近代地质学的诞生历程

  古中国闪烁着许多科学的地质思想之光，但近代地质学却诞生在欧洲。欧洲从从文艺复兴时代开始，进入了一个科学革命时代。随着航海探硷的发展，人们对地球的认识产生了根本性变化。波兰天文学家哥白尼(N. Copernicus, 1473-1543)在临终前发表了《天体运行》一书'提出了与圣经相悖的“日心说”。从哥白尼开始的科学革命时代，人们用新眼光重新认识地球'把古希腊人曾提到或讨论过的许多地质问题重新提出来加以检验与讨论。从地质学角度，主要讨论的是化石、大地的形成与变动及地球的演化。文艺复兴时期的杰出人物达·芬奇（I. Da Vinci, 1452-1519）早年在开凿运河的工程中，对化石有细致的观察与研究。他认为现今内陆或高山上发现的化石是原先生长在海水中的生物，后来埋葬在泥沙中而形成的。

  海生贝壳移到高山之颠，一定有过地壳变动，山岳才升高到新的位置，这不需要灾难性的变化，只需要给大自然时间就行。达·芬奇第一个明确指出，地球是一本书，这本书早于文字记载，科学的任务就是辨读地球自身的历史痕迹。
  为了阅读地球这本书，就要到野外去和石头打交道，才能叩开大自然奥秘的大门，18世纪中叶欧洲出现了产业革命，随着近代工业对煤和金属矿产的需求日益增加，大大促进了找矿和野外地质调查。当时的欧洲，系统的野外踏勘逐渐形成风气，一套野外工作方法慢慢形成。大量实际资料的逐渐积累，为地质学的建立准备了必不可少的科学前提。作出贡献的代表性人物有俄国学者罗蒙诺索夫（M.B．IOMOHOCOB, 1711-1760）、法国学者盖塔尔(J.E．Guettard, 1715-1786)、德马雷（N. Desmarest, 1725-1815）、德国学者帕拉斯(P. Palles．1741-1811)、瑞士学者索修耳(De Saussure, 1740-1799)。为了掌握大量第一手资料，这些地质学的先驱者花了大量时间从事野外调查，有的人甚至花费了毕生精力。这种以野外调查为基准的工作方法，至今仍然沿用。第一次以现代含义使用“地质学”一词的是索修耳，时为1779年。

  1764年'英国发明珍妮纺织机；1774年，英国人瓦特(J．Watt)发明蒸气机；接着是煤炭采掘、钢铁冶炼、交通运输、机器制造等一系列技术革命，各部门的生产都用机器装备起来'人类历史进入机器时代。随着工业的发展、工业原料需求日益扩大，一座座新兴工业城市在原料产地拔地而起。

  工业的发展、科学的进步促使地质学从科学的大家庭中独立出来。同对，地质学也从矿物学的母体中脱胎出来，出现了矿物学、地层古生物学，地质制图学、岩石学、构造地质学几个分支学科，对于近代地质学的建立作出重大贡献的人有魏纳、洪堡德、布赫、郝屯、史密斯、居维叶、莱伊尔等人。

  魏纳(A. G. Werner, 1749-1817)，德国人，“水成论(Neptunism)”之父。1775年，他从莱比锡大学毕业，被任命为弗赖堡矿业学院采矿与矿物讲座的主持人，时年26岁。魏纳是位才华横溢、循循善诱的演说家、教育家。莱伊尔在《地质学原理》中曾这样评价他：“动人的风度和雄辩的口才，在他门徒的思想中，燃起了无限的热情，许多只打算略微学习一点矿物学知识的人，一旦听了他的演讲，竟把矿物学作为他们的终身事业。以前在欧洲不享盛名的小矿业学校，在几年之内，竞变成了一个大规模的大学。而在科学界已经有了声望的人物，也学习了德文，从很远的地方来听地质大师的演讲。”

  魏纳的主要思想：①根据波义耳(Robert Boyle, 1627-1691)从饱和溶液中沉淀盐的晶体的实验进一步推论，包括花岗岩、片麻岩和细晶玄武岩在内的各种岩石都是在原始海洋中  沉淀形成的；②固体地球内部不存在自身的运动，阿尔卑斯山脉是地球所固有的，地层的倾斜或垂直产出，是由原始海洋中化学沉积条件与方式所决定的，并不常见；⑧火山喷发是埋藏在地下的煤燃烧，熔化了周围岩石的结果。由于魏纳的威望，因而其学说拥有众多的拥护者和追随者。

  与魏纳观点相反的是“火成论(Plutonism)”的代表人物英国学者郝屯(J. Hutton，1726-1797)，郝屯在苏格兰等地发现了许多花岗岩、斑岩、暗色岩（玄武岩）等以岩墙或岩脉形式插入围岩之中，并使其受热变质。据此，他认为这些岩石是熔融岩浆冷却的产物，这些岩体是“地下火山”的组成部分。鉴于花岗岩体大都出露于山脉的中央，他设想，山脉是由于地下大量岩浆上涌推起的，这种炽热的岩浆充满了地球内部。山脉隆起之后，使地球表面崎岖不平。地表流水长期缓慢的剥蚀作用，可以将高竣的山脉夷平．当地面下到水面以下时，那里就接受了新的沉积。赫庉认为他在在杰德堡（Jedburgh）的地层不整合就是这样形成的。

  在那里，泥盆系老红移岩平缓地覆羹整麓立豹意留系爱砂岩之上i稚认为了越榉翦造l|l一夷平一沉积一造山的循环不计其数，地球是一个永恒存在的星球。

  郝屯的观点起初遭受“水成论”者的强烈反对。随着人们接触到更多的地质现象，尤其是魏纳的学生，当时“水成论”的代表布赫(L．Von Buch，1774-1852)和洪堡德(A. VonHunbold‘，1769-1859)考查了法国中部奥弗涅地区的玄武岩和意大利那不勒斯湾的维苏威火山后，于1805年论证玄武岩为火山成因，从而宣布了“水成论”的失败。这就是历史上著名的“水火之争”。“水火之争”促使人们对地球作更加深入和仔细的研究，促进了地质学的发展。

  随着地质资料积累的扩大，人们开始重点探索研究地壳发展历史的方法和原理。最早根据地层中所含化石确定岩层生成顺序的人是英国的一位土地丈量员史密斯(W. Smith，1769-1832)。他在参加开凿运河的工作中，认识到岩层的每一层都含有独特的生物化石。1799年当运河竣工时，他已编出煤系与白垩层之间的地层表，并注明各层的厚度、化石和岩石特征。他认为“岩层中化石分布不是偶然的，每一特殊的物种都是在某一特征层位获得它固定的、必然的位置，有几种贝类化石可作为英格兰大部分地区地层统一划分的标志。”在友人的赞助下，史密斯于1815年出版了第一幅英国地质图，1816年出版《以化石判定地层》一书，正式论述生物地层学的科学原则。1819-1824年间，又出版英国21县地质图及各种地质剖面图。

  与史密斯同时代的法国古生物学家居维叶(D. G. Cuvier，1769-1832)从1802年起开始研究巴黎盆地的第三纪地层及冲积层。他详细记录了每一地层的化石种类，然后运用比较解剖学知识，将生物化石与现存生物作对比。他发现有些动物在某个地层形成相应的时期内繁衍而以后灭绝，而有些灭绝生物和现存生物相似。于是他形成了一个科学概念：灭绝的生物越是和现存生物差别大，躯体构造越简单，则它所处的地层年代越古老；越是和现存生物相似的生物化石，它所处的地层年代越新。因此，可以根据化石确定地层的新老关系。同时，居维叶还发现了“器官相关律”，这个定律为使用古生物方法判定地层年代提供了科学准则。

  居维叶在研究中已经看到，过去曾经活跃在地球上的许多生物已经灭绝，并与现存生物不同。他认为这是因为地球上曾经发生过许多次灾难性事件，造成许多生物灭绝。灭绝的物种与现存物种之间没有发现过渡类型，不能说是进化而来的。物种不是进化，而是永恒不变的。地球的演化是一连串突然的灾难性变化，而这灾变是不可知的。

  与居维叶的“灾变论”相反的是达尔文的进化论与地质学的“均变论”。在居维叶灾变论之前，法国学者拉马克在研究了巴黎地第三纪无脊椎动物化石后’曾提出过生物进化的学说。他认为物种的固定是相对的，不是绝对的。环境不变，物种不变，环境变了，它就不能不变。达尔文在参加“贝格尔”号环球考察之后，认识到生物界的演化是从无机界到有机界、从低等生物到高等生物．对于近代地质学的诞生起着决定作用的是英国地质学家莱伊尔(C．Lyell, 1797-1870)。

  菜伊尔继承了郝屯的学说，在综合大量实际资料的基础上，于1830年，出版了《地质学原理》一书。他在该书中用丰富的资料，系统地论证了古今地质作用的一致性(uniformity)和“将今论古”这一现实主义方法的有效性。他认为，“灾变论”者过分低估过去时间的长度，把需几百万年才能完成的地质过程，误认为几千年内完成，由此得出荒谬的结论。恩格斯高度地评价了莱伊尔，认为他“把理性带进地质学中，因为他以地球的缓慢变化这样一种渐进作用'代替了由于‘造物主’一时兴发所引起的突然变革”①．莱伊尔的“将今论古”现实主义方法'后来被英国地质学家篮基(A. Geikie, 1905)概括为一句格言The present is the keyto the past（现在是认识过去的钥匙）。

  “将今论古”现实主义方法的基本思想是：发生在地质历史时期的地质作用及其结果，与现代正在进行的地质作用及其产物有相似之处。从研究现代地质作用的过程和产物中总结得出的规律'可以用来分析保留在地层及岩石中的各种地质现象，从而推断古代地质作用的过程和古地理环境。这种思维和逻辑推理的方法又被称为“历史比较法”。例如，现代珊瑚只生活在温暖、平静、水质清洁的浅海环境中，如果发现舍有珊瑚化石的石灰岩，可以推断这种岩石是在古代浅海环境中形成的．又如现代处于干旱气候条件下的湖泊或滨海泻湖中，常有卤化物或其他盐类矿物沉淀，与其伴生的泥沙沉积物中的铁质，因氧化作用强而形成高价铁，将其漫染成红色。实际工作中，如果发现舍盐类矿物的红色砂泥岩层，便可推断该岩层形成时处于干旱气候环境。莱伊尔提出的历史比较法对地质学理论的发展作出过重大贡献，至今仍是地质工作者分析问题的基本指导思想。但历史比较法也存在着缺陷，如古今地质环境相似而决非相同，古代生活于浅海的海百合，这种生物现今却生活于深海。7 000万年前，恐龙突然灭绝，用“均变论”是无法解释的。可以肯定当时地表环境发生了剧烈变化，恐龙的生活环境遭到了巨大破坏，以至于恐龙无法适应新环境而灭绝。所以，历史比较法的具体运用是有条件的。

  莱伊尔在《地质学原理》一书中，总结出来的地质学体系包括了矿物、岩石、地层、古生物、矿床、地貌、动力地质、构造地质等内容。因此，可以认为《地质学原理》一书的出版，标志着近代地质学的诞生。