещинах из подземных водных растворов, а металлические соединения привносились в них парами серы и мышьяка. Образование россыпей объяснял разрушением коренных месторождений. Он стоял выше односторонних нептунистических и плутонистических представлений западноевропейских ученых.
Организуются академические экспедиции
С.П. Крашенинникова (1711-1755) на Камчатку в 1737–1742 гг. (Описание земли Камчатки, 1755);
И.И. Лепехина (1740-1802) в Поволжье, на Урал и Европейский Север в 1768 – 1772 гг (Дневные записки путешествия …, 1771–1805)
П.С. Палласа (1741-1811) в Нижнее Поволжье, Урал, Южную Сибирь в 1768 – 1774 (Путешествие по …, 1773 – 1788) и др.
В 1773 г. открывается Санкт-Петербургское горное училище.
Центрами научных исследований были также Петербургский и Московский университеты.
5.3. Новый период (XIX – первая половина ХХ в.) ()
Период формирования мировых центров (школ) исследования полезных ископаемых
Отход от крайних представлений плутонизма и нептунизма.
Американская школа отличалась развитием геолого-структурного и экспериментального направлений исследований.
1905 г. организуется Геофизическая лаборатория Института Карнеги в Вашингтоне, где начались экспериментальные минералогические исследования.
Это направление было модным также в Европе и в России (П.Н. Чирвинский: Искусственное получение минералов в ХIХ столетии, 1903).
1905 г. начал издаваться журнал “Economic Geology”, получивший мировую известность.
Выдающиеся представители школы:
Вольдемар Линдгрен (1860 – 1939). В 1906 г. на Х сессии Международного геологического конгресса (МГК) он предложил подразделять гидротермальные месторождения на 3 класса:
-эпитермальный (50-200оС),
-мезотермальный (200-300о),
-гипотермальный (300-500о).
Вильям Эммонс (1876 – 1948) сформулировал теорию гипогенной и гипергенной зональности месторождений.
Норман Боуэн (1887 – 1956) разработал модель образования руд по способу кристаллизационной дифференциации (ряд Боуэна).
Труды и учебники о месторождениях американских авторов были переведены на русский язык и первые советские геологи учились по ним.
Немецкая школа – старейшая в мире. Она берет начало от исследований Агриколы, Вернера.
Для нее характерно развитие
– минераграфии –
Пауль Рамдор, род. в 1899 г. “Рудные минералы и их срастания”, 1962;
– физико-химического моделирования
Пауль Ниггли (1888 – 1953) разработал идею последовательного образования пегматитов, пневматолитов и гидротерм на основании анализа физико-химической системы вода – силикатный расплав;
– генетического направления
Ганс Шнейдерхен (1887 – 1962) – автор книги “Рудные месторождения” (1958)
Французская школа.
Эли де Бомон (1798 – 1874) в 1847 г. обосновал гидротермальную теорию происхождения рудных месторождений.
Де Лоне (1860 – 1938) в 1897 г. ввел в науку термин «гидротермальные месторождения», явился основателем металлогении и предложил этот термин в 1892 г.
Современный представитель этой школы П. Рутье (1980) только части гидротермальных месторождений приписывает магматогенное происхождение.
Японская геологическая школа возникла в конце периода. Её представители (Такео Ватанабе, Тацуо Тацуми) расшифровали механизм образования подводных вулканогенных руд типа куроко. Участвовали в обосновании тектоники плит.
Российская школа характеризуется исследованием связей процессов образования месторождения с геологической средой.
Её основы были заложены сотрудниками Геологического комитета, организованного в 1882 г. С 1885 г. комитет возглавлял А.П. Карпинский (1847 – 1936) – автор первого в России учебника по рудным месторождениям.
Лекция 4-13 (5 марта 2013)
Высокий уровень науки о месторождениях отражен в учебниках, например Франц Юльевича Левинсон-Лессинга (1911),
в двухтомнике К.И. Богдановича (1864 – 1947) «Рудные месторождения» (1913).
В 1916 г. открывается Пермское отделение Петроградского университета, где на физико-математическом факультете организуется кафедра геологии и минералогии.
На Урале ведутся исследования месторождений платины и золота под руководством Н.К. Высоцкого (1864 – 1932).
Признанным исследователем золоторудных месторождений Сибири и основателем металлогенического направления в России является В.А. Обручев (1863 – 1956).
Лекция 4-2012 (28.02.12)
Крупный вклад внесли в исследование
-угольных месторождений внес Павел Иванович Степанов (1880 – 1947),
-нефтяных – Иван Михайлович Губкин (1871 – 1939).
Наибольшего развития геология полезных ископаемых получила в 20-х – 40-х гг., когда потребовалось в короткие сроки обеспечить минеральным сырьем развивающуюся промышленность СССР. Произошла дифференциация науки по видам полезных ископаемых.
Были рассмотрены проблемы генезиса месторождений:
-магматических (А.Н. Заварицкий, 1884–1952),
-пегматитовых (А.Е. Ферсман, 1883–1945)
-скарновых – инфильтрационно-диффузионная гипотеза образования (Д.С. Коржинский, 1899–1987).
-гидротермальных – А.Г. Бетехтин (1897–1962),
-выветривания – И.И. Гинзбург (1882–1965),
-осадочных – Н.М. Страхов (1900–1978).
Крупным специалистом по неметаллическим полезным ископаемым был П.М. Татаринов (1895 – 1976).
Геохимическое направление в изучении месторождений закладывалось В.И. Вернадским (1863–1945), А.Е. Ферсманом (1883–1945),
Минерагеническое направление– Ю.А. Билибиным (1901-1952), С.С. Смирновым (1895–1947) и В.И. Смирновым (1910-1988).
Интенсивное развитие науки о полезных ископаемых в СССР помогло решить задачу обеспечения страны собственным минеральным сырьем и Победы в Великой Отечественной войне 1941 – 1945 гг.
Промышленность царской России полностью зависела от импорта минерального сырья. По подсчетам В.И. Вернадского русская промышленность в 1916 г. использовала только 14 химических элементов, добывавшихся из отечественных месторождений, а запасы были установлены только для 4 из них.
В 80-х годах ХХ в. СССР занимал ведущее место в мире по запасам 18 видов полезных ископаемых: угля, нефти, природного газа, железа, хрома, марганца, свинца, никеля, кобальта, вольфрама, молибдена, сурьмы, алмазов, серы, калийных солей, апатита, асбеста.
5.4. Новейший период(2-я половина ХХ в.) ()
Новейший период развития науки о месторождениях характеризуется интернационализацией (глобализацией) науки. Стираются границы между научными школами.
1. Обнаруживаются месторождения:
-новых генетических групп: карбонатитовой, альбитит-грейзеновой,
– новых рудных формаций: никелевые в коматиитах, урановые в зонах несогласия, алмазные в лампроитах и др.
2. Достижения геохимии позволяют
– осуществлять физико-химическое моделирование процессов рудообразования,
– изучать фракционирование стабильных изотопов H, C, O, S, Sr в процессах рудообразования.
-определять возраст месторождений и окружающих их горных пород по радиоактивным изотопам.
– использовать прецизионные методы для определения состава минералов и микровключений в них.
3. Разрабатывается концепция тектоники плит. Она позволила по-новому взглянуть на закономерности размещения месторождений полезных ископаемых:
Митчелл А., Гарсон М. Глобальная тектоническая позиция минеральных месторождений. 1984.
Sowkins F. J. Metal Deposits in Relation to Plate Tectonics. 2-d Revised. Springer-Verlag. Berlin. 1990. 461 p.
Date: 2016-11-17; view: 436; Нарушение авторских прав
На Западе в это время наблюдается расцвет «естественноисторической» школы профессора Фрейбергской горной академии А.Г.Вернера (1750 – 1817). Вернер создал новую классификацию минералов, основывающуюся на внешних признаках минералов. Его ученик, австрийский минералог Фридрих Моос (1773-1839) составил 10-баллную шкалу твердости минералов. С именем А.Г.Вернера связано выделение из минералогии геогнозии (так наименовалась ранее геология), кристаллографии и, несколько позже, петрографии и палеонтологии.
Значительный вклад в развитие минералогии внес русский акад. В.М.Севергин (1765-1826). Он осуществил замысел своего предшественника и учителя Ломоносова по созданию минералогического описания России. Севергин написал ряд работ по минералогии. Главнейшие из них: «Опыт минералогического землеописания Государства Российского», «Подробный словарь минералогический», «Первые основания минералогии или естественной истории тел», «Новая система минералов, основанная на наружных отличительных признаках». Севергин в приводимой классификации минералов пытается применить химические принципы. Он впервые вводит понятие о парагенезисе минералов, употребляя термин «смежность минералов».
Конец ХVIII и ХIХ вв. характеризуется бурным развитием горной промышленности как в России, так и за рубежом. В1773 г. в Петербурге создается Горное училище. В1817 г. Основывается «Минералогическое общество», а в1819 г. – университет.
Большие исследования проводит минералогическая школа Горного училища, созданная Д.и.Соколовым (1788-1852). Последователем Севергина. Соколов считает химический состав главным фактором, определяющим все свойства минералов.
Продолжавшиеся исследования в области строения кристаллов позволили французскому ученому Ж.Б. Ромэ де Лилю (1736-1790) сформулировать закон постоянства гранных углов для всех кристаллов в работе «Опыт кристаллографии» (1772). Позднее, в1783 г., им был опубликован трактат «Кристаллография, или описание форм, присущих всем телам минерального царства». Это были первые крупные работы по кристаллографии.
В ХIХ в. происходит развитие, в основном, описательной минералогии. Минералогия окончательно становится наукой о минералах. В минералогии развивается два направления: кристаллографическое, базирующееся на изучении геометрических форм кристаллов, и химическое, основывающееся на исследовании химического состава минералов.
Представителями кристаллографического направления в минералогии были: во Франции Р.Ж. Гаюи (1743 – 1822), О. Бравэ (1811-1863); в Германии – Х.С. Вейс (1780-1856); в Англии – У.Х. Миллер (1801-1880); в России – Н.И. Кокшаров (1818-1892), А.В. Гадолин (1828-18920), П.В. Еремеев (1830-1899).
В1831 г. В Лейпциге была издана книга немецкого минералога И. Гесселя «Кристалл», где был приведен полный вывод всех групп симметрии конечных фигур. Работа была написана тяжелым языком, со многими опечатками и не превлекла к себе внимания современников. В1862 г. Гессель опубликовал статью о выводе 32 групп кристаллографической симметрии, которая также осталась незамеченной.
В1867 г. Гадолиным были выведены независимо от Гесселя чисто теоретически 32 вида симметрии кристаллов и разработаны математические основы кристаллографии. Им была написана работа «Вывод всех кристаллографических систем и их подразделений из одного начала» (1867). Выводы Гадолина были приняты кристаллографами всего мира и используются без существенных изменений до сих пор.
Известный русский минералог Кокшаров опубликовал 11-томный труд «Материалы для минералогии России». Кокшаров и Еремеев возглавляли в Петербурге Российское Минералогическое общество и преподавали в Горном институте. Еремеев был редактором 22 томов записок Минералогического общества и 14 томов «Материалов для геологии России».
Химическое направление разрабатывалось шведским ученым И.Я.Берцелиусом (1779-1848), немецкими учеными Э. Митчерлихом (1794-1863), П. Гротом (1843-1927), профессором Венского университета Г.Чермаком (1836-1927). Работы ученых данного направления помогли установить точный химический состав многих минералов и разработать методику химического анализа.
Современное развитие кристаллографии и минералогии началось с конца ХIХ в. Начало этому положили работы Е.С.Федорова (1853-1919) о законах построения кристаллов. В1890 г. Федоров установил 230 возможных пространственных групп или способов расположения атомов в кристаллах. К такому же открытию пришел в1891 г. Немецкий кристаллограф А.Шенфлис. Этот вывод был практически подтвержден М.Лауэ в1912 г. после открытия рентгеновских лучей.
В течении многих лет Федоров занимался вопросами взаимозависимости внутреннего строения кристаллов с их химическим составом и свойствами. Им был написан ряд ценных работ: «Симметрия правильных фигур» (1891), «Теодолитный метод в минералогии и кристаллографии» (1893), «Курс кристаллографии» (1897), «Основания петрографии» (1897) и др.
Федоров изобрел теодолитный гониометр и универсальный столик, известный под названием «федоровского столика». Эти изобретения стимулировали дальнейшее развитие кристаллографии и минералогии: первое позволило точно установить пространственное расположение граней кристалла, второе послужило основой для точных кристаллооптических исследований минералов. Данные приборы до сего времени используются кристаллографами всего мира. Федоров создал новое направление исследований – кристаллохимический анализ, дающий возможность по внешней форме кристалла определять его химический состав.
Детальные минералогические исследования во второй половине ХIХ в. получили успешное развитие благодаря достижениям микроскопического метода исследования, основы которого заложили А.А. Иностранцев (1843-1919), А.П. Карпинский (1847-1936), Г. Сорби (1826-1908), К. Розенбуш (1836-1914) и др.
Значительную роль в развитие кристаллографии сыграли фундаментальные сводки, сделанные немецкими учеными П. Гротом и В.М. Гольдшмидтом (1853-1933). П. Грот написал «Физическую кристаллографию» и пятитомную «Химическую кристаллографию». Гольдшмидт опубликовал 10-томный «Атлас кристаллических форм», где собрал все ранее публиковавшиеся изображения кристаллов минералов.
Открытие х – лучей В. Рентгеном (1895), явлений естественной радиоактивности А.Беккерелем (1896) и дифракции рентгеновских лучей в кристаллах М.Лауэ в1912 г. Обеспечили широкие перспективы для становления раздела кристаллографии – кристаллохимии, изучающей связь состава и внутреннего строения кристаллов. Открытие М.Лауэ позволило измерить расстояние между материальными частицами кристаллической решетки.
В1913 г. Английский ученый У.Л.Брэгг и русский кристаллограф Г.В. Вульф вывели формулу, которая связывала межплоскостные расстояния в кристаллах с длиной волны рентгеновских лучей. Эта формула (Брэгга-Вульфа) до сих пор является основной формулой рентгеноструктурного анализа, давшего возможность изучать атомную структуру кристаллов.
Основы кристаллохимии были заложены норвежским ученым В.М. Гольдшмидтом (1888 -1947) и русским ученым Вульфом (1863-1925).
Важным этапом в развитии минералогии считается возникновение новой науки – геохимии. Основоположниками этой науки являются русские академики В.И. Вернадский (1863-1945) и А.Е. Ферсман (1883-1945), американский геохимик Ф.У.Кларк (1847-1931) и норвежец Гольдшмидт. Вернадский рассматривал минералы как продукты природных химических реакций, протекающих в определенных физико-химических условиях. Изучение геологических процессов, генезиса минералов и минеральных ассоциаций позволило ему заложить основы геохимии и генетической минералогии.
В возникновении геохимии как науки сыграло решающее значение открытие Д.И. Менделеевым (1834-1907) периодического закона химических элементов (1869). Большой вклад в развитие геохимии и минералогии сделал Ферсман. Им написаны фундаментальные труды и популярные работы по геохимии и минералогии; «Геохимия» (в 4-х томах), «Пегматиты», «Очерки по истории камня» (в 2-х томах), «Драгоценные и цветные камни России», «Занимательная минералогия», «Цвета минералов», «Рассказы о самоцветах» и др.
В ХХ в. появляется кроме названных ученых ряд крупных минералогов, кристаллографов, геохимиков и других специалистов-геологов, внесших неоценимый вклад в развитие геологической науки. К ним относятся Я.В.Самойлов, А.К. Болдырев, С.С.Смирнов, П.П.Пилипенко, В.П. Виноградов, Д.Д.Дэна, Е.С.Дэна, Д.И. Щербаков, И.И. Гинзбург, А.А. Сауков, А.В. Шубников, Г.М.Попов, И.И. Шафрановский, Ф. Махачка, Г. Штрунц, В.Н. Белов, А.Г. Бетехтин, В.И. Смирнов, И.Костов, Е.К.Лазаренко, Н.А. Смольянинов, Г.В. Бокий, Е.Е. Флинт, А.Н. Заварицкий, Д.С. Коржинский, Д.С. Белянкин и многие другие. Этими учеными написаны фундаментальные труды, составляющие основы современной кристаллографии, минералогии и смежных с ними наук.
В настоящее время в минералогии и кристаллографии наряду с традиционными методами исследования широкое применение находят точные методы изучения минералов и кристаллов – рентгеноструктурные, инфракрасной спектроскопии, электронной микроскопии и ряд других.
Значительное развитие получила кристаллохимия в результате фундаментальных работ по расшифровке структур силикатов, проведенных акад. Н.В.Беловым.
Появилась возможность создания новых искусственных соединений с заданными свойствами.