重起的水火之争(上)
1.新的地质考察

17世纪末18世纪初的早期水火之争后,水火之争曾一度处于相对沉寂的状态,到了18世纪末期,水火之争又重新爆发。爆发的主要原因,是18世纪中后期采矿业的迅速发展,特别是随采矿业的发展而发展起来的广泛地质考察。

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在法国,地质学家盖达尔(1715-1786年)和德马雷(1725-1815年)进行了最初的地质考察。盖达尔是医生,他从医药化学的研究中产生了对地质学的兴趣,他的地质考察遍及法国各地。他在地质考察中发现,地层中的矿层与岩层总是并列存在,他从这种夹层的走向来断定地层的走向。他在考察法国的海岸地层时,发现一个夹层因陷入英吉利海峡而消失,他断言,这一夹层应当在英国重新出现,后来,他在英国南海岸的考察证实了他的这一推断。在地质考察的基础上,盖达尔还在巴黎科学院的赞助下,与化学家拉瓦锡合作,于1780年绘制并出版了第一张大型的法国地质图。在地质理论上,他倾向于水成论的观点。他认为,爱尔兰的"巨人堤道"上的"石柱"型的玄武岩,正是由于水成作用形成的。但由于他对被认为是死火山地区的奥汶地区也进行过考察,因此他也相信火成论的某些观点。德马雷在地质理论上倾向于火成论,他在考察中发现,在年代久远的死火山附近,也有由玄武岩构成的"石柱"。因此他认为这些"石柱"型的玄武岩,是火山熔岩冷却的结果,即是由火成作用形成的。由于他们两人的主要注意力在地质考察方面,而且他们在地质理论上倾向于一派时,对另一派的理论也并不完全拒绝。因此,在他们之间虽然已重新发生了水火之争的思想交锋,但尚未形成新的水火之争的激烈论战。

在德国,柏林大学的地质学教授勒曼(-1767年)和医生富克泽尔(1722-1773年)曾对哈尔茨山脉产煤区的地层进行过地质考察。他们根据在矿区断层中发现的岩层的区别,对岩层进行了分类研究,他们认为,所有的岩层,基本上可分为三类:第一类是原始岩层,这种岩层不含化石,是年代最为久远的古老岩层,它们是构成山峦地层的核心。第二类是沉积岩层,其中含有简单的海生生物化石,它们在历史年代上比原始岩层年轻。第三类是堆积岩层,其中含有大量陆生生物化石,在历史年代上,它们又比沉积岩层年轻。根据地质年代学与岩层分类学的研究,勒曼与富克泽尔兼取了水成论与火成论的观点。

此外,在英国,在西欧和北欧的一些国家,也有一些地质学家进行了地质考察。

新的地质考察的发展,推动了新的地质理论的研究,而作为当时地质理论的两大支柱:水成论和火成论,也就随之相应地重新活跃起来。

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2.维尔纳和水成论

18世纪末19世纪初,使水成论重新兴起于地质界的,是这一时期水成论的新的代表人物,德国地质学家维尔纳(1749-1817年)。

维尔纳生于一个矿业世家,在莱比锡大学毕业之后,即转入了地质学研究。1755年,26岁的维尔纳即开始在当时德国著名的弗赖堡矿业学院任教授,主讲矿物学、采矿学、岩石学和地球构造学等多门课程。在此后的40年左右,他以弗赖堡矿业学院为基地,创立了新的水成学派。

在任教期间,维尔纳曾对弗赖堡所在的萨克森和波希米亚地区进行过多次较为深入的地质考察。在考察中,他采集到了大量的岩石与矿物标本,他以这些标本为基础,对岩石进行分类研究。他认为,就岩石所含的化石的状况而言,可将所有的岩石分为四类:第一类是原始岩石,这类岩石是在原始海洋中结晶而成的,因此它里面完全没有化石;第二类是过渡性岩石,如石英、板岩等,这类岩石是在海洋沉淀过程中形成的,因此含有海生生物化石;第三类是沉积岩,它们是在洪水沉积过程中形成的,因此其中含有大量的生物化石;第四类是次积岩与异生岩,即由沙石与粘土组成的岩石,它们是其他岩石风化之后形成的。维尔纳对岩石所进行的分类学研究,奠定了早期岩类学的基础。

由于维尔纳所考察过的地质区域有限,他所考察过的萨克森与波西米亚地区是以水成岩为主的地区,因此,在地质理论研究中,他就无条件地接受了水成论学说,并以他的岩石学和矿物学为基础,进一步发展了水成论学说。

维尔纳认为,所有岩石和矿石,最初都是由于原始海洋的沉积作用形成的,因此,水成作用是地质起源与演化中的主要地质作用,至于火山,那不过是煤在地下着了火的结果,由于煤的燃烧,熔化了附近的岩石,因此才有火山的爆发,所以,火成作用是在主要岩层都形成之后才出现的一种非常次要的地质作用。

维尔纳的水成论中的地质起源、地质演化以及地质作用等方面的内容,是伍德沃德早期水成论的继续,所不同的是,维尔纳的水成论有岩石学与矿物学这样新的科学基础,特别是由于维尔纳在岩石学与矿物学上取得了较高的成就,加上维尔纳善于教学,这样弗赖堡矿业学院就吸引了来自欧洲各国的许多有志于地质学的青年学生。而在维尔纳周围,也就逐渐形成了一个新的水成论学派,弗赖堡矿业学院也因此在无形之中成为新的水成论学派的中心,而综合了最初的岩石学与矿物学成就的维尔纳的水成派学说,也就随弗赖堡矿业学院的学生传遍欧洲。从18世纪80年代开始,以维尔纳为代表的水成论,已跃居为理论地质学中占主导地位的理论。

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3.赫顿和火成论

当维尔纳的新的水成论在80年代风行地质界时,英国业余地质学家赫顿(1726-1797年)同样使火成论成为当时地质学中引人注目的理论。

在研究地质学之初,赫顿曾对英国海岸的一些沉积岩进行过地质考察。后来,他又对苏格兰山脉的岩层进行过较为广泛的地质考察。在考察中,他发现,苏格兰山脉的岩石是结晶型的。他认为,这些结晶岩显然是由熔岩冷却而成的,而不是像维尔纳所说的那样,结晶岩是矿物在水中结晶而成的。

正是在对结晶岩的考察和分析中,赫顿对维尔纳的水成论产生了最初的怀疑。通过初步的地质考察,赫顿逐渐形成了地球内热作用是主要的地质作用这一基本观点,而地球内热作用亦即火成作用,这实际上是早期火成论的观点。这样,赫顿就在新的历史条件下,不但使早期火成论得以复兴,而且进一步发展了早期的火成论,赫顿本人也就因此成为火成论的新的代表人物。

1785年,55岁的赫顿在英国皇家学会上宣读了他的第一篇地质学论文,简要地论述了他的火成论的基本观点。1795年,赫顿所著的代表新的火成论的奠基性著作——《地质学理论》在爱丁堡出版。

赫顿的火成论有三个明显的理论特征:①他认为火成作用是主要的地质作用;②他认为水成作用也是一种重要的地质作用;③他认为现在的地质结构是多种自然力长期缓慢作用的结果。

赫顿认为,由于地球的内热作用,地球内部熔融的岩浆就会时而从地壳的裂缝和缺口中迸发出来,从而形成火山爆发,因此就会不断产生熔岩的堆积,这样就会形成不同的岩层。在肯定地球内热是主要地质作用的同时,赫顿也不完全否认水成作用。他认为,沉积岩的形成,就是地球内热与海水压力共同作用的结果。此外,赫顿还认为,地质作用并不是单一的,而是一种多种自然力长期的、连续的和缓慢的作用。由于各种自然力的作用十分缓慢,因此不易为人们所觉察。但是,地质作用又是长期的、连续的,因此人们可以从现在还在起作用的那些力量中来分析地球地质的演化历史。

赫顿还在当时处于萌芽中的力的守恒思想的启发下,提出了地质作用力守恒思想。他从这一思想出发,认为各种地质作用力是周而复始的,地质变化过程是一个永恒的过程,它"既没有一个开始的迹象,也没有一个结束的前景"。赫顿的新的火成论以英国的一些地质史料为基础,较为科学地解释了一些地质现象,并初步地提出了地质渐变论的思想。但是,由于这种思想违背了《圣经》中关于摩西洪水的说法,同时,由于赫顿的火成论不像维尔纳的水成论那样具有矿物学与岩石学的基础,因此,赫顿的火成论发表后不久,就受到了水成论的猛烈攻击。