Miért fizikai földtan?

A földi jelenségek megfigyelésével és leírásával a filozófia, majd az eszközök fejlõdése révén a fizika foglalkozott. Kezdetben szinte segédeszközök nélkül, azaz csak a matematika és geometria segítségével folytak kísérletek és megfigyelések. Amint a tapasztalatok szaporodtak, és a segédeszközök (pl távcsõ, mikroszkóp, kompasz, késõbb röntgensugárzást keltõ berendezések, magfizikai mûszerek, elektronmikroszkóp, stb.) már rendelkezésre álltak, a földi jelenségek megfigyelései új tudománnyá, a földtanná fejlõdtek. A földtan azonban sohasem szakadt el fizikai alapjaitól, s a földtani jelenségek magyarázatául fizikai törvényeket használunk fel. Az elméleti és kisérleti fizika szívesen alkalmaz a valóságtól különbözõ, leegyszerûsített modelleket (pl. súlytalan szálon függõ inga, kiterjedés nélküli pontszerû test stb). A földtani térben a megfigyelhetõ jelenségek az egyszerû modelleknél sokszorta összetettebbek, és sokszor nem elemezhetõk a jelenleg rendelkezésre álló matematikai eszközök segítségével. A jelen tárgy keretében a földtan jelenségeit fogjuk tárgyalni, de megpróbálunk, amennyire csak lehet, visszanyúlni azokhoz a fizikai alapokhoz, amelyekre a jelenség magyarázata épül.

A fizika fejlõdése

A fizika, mint tudomány fejlõdését több nagy szakaszra bonthatjuk. Ebben önkényesen négy mérföldkõ tûzhetõ ki. Az elsõ mérföldkõ a görög gondolkodók munkássága (elsõsorban Platon és Aristoteles, Archimedes, Euklides) az anyagi világ alapvetõ, látható jellegeinek felismerésével . A második mérföldkõ a 17. század (Kepler, Galilei, Newton, Huygens), a mechanika törvényeinek felismerésével és alkalmazásával. A harmadik mérföldkõ a 18-19. század (Volta, Ampere, Maxwell) az elektromosság, elektromágneses jelenségek felismerésével. A negyedik mérföldkõ a 20. század (Rutherford, Bohr, Einstein, Heisenberg) a radioaktivitás, a relativitáselmélet, s az atomi világ belsõ szerkezetének megismerésével. A fenti mérföldköveket a földtani megismerés késésekkel követte. Ma ott tartunk, hogy a mechanika törvényeit már kielégitõen, az elektromágnesség jelenségeit nagy közelítésekkel és egyszerûsitésekkel tudjuk földi közegben és természetes viszonyok között követni. A negyedik mérföldkõ tájékához a földtannak csak a legelsõ elõörsei jutottak el. A késés egyik oka a földtani közeg bonyolultsága - a talaj, a kõzetek, illetve a bennük mozgõ fluidumok sokváltozós, bonyolult geometriájú rendszerek, amelyek jelentõs része térben a bennük lezajló folyamatok pedig idõben elérhetetlenek számunkra.

Történeti bevezetõ

Elsõ találkozásotok a földtannal, s abból szétágazó szakágaival e tárgy keretei között történik meg. Tekintsétek ezt a találkozást egy várhatóan hosszantartó és élvezetes kalanddal való ismerkedésnek, amelynek révén egy szerteágazó tudománycsoport közös alapjaival ismerkedhettek meg.

A középkori földtani ismereteket valójában a sokkal korábban már iparrá fejlõdött bányászat gyûjtötte, foglalta össze. A mellékelt illusztráció egy német bányaváros orvosának, Georg Bauernek (latin néven Agricolának) a mûvébõl, a De Re Metallica-ból való (1525). Ez a könyv volt az akkori bányászati, kohászati, földtani, mérnöki ismeretek legteljesebb összefoglalása, máig alapvetõnek tekintett munkája. A földtan valójában fiatalabb tudomány mint az orvosi, vagy a bölcsészeti tudományok nagy része, de fiatalabb az olyan alapvetõ természettudományoknál is, mint a csillagászat, a fizika, kémia. Bár ez utóbbiak a Földdel, s a földi jelenségek vizsgálatával kezdték saját rendszerüket kiépíteni, a Földdel, mint egésszel csupán filozófiai értelemben foglalkoztak.

A bányászat és a földtan kapcsolata

A földtani ismeretek gyökerei a legkorábbi filozófusokig nyúlnak vissza, de önálló tudományként a bányászati alkalmazásokból fejlõdött ki, és az ismeretek fejlõdésének irányát a gazdaság igényei és szükségeltei irányították.

A középkor végén, a közép- és dél-amerikai indián birodalmak akkori fejlett arany- és ezüstbányászatából felhalmozott kincsek hozták meg a gyarmatosító országok, Spanyolország, Portugália gazdagságát. Az indián birodalmak bukásának egyik fõ oka szintén nyersanyagokra vezethetõ vissza: az akkori európai fejlett vas- és acélgyártás sokkal keményebb és ellenállóbb anyagai, s ebbõl készült fegyverek gyõztek az indián kultúrák kisebb keménységû fémre, a rézre alapozott hadifelszerelésével szemben.

Az európai kultura és fejlõdés egyik kora újkori (vagy késõ középkori) aranykora volt a 17. század. Ekkor kerül uj alapokra a csillagászat Galilei felismerései nyomán, a fizika Newton munkásságával, a gravitáció jelentõségének felismerésével, s ekkor léptek ki a természettudósok a mindennapok keretei közül, s kezdték a földi folyamatok történetét, eredetét vizsgálni. Nicolaus Steno az 1660-as években ismerte fel a kõzetek sajátos arculatát - fáciesét - s vont le máig helyes következtetéseket az egymás felett települõ kõzetek korviszonyairól.

A következõ évszázadban a fejlõdés, ugrás tovább folytatódott. Ez a század jelenti a fosszilis energia használatának kezdetét, a kõszéntermelés megindulását. Abban az idõben Magyarország a Habsburg birodalom egyik jelentõs ásványi nyersanyagforrása, s ezzel együtt jövedelemforrása volt, s így bányászatának komoly figyelmet szenteltek. Ennek eredménye volt az akkori Európa legnagyobb bányászati akadémiájának, egyetemünk anyaiskolájának megalapítása 1735-ben. Igen komoly bányászati, földtani, ásványtani iskola fejlõdött ki az Akadémia talaján, melynek eredményei valójában az 1800-as években értek be.
Megindult a Kárpátok részletes vizsgálata, megismerése. A mellékelt könyv címlapja 1791-bõl származik, egy német természettudós összefoglaló munkája a Kárpátok ásványtani földtani felépitésérõl s a rajta lévõ rajz akkoriban még mûködõ bányavidékünk, Telkibánya egyik feltárását ábrázolja.

Európában eközben az ipari fejlõdés új sebességre kapcsolt, s ez sarkallólag hatott a földtan fejlõdésére is. Az akkori angol birodalom járt élen ebben a fejlõdésben, s érthetõen innen származnak a földtani tudomány akkori legjelentõsebb sikerei is. Több nevet kell említeni.
Az egyik James Hutton (1795, Theory of the Earth) aki felismeri a mai természeti jelenségek és a múltbeli földtani jelenségek, folyamatok közötti hasonlóságot (uniformitarianizmus elve). A másik Charles Lyell (1830, Principles of Geology), aki kihangsúlyozta hogy a földtani fejlõdés fõ szakaszait katasztrofális méretû földtani jelenségek vezetik be. Egy harmadik brit, Charles Darwin (1859, The origin of species) aki egy francia elõd, Lamarcq nyomában a biológiai evolució alapjait fektette le, s feltételezte, hogy a jelenkorban élõ fajok kialakulásához 200 millió évnél hosszabb idõre volt szükség. Ez forradalmi áttörés volt az addig a Biblián alapuló földtörténeti korbecslésben.

Az 1800-as évek kezdetén Magyarország még nem indult meg az ipari fejlõdés kapitalista útján. Valószinûleg nem véletlen, hogy a fejlett nyugatról országunkba utazók (az angol Smith, a francia Beudant) bõséges részletességgel foglalkoztak országunk földtani jellegeivel, bányászatával. A fenti metszet Beudant magyarországi utinaplójából való, és a Balatonfelvidék vulkánjainak földtanát mutatja be.

1849-ben alakult meg, az ország elsõ tudományos társaságaként a Magyarhoni Földtani Társulat. Az 1850-es évektõl a század végéig készült el az ország elsõ földtani térképezése osztrák, magyar, szlovák, román geológusok részvételével, a Kárpátok közé foglalt térség földtani ismereteinek mai alapjait adva. A század végén jött létre az önálló Magyar Királyi Földtani Intézet, mai földtani szolgálatunk elõdje, melynek további munkája a 20. században meghatározta a magyar földtan fejlõdését.

Az elsõ világháború utáni trianoni békeszerzõdés az ország gazdaságának és tudományos életének minden szférájára súlyosan hatott, de különösen igaz volt ez a bányászatra, s ezen keresztül a földtan fejlõdésére, mivel Magyarország nyersanyagforrásai a határokon kívülre kerültek. Ekkor kapott jelentõs hangsúlyt a mai országhatárok közötti területek földtani megismerése, nyersanyag lelõhelyeinek kutatása és fejlesztése.

A külvilágban az említett évtizedekben a bányászat gyorsan hóditja meg a kontinenseket. Az aranyláz kontinensrõl kontinesre terjed: 1850-ben Kaliforniában, az 1860-as években az ausztráliai Ballarat vidékén, az 1890-es években a dél-afrikai Johannesburgban, az 1900-as évek elején a nyugat-ausztráliai Kalgoorlie vidékén indulnak jelentõs aranybányák. Ezzel együtt kezdõdik a már mai értelemben is nagyipari vasércbányászat Elszász-Lotharingiában, Svédországban, rézérc bányászat az USA Butte/Montana lelõhelyén.

A földtani tudomány az ipar fejlõdését hol követve, hol megelõzve lép újabb területekre és tagozódik újabb ágazatokra. Különválik és önállóan fejlõdik az ásványtan és kõzettan, õslénytan, sztratigráfia. Szétágazik, és elválik a hagyományos földtantól a kõzetfizika, kõzetmechanika, talajmechanika, késõbbi nevén geotechnika. A 20. század elejétõl számítható a hidrogeológia és geofizika, mint önálló tudományágak kialakulása. önállósul a szerkezeti földtan. A század vége felé, az új társadalmi igényekre válaszul átrendezõdnek a hagyományos ágazatok hangsúlyai, és kialakulnak új tudományágak - például a környeeti földtan. A fizikai és kémiai tudományokban elért mérföldkövek rövid idõ alatt beépülnek a földtani ágazatokba: a kristálytan fejlõdését a röntgensugárzás felfedezése, a földtani kronológia forradalmát a radioaktív bomlás felismerése tette lehetõvé.

Több magyar nevet kell említenünk, akik a földtan fejlõdésében jelentõs szerepet játszottak: Eötvös Loránd a gravitáció kutatásában és mérésben, a torziós inga kifejlesztésében tett szert világhírre. Zsigmondy Vilmos a múlt század végének jelentõs egyéniségeként a magyarországi felszín alatti vízkutatások megalapozója volt. Szabó József a pesti tudományegyetem elsõ földtan professzoraként, Mauritz Béla az ásványtan tanszéken a vulkáni képzõdmények osztályozásában, a kõzettan megalapozásában játszott úttörõ szerepet. Hoffmann Károly és Böckh Hugó a rétegtani-õslénytani kutatások hazai alapjait rakta le. Vitális István a hazai kõszénkutatások fontos alapjait teremtette meg. Bandat Horst a légifotó-geológia egyik módszer fejlesztõje volt.

A magyar földtan mai színvonalának kialakításában a közelmúlt több jelentõs egyénisége játszott döntõen közre: Papp Simon a ipari kõolajkutatások elsõ jelentõs hazai irányítója volt. Vadász Elemér a kõszénkutatásokban, majd az ország rétegtani megismerésében, és a földtan oktatásában játszott fontos szerepet. Szádeczky-Kardoss Elemér a kõzettan, geokémia, kõszénföldtan területén dolgozott, s a szakma egyik utolsó jelentõs polihisztora volt. Telegdy Roth Károly és Bogsch László az õslénytani kutatás és oktatás területén alkotott jelentõset.

Mi tehát ma az általános földtan? A válasz nehéz és szubjektív. Amit most e tárgy keretében három félév alatt körüljárunk és vizsgálunk, a felsorolt (és a többi) földtani tudományágnak azok a részei, ami mai ismereteink szerint közös, és egymás ismeretanyagából szélesebb szakmai megismerésre érdemes. Itt kell majd kifejlesztenünk és begyakorolnunk a mindennapi élet egyszerû, egy vagy két dimenziós látásmódja helyett a négy dimenzióban, tér-idõben zajló folyamatok megismerési módszereit. Az itt kapott ismeretek jelentik majd a "fordítási kulcsot", kapcsot egyik tudományág és egy másik, például a hidrogeológia és a sztratigráfia között. Mérnöki szakág lévén, kisérletet teszünk a földtan olyan jellegeinek részletes vizsgálatára, amelyeknél a megszerzett fizikai, matematikai, kémiai ismeretek jelentõs és szükséges elõfeltételt jelentenek. Végül, mint minden mérnöki tudomány esetében, itt is súlyt fektetünk a tudományos módszerek mindennapi életben való alkalmazásaira.