загрузка...

История развития науки


Гидрогеология как самостоятельная отрасль знания возникла более 100 лет назад - на рубеже 70-80-х гг. XIX в. В 1880-х гг. терминами «гидрогеология» и «гидрогеологический» стали широко пользоваться в России.
За прошедшее время гидрогеология превратилась в комплексную науку. Вода земных недр относится к важнейшим полезным ископаемым. В некоторых странах она стала основным, а иногда единственным источником питьевого водоснабжения и орошения. Кроме того, подземные воды в виде минеральных и бальнеологических вод используются в лечебных и профилактических целях. Особая разновидность подземных вод - рассолы - ценнейшее сырье для многих отраслей народного хозяйства страны. Вода является участником всех геологических процессов, происходящих в недрах Земли, с ее участием формируются и разрушаются месторождения полезных ископаемых.
Имеющиеся неполные данные свидетельствуют о том, что уже в 3000-2000 гг. до н.э. на Ближнем Востоке, в Средней Азии, Китае и других странах, прежде всего в засушливых районах, подземные воды интенсивно использовались для питьевого и хозяйственного водоснабжения: сооружались достаточно глубокие и сложные водосборные галереи, эксплуатировавшие подземные воды конусов выноса и аллювиальных отложений. В древнем Китае существовала техника бурения и горных работ, которая позволяла сооружать водозаборные колодцы глубиной до 1200-1500 м, откуда получали подземные рассолы.
Первая известная работа, в которой с общефилософских позиций рассматривается роль воды на планете, в том числе и проблема происхождения подземных вод, принадлежит философу Фалесу Милетскому (около VI в. до н.э.). По его мнению, подземная вода образуется за счет морской воды, которая под действием ветра нагнетается в земные недра и в результате давления горных пород выходит на поверхность Земли, образуя родники. Древнегреческий философ Платон (427-347 гг. до н.э.) также считал, что происхождение подземных вод связано с фильтрацией морской воды в берега. Аристотель (384322 гг. до н.э.) предполагал, что подземная вода формируется главным образом за счет сгущения воздуха (водяного пара), поступающего из недр Земли (и, вероятно, с поверхности), а какая-то часть подземной воды образуется путем просачивания через поверхность Земли дождевой воды.
Философы Древнего Рима (Т. Лукреций Кар, А. Сенека, Г. Плиний Старший и др.) в той или иной мере использовали и развивали представления Платона и Аристотеля о происхождении подземных вод. Римский инженер Марк Витрувий Пол- лио (I в. до н.э.) в труде «Об архитектуре» дал наиболее правильное (с современной точки зрения) объяснение процесса формирования подземных вод за счет просачивания или инфильтрации (инфильтрационная теория происхождения подземных вод) атмосферных осадков, выпадающих на поверхность Земли. В то же время им не отвергалась возможность происхождения подземных вод в процессе конденсации водяного пара. Другим представителем римской философской школы, Луцием Аннеем Сенекой (начало I в. н.э.), на основании идей Аристотеля было сформулировано положение о невозможности происхождения подземных вод за счет инфильтрации атмосферных осадков (источником подземной воды считались только процессы конденсации водяного пара). Это положение принималось европейскими философами в качестве основного на протяжении более 1500 лет. В Средние века более скрупулезно в сравнении с европейскими учеными подошли к изучению формирования и использования подземных вод философы Ближнего Востока и Средней Азии (районов традиционного интенсивного использования подземных вод в хозяйственных целях). Хорезмский мыслитель А. аль-Бируни (9731048) рассматривал вопросы движения подземных вод и формирования фонтанирующих источников (колодцев). Персидский ученый М. Каради (X в.) посвятил свою работу «Поиски скрытых под землей вод» основным проблемам формирования, поиска и использования подземных вод.
В XVI-XVII вв. ряд европейских ученых-естествоиспыта- телей - Г. Агрикола (Бауэр) (1494-1555), Б. Палисси (15101590), Р. Декарт (1596-1650), И. Кеплер (1571-1630), А. Кир- хер (1601-1680), развивая идеи древних философов и систематизируя накапливающиеся фактические данные в различной постановке, рассматривают вопросы происхождения подземных вод и их движения в земной коре.
Первые количественные представления о возможности формирования подземных вод за счет инфильтрации атмосферных осадков были получены французскими учеными П. Перро (1608-1680) и Э. Мариоттом (1620-1684) на основе исследования водного баланса бассейна р. Сена. В «Происхождении источников» (1674) Перро и «Трактате о движении вод» (1717) Мариотта по результатам измерения количества атмосферных осадков и расхода р. Сена в створе Королевского моста в Париже показано, что речной сток Сены составляет менее 20% (1/6) от суммарного количества атмосферных осадков. Был сделан вывод о том, что за вычетом испарения значительная часть выпадающих осадков (около 30%) расходуется на инфильтрационное питание подземных вод. Мариотт рассматривал также механизм просачивания атмосферных осадков, представление о существовании водоносных и водоупорных пород, зависимость дебитов источников от количества выпадающих атмосферных осадков и др. С его именем стали связывать идею плювиального (дождевого) происхождения подземных вод.
Значительный вклад в разработку важнейших направлений гидрогеологической науки внес русский ученый-энциклопедист М.В. Ломоносов. В работах «О слоях земных», «О рождении металлов от трясения земли» и других он связывал происхождение подземных вод с количеством и просачиванием атмосферных осадков, рассматривал различную проницаемость горных пород по отношению к воде, рассуждал о процессах взаимодействия подземных вод с горными породами. Ученый достаточно полно представлял условия формирования подземных вод, их взаимодействие с поверхностными и атмосферными водами, роль процессов взаимодействия подземных вод с минеральным веществом горной породы с точки зрения формирования состава воды, переноса минеральных веществ подземными водами и др.
Возникновение гидрогеологии как науки относится ко второй половине XIX в., поскольку именно тогда наступил серьезный перелом в познании региональных гидрогеологических закономерностей и оформлении гидрогеологической теории. Научные споры о происхождении подземных вод, главным образом о роли процессов инфильтрационного питания и конденсации водяного пара, продолжались (Л. Эли де Бомон, О. Фоль- гер, Е. Вольни и др.). Работы А. Добре (1887) и И. Гааза (1885) могут рассматриваться в качестве первых учебников гидрогеологии, хотя сам термин «гидрогеология» в них не употребляется.
В 1902 г. австрийским геологом Э. Зюссом предложена гипотеза ювенильного происхождения подземных вод (ювенильные воды) за счет процессов синтеза водорода и кислорода в магматических расплавах (мантийное происхождение подземных вод). В 1902-1908 гг. Н.И. Андрусовым, Г. Гефером и А.Ч. Лейном независимо друг от друга выдвинута гипотеза седиментоген- ного происхождения подземных вод за счет «захоронения» морских вод в процессе образования донных осадков и их последующего «отжатия» при уплотнении и литификации.
Первое математическое описание движения подземных вод (закон фильтрации) дано французским инженером-гидравли- ком Анри Дарси в 1856 г. на основании результатов экспериментального изучения фильтрации воды в лабораторных условиях. Можно считать, что обоснование этого закона положило начало исследованиям в области теории движения подземных вод и фильтрационных расчетов. Дальнейшая разработка теории гидрогеологических расчетов осуществлялась Ж. Дюпюи (1857), А. Тимом (1887), Ф. Форхгеймером, Ч. Слихтером (1899) и, уже в XX в., Ч. Тейсом, М. Маскетом, а также в работах русских ученых Н.Е. Жуковского, А.А. Краснопольского, Н.Н. Павловского и др.
В России первые систематические исследования подземных вод связаны с созданием Российской академии наук (1724) и Геологического комитета (1882).
Экспедициями академии и комитета, а также в результате практической деятельности, связанной с организацией водоснабжения за счет использования подземных вод, были получены первые сведения о распространении подземных вод в различных районах страны (С.П. Крашенинников, И.В. Мушкетов, С.Н. Никитин, Г.Е. Щуровский и др.); о природной зональности и связи химического состава грунтовых вод с физико-географическими условиями (В.В. Докучаев, В.Ф. Зуев, В. Оппоков, П.В. Отоцкий); о распространении глубоких артезианских вод (Г.П. Гельмер, Г.Е. Щуровский, С.Н. Никитин и др.).
Большой вклад в развитие гидрогеологии внес русский ученый С.Н. Никитин (1851-1909), которого можно считать основоположником региональной гидрогеологии. В его работе «Грунтовые и артезианские воды на Русской равнине» рассматривалась методика региональных исследований и гидрогеологического районирования, обобщены обширные сведения по грунтовым и артезианским водам европейской части России, выделен ряд артезианских бассейнов этой территории.
Исключительно важное значение для развития общих представлений о взаимодействии подземных вод с горными породами имели работы русского ученого-почвоведа А.Ф. Лебедева (1882-1936), который впервые установил закономерности перемещения влаги в ненасыщенной зоне, охарактеризовал роль процессов инфильтрации и конденсации в формировании подземных вод, а также разработал первую классификацию видов воды в горных породах.
Значительный интерес представляли результаты исследований кавказских минеральных вод в работах А.П. Герасимова, А.Н. Огильви, Н.Н. Славянова, первые сведения о подземных водах районов распространения вечной мерзлоты, изложенные в работе А.В. Львова (1916), и др.
После Октябрьской революции уже в первые годы советской власти начинают бурно развиваться практически все основные направления гидрогеологической науки. В 1920 г. в Московской горной академии была начата подготовка инже- неров-гидрогеологов. В 1922 г. вышел первый учебник гидрогеологии П.Н. Чирвинского. В 1931 г. состоялся первый Всесоюзный гидрогеологический съезд, на котором были представлены интересные работы по общим вопросам гидрогеологии (O.K. Ланге, А.Ф. Лебедев, Ф.П. Саваренский и др.), зональности грунтовых вод и принципам гидрогеологического районирования (П.И. Васильевский, B.C. Ильин, А.Н. Семихатов, Р.Н. Каменский, Н.И. Толстихин и др.), региональной гидрогеологии (К.И. Маков, Н.А. Плотников, Н.Ф. Погребов, Н.С. Токарев и др.).
Исключительно важное значение для развития ряда гидрогеологических идей имели работы академика В.И. Вернадского. В книге «История природных вод» (1935) ученым обоснован важный тезис о единстве природных вод Земли (единстве гидросферы планеты); рассмотрен ряд важных вопросов происхождения подземных вод и геологического круговорота воды; охарактеризована роль воды в геологических и геохимических процессах, в том числе в процессах, происходящих в мантии, и процессах взаимодействия мантийных расплавов с породами земной коры; поднимаются вопросы взаимодействия подземных вод с горными породами, газами, живым веществом и др. />Если к началу Второй мировой войны гидрогеология оформилась в современную науку, то послевоенные годы можно считать периодом ее расцвета. Такое развитие обусловлено прежде всего с практическими запросами: с одной стороны, это колоссальные потребности в подземных водах как комплексном полезном ископаемом и, с другой, глобальное воздействие человека на подземную гидросферу, что стимулировало кардинальные научно-прикладные разработки как по устранению вредного влияния подземных вод при проведении различных видов строительства, так и по защите подземных вод от загрязнения и истощения. Перед гидрогеологами встала принципиально новая проблема рационального использования и охраны ресурсов подземной гидросферы.
В послевоенный период и до настоящего времени одной из важнейших проблем гидрогеологии является исследование закономерностей формирования, оценки, рационального использования и охраны ресурсов пресных подземных вод, используемых для различных видов водоснабжения. Эта проблема как важнейшая теоретическая и прикладная задача науки сформулирована академиком Ф.П. Саваренским в начале 1940-х гг. Дальнейшая ее разработка нашла отражение в работах советских гидрогеологов М.Е. Альтовского, Н.Н. Биндемана, Ф.М. Бо- чевера, Б.И. Куделина, Ф.А. Макаренко, Н.А. Плотникова,
Н.И. Плотникова, Л.С. Язвина и др. Необходимость обоснования гидрогеологических прогнозов в связи с созданием крупных гидротехнических сооружений (подпоры уровня грунтовых вод, фильтрация в обход плотин и др.), разработкой интенсивно обводненных месторождений полезных ископаемых определила быстрое развитие теории гидрогеологических расчетов (динамики подземных вод), а также методов аналогового, а начиная с 1970-х гг. численного моделирования с использованием ЭВМ. В развитие этого направления значительный вклад внесли труды советских ученых Ф.М. Бочевера, Н.Н. Веригина, И.К. Гавич, Н.К. Гиринского, И.Е. Жернова, Г.Н. Каменского, А.А. Краснопольского, Л.С. Лейбензона, П.Я. Полу- бариновой-Кочиной, А.И. Силина-Бекчурина, В.М. Шестакова, Н. Щелкачева и др.
Значительный рост объемов глубокого поискового и разведочного бурения на нефть и газ обусловил потребность в развитии гидрогеологических исследований (гидродинамика, гидрогеохимия и др.), связанных с изучением глубоких водоносных горизонтов, прежде всего платформенных структур. Крупный вклад в развитие этого направления внесли советские ученые Г.В. Богомолов, М.А. Гатальский, Н.К. Игнатович, АА. Карцев, В.А. Кротова, Б.Ф. Маврицкий, Е.В. Пиннекер, А.И. Силин-Бекчурин, С.Н. Смирнов, В.А. Сулин, А.Е. Ходьков, А. Шагаянц и др.
Развитие региональной гидрогеологии связано с работами И.К. Зайцева, Г.Н. Каменского, Б.И. Куделина, O.K. Ланге, Н.А. Маринова, А.М. Овчинникова, Н.В. Роговской, Ф.П. Са- варенского, А.Н. Семихатова, Н.И. Толстихина и др. Освоение северных районов способствовало быстрому развитию в послевоенный период нового направления науки - криогидрогеологии (гидрогеологии криолитозоны), становление которой связано с именами А.И. Ефимова, В.А. Кудрявцева, Н.Н. Романовского, М.И. Сумгина, Н.И. Толстихина, О.Н. Толстихина, С.И. Фотиева, П.Ф. Швецова и др.
Теоретическими центрами по гидрогеологии стали основанный в 1939 г. Всесоюзный научно-исследовательский институт гидрогеологии и инженерной геологии (ВСЕГИНГЕО) Министерства геологии СССР и функционировавшая в системе Академии наук СССР Лаборатория гидрогеологических проблем им. Ф.П. Саваренского. Комплекс теоретических исследований был начат в ряде вузов - институтах (Московском геолого-разведочном, Ленинградском горном, Томском политехническом и т.д.) и университетах (Московском и др.).
За рубежом начиная с 50-х гг. XX в. гидрогеологические исследования предпринимались во многих странах. По инициативе ЮНЕСКО проведено всестороннее изучение подземных вод аридной зоны земного шара, благодаря чему в развивающихся странах Африки (в частности, среди безводных пустынь Сахары), Азии и Латинской Америки обнаружены значительные ресурсы подземных вод. Весьма детально изучены гидрогеологические условия зарубежной Европы и США, где ресурсы подземных вод фактически полностью взяты на учет. В некоторых странах (США, Франция и др.) изучение подземных вод чаще всего входит в комплекс гидрогеологических исследований (в частности, при оценке водных ресурсов) или является предметом рассмотрения в геологии месторождений полезных ископаемых (например, при геологоразведочных работах на нефть и газ). Иногда ведется исследование лишь химии подземных вод или гидравлики подземных вод.
Современная гидрогеология - комплексная наука. Она состоит из нескольких самостоятельных направлений (см. § 1.1); многие из них реализуют новые идеи и созданы на основе теоретических, методических и прикладных разработок последних лет. 
<< | >>
Источник: Ю.А. Гледко. Гидрогеология. 2012

Еще по теме История развития науки:

  1. Раздел II ИстоРИя РазвИтИя тРудового законодательства И наукИ тРудового пРава
  2. 1. Становление первобытной истории как науки
  3. Модуль1 1МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ИСТОРИИ И ТЕОРИИ ПОЛИТИЧЕСКОЙ НАУКИ
  4. Методология науки и курса истории государства и права
  5. Предмет науки истории государства и права зарубежных стран и ее место в системе юридических наук
  6. Глава 1. РАЗВИТИЕ НАУКИ УПРАВЛЕНИЯ
  7. 4.2. Развитие науки трудового права в советский и постсоветский периоды
  8. § 1. Пенологические основы пенитенциарной науки и ее развитие в дореволюционной России
  9. Глава 3. ПРЕДМЕТ, МЕТОДЫ, ПЕРИОДИЗАЦИЯ ОТЕЧЕСТВЕННОЙ ИСТОРИИ ГОСУДАРСТВА И ПРАВА КАК ОТРАСЛИ ЮРИДИЧЕСКОЙ НАУКИ И УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
  10. Преступление и наказание как предмет юридической науки (Задача науки уголовного права)
  11. Раздел 8. Основные тенденции развития всемирной истории в XIX в. Пути развития России
  12. Раздел третий РАЗВИТИЕ ПСИХОЛОГИИ КАК НАУКИ О СОЗНАНИИ В ПЕРИОД ДО ФОРМИРОВАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ПСИХОЛОГИИ
  13. 1.История исследований развития
  14. 3.3. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ РЕБЕНКА
  15. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ГЕОСИНКЛИНАЛЬНЫХ СКЛАДЧАТЫХ ПОЯСОВ
  16. История и развитие
  17. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ГЕОСИНКЛИНАЛЬНЫХ СКЛАДЧАТЫХ ПОЯСОВ