10月6日是国际地质多样性日。
走在山路上，我们会留意树木、花草和鸟鸣，也可能被一道裸露的岩壁、一片河滩上的卵石吸引。山脉、河谷、岩石、土壤，以及流经其间的水，都有各自的来历。它们在漫长的时间里形成，也仍在变化。
地质学家马西娅·比约内鲁德在《垂向时间：地质学家的计时簿》中写道，学习地质学，就像获得了一种阅读世界的新方法。岩石中有海滩移动的痕迹，今天的地形也保留着早已消失的景观。
地球上丰富的岩石、矿物、化石、土壤、地貌和水文环境，以及不断塑造它们的自然过程，都值得我们细细探索。
原文作者 | 马西娅·比约内鲁德
《垂向时间》，［美］马西娅·比约内鲁德 著，林葳 译，后浪，2024年7月
地球是一份“重写本”
有一种巧妙的隐喻可以形容地质学家是如何看待岩石与景观的，那就是“重写本”（palimpsest）。中世纪学者使用这一术语来描述某张被重复使用的羊皮纸，在每次书写新的文字前，须刮掉旧的墨水痕迹。由于墨迹总是难以完全清除，此前的文字痕迹得以留存。这些残留的墨迹可以通过 X 射线和各种照明技术来读取，而且在某些情况下，它们是某些远古文献（包括阿基米德极为重要的几部手稿）的唯一来源。同理，在地球上的每一处，即使新的篇章正在被书写，先前地质时代的遗迹仍然保留在地形的轮廓及下伏的岩石之中。地质学这门学科就像是一种能够“看到”地球书写在各个维度中的“文字”的光学器件。运用地质学的视角来思考，就是用思维之眼审视过去至未来的事物，不仅包括地表可见的景观，还包括地下存在的现象。
电影《星际穿越》剧照
其他学科，尤其是宇宙学、天体物理学和演化生物学，也与“深时”［约翰·麦克菲（John McPhee）用其描述史前和考古前时代］有关，但地质学的独特之处在于，它能够直接接触到见证深时的有形物体。地质学关注的并非时间本身的性质，而是它无与伦比的转化之力。在记载早期地球面貌的证据的过程中，地质学家率先发展出了一种直觉，即地球的时间是如此恢宏，尽管他们直到20世纪才找到测量时间的方法。
一片砂岩，横跨不同的时间
沉积岩地层中的火山灰层揭示了一个不易察觉但基础的观点，关于岩石是如何记录地球历史的。在欣赏科罗拉多大峡谷中壮观的层状岩石时，人们往往会想象，岩层依照降雪的形式一层一层叠加起来，在一段明确的时间内，一下子覆盖一片特定的区域。然而，这并不一定是解读岩层成因的正确方式。不妨想想形成于奥陶纪（Ordovician Period）的圣彼得砂岩（St. Peter Sandstone），这片洁白动人、几乎不含杂质的石英砂岩沿着河谷露出，露头涉及明尼苏达州、艾奥瓦州、威斯康星州和伊利诺伊州北部。圣彼得砂岩在明尼阿波利斯（Minneapolis）的明尼哈哈瀑布（Minnehaha Falls）处造就了风景如画的山谷。几十年来，这片石英砂岩一直是圣保罗（Saint Paul）的福特工厂生产车窗玻璃的原料（二氧化硅）。在美国的禁酒令时期，密西西比河沿岸天然的圣彼得砂岩洞穴被人为扩建成纵横交织的洞窟网络，双子城（指圣保罗与明尼阿波利斯）的地下酒吧与秘密酒库便建于其中。
岩浆岩与沉积岩之间的横切关系可用来校准以化石为基础的地质年代表
圣彼得砂岩易碎，甚至难以被称为“岩石”。当它在手掌中碎裂成均一的浑圆颗粒时，我们很容易看出，这种石英砂岩是由古老海滩上的沙子组成的。不过，圣彼得砂岩分布于四个州的地表，而且钻井结果显示，其延伸到了密歇根州、印第安纳州和俄亥俄州的地下。没有一片海滩能够在某个特定的时期覆盖如此广阔的区域。然而，圣彼得砂岩记录下了数百万年间海滩随着古老浅海的涨落在地表逐渐迁移的过程。在奥陶纪的某一天，阿巴拉契亚山脉（幼年期）中的一座超级火山喷发了，形成的火山灰云移动了数百千米，从北美洲大陆中部的海域上空落下，在该地区留下了一层薄薄的绿色黏土，如同覆上了一篇注明日期的日记。在一些地区，火山灰层出现在圣彼得砂岩的顶部附近；而在另一些地区，圣彼得砂岩却在火山灰层以下很深的地方，说明砂岩早在火山喷发之前就被其他沉积物掩埋了。因此，虽然圣彼得砂岩的确绵延了数百千米，但它在各地的年龄并不一样。主流的观点是，除了标记区域性或全球性突发事件（如大规模火山喷发或陨石撞击）的地层，横向延展的沉积单元（sedimentary unit）并不具有严格意义上的等时性（isochronous），即它们标记的并非同一时刻。相反，它们记录了地球表面的沉积环境随着海平面和环境条件的改变而缓慢演化的过程。用地质学术语来说，这些沉积单元具有穿时性（diachronous），即它们横跨时间。
每个露头都是通往远古世界的大门
从许多方面来说，地质学是一门认知“命运”的学科：过往的秘密历史支撑着这个世界，将人类罩于当下，并设定了我们的未来之路。过往并未消逝；事实上，我们可以在岩石、景观、地下水、冰川和生态系统中轻易地察觉到其留下的痕迹。比方说，如果一个人事先了解了某座伟大城市的建筑物的历史语境，那么其游览这座城市的体验会变得更为丰富。与此相似，识别出各地质年代的独特“风格”，也会让人深感满足。而且，人类，同样居住在地质年代之中。
电影《侏罗纪世界》剧照
我经常觉得，自己不仅仅生活在威斯康星州，而是居住在许多的威斯康星州。即便不刻意去感受，我也能体会到自然和人文的丰富历史在这片地貌景观上留下的深远影响：森林依旧在19世纪的皆伐（clear-cutting）阴影下恢复；支配着古代贸易路线的河流，本身就是由被巨大的冰盖堆积起来的冰碛（moraine）塑成；金色砂岩标志着古生代的海岸；变形的片麻岩则是元古宙山脉留存至今的根基。奥陶系并不是一个模棱两可的抽象概念，前几天我就与学生们实地勘探过！于地质学家而言，每个露头都是通往远古世界的大门。我是如此习惯“多时间线”的思维方式，以至于当别人提醒我这种视角并非常态时，我感到十分惊讶。
以上书摘选自《垂向时间：地质学家的计时簿》第二章“时间舆图”、第六章“垂向时间、乌托邦与科学”。
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