Вернадский внес существенный вклад в минералогию и кристаллографию. В 1888-1897 он разработал концепцию структуры силикатов, выдвинул теорию каолинового ядра, уточнил классификацию кремнеземистых соединений и изучил скольжение кристаллического вещества, прежде всего явление сдвига в кристаллах каменной соли и кальцита.
В 1890-1911 разработал генетическую минералогию, установил связь между формой кристаллизации минерала, его химическим составом, генезисом и условиями образования.
В эти же годы Вернадский сформулировал основные идеи и проблемы геохимии, в рамках которой им были проведены первые систематические исследования закономерностей строения и состава атмосферы, гидросферы, литосферы. С 1907 Вернадский ведет геологические исследования радиоактивных элементов, положив начало радиогеологии.
В 1916-1940 сформулировал главные принципы и проблемы биогеохимии, создал учение о биосфере и ее эволюции. Вернадский поставил задачу количественного изучения элементного состав живого вещества и выполняемых им геохимических функций, роли отдельных видов в превращении энергии в биосфере, в геохимических миграциях элементов, в литогенезе и минералогенезе. Им были схематично очерчены главные тенденции в эволюции биосферы: экспансия жизни на поверхности Земли и усиление ее преобразующего влияния на абиотическую среду; возрастание масштабов и интенсивности биогенных миграций атомов, появление качественно новых геохимических функций живого вещества, завоевание жизнью новых минеральных и энергетических ресурсов; переход биосферы в ноосферу.
В 1960-х наступил "Ренессанс идей Вернадского" в СССР, а в 1990-х наблюдается бум переизданий его трудов на европейских языках: с 1993 в Италии, Испании, Германии, Франции и США четыре раза была публикована "Биосфера" и три раза - "Научная мысль как планетное явление". Его идеи использовались при конструировании закрытых экосистем в космических полетах и в грандиозном проекте по созданию искусственной биосферы ("Биосфера -2") в США.
В историко-научных работах Вернадский отказался от кумулятивной модели прогресса знания, показал непрерывные преобразования картины мира и ценности добытых фактов и обобщений, предопределяемые комплексом когнитивных и социально-культурных факторов.
Учение о биосфере и ноосфере
В структуре биосферы Вернадский выделял семь видов вещества: 1) живое; 2) биогенное (возникшее из живого или подвергшееся переработке); 3) косное (абиотическое, образованное вне жизни); 4) биокосное (возникшее на стыке живого и неживого, к биокосному, по Вернадскому, относится почва); 5) вещество в стадии радиоактивного распада; 6) рассеянные атомы; 7) вещество космического происхождения. Вернадский был сторонником гипотезы панспермии. Методы и подходы кристаллографии Вернадский распространял на вещество живых организмов. Живое вещество развивается в реальном пространстве, которое обладает определенной структурой, симметрией и диссиметрией. Строение вещества соответствует некоему пространству, а их разнообразие свидетельствует о разнообразии пространств. Таким образом, живое и косное не могут иметь общее происхождение, они происходят из разных пространств, извечно находящихся рядом в Космосе. Некоторое время Вернадский связывал особенности пространства живого вещества с его предполагаемым неевклидовым характером, но по неясным причинам отказался от этой трактовки и стал объяснять пространство живого как единство пространства-времени.
Важным этапом необратимой эволюции биосферы Вернадский считал ее переход в стадию ноосферы. Основные предпосылки возникновения ноосферы: 1) расселение Homo sapiens по всей поверхности планеты и его победа в соревновании с другими биологическими видами; 2) развитие всепланетных систем связи, создание единой для человечества информационной системы; 3) открытие таких новых источников энергии как атомная, после чего деятельность человека становится важной геологической силой; 4) победа демократий и доступ к управлению широких народных масс; 5) все более широкое вовлечение людей в занятия наукой, что также делает человечество геологической силой.
Работам Вернадского был свойствен исторический оптимизм: в необратимом развитии научного знания он видел единственное доказательство существования прогресса.
Облик ученого и человека
Истоки жизненных ценностей Вернадского - взгляды интеллигенции послереформенной России, призывавшей к преобразованию общества. Эти взгляды формировались под влиянием растущего во всем мире авторитета науки, поразительных открытий и их технических воплощений. Вернадский верил в предназначение науки как главного фактора усовершенствования общества. Понимая, что в России развитие науки возможно лишь при поддержке государства, вечный критик властей Вернадский прилагал все усилия для укрепления научного потенциала страны, понимая, что Романовы и Ленины уходят, а Россия должна выстоять в катаклизмах 20 в. Вернадский активно отстаивал свободу научного творчества и верил, что под влиянием успехов науки трансформируется самый аморальный режим.
От своих учителей (А. Н. Бекетова, А. М. Бутлерова, В. В. Докучаева, Д. И. Менделеева, И. М. Сеченова и др.) Вернадский унаследовал широкий научный подход и высокие этические нормы. Он боролся за честь, свободу, а иногда и жизнь своих учеников, друзей и сотрудников, попадавших под жернова карательной системы. Десятки раз Вернадский обращался с письмами в Президиум Верховного Совета СССР, в СНК, в Прокуратуру СССР, в НКВД.
С первых шагов на научном поприще Вернадский зарекомендовал себя как широко мыслящий естествоиспытатель. Он старался интегрировать различные сферы человеческого знания, создать крупные естественнонаучные и мировоззренческие концепции. Это привлекало к нему многих ученых, что позволило создать мощные научные школы мирового значения.