岩石形成之争

众所周知,自然界中千姿百态、色彩斑斓的岩石大致分为岩浆岩、变质岩和沉积岩三大类。它们三者之间有着错综复杂的关系,可究竟是哪类岩石最先形成的呢?它们又是怎样形成的呢?这些谜团困扰了一代代的科学家,为此,科学界还曾展开过一场场旷日持久的激烈争论。

  

  “水成说”与“火成说”

  

  18世纪中期,随着资本主义经济的迅速发展和工业革命的兴起,开矿山、挖运河“运动”搞得如火如荼,在此过程中获得的岩石和化石资料越来越多,为地质学提供了大量可观察证据,地质学开始由思辨走向诉诸经验与观察。英国地质学会甚至将“收集实证材料而不急于构建理论”作为学会的宗旨,在这种注重实证的学术背景下,出现了以德国地质学家A.G.维尔纳为代表的水成说学派,和以英国地质学家J.赫顿为代表的火成说学派。

  在对矿物的形态、成份、分类和用途作了大量的考察和研究之后,A.G.维尔纳于1791年系统地阐述了水成说理论。他认为,在地球生成的初期,表面被原始海洋所掩盖,溶解在其中的矿物质通过结晶,逐渐形成了岩层。维尔纳并不否定热力的作用,但他认为地下的热,如火山是煤的燃烧引起的,只是一种较晚的、辅助性的地质力量。他坚信所有岩石都是由原始的海水或洪水中的沉积物形成的。也就是说,天下的岩石都是水成岩,人们称他的观点为“水成派”。

  以英国地质学家J.赫顿为代表的一些科学家们提出与“水成派”针锋相对的观点,即用自然过程来解释地球的历史,并在1795年系统论述了火成说理论。他们认为花岗岩等岩石不可能是在水里产生的,而是与地下的岩浆作用有关,是由高温的岩浆冷却结晶而成。赫顿并不完全否定水的作用,但他认为河水只是把风化了的岩石碎屑冲到海里才逐渐积累,形成石砾、砂土和泥土。赫顿认为地球既没有开始,也没有结束;同时他也认为维尔纳的原始海洋的观点没有根据。

  

  “水火之争”

  

  由于赫顿的地球永恒性观点违反了传统宗教观念,开始并未得到人们的认同,甚至受到一些人的攻诘。水成说在初始时占据上风,英国地质学会的大部分会员也赞成维尔纳的观点。但由于火成说不断得到观察和实验的证实、补充,人们开始转而支持火成说。在争论过程中,各学派倾向于用各自观察到的经验证据来支持自己的地质理论。由于受到观察范围的限制,各学派难免局限于区域性或地方性的证据。大凡居住在沉积岩地区或专门从事沉积岩研究的人倾向于水成说;而居住在火山地区和专门研究火山的人则倾向于火成说。因此,在英国爱丁堡召开的一次国际学术会议中,这两个学派在附近的火山脚下,对那里的地层结构成因展开了激烈的现场辩论。由于两派都以偏概全,只相信自己,导致了双方互相攻击和谩骂,最后竟然拳打脚踢,演出了科学史上少有的科学家用武力解决学术问题的闹剧。“水成派”与“火成派”一直争论了几十年,史称“水火之争”。

  

  多成因岩石分类观点

  

  后来的科学研究证明,岩石的成因是多元的:不仅有水成岩、火成岩,还有些是由天外来的陨石生成的。1830年,英国自然科学家C.莱伊尔提出岩石的成因分类,将岩石分为水成岩类、火山岩类、深成岩类和变质岩类,深成岩类包括花岗岩和片麻岩类。他认为三大类岩石具有不同的形成条件和环境,而岩石形成所需的环境条件又会随着地质作用的进行不断地发生变化。沉积岩和岩浆岩可以通过变质作用形成变质岩。在地表常温、常压条件下,岩浆岩和变质岩又可以通过一系列的沉积作用而形成沉积岩。当变质岩和沉积岩进入地下深处后,在高温高压条件下又会发生熔融形成岩浆,经结晶作用而变成岩浆岩。因此,在地球的岩石圈内,三大岩类处于不断演化过程之中。莱伊尔以多种成因观点代替岩石的单一成因观点。至此,“水火之争”才告一段落。

  19世纪中期至20世纪40年代末,科学研究确定了各类岩石组合与其形成地质环境的联系,加深了对岩石成因的了解,显微岩石学、岩石化学以及变质岩岩石学等学科理论相继提出。随着科学技术的不断发展,如X光及电子显微技术、光谱、质谱等新技术、新方法的应用为地壳早期岩石、洋底和深部地幔岩石的研究积累了大量的资料,进一步推动了现代岩石学理论的完善。

  

  责任编辑 李 军

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