Сергей Романовский - Великие геологические открытия
В 1664 г. ученый возвращается в Копенгаген и, продолжая свои занятия анатомией, дает чуть ли не первое в мире описание структуры деятельности сердца как чисто мышечного органа. Но и эти открытия не позволили Стенону занять профессорскую кафедру в копенгагенском «Доме анатомии», и он вновь меняет «вид на жительство». На сей раз Стенон переезжает в Париж и начинает изучать анатомию мозга. Проработав всего год, он уезжает в Италию, во Флоренцию, и становится придворным врачом Великого герцога Тосканского Фердинанда II Медичи.
Такое бурное начало научной карьеры Стенона позволяет предположить, что природа наделила этого датчанина не только выдающимися способностями ученого, но и весьма независимым, а возможно, и неуживчивым характером. Это к тому, что забвение научных открытий, о чем мы уже писали, часто происходит не только оттого, что современники не в состоянии их оценить, но и по причине крайне «неудобного» нрава их автора. Не исключено, что в случае с геологической работой Стенона решающую роль сыграли оба эти обстоятельства.
Итак, Стенон во Флоренции. Вероятно, семейство Великого герцога Тосканского отличалось отменным здоровьем, ибо у Стенона вдруг появилась возможность путешествовать в окрестностях Флоренции и заниматься тем, что на языке современной науки называется геологической съемкой. Одним словом, и в науке у Стенона вдруг крутой разворот. Трудно даже такое представить – от анатомии к геологии. Притом, заметим, без специального образования.
Но и эти занятия увлекли Стенона лишь на год-полтора. В 1657 г. он переходит на службу в католическую церковь и, по словам хорошо его знавшего Лейбница, из великого ученого становится «посредственным богословом». В 1672 г. умирает Фердинанд II, и Стенон возвращается в Копенгаген, к датскому Двору на должность «королевского анатома».
Вероятно, наше предположение о характере Стенона все же не лишено оснований, ибо в Дании он долго не задерживается. Причиной отъезда на сей раз послужили его столкновения на религиозной почве с протестантами. Стенон возвращается во Флоренцию, где его ждет место воспитателя наследника престола. 48 лет отроду в 1686 г. Стенон умирает.
Такая вот сравнительно короткая жизнь. Заметим, кстати, что геологией Стенон занимался любительски. Геология не стала его профессией, и потратил он на эти занятия всего один, от силы два полевых сезона. Даром же наблюдателя он безусловно был наделен от Бога, в противном случае не смог бы сделать столько открытий в анатомии. Столь же сильной была и логика его рассуждений, развитая не без влияния уже известного нам трактата Декарта. Иначе Стенон не смог бы из столь кратких по времени и небогатых по материалу геологических наблюдений сделать обобщения, обессмертившие его имя. Наконец, он безусловно знал себе цену и мог сам по достоинству оценить значение своих геологических обобщений, поскольку решился (именно – решился!), не будучи профессионалом, представить свой дилетантский труд в качестве диссертации. Стенон написал реферат, как и было принято в те годы, на латыни. Однако не известные нам обстоятельства не позволили Стенону развить реферат и написать саму диссертацию. Так и остались в истории науки эти скромные по объему и великие по силе мысли тезисы одного из основоположников геологической науки.
В популярной книжке не место заниматься подробным анализом тезисов Стенона. Но читатель должен все же знать, чтó такое открыл датский ученый, вынуждающее меня даже через 300 лет относить его сочинение к самой замечательной работе по геологии XVII века.
Краткий ответ прост: Стенон открыл основные закономерности образования слоев горных пород и обосновал правила их возрастного взаимоотношения. А это (если читатель хотя бы немного знает геологическую терминологию) дает право величать Стенона основоположником и седиментологии (науки об условиях образования осадочных пород), и стратиграфии (науки о возрасте геологических тел). Если же вспомнить, что тезисы Стенона явились первой в мире научной работой по геологии, то, вероятно, не будет большой натяжкой, если мы назовем его родоначальником (лучше все же – одним из родоначальников) геологии в целом.
В коллективной монографии по истории геологии, опубликованной в 1973 г., можно прочесть, что «идеи и метод Стенона – последователя Декарта – намного опередили общий уровень развития естественных наук его времени и поэтому далеко не сразу нашли отклик в работах других исследователей”.
Экскурсировал Стенон в итальянской провинции Тоскана, между реками Тибр и Арно. Отложения там преимущественно осадочного происхождения, поэтому они имеют форму слоистого залегания, однако почти всегда смяты в складки. Стенон верно понял, что первоначально (во время отложения) слои имели горизонтальное залегание, а складчатую форму им придали последующие процессы; какие именно, Стенон, конечно, сказать не мог.
Надо отметить, что факт этот был настолько нов и необычен, что даже крупные геологи конца XVIII столетия, такие, к примеру, как Абраам Готлоб Вернер (1750-1817), искренне полагали, что уж коли слои в обнажении «не лежат, а стоят вертикально», то таковыми они были всегда.
Стенон же, не зная ни законов гидравлики (они еще не были открыты), ни законов движения земной коры (о них и вовсе не ведали), писал в своих тезисах, что горизонтальное залегание слоев объясняется тем, что осадок, находящийся первоначально в смеси с жидкостью, «под влиянием собственной тяжести отделится от этой жидкости, а ее движения придадут этому веществу ровную поверхность». И далее (почти за 200 лет до открытия закона Стокса): «Если в одном и том же месте вещество слоев неодинаково…, то из этого следует, что самые тяжелые осаждаются сначала, а самые легкие потом”.
Наконец, наиболее важное его открытие в области седиментологии: «во время образования какого-либо слоя лежащее наверху его вещество было целиком жидким, и, следовательно, при образовании самого нижнего слоя ни одного из верхних слоев еще не существовало». Это фундаментальное открытие не поколеблено до сих пор.
Правда, в 1868 г. наш соотечественник, замечательный русский геолог XIX столетия, Головкинский сделал шаг вперед в сравнении с тем, куда продвинул науку об осадочных породах Стенон. Если датчанин считал, что морское дно, на котором последовательно накапливались зерна осадка, было неподвижным, и потому именно слои, сменяя друг друга по составу, откладывались один за другим, образуя в разрезе своеобразный слоеный пирог, то русский допустил перемещение (миграцию) береговой линии моря под действием вертикальных колебательных движений земной коры. Схему слоеобразования Головкинского, заимствованную из его докторской диссертации «О пермской формации в центральной части Камско-Волжского бассейна», мы приводим на рис. 1.
При опускании дна объем водной чаши увеличивался, и море как бы наступало на сушу. Геологи этот процесс называют трансгрессией. При подъеме дна море отступало (регрессия). Раз так, то и осадки, покрывающие дно, должны были неизбежно перемещаться вслед за береговой линией. Отсюда и вытекала формулировка фундаментального закона, открытого Головкинским: то, что мы видим в разрезе вертикально напластованным, должно являться нам в той же последовательности и в горизонтальном направлении. Соответственно по чередованию пород в разрезе можно судить о былой зональности осадков в бассейне, где они накапливались.
Поясним это на примере, всем понятном. Бывавшие на Черноморском побережье могли наблюдать, что пляжи там (где они сохранились) покрыты галькой, далее в море (на очень небольшой глубине) она сменяется песком, еще дальше от берега песок замещается илом, часто известковым. Это, разумеется, самая общая, сильно усредненная зональность в распределении осадков.
Так вот, Головкинский утверждал, что если морское дно подвижно (в геологическом смысле времени, разумеется) и испытывает колебательные движения, то при опускании дна береговая линия будет наступать и «съедать» сушу; при этом на песок ляжет ил, на гальку – песок. Они-то и образуют слои осадочных пород.
Теперь разберемся. Стенон, как мы помним, постулировал, что при образовании «самого нижнего слоя ни одного из верхних слоев еще не существовало».
– Нет! – как бы возражал ему через века Головкинский. – Верхние слои уже были, но они, как бы это сказать, еще не находились в разрезе, а располагались лишь на горизонтальной плоскости, причем в определенной последовательности. Эта последовательность затем и воспроизводилась при продолжающемся накоплении осадков. Как меха у баяна: сначала растянуты, а затем сведены в гофрированную гармошку.
Итак, Головкинский опроверг Стенона? Нет. Уточнил и дополнил. В чем дополнил, мы уже разобрались. А чем же уточнил?
Представим себе, что в произвольной точке морского берега, у уреза воды мы мысленно поместили систему координат: одна ее ось направлена вдоль берега, т. е. проходит через литологически однотипные отложения, а вторая ось направлена в сторону моря, т. е. пересекает все типы донных осадков. Система эта будет, разумеется, перемещаться вместе с береговой линией. Так вот, в каждый конкретный момент времени изохрона (линия равного времени, если можно так выразиться) будет также пересекать всю последовательность осадков, которые мы отметили. По прошествии же длительного геологического времени (это нетрудно себе представить), когда гармошка осадков сомкнется и образуется осадочный разрез, то, «следя» от разреза к разрезу любой из слоев, мы неизбежно пересекаем линии равного времени, т. е. этот слой должен считаться разновременным.
