近代地质学的兴起

近代地质学是一门起步较晚的科学。因为在近代科学发展的初期,工场手工业尚不发达,社会对金属矿产和其他矿产的需要量不大,因此使采矿业还只处于最初的发展之中,这样使得人们对地球的地质状况缺乏了解,但随着手工工场在17世纪的进一步发展,社会对于煤和金属矿产的需求逐渐增加,到了17世纪中后期,采矿业与采煤业迅速发展起来,因此人们的地质知识也就逐渐丰富起来,特别是由于不同地层中的大量化石的发现,直接推动了近代地质学的诞生。

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17世纪中后期,第一个真正属于近代类型的地质学家,是意大利医学家、比较解剖学的先驱斯台诺(1638-1687年)。斯台诺原是丹麦人,青年时期留学于意大利后,即留居意大利任佛罗伦萨宫廷的御医。在行医之余,他通过解剖学研究走向了对化石的研究。在解剖研究中,他把现代鲨鱼和狗鱼与当时已经发现的一种化石作了比较,发现它们之间有相似之处。因此他认为,那种化石是现代鲨鱼和狗鱼的祖先,并由此得出化石是古生物遗迹的结论。通过对化石的研究,斯台诺不仅奠定了比较解剖学和古生物学的最初基础,而且还由此走向了地质学的研究。

在地质学中,斯台诺以化石鉴别为基本内容和主要方法,对地层学进行了初步的研究。他认为,化石是鉴别地层的主要依据,而含化石的地层则是地层演化史的直接记录。他指出,若某一地区的地层中的化石生物与现代海洋生物相似,则可以证明该地区的地层为海洋沉积;若某一地区的地层中化石生物与现代陆地生物相似,则可证明该地区的地层为陆地沉积,这样,斯台诺就以化石鉴别为实验基础,建立起了地层学的基本原理。而由于实验方法的初步引入,属于近代科学范畴的近代地质学,也才产生了自己的萌芽。

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斯台诺把实验方法初步引入地层学之后,还对地层演变规律进行了初步探讨。通过对化石的鉴别和佛罗伦萨郊外的考察,他提出了地层演变三定律:迭加定律、原始连续性定律、原始水平性定律。他在三定律中指出,若地层未经变动,则下层地层老于上层地层,而上层地层新于下层地层,这是迭加定律;若地层未经变动,则地层应呈现连续性减薄,这是原始连续性定律;若地层未经变动,则地层应呈现出水平或接近水平的产状,这是原始水平性定律。他认为,运用他所提出的地层三定律,就可以从未经变动的地层产状来鉴别发生过地层变动的地层演变。

在提出地层演变三定律的基础上,斯台诺还对地史学进行了最早的研究。他通过对佛罗伦萨郊外的托斯卡纳地区的地层考察,把这一地区的地质史划分为六个演变时期,亦即六个地质幕:第一幕,沉降而接受沉积;第二幕,抬升为陆;第三幕,发生断裂与岩层倾斜;第四幕,再次沉降接受沉积,并出现化石生物;第五幕,重新抬升为陆,成为滨海平原;第六幕,在流水和地下火的联合作用下,相继形成河谷和峭壁,构成现今地貌。可见,斯台诺所编制的该地区的这个地质史年代表中,已孕育着近代最初的地质演化思想。

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斯台诺不仅在化石学、地层学和地史学等方面为近代地质学的诞生作了开拓性的工作,而且开创了近代地质学的一些主要科学方法,如化石比较法、历史分析方法等。因此,就他的地质学成就与地质学方法而言,他不愧为近代地质学的伟大先驱。1669年,斯台诺在他的著名论文《天然固体中的坚强物》以及其他一些论文中,阐述了他的地质学理论。自此以后,早期地质学开始萌芽,进入最初的生长期。