От homo erectus к цифровым двойникам: откуда появилась и к чему пришла геология
Геологи — это люди, которые смотрят дальше своего времени на тысячи и даже миллионы лет. С чего начиналась геология, как разрешилось противоречие между наукой о земле и наукой о боге и кто первым узнал, где «живут» углеводороды, — в материале «Энергии+».
Три миллиона лет назад
На вопрос «С чего и когда началась геология?» антрополог и профессор Вашингтонского университета Бен Марвик дает смелый ответ — около трех миллионов лет назад, когда древние люди (homo erectus) научились различать свойства камней.
Путь от практики до попыток обобщить знания оказался долгим: первым геологом называют отца наук — Аристотеля. Греческий ученый впервые классифицировал ископаемые, разделив их на земли, камни и руды. Его ученик Теофраст в труде «О камнях» развил классификацию учителя, определяя семь разновидностей минералов. На прикладном уровне геология развивалась в Древней Месопотамии. Местность была богата нефтью и «битумными озерами». Углеводороды использовали в ремеслах и искусстве, что, по одной из версий, привело к развитию шумеро-аккадской цивилизации.
На Востоке есть более выраженные следы появления донаучной геологии. Китайский географ Чжан Цюй в своих «Записках о Южной стране» (347 год н. э.) описал добычу природного газа в месте слияния рек Хуоцзинь и Бупу. Для транспортировки углеводородов использовали бамбуковый газопровод, который вел к чанам для выпаривания соли.
Светильное масло и пластичная сила природы
На Ближнем Востоке в раннем Средневековье геологическими изысканиями занимались выдающиеся врачи и естествоиспытатели, что приводило к практическим результатам. Например, к зарождению нефтехимии.
Так, в X веке Ар-Рази в книге «Китаб-аль-Асрар» описывает изготовление осветительной жидкости, которая почти тысячелетие спустя получит название «керосин». Он использует глину как абсорбент, добавляет нашатырный спирт, а также рассказывает о дистилляции нефти. Ар-Рази предсказывает ископаемому большое будущее в качестве сырья для лучшего светильного масла и даже усовершенствует для этого капиллярную масляную лампу, делая ее в виде чайника — в носик вставляется фитиль из хлопка.
Современник естествоиспытателя врач Ибн-Сина (Авиценна) в труде «Книга исцеления» посвятил геологии целый раздел. Ученый считал, что рыхлые породы превращаются в твердые под действием «пластической силы» природы. Авиценна предположил, что суша когда-то была морским дном. Он аргументировал это тем, что даже в горах находят морские раковины.
О земном, божественном и акульих зубах
Гипотезу Авиценны подтвердили только во второй половине XVII века. Датчанин Нильс Стенсен обратил внимание на зубы крупной акулы, выловленной местными рыбаками. Он обнаружил в них сходство с каменистыми образованиями, которые называли glossopetrae («скальный блеск»). Естествоиспытатель предположил, что glossopetrae — акульи зубы внутри поздних наслоений. Отталкиваясь от этого наблюдения, ученый доказал, что более старые породы залегают глубже, чем новые образования. Он открыл три принципа: последовательности образования геологических тел, горизонтальности слоев и суперпозиции (при образовании самого нижнего слоя верхнего не было). Это стало началом развития науки о возрасте и строении пород.
Сам термин «геология» впервые использован немного раньше: в начале XVII века итальянский натуралист Улисс Альдрованди разделил науки о духовном, божественном (теологию) и науки о земном (геологию). Позже норвежец Миккель Педерсон Эсхолт написал первый труд, где слово «геология» было вынесено в заголовок — Geologica Norvegica (1657).
Это разделение между духовными и земными науками категорически не принималось католической церковью — Альдрованди не раз обвиняли в ереси. Противоречие разрешил упомянутый выше Стенсен. В 1667 году он принял католичество, а через десять лет стал епископом. Ученый-священнослужитель послужил примером сочетания естественно-научного и религиозного подходов, благодаря чему церковь постепенно смягчила отношение к новой науке. В 1988 году Нильс Стенсен причислен католической церковью к лику блаженных.
Через геологию нефти к цифровой энергетике
Генрих фон Абих, немецкий геолог на русской службе, в 1863 году опубликовал результаты своих наблюдений на Апшеронском полуострове. Он выдвинул новую теорию о том, где расположены месторождения нефти и что они собой представляют. Раньше предполагали, что нефтью заполняются некие пустоты под землей, «нефтяные озера», но Абих доказал, что нефть находится в пористых песчаных породах. Он описал и детально исследовал антиклинали (подъемы пластов), собрав множество проб и образцов, показывающих, как газ поднимается по разломам земной коры с глубин, затем сгущается в белую нефть, которая затем трансформируется в черную нефть, озокерит, кир и асфальт. Его теория была признана во всем мире и стала основой для геологии нефти.
После 1917 года деятельность по исследованию недр постепенно восстанавливалась. В эти сложные времена, в 1921-м, Казимир Калицкий публикует первый учебник для вузов «Геология нефти». В том же году открыт специализированный вуз в Баку. В 1927-м Михаил Абрамович представляет рациональную систему разработки нефтяных запасов. Его базовая классификация (она позже дополнялась и расширялась) делила месторождения по степени изученности, геологическому положению, количеству залежей, фазовому соотношению нефти и газа.
С этого момента геология нефти быстро развивается. Во второй половине XX века появляются гидрология, геохимия, геофизика, геоэкология, и каждая из новых, рожденных из геологии научных дисциплин вправе сегодня считаться отдельной наукой.
В XXI веке геология уходит в ИТ: теперь специалисты находят месторождения с помощью упругих и электрических волн, используют 3D-модели пород и ландшафтов, дистанционное зондирование Земли.
Одной из наиболее перспективных технологий последнего десятилетия стали цифровые двойники. Они помогают рационально использовать запасы ископаемых и создавать энергетическую инфраструктуру: в отличие от простых трехмерных копий двойники позволяют моделировать различные воздействия на объекты и идущие в них процессы.
