地球探赜索隐录：地质学思想史（第三章）

作者：（澳）奥尔德罗伊德 译者：杨静一

2006，上海科技教育出版社

David Roger Oldroyd. Thinking about the Earth：A History of Ideas in Geology. Harvard University Press, 1996,PP410

 

第三章  地质科学的开端：地质学与宇宙学、矿物学的分离

地质学的哪些方面使之成为一门与自然史或地球理论明显不同的科学?地质学这个术语源自希腊文中的Gaia和logos这两个词，logos是“词”、“论述”或“推理”的意思，在现代英语使用中它作为某些科学或研究分支的词尾，如生物学(biology)、占星术(astrology)等等。

 

那么，地质学(geology)的意思就是探讨地球的科学，或用较不通俗的话说，是一门研究地壳的科学：它研究组成地壳的岩层、研究岩层之间的相互关系以及研究要经历怎样的变化使岩层呈现出我们今日所看到的状态。按照这样的定义，地质学是一门历史科学。它通过研究地层和其中所含有的地下埋葬物来努力得出地球的历史(或至少是地壳的历史)。地质学利用了矿物学和化石等方面的知识，但矿物学家或古生物学家的工作是与之不同的，不同之处就在于他们的工作不必具有时间或历史尺度。矿物学家有时满足于对矿物标本的收集、分类和展示，或发现矿物的化学组成，而不关心它们是如何形成的，什么时间形成的。古生物学家有时只关心有机生物的分类，或从破碎的遗体中对生物进行复原，虽然古生物存在的时代或时间在当今几乎总是受到关注。

 

地质学也与宇宙学或天体演化学明显不同。在贝歇尔和笛卡尔的工作中，我们看到了后一学科的某些例子。它们具有思辨性的架构。笛卡尔从整体上看待有着陆地、山脉、平原、泉、河流的地球，然后设计出一个与他的普通的物质理论、他的天体演化学和天文学相符合的“如此这般故事”，来说明地球上的这类地形地貌是如何生成的。但是，从本质上来说，笛卡尔是从“清楚明晰”的物质和运动的概念开始、在演绎的基础上对地球加以论述的。相比之下，地质学家(我们说的是19世纪的地质学家)独特的工作方式是，考察岩石、矿物、化石和地层的情况，然后把有关信息标在地图上，接着借助可
采用的理论(或由于需要而构想出的新理论)来努力弄清楚那些使现今所看到的地层沉积下来的事件的合理序列。地质学家寻求的是提供地球某一部分的历史。最终将地球所有的表面都绘制成图，就能凑出整个地球的历史。到这时，人们就能够提出更为普遍性的理论，来说明地球的起源、它的内部组成以及那种使地球形成和发生变化的宏大过程。

 

事实上，地质学与19世纪的这个研究纲领已经有了重大意义的分离。正如我们要在下一章中所描述的，现代地质学理论很注重对地球内部看不见的那些部分的研究，并且需要了解这些深部物质以便使地球外层的历史得到合理的说明。也有些地质学家本人对地球起源感兴趣。即使这样，天体演化学更应属于天文学家的研究领域而不是地质学家的领域。就在撰写本书时，一个有关随时间而变化的地球构造、地球运动的恢宏理论已经出现了，并广泛为人们所接受。这就是板块构造学说。我们要在第十一章讨论它。在某种意义上，论证这个理论要回顾一下17世纪和18世纪撰写“地球理论”的那些学者更为宏大的目标和抱负。但是在19世纪上半叶，由于这些学说过于大胆并且普遍具有猜测性，人们常常对此避而不谈。因此，在本章及下面两章，我们对研究地质学作为一门学科的出现很感兴趣—而不是地球构成学、“地球理论”、矿物学或地球科学。

 

正如可以想见的那样，地质学早在“地质学”这个词实际创造出来之前。就开始了从诸如自然史、“地球理论”中萌生的过程。这是个逐渐的过程而不是瞬间的过程。我们可以从胡克(Robert Hooke，1635—1703)的著作中看到英国这种“分离”过程的早期暗示。紧跟着在意大利就出现了斯泰诺(Nicolaus Steno)(1638—1686)，然后是其他一些欧洲大陆学者，如莱曼(Lehmann)、富克泽尔(Fuchsel)及阿尔杜伊诺(Arduino)。

 

在伦敦皇家学会早期，学识渊博的胡克是个重要人物，很有名气。胡克是牛顿的对手，是发明家、实验科学家、天文学家、建筑学家、显微镜研究者以及其他许多方面的专家。有趣的是，作为过渡性的人物，他从陈旧的意义上提出“地球理论”时，也看到了从地层和其中所含有的地下埋葬物来解读地球“历史”的可能性。此外，他还认为，有可能从古物中所传递出来的神话似的、具有历史意义的信息来证实他的思想。但由于他必须处理许多其他事情，他的思想没能成功地研究到底，大部分只是一些具有纲要性特征的东西。

 

和其他同时代的人(如普洛特)(见图2．3)一样，胡克对岩石中的化石有着强烈的兴趣。由于是英格兰南部的人，他熟悉那些可能在南部海岸发现的奇异的巨大菊石。他对这些化石进行了精细的观察，这点可以从他的《遗著》(Posthumous Works)中画得比普洛特的更仔细的那些化石形态看出来(Hooke，1705)。

 

跟以前提到过的与他同时代的某些人(如李斯特、贝歇尔)不同，胡克从不怀疑这样的地下埋葬物实际是以前生活着的生物遗体。而且对胡克来说，它们出现在内陆表明了大陆和海洋的相对高度和位置有过变化。1668年以及后来在1687年，他在皇家学会作的“关于地震的演讲和论述”报告中，讨论了奇怪的化石遗体。胡克提出，地球是不规则的球体，被扁球状的水圈所包围。地球有极轴，相对天来说它大致是固定的(尽管它缓慢、稳定地改变着方向，因而产生了岁差现象)。然而，胡克提出，地球除了绕自转轴的周日运动、绕太阳的周年运动和进动外，还有一种缓慢运动。他提出，可能还有一种运动使得赤道地区渐渐地向地极方向运动，极地地区向赤道运动。换句话说，他提出了大规模地极漂移的假设。

 

这种运动预计会产生两种主要的作用：(1)作用在地球外壳任一给定部分的力会逐渐改变(因为在赤道的离心力比在地极处大)；(2)因为地球水圈是扁球形的，曾经是陆地的某些表面会没入水下，并成为成层的沉积岩层，而其他部分会逐渐露出，遭受剥蚀。地震可能是施加在地壳不同部分的力的大小和方向逐渐改变造成岩层塌陷和滑塌的结果。第二种作用(陆地缓慢地连续出露和淹没)会造成侵蚀和沉积的循环交替。这样就可以解释化石在远离大海的地方出现的这一现象。胡克进一步设想，由于周围环境的改变，某种生命形式因陆地出露或淹没而被毁灭，同时可能会生成其他生命(他没有确切地提出怎样会发生这种现象)。然后，他甚至更进一步提出，人们可能“从中[即化石]得出地球年表……可以说明发生灾变和突变的时代间隔……”(Hooke，1705)。从这一段中我们得到最早的暗示：可以通过研究化石来编写地球历史。要是对这个问题的研究进行到底的话，我认为这会是历史地质学的真正开端。

 

但是，胡克没能完成这项工作。他日理万机，是个极为忙碌的人。他住在伦敦，没有闲暇时间到野外进行这样的工作。正如从上述评论中所看到的，无论如何，他的贡献从本质上看是另一种思辨性的地球理论。可是，胡克的理论有其特殊的地方，因为他想要用实验的方法来检验这个理论。他想到，如果地极的位置如他所设想的那样移动，那么子午线的方向也会渐渐地变化。为了检验他的这一思想，他想出了一个精确的测量方法，把长筒望远镜对准天极，然后从望远镜上悬挂两条铅垂线，可以在地上划一条与子午线方向相对应的线。十年或二十年以后回来重复这个子午线的测定工作，或许人们会发现，子午线的方向改变了，这样就支持了他的极移假说。然而，这个建议只是个研究计划，而不是胡克真正完成的测量。一天晚上，他确实试着测定子午线，并有一些皇家学会的会员在场(Birch，1756—1757)。但是，那天天空多云，就天文测量来说，这个项目被忽略了。不过，胡克并没有完全放弃。从上所述可以看出，显然与其他同时代的人一样，他所认为的地球历史的时间跨度是相对短暂的——否则就不可能在人的一生中探查出子午线方向的变化。无疑，由于这样的原因，很快就有一些同时代的人反对他的思想。的确，有足够的文献说明(Turner，1974；Oldroyd，1989)，因为牛津的自然哲学家认为，从圣经历史中人们都知道胡克所设想的事件从来没有发生过，所以他们否认他的全部理论。胡克多少被迫同意了这种说法，但在后来的年月里，他花了大量时间梳理古代著述，如奥维德的《论变》和柏拉图对大西洋传说的阐释，他将它们综合在一起，看看在这些书中有没有隐藏着某些证据，可以表明地球确实曾经有过如他的地震理论中所暗示的那种骚动的历史。

 

确切地说，胡克溯源查询了那些我们认为主要具有神话特征的古代著作(包括《圣经》中的某些章节)，看看它们是否能提供有利于现代科学的证据(在此处说的是胡克的极移说)。这个过程可称之为神话即历史论(Euhemerism)。可是我宁愿选择“自然神话学”(physico—mythology)这个术语(Birkett and Oldroyd，1991)，它表明了科学和神话的研究相互密切地交织在一起。它与第二章讨论的胡克时代的自然神学十分一致。

 

胡克的计划再次失败。虽然愿意对古代著作作不拘泥于文字的解释，但是他的努力终究没有什么结果。就我所知，尽管作为17世纪认识地球的一种思想，它是很有意义的，但它却对地质学的历史没有多少影响。神话太不可靠，不能依据它来书写地球的历史。撰写地球的地质历史或者在论证地球理论时，所需要的经验资料不是来自地层而是由人们所写的书来提供，这种思想表明，胡克不是我们今天所理解的那种地质学家。正如已经谈到过的那样，他的确有从所观察到的岩石和化石中提出地球年表的思想。但是，就胡克本身来说，这个建议最终没有取得什么成果。他转向他的图书馆和自然神话学，将它们作为认识地球的途径。这不是地质学。

 

是否应将与胡克同时代的斯泰诺(1638—1686)看作是地质学家?这个问题提得很好，因为尽管他的有关化石和地球上的岩层思想至今被人们所铭记，但是，他接受的是医学教育，最终又把他的一生全部奉献给天主教教会。斯泰诺诞生于丹麦，在那里他接受了初步的医学训练。在荷兰、巴黎、蒙彼利埃作了更深入的工作，并在取得解剖学研究方面的重要成果之后，他来到了意大利，在那里他获得了托斯卡纳大公国宫廷医生的职位，并改信了天主教。然而，斯泰诺在托斯卡纳没有待多少年就回到北欧，在那里他从事了试图在新教世界传播天主教教义这种吃力不讨好的工作。不过，在托斯卡纳时，他有机会到这个地方的山脉地区作广泛的旅行，能够写出短小的介绍性论文，献给“最尊敬的大公”(费迪南二世)，其中报告了斯泰诺的观察结果，阐述了他提出的地球理论。可以将这个小小的意大利公国看作是人们对整个地球地质认识的一个缩影。

 

1666年，作为技艺娴熟的解剖学家，斯泰诺被请去解剖一只在莱戈恩附近捕获到的大鲨鱼。在进行解剖时，斯泰诺自然仔细观察了鲨鱼牙齿并得出结论：它们与在从马耳他等地区挖掘出来的东西这样类似，以至于这些挖出来的东西只可能是鲨鱼牙齿。这是个重要的结论。早些时候的著作曾认为，从马耳他挖出来的东西是蛇的舌头或鸟的舌头，或者它们只是从地里生长出来的东西。  由普林尼所记载的一个非常古老的传统看法认为，它们只不过是从无月色的夜空中掉下来的某种东西。另一种传说认为，当圣保罗(St Paul)的船在马耳他遇难时，他被蝰蛇咬了，他诅咒这个岛上的蛇，叫它们无法害人。“舌石”（glossopetrae)就是石化了的蛇的牙齿。断定这些东西是曾经活着的鱼的尸体不是小事。如在第一、第二章所提到的，许多思想家被化石所困扰，一些人提出了言过其实的理论。

 

但是，如果“舌石”不容置疑地是石化了的鲨鱼牙齿，那么就要回答怎么会在沉积物中发现它们的问题。斯泰诺对这个问题作了回答，但这是以十分概括和抽象的方式作的回答：“假定一种物质被赋予某种形态，并且是根据自然法则而生成的，那么，从这种物质本身就能发现揭示它在什么地方和以什么方式生成的线索”(Steno，1968)。他在一部献给托斯卡纳大公的短著中，一丝不苟地进行了这项研究，并将该书奇怪地题名为《导言：论固体内天然包含的固体》(The Prodromus[introductory work] to a Dissertation  on Solids Naturally Contained Within Solids，)(下称《导言》)。它于1669年用拉丁文发表。

 

《导言》的形式和内容都值得一评。如从上边引述中的楷体字所看到的，斯泰诺是在努力从本体上概略地来解决这个问题。因此，这部书具有数理方面著作的某些特征。事实上，假如这一论题更容易用数学方法来处理的话，这部书很可能看上去会多少像欧几里得的《几何学》。但是，毋庸说，对地球的研究不是那么容易用规范的数学来表达的。

 

读者可能注意到的第二点是，《导言》要归功于笛卡尔的地球理论和他的物质理论。斯泰诺试图以笛卡儿式的微粒增长观点来说明结晶现象。这一点我们不必特别花费笔墨，但是，他描述晶体的方法是很有趣的。人们会注意到，如图3．1(1-7)所示，具有同样晶体形状的不同矿物种，它们相对应的晶面的夹角保持恒定不变。图3．1(14和17)表示的是将赤铁矿两个矿物种的晶面“剪切下来拼成”的图形，这显然预示了18世纪博物学家林耐(Linnaeus)所采用的方法。埃伦贝格尔(Ellenberger，1988)提出，斯泰诺可能已经发现，如何对立方体进行适当的斜截来形成图3．1(17)所要求的晶体形状，如果是这样的话，那么斯泰诺晶体分析的方法和他对晶体的描述本质上与一百多年以后的利塞勒(Rome de l'Isle)提出的方法是一样的。但是，斯泰诺没有活到18世纪。他关心的是具有几何结构的晶体与生物化石是不同的这样一个事实。

 

图3 1斯泰诺对晶体进行几何分析的过程，以及他提出的佛罗伦萨附近阿尔诺河河谷地零历史发展过程(Steno，1669)

 

 

就本章讨论的目的来说，更为重要的是斯泰诺对地层的总结归纳。它包括了以下的思想：沉积物是从溶液中沉积下来的，最初沉积的岩层是水平的；如果组成石质岩层的所有颗粒具有同样的性质和粒度，那么它们“是在创世的同一时间从覆盖了一切的大水中形成的”；如果在岩层中有其他岩石的碎块或动、植物遗体，那么这个岩层就不是在第一次创世时形成的，如果地层中有树枝或类似的东西，它们是“被洪水或奔泻的急流冲到那里去的”；等等。关于地层的成层过程，对斯泰诺来说，显而易见的是，在地层沉积下来时，一定在它的下面有接受它的岩层；当岩层沉积下来的时候，或者它一定是覆盖了整个地球，或者一定有某种固体物质限制了沉积物的范围；当某个地层沉积下来的时候，现在看到的在它上面的岩层可能还没有形成。所以，地层最初呈水平状沉积下来，但以后可能变得倾斜了，这或者是由于“地下气体的突然燃烧”，或者是由于未知原因导致下面的地层被冲走而造成坍塌，这个说法使人想起笛卡尔的理论。

 

传统上将建立地层叠置原理这一重要的地层学原理的荣誉归于斯泰诺。它只不过是这样一种思想，人们在地壳中看到的沉积岩层，下面的岩层首先沉积下来，它比在上面的岩层年龄要老。这是个简单的思想，我们不能肯定斯泰诺是不是第一个主张或提出它的人，但是，《导言》是陈述这个原理的已知的最古老的书。该书至少是暗示了这个原理，即使没有用很多的话来表述它。

 

地质学中的地层叠置原理极为重要，因为它提供了将人们在野外所见到的与可能发现的时间顺序联系起来的手段。因此，在原则上，我们有了撰写地球或至少是部分地球表面历史的必要理论工具。人们可以从所看到的地球表面追溯，以说明它是如何形成的，并按照正确的时间顺序得出地质事件的序列。

 

事实上，有时这个原理让人失望。众所周知，地壳运动有时会造成地层大规模的倒转。这个原理也没有谈到由于熔融物质从下面的侵入而造成的变化，在某些情况下，这可能意味着从几何上看是下面的岩石要比上面的年轻。不过，斯泰诺本人只是想在成层的沉积物中使用这个原理，就这个意义来说，这个原理常常是成功多于失败。斯泰诺本人使用了这个原理以帮助其阐述地质事件的时间系列，是这些地质事件导致了他于17世纪在托斯卡纳观察到的那些地质情况。他对事件的重建概括在著名的一组6个剖面图中，图3．1(20-25)是对这组图的复制。从中我们看到，(25)地层在创世时最初沉积下来——或者斯泰诺作了这样的假定。然后(24)，较低的岩层被洪水冲掉，最上面的岩层发生了坍塌(23)。更多的沉积物沉积下来(22)，这个过程不断重复(21)，造成了我们今天见到的那样的岩层(20)。(注意，所标的数字顺序与斯泰诺提出的时间顺序正相反。)

 

虽然这个系列看来很大程度上是示意性的，几乎与任何具体的地质地点都没有关系，但是，它可能事实上与托斯卡纳地区内某个实际存在的地方相关。如果是这样，斯泰诺的模型就不是纯抽象的，而是设计出来以帮助他理解意大利某一特定地方的某些坚硬岩石的。十分醒目的是，图3．1中，如I和A岩层在岩石性质上明显不同。这样至少能够划分出两个沉积阶段。

 

看来，斯泰诺的赞助人托斯卡纳大公很高兴，因为他的小小公国成为整个地球地质的典型例子。但是，或许正是由于这一特征使得斯泰诺地质是非历史的(按我们今天所理解的这个词的意义)。他的地层叠置原理为地球的历史学家提供了工具。然而，虽说这个工具具有普遍实用性，但是，在托斯卡纳应用的结果却不具普遍性。当历史地质学在18世纪末、19世纪初全面展开的时候，这一学科的任务变得清楚了，就是要将所有零碎的“次级历史”(如斯泰诺提出的阿尔诺河谷发展历史)拼凑起来。为了这个目的，需要对比技术。斯泰诺并没有提供这方面的技术，且在他离开托斯卡纳到北欧去之后，他随即不再接触地质学而接受了圣职，全身心地投入到了教会事务中。

 

应该注意的是，像胡克或其他17世纪的人一样，斯泰诺的时间尺度是极为短暂的。他将在托斯卡纳提出的地质事件硬塞到《圣经》的时间框架中去。看来他相信只有两次主要的沉积时期：一次是在创世的时候，另一次是诺亚洪水的时候。这样一种受到时间限制的地质学(我认为)意义不大也无发展潜力，在应用上受到限制。这表示，斯泰诺确实建立了很重要的地层叠置论。他直接观察过岩石，以符合他的宗教信仰、符合他对(笛卡尔的)机械论哲学认识的这样一种方法来思考它们是怎样形成的。于是，《导言》是自然神学的又一个例子，它与《创世记》的神话交织得如此密切以至于我愿意称它为一种自然神话学，尽管斯泰诺像胡克一样，并没有特别转向神话以寻找支持他的地球思想的证据。

 

到目前为止，我在本章中提到的人物可以被恰当地称为学者，尽管在17世纪时，作为科学革命的伴生物之一的学者们开始按照[如培根(Francis Bacon)所推荐那样]更为实际的时尚来工作，记载下工匠的技艺和实践。在牛顿的工作中可以清楚地看到这一点，他进行了炼金术的实验并作了研磨各种镜子和透镜的艰苦工作。胡克是特别优秀的实验科学家。他的赞助者、贵族出身的玻意耳阁下也是。

 

然而，就对地球的认识来说，有古老得多的经验传统，即采矿业的技术和实践。在古代，人们进行了大量的开采，这可在一些著作中找到证据，如普林尼的报告(1962)。但是，早于16世纪的任何有关欧洲中世纪和文艺复兴时期的采矿实践的文字说明都没有被保留下来。已知最早的出版物是未署名的论述采矿和金属化验鉴定的小册子(某些没有日期)，如《采矿手册》(Bergbuchlein)和《金属化验鉴定手册》(Probierbuchlein)，它们出自萨克森矿区，或许于1505年首次出版(Sisco and Smith，1949)。这些小册子用粗糙的木版画来简单地说明金属和各种矿的开采以及化验鉴定过程。这个有关化验鉴定的系列小册子是最早表明实用化学从炼金术脱离出来的出版物，尽管在《采矿手册》中矿物的形成理论是“生物性的”，“并揭示了贝歇尔理论(在第一章讨论过)得以滋生的土壤。不久，更高水准、更为详尽的著述陆续印刷出版，如比林古乔(Vannoccio Biringuccio)的《论烧制技术》(De la pirotechnia，1540)和埃克尔(Lazarus Ercker)的《论采矿和矿石鉴定》(Treatise on Ores and Assaying，1574／1951)。然而，具有这种传统的闻名遐迩的著作是阿格里科拉的《论金属》(1556, 1912／1950），上面有吸引人的木版画(常常被复制)，使人能直观地看到16世纪的采矿实践。

 

这样，在采矿业中，有大量的有关不同金属矿石(如金、银、铅、铜、锡、铋、汞、铁矿石)及金属本身鉴定的实践知识。鉴定金和银的方法特别重要，应用了烤钵鉴定技术，也采用过“试金石法”。早在化学家承认天平的使用及正式引入质量守恒定律的概念之前，鉴定者(及购买金条的商人)完全懂得在鉴定工作中如何使用天平。此外，为了实用的目的，鉴定者还使用了元素是简单物质的思想，它们是在分析的最后时刻出现的。这比拉瓦锡(Antoine-Laurent Lavoisier，1743—1794)在(《化学纲要》(Traite  elementaire de chimie，Lavoisicr，1789)中对元素所作的同样的定义还早。这样，从17-18世纪到拉瓦锡的“化学革命”时代(“近代”化学理论肇始)的化学家还在大量论述有关亚里士多德的元素概念、抽象的化学原理或对化学现象给予机械论解释(这些无助于化学的发展)的时候，实践者成功地从事他们的工作，显然没有受到当时化学理论的阻碍。

 

介于阿格里科拉和化学革命之间的时期(即18世纪70-_80年代)，有关“土”(Earth)的概念模糊不清，使人感到不安。从一种角度看，这个词代表了抽象的理论存在物，最终可以追溯到亚里士多德的土(与水、气和火是同样意义的元素)。但同时我们看到，18世纪开始承认有几种不同种类的单一成分的土—重要的有硅土、石灰、矾土、苦土(氧化镁)和重土(氧化钡)，它们可能是分析工作中的最终产品。

 

用来发现土类物质组成的一个方法是把各种土放在一起加热来合成所希望要的产物(例如瓷土)。波特(Joharm Heinrich Pott)曾尝试过这种方法，他徒劳地要发现麦森瓷土的秘密，但是尽管他试了上千种不同组合，也没有得到任何结果。不过，波特(1753)认识到土类矿物有四大类：钙质、石膏质、泥质和硅质。在热和酸的作用下，它们的反应大不一样。波特没有从原料中真正提取出单一成分的土类物质，但是，他承认硅土是一种特殊的土类物质，这是很重要的。当然，人们早就知道它的晶体形式是石英。对作为一种特殊的土类物质的石灰的认识可以追溯到古代，因为通过加热石灰石和大理石很容易形成石灰，它也是灰泥的重要成分。但是直到18世纪它才被人们看作是土类矿物的一种，具有多少类似的化学性质。

 

与常见的泥和黏土不同，“泥质土”(矾土)是独立的一种化学物质，首先认识到这一点的似乎应归功于德国化学家马格拉夫(Andreas Siegmund Marggraf)。l753年他向柏林科学院提出了他的思想(Marggraf，1762)。他将明矾在水中溶解，然后过滤溶液，加碱使其沉淀，制成了“矾土”。他还能通过用矾(硫酸)来处理，接着用碱使它沉淀从而从黏土中提取几乎相同的物质。

 

马格拉夫(1762)还证实了世纪初霍夫曼(Friedrich Hoffmann，1660-1742)提出的看法：有一种特殊的土类矿物—苦土(氧化镁)。马格拉夫指出，盐的母液与盐本身的碱性成分不同，包含在这种母液中的盐里有一种土质成分。1774年，瑞典化学家合勒(Carl Wilhelm Scheele)在研究锰矿(软锰矿)的过程中发现了氧化钡(Scheele，1901)。在“重晶石”(硫酸钡)中有氧化钡是由合勒同胞加恩(J．G．Gahn，1745—1818)提出来的。

 

事实上，18世纪后半叶瑞典与德国的矿物化学共同构成了这一时期的主要发展。克龙斯泰特(Axel Cronstedt，1722--1790)把吹管分析技术系统化并加以推广普及(Oldroyd，1974)。它包括有一个简单的手提式的仪器，有炭块、蜡烛、口吹吹管和一些化学试剂，这使得矿物研究者能够把矿石或其他什么物质的温度升得很高，并观察所发生的那些可以见到的变化。这不是严格的化学分析，而是一种简单的矿物鉴定实验。  即使这样，它还是大大有助于对类似矿物的识别，不然的话它们会被断定为其他种矿物。

 

当瑞典化学家伯格曼(T．O．Bergman，1735-1784)发表了矿物湿法分析简略方案时(Bergrnan，1777)，矿物分析有了重大突破。矿物或岩石第一次通过与碱熔融而进入到溶液中。伯格曼知道上面提到的“单一成分的土类物质”的一般性质，巧妙地构想出一系列使用水和不同的碱和酸来进行沉淀、过滤和溶解的方法，借此，他能够从初始物质中有效地分离出不同的土类物质。我们现在知道，伯格曼最初的工作很不精确，令人失望。但是，这种方法总的说来证明是可行的。不久以后，天才的化学家，如沃克兰(Nicholas Vauquelin，1763—1829)和克拉普罗特(Martin Klaproth，1743一1817)采纳了伯格曼的原理，并作了大大的改进。自此以后，特别是到了19世纪早期，许多矿物和岩石的化学组成渐渐地得以确定。测定矿物的技术很消耗时间。  当时笨拙的测定仪器和常常使用的纯度不确定的试剂，使得这项工作一定是极为困难的。但是，在质量守恒原理的指导下，可以对矿物化学成分测定过程进行登记检查，因为分析过程中提取的土类物质的总量预计应与化学家一开始使用的矿物或岩石的量相当。

 

正如已经谈到的，这样的过程是从采矿传统中产生出来的，它与化学测试过程合并，最终也与分析化学合并在一起。矿工他们本身有自己的意会知识，有他们自己使用的词汇，某些词来自地球有机论的古老传统，如矿脉和母岩(veins和matrices)、矿体(bodies)、母脉(mother-lodes)等等。矿工们在地球“腹内”(bowels)度过他们的工作时间。阿克尔(Arkell)和汤姆杰夫(Tomkeieff，1953)编纂了有关岩石术语的土语英文综合表，那些我不知道的多半类似的某些词汇表对别种语言也适用。

 

但是，在矿工们知道如何挖矿井、如何在矿井中开矿车、如何抽矿井中的水、如何辨认可能指示挖掘是有利还是无利的各种矿的迹象(以岩石、矿物和化石的形式显现)之时，在18世纪和19世纪及相伴随的早期工业革命中，这种实际知识得以大大增长、快速进步之时，采矿学本身并没有为怎样认识地球提供新方法。矿工在地下挖掘，凭粗浅的经验来处理像煤层被断层突然截断的这类情况。最终在德国也出现了一种新的“哲理性的采矿学”，这使得在弗赖堡矿业学院任教的维尔纳首次确立了地层柱的基本框架。不过，对这个非常实用的地质学的讨论将推迟到第四章。

 

在讨论维尔纳和他的学派之前，我们应该谈谈18世纪更为普遍的活动，这些活动是地质学理论萌生的基础，它来自矿工的知识和采矿工程。按我的观点，我们今天所认为的地质学是相对于对矿物界的自然历史研究或对化石的收集、分类来说的。当人们意识到地球是有历史的，而通过对地壳的岩石和化石的研究有可能解读地球历史的时候，地质学就作为一门科学出现了。我们已经注意到胡克和斯泰诺的思想暗示了这一点，但是，如我们已经看到的，这些17世纪的学者部分是由于他们个人的具体情况，在他们所写的东西中没有把我们看来是隐含着的思想研究到底。在上面提到的两个案例中，限制他们对自己思想认真推敲的根本问题都是在地球理论化中的时间问题(或时间的不足)，因为桎梏源自对《圣经》的字面理解。所以历史地质学直到18世纪末才兴起，这是在地球表面作了更多的野外工作(不一定是地下矿井中的工作)之后。

 

尽管如此，18世纪早期对地球的认识还是有了重要发展，它为以后认识地球方法的改变提供了更广泛的经验基础。通过各种手段获得的有关岩石、矿物、化石及其分类的资料组成了部分新增长的知识。对地球经济方面的兴趣在很大程度上提供了更为广泛的经验基础。因此，采矿业在这一发展中再次起了重要的作用。

 

18世纪，法国人第一个组织了以科学为基础的国家地形测量，用于军事和商业目的。为了解决地球形状问题，法国政府建立了巴黎观测站，雇用了卓越的天文学家，如卡西尼(Cassini)家族的一些成员。他们向世界各地派遣考察队，在不同纬度上测量(经度)一度的长度。在法国本土，年轻一代的卡西尼们(JacquesⅡ和他的儿子Cesar Francois)勤奋地工作，绘制国家的详尽地图，地图的绘制刚好在法国大革命的时候完成。于是在18世纪期间，就有了精致的法国地形图。这些地图是为了经济和军事的目的，也有助于法国地质学的发展。

 

主要是由于商业原因，而且也出于科学兴趣，作为18世纪法国制图运动的一部分，博物学家盖塔尔(Jean-Etienne Guettard，1715—1786)承担了绘制国家矿物地图的大量工作。他的目的是有局限性的，他的项目计划也不是要出版我们称之为地质图的东西。这种地图，或至少是1746年提交给科学院的第一版地图((Guettard，1751)仅仅标明了法国(和部分英国的)各种矿物的产地。从图3．2中可以看到这项工作的特征。然而，应该注意到，盖塔尔和布歇将英吉利海峡两边的相似岩层连在一起。这种外推或归纳在地质图的绘制工作中是极为重要的。

 

1766年，盖塔尔得到法国政府的财政资助，还得到了年轻的拉瓦锡的协助，他开始对法国作更为详细的考察，打算出版不下幅的地图。但是，当这项工作在l780年最后发表时(Guettard and Monnet,1780)只完成了60幅，尽管小比例尺的全法国单幅地图于1784年发表(Guettard，1784)。盖塔尔本人没有完成全部地图，幅地图是由矿物学家莫内(Antoine-Grimoald Monnet，l734—1817)绘制的。早期，拉瓦锡短时间参加了这项工作。因此，盖塔尔地图的最后成果是一些相当零散的东西(Rappaport，1969)。

 

虽然主要想标明矿物以及在经济上有重要性的岩石(如石灰石或煤)的产地，盖塔尔的地图确实显示了三个主要的带：砂岩带、泥灰岩带和片岩或含金属矿的岩石带，后者包括了页岩、板岩、花岗岩、大理岩和金属矿。可是，盖塔尔似乎对三个单元的地层关系没有什么认识。这也不奇怪，要是他没有想到沉积物是在历史中形成的话。实际上，他假设了大规模的沉积物是同时沉积的，而且，对于我们认为的那些由于成层作用所造成的外貌，他却认为是由于某种原因在水平方向上的干燥和断裂所致。(不过，他确实承认，“原始岩”和沉积岩不同，前者是在地球创生的时候形成的，后者是以后形成的。)”

 

 图3．2法国西北部、英国南部矿物图[由布歇(Phillipe Buache)绘制，盖塔尔提交给科学院的论文(1746／1751)]
   
相比之下，年轻的拉瓦锡汲取了他的化学老师鲁埃勒(G．F．Rouelle，1703一1770)的某些思想，认识到深海沉积(如泥岩)和沿岸沉积(如砂岩和砾岩)是不同的。他还发现，这些沉积岩层可能一个在另一个的上面。这就暗示了海进和海退的思想。于是，拉瓦锡开始思考促使他所考察的那些岩石出露(并将标在地图上)的一系列历史事件的线索。他也绘制了简略剖面图来说明他的思想”和他的地图。盖塔尔似乎接受了这些，认为它们是有用的。但是，为了回避理论，他没有发展拉瓦锡(1789)已经勾勒出的地层历史的观点。不久，拉瓦锡这个年轻人就转行，主要投入到对化学的研究、投入到婚事操办以及作为税务官如何赚钱之中。因此，他的新颖的地质思想在那时并没有产生什么影响，并被他在化学上的贡献夺去光辉。然而，人们会说，拉瓦锡表现出了作为地质学家的巨大潜力，如果他持续不断地将对地球的探索作为主要职业的话，几乎肯定会对地质学作出与化学上同样重大的贡献。但是专业化已经开始控制了科学。

 

从地质学上说，吸引盖塔尔注意的是法国最重要的地区之—奥弗涅(Auvergne)地区的中央地块。在那里，他确认了有熔岩流，顺着熔岩流一直走，就到了位于克莱蒙一费朗附近的锥形山，这座山主要由火山灰和火山渣组成。因此，他认识到这些山可能是以前的活火山(Guettard，1752／1756)。但是，盖塔尔想到玄武岩是火成的是几年后的事情(1779)，因为有时它们的柱状构造(由于冷却产生的裂隙所致)通常被看作是从某种液体中结晶出来的，甚至或许是从原始大洋中结晶出来的。

 

奥弗涅地区的玄武岩曾被里摩日的一位制造业视察员德马雷(Nicholas Desmarest，1725—1815)解释为火成的。那是他在1765年向科学院提交的一篇论文中提出来的观点(Desmarest，1774-1777)。前一年，他开始了对有着许多熔岩的蒙特一多尔(Mont-Dore)附近地区(是奥弗涅享有声望的矿泉圣地)进行详细的地图绘制工作，最后直到1806年才发表了全文。  这项工作的最突出的成就在于，德马雷构建了各种熔岩流的历史，认识到了依据风化侵蚀的程度，以及是否与曾喷出熔岩的火山口还相连就能够把它们看成是不同时代的熔岩。德马雷还注意到安达特(Aidat)湖是由于熔岩流筑成的堤而形成的(图3．3)。这样，至少在范围不大的地区，他能够观察到岩石并对重建那些致使他所观察到的现象产生的事件序列提出假设性意见。这样说来，他是在从事按我们所理解的地质工作。然而，在德马雷最后发表关于奥弗涅的工作成果(即Desmarest，1806)，在“地球科学家”中，关于地球的地质历史已接近完成。在德国，莱曼(Johann Gottlob Lehmann，1719一1767)在柏林教授采矿学和矿物学，后来加入了在圣彼得堡的德国科学团体。他首次发表了有关矿体及其母岩的论文，该文很符合贝歇尔和德国的矿工传统(Iehmann，1753)。其后不久，他于l。756年发表了有重要意义的<地层历史的研究>(Versuch einer Geschichte von Flotz-Geburgen)一书(法文版，Lehnlann，1759)，其中，他论证了地球上有三种岩石的思想。第一种组成了有矿脉的山脉，它是在地球最初创造时形成的，所以可以看成是“原始岩层”。这些岩石有时在绵亘的山脉中，一般都位于很高的地方，它们是由结晶岩组成的，常常有矿脉。在毁灭性的诺亚洪水(想象它对全球都有影响)之后，大量的沉积物以沉积层的形式沉积到盆地中，形成了有岩层的山脉(图3．4的左上部C—K，C位于沉积层的底部，K位于上部)。第三种主要是火山，想象它是由于“局部的革命事件”造成的。还有一些如卵石或土质类、土壤这样一些没有完全固结的物质。莱曼假设，在洪水过后，诺亚大水或是使得海洋得以形成，或是蒸发掉了，或是消失在地下深渊之中。

 

图3．3 德马雷绘制的地图，表示在奥弗涅的克莱蒙一费朗附近的熔岩流(Desmarest,1806)

 

图34莱曼绘制的图林根(Thuringia)地质剖面图(Lehmann，1759)

 

 

所有这些可能是这个理论相当原始、受到时间局限的表征—确实如此。但是，莱曼工作的意义是他对成层岩石序列有着清晰的思想，并在剖面图上勾画出这样的序列。他所研究的地区是在图林根的伊尔费尔德和曼斯费尔德之间(图3．4，下部)。正是他的这方面工作标志了对地球研究的崭新的方法。正如可从莱曼所绘的图中看到的，他确认并绘出30种不同的岩石带，许多岩石采用了当地矿工使用的名字。因此，某些词从矿工所使用的词汇变成了地质学术语，例如：zechstein或“矿石”(它与英国地质的含镁灰岩相对应)。他对每一种岩石单位都给予了描述，并加以命名，某些岩石的命名是很有特色的。例如，岩石单位2归到有恶臭的土这一类，这是一种钙质岩石，在摩擦时会散发出猫尿的味道。有趣的是，他将岩层单位称为“基石”，它与岩层单位19的接触是不规则的。  由于岩层单位就是我们现在所说的“新红砂岩”(三叠纪)，莱曼的界线显然与今天的中生代和古生代界线相对应。这样，莱曼的图隐隐约约地预示了这一主要的地层界线。

 

在莱曼的著作中，毫无疑问暗示了地层序列是地球形成时间的标识这一思想，而用剖面图的方法来表达这个概念是个重大进步。他的剖面图比起前面提到的斯泰诺的来说抽象性少得多。事实上，莱曼(1759)还特别将他自己称为是地球历史学家，他声称，在他之前没有人按照这样的方式研究地层，而据我所知，就西方世界来说，这种说法是正确的。他认为，他那种用德文阐述的、以岩性而不是以化石为基础的地层序列是普遍适用的。其价值就是为地质学研究提供了总体方案：人们可以在其他地方来检查这个地层序列。另一方面，通过假设存在有唯一的普遍事件序列使得在全球范围内沉积下地层，用适合于地质学探究的历史学方法得不出莱曼作出的那样的结论。这位地球历史学家需要弄清世界各地的序列，然后努力将它们“编织”在一起。在对岩石的出露和所含物质的了解基础上，地质学家(按我们对他们工作的理解)还要设想岩石形成的环境。很难说，莱曼曾经一直进行这些工作。地质学家的地球历史来自地层，或许还辅以某些普通物理学理论或其他科学理论，而不是宗教圣典中描述的某些超自然的事件序列。尽管莱曼的“历史”是成序列的，并与对岩层所作的观察有关，它们只是部分具有历史特征，而不是那种羽翼丰满的历史地质学。

 

尽管如此，像莱曼所做的那样的工作不久便有了进一步的发展。任施瓦兹伯格一鲁道尔施塔特君主宫廷御医的富克泽尔(Georg Christian Fuchsel，1722一1773)也在图林根工作过。他发表了两部重要的地质学著作(Fuchsel，1761)。第一部书分为两部分，题目是“大陆和海洋的历史”和“大陆、海洋历史的实际意义”。这部著作的重要性在于，它附有存有争议的第一幅地质图(相对于如盖塔尔的那种矿物图而言)。如在莱曼的著作中一样(富克泽尔参考了他的著作)，富克泽尔识别出图林根的界限清楚的地层序列，但是，比其先行者，他划分了更多的次级地层。他发现了某些化石与特定的地层有关，尽管实际上他是用岩性和颜色来划分地层的。富克泽尔关于图林根的地图(图3．5)表示的是在耶那(Jella)西南部某地区的“透视平面图”，不同岩层的露头粗略地勾画在一张类似于该地区地形图的图上。另一幅图(图3．6)结合了剖面图和平面图。还有一幅图，这里没有复制，在那幅图中，富克泽尔说明了根据不同的地表地形，倾斜岩层如何会有不同的产状。这是地质制图的真正精髓。”确实如此，在富克泽尔的著作中，我们可以找到地质制图的基本原则。
  
图3．5富克泽尔绘制的图林根部分地区的地质图

 

 

可是，富克泽尔用一些数字和字母来标明不同地层，这不容易被人们理解。直到19世纪早期在地图上大量地使用各种颜色，人们才意识到从地质图来认识地球历史的可能性。总之，富克泽尔的工作用拉丁文发表在一个不起眼的刊物上，当时没有引起广泛的注意，尽管可以注意到，那些由于维尔纳而得到有效普及的地层原则和某些术语事实上出现在富克泽尔的著作中(某些也出现在莱曼的著作中)。三个人都吸收了德国采矿兄弟会的一些说法，这样如贝壳灰岩和红色老砂岩(后来彻底改为老红砂岩)进入到了地质学的正规词汇中。施罗特尔(J．S．Schroter，1775)对前人的工作进行了评述，并将富克泽尔与维尔纳联系起来。在富克泽尔去世很久后，克费施泰因(Christian Keferstein，1830)对他的工作作了最有利的评述，他评论道，维尔纳采纳了富克泽尔的思想，但是没有充分理解他的逻辑。

 

 

图3.6 富克泽尔绘制的图林根地区地质剖面图(1761]。

 

富克泽尔使用stratum、situs、positus和series Montana(山链或建造)这些术语。situs的概念与stratum不同之处在于，它具有在地层系列中靠近某些特殊地层的含义。一座山可能与另一座山有同样的地层，但是却占据不同的地理位置(层位)。他强调，地层从溶液中沉积下来，在初始的软化之后变得硬起来（Funchsel，1761)，但不是如伍德沃德所设想的那样，简单地按照它们的比重大小出露。相反，地层的顺序与它们形成的时间相对应(如在斯泰诺的著述中所暗示的那样)。

 

在确立了地层总原则和术语之后，富克泽尔开始去破解图林根的地质历史之谜：“人们可以将以前的观察相互结合起来，或与其他人的观察结合起来，从中推断发生过的事件或历史”。除此之外，特殊的年代一点儿也不麻烦地可以用那个时代形成的岩层来命名。

 

富克泽尔讨论了地层形成的可能沉积条件，例如，从河流在特定的时间向特定的方向搬运沉积物，或某个时期风暴在海洋中产生了特殊的沉积物质方面加以讨论。他设想，海进和海退是由于地球的“颤动”，这可能是沉积物逐渐积累造成的扰动之故。他的时间表限制在几十万年之中，他试图调和地质学上的发现与摩西对地球历史的阐述(Fuchsel，1773)。但根据我在上面所提出的意见，他的这项工作比起莱曼的工作更具有严格意义上的历史性。

 

现在转向意大利，我们应特别提到莫罗(Antonio Lazzaro Moro，1687—1764)稍早时期的工作。多年来，莫罗是位于帕多瓦附近的费尔特雷神学院的哲学和修辞学教授。其后他主持位于威尼斯以东的弗留利的一个天主教小教堂的工作。莫罗对如何解释地中海中不时出现的新岛屿特别感兴趣。这使得他提出了关于地质历史的强硬的“火成论”观点。他认为，地球有庞大的高温内部，来自地下热的压力可能会不时地抬升陆地，形成新岛屿，甚至形成山脉。山脉本身可能具有火山特征(第一纪)或是成层的(第二纪)，他注意到，从爱琴海下面被推上来的某种岩石的上面覆盖有牡蛎，然后这些岩石被火山灰所覆盖。这使得莫罗能够说明高山上有贝壳出现的现象。

 

明确地说，莫罗这一理论的提出，为的是要使理论与圣经对创世的叙述相吻合。他画了图解以说明地球的假想剖面：地下有巨大的空洞，含有未来的火山活动喷出的物质。这些图解是思辨性的，可以看出受到了早期理论家如基歇尔、笛卡尔的影响。但是，也有一张图，上面画有后来被称为不整合的那种褶皱岩层构造，这些似乎是以直接观察为基础的，尽管垂直比例尺被大大地夸大了，他也没有认识到这种构造在理论上的重要性。作为地球“火”的理论的鼓吹者，莫罗好像曾经假定过所有的沉积物都源自火山喷发出的物质(可以说就是像火山灰或凝灰岩的那些物质)。这些可能是具有自然神学特征的思辨性思想，确实是这样的。但是，他的确想到较低的地层会含有“植物遗体和与每个季节相应的水果”。他相信，这样的事件会重复发生，于是总有一天，我们自己的文明会被新地层所覆盖。将来有一天，未来的人们会向地下挖掘，发现我们的遗体。显然，莫罗的整个理论受到意大利和爱琴海环境的影响。然而，作为早期相当有影响的火成论者，他对于地球思想史来说是很重要的人物。他的“历史”具有圣经意义，同样也具有地质意义，但却有很强的经验成分。

 

莫罗的同胞阿尔杜伊诺(Giovanni Arduino，1714—1795)是文森特省和托斯卡纳的许多矿的矿长，后来是帕多瓦的矿物学教授。就我们现在讨论的目的来看，他要比莫罗更重要。作为冶金学家、矿业工程师和勘察员，由于专业的原因，要求他具有有关意大利北部的景观、岩石、矿物、地层、山脉和矿井的详尽知识。维罗纳图书馆收藏的地质草图、地质剖面图和矿井平面图清楚地说明了，他做了大量的野外工作。还有如瓦卡里(Vaccari，1993)所指出的，阿尔杜伊诺花了大量时间收集有关矿物学的书籍，研究其中的分类系统，而这种分类系统是很多的。

 

特别有趣的是，阿尔杜伊诺在l758年10月从Montecchio Maggiore沿着阿格诺河谷向上到维琴察的西北边的Recoaro的阿尔卑斯高峰这一旅行的记录。这次旅行的结果是阿尔杜伊诺绘制了极为出色的地质剖面图，见图3．7。

  图3.7阿尔杜伊诺绘制的位于维琴察附近的阿格诺河河谷地质剖面草图

 

 

若在19世纪，这种仅仅通过沿着河谷行走而绘制成的剖面有时会导致严重的地质锚误，但是在18世纪，阿尔杜伊诺的剖面草图，按我的观点，却表明：这是一种研究地层的很有价值的、新的经验方法。阿尔杜伊诺研究的结果以两封信的形式向世人公布(Arduino，l760)，然而，并没有将图3．7的地质剖面图包括进去。阿尔杜伊诺在第二封信中提出地壳大致分为“四个连续的层”：第一纪、第二纪、第三纪和第四纪。这个分类直至今天仍给地层柱留下了印迹。

 

第一纪指最初形成的地层，它包括了片岩基底和含矿结晶岩、砂岩和砾岩，今天它们被划分为古生代。对阿尔杜伊诺来说，它们似乎不含化石。它们与图3．7中的B、C相对应。第二纪(对应的是图中的D到M)由大理岩和含化石的成层灰岩组成，与我们的中生代大致相当。第三纪山脉(图中的N到R)由卵石、黏土、含化石的砂岩和某些火山物质组成，它们大致对应于我们仍划分为第三纪的地层。第四纪由平原构成，它由冲积物组成。瓦卡里(Vaccari，1993)曾经提出，图3．7中各个地层是以岩性为基础，而不是按照古生物学的标准来划分的，但它却与意大利这个地区的现在的地层划分惊人地相近。

 

阿尔杜伊诺对意大利北部的古生代和中生代之间的界限作了特别出色的描述，直至今日也是这样理解的。他还注意到，在地层柱上，层位较高的岩石中所包含的化石比起较深、较古老的岩石中的化石更像至今还生存着的生物。不仅如此，阿尔杜伊诺实际上还阐述了均变论原理(“现在是认识过去的钥匙”)，这个原理通常是与普雷沃(Prevost)和赖尔(Lyell)的名字相联系(Stegagno，1929)。另一方面，阿尔杜伊诺也谈到了地球经历了巨大的“灾变和变化”。因此，他的均变论具有方法论上的特征，而不是对“稳恒态”概念的表述。在他搬到威尼斯之后，他的后半生野外工作就减少了。他开始研究地球的过去有四个“时代”的观点。但是，他的这一思想一直没有发表。

 

除了那幅没有公开发表的阿格诺河谷的地质剖面草图之外，阿尔杜伊诺没有绘制过其他地质图，瓦卡里曾经指出，那张剖面图与图3．7中复制的剖面在概念上是联系在一起的。但是，就地球历史的思想观点看，阿尔杜伊诺的剖面可能有更直接的价值。正如上面所提到的，他的地层的四分法具有深远的意义和持久影响。

 

当继续描述18世纪那些奠定了近代地质科学基础，但并没有建立我们可能称之为完整范式的学者时，我们应该想到刚毅无畏的德国旅行家帕拉斯(Peter Simon pallas，1741一1811)。他在圣彼得堡的帝国科学院供职，是博物学教授。他受女王凯瑟琳二世(Catherine Ⅱ)之命，领导到西伯利亚的大规模探险考察(1768—1774)。在这一过程中，他考察了乌拉尔山脉和阿尔泰山地区。

 

根据帕拉斯(1777—1778)所说，在所有的巨大山系的核部都可发现花岗岩。典型的情况是，花岗岩被不含化石的片岩、蛇纹岩、斑岩所包围，它们以高倾斜的岩层紧靠着花岗岩。然后就是泥质片岩、页岩及厚层含化石的石灰岩，这些岩层一般倾角较小。低地地区通常是由砂岩、泥灰岩、黏土岩组成的，富含化石，常常还有植物化石。于是，帕拉斯认为，有三个主要种类的山脉或地层：原始岩层、第二纪和第三纪。他评述说，那些保存下来的最古老的记录和传统，供我们这个善于观察的世纪进行研究、评述，使历史昭然于天下。而第二纪和第三纪山脉是“自然”档案，它们要早于那些古老的记录和传统(Pallas，1778)。在某种意义上，帕拉斯提出了一种具有鲜明历史尺度的地球理论，最近由卡罗齐兄弟(A.V. and M. Carozzi，1991)所作的重新评价工作中清楚地说明了这一点。除了从德文原版将帕拉斯的著作翻译出来外(而不是像某些其他评论者只利用不完整的法文版)，他们还仔细地研究了帕拉斯所绘制的乌拉尔山脉地区的“矿物图”，把它与今日所认识的这个地区的地质相对比。而且，他们出色地重建了帕拉斯的理论，为此他们按时问顺序用乌拉尔地区的一系列剖面图加以说明，从中我们可以看到帕拉斯是怎样提出用于说明乌拉尔发展历史的理论的，这个理论可以说明从富有矿藏的斯维尔德洛夫斯克地区收集到的野外资料。

 

帕拉斯提出，最初有一条绵亘的花岗岩山脉，它在原始大海中作为岛屿存在。在遭受到风化和侵蚀之后，一些物质从岛上被冲刷到邻近的大海中沉积下来，西边砂质岩石较多，东边泥质岩石较多。然后可燃有机矿物质和含铁物质流向山脊处、穿过沉积物，形成了可燃的黄铁矿矿床，终有一天，它为火山爆发提供物质来源。这种活动的结果使沉积物抬升，将它们变成了具有片状构造的岩石，使得金属矿体贯入。然后，有更多的沉积物形成，包括这次沉积下来的范围广泛的石灰岩。由于第二组火山喷发，火山可燃性物质的积累过程重复出现。某些石灰岩发生倾斜甚至呈现出垂直状态，并转变成了大理岩。在西边，第三系列的火山活动使得沉积岩全都升出水面。因此，乌拉尔山脉是不对称的。从东部开始的巨大的剥蚀完成了这个地区的地质历史，与之相伴随的还造成了粗大的卵石及其他类似的沉积物，还有像犀牛和猛犸象这类生物遗体。应该不应该将这种对地球过去的重建认作是历史?这是个有趣又重要的问题。帕拉斯的架构肯定是思辨性的。然而这是以广泛的野外工作和粗糙的制图为基础的。即使像盖塔尔的地图一样，他仅仅简单地用产矿地等来命名，而不是用某些适当的符号来命名不同地区(如19世纪地质图使用的各种色彩)，卡罗齐兄弟也能在现代地图上对帕拉斯的经验资料加以考证。这样的工作肯定与我们将要讨论的19世纪地图绘制者(见第五章)的工作不同，后者关注的是在不同岩性的基础上，根据不同地层中所含的明显有别的化石来确立地层界限。他们寻求的是建立一个个地层的历史，每一层像档案中的一页。这种工作不必有太多的理论介入就可以有效地进行。结果绘制出的地图和剖面就是所选中的、用以表示地球历史研究成果的手段。因此，我在以前的研究中曾经提出过，18世纪地球理论和19世纪历史地质学之间有着显明的区别(Oldroyd，1979)。

 

我相信，这种区别至今还是有用的，但是，从卡罗齐兄弟对帕拉斯工作的仔细研究中可以清楚地看出，它不能作为区别18世纪和19世纪地球研究的普遍适用的划分标准。帕拉斯重建乌拉尔地区的历史，是因为他试图要一个阶段、一个阶段地对这个地区给予合乎道理的说明，即使这是建立在矿物学证据以及不令人信服的火山活动理论的基础之上。

 

在瑞典，我们也看到有人提出地壳岩层三分的理论。作者是伯格曼(Torbern Bergman，1766)，以前提到过与他的矿物分析有关的工作。很可能帕拉斯的思想是在了解并参考了伯格曼著作的情况下发展起来的。伯格曼认为存在四类或四层主要岩层：Uraldrige、Flolagrige、Hopvrakte、Vulkaner。第一层是原始岩类，假设是在地球本身最初形成后不久就生成了，常常含有矿脉，但是没有化石。第二层是由成层的岩石(石灰岩、黏土、煤层、砂岩等)组成。第三层是由今天称之为冲积物的东西组成。第四层是火山物质。伯格曼很熟悉早期的著述，包括莱曼的著述。(他要把莱曼在图林根所作的对成层岩石的划分应用到瑞典。)但是，伯格曼似乎不熟悉阿尔杜伊诺在意大利的工作。除了影响帕拉斯之外，伯格曼还影响了前面提到过的维尔纳。他的“地球构成学”将在下一章讨论。

 

于是，我们看到，18世纪下半叶在欧洲几个地区的工作中开始出现了野外制图和绘制地质剖面图，这是向建立地层柱状图迈出的第一步。地球本身作为一个对象而不是作为宇宙学的一个分支来加以研究。圣经上的一些说法并没有被排除，但是由于实用目的，其重要性降低了。这些探究是经验性的，并预示了历史方法即将到来。不过，高深理论并不总是摆在显著的位置上，人们可能期待的是，在细心地对地层所作的经验研究基础上的研究计划，以及对地层历史秘密的破解。但是需要有理论来刺激经验探究，不然的话，就会变得以狭隘的采矿为基础。而且，需要提出规则，以便有可能使每个人的观察和理论达到协调一致。

 

18世纪末，就受过教育的人对地球的认识来说，矿物在地球中生长的古老思想已经过时，17世纪的简单化的“机械论”同样也过时了。在19世纪人们研究提出了取而代之的思想，但是这些依赖的是新的化学、物理知识而不是显赫的形而上的教条。从19世纪早期起，从在野外露天而不是在地球腹内(bowels)的研究中发展出一门称为历史地质学的复杂科学。  由于地质学的奠基者通过绘制地质图以求获得组成地壳的岩石的整个图景，这种工作大大超出了那些具有特定经济重要性的领域。但是，采矿业也起了重要作用，因为新的学校建立起来为矿工和矿业工程师提供专业训练，在这些学校里，教师愿意对那些超越了严格意义上的实用思想详加说明。这样，有意义的重要新思想既从野外也从矿井中产生发展起来。

 

从本章我们讨论的人物看，我们可能认为阿尔杜伊诺和莱曼对地质科学从采矿业中出现作出了贡献。伯格曼主要是化学家和矿物学家。帕拉斯是探险家或旅行家。富克泽尔我们可以称他是绅士型学者。正是通过这些迥然不同的活动的综合，地质科学和从“地球历史学”角度来探索地球的方法在19世纪出现了。18世纪末采矿业在德国已经建制化了。稍后，野外地质学也达到了建制化。