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[阿什卡咖啡馆] 地质学极简史【一张图 ^Q^】

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发表于 2019-6-8 08:37:08 | 显示全部楼层 |阅读模式
品质源于技术 服务源于态度
这是阿什卡微信公众号的第646篇原创文章
首发于2019年6月7日

说起人类最古老的学科,有人认为是神学,也有人认为是天文学。其实都不准确。

作为“学科”,要有理论、实践和发展。最早集齐这三颗龙珠的,是地质学。

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早在250万年前,我们的远祖——能人就进入了旧石器时代。

跨入一个时代,不是用嘴炮轰,而是用实打实的技术敲开时代之门。

石器制造,工艺要讲究,材质更要考究。古语有云:太硬整不动,太软没啥用。

所以,找矿,认识岩矿的硬度、解理,百万年前猿人都会做,你好意思说你背不下来?@地质挂科生

不过,老祖宗毕竟脑子不是很发达,所以,石器时代初级阶段一通摸索,就是百万年。一些能人也升级出了直立人、智人。

百万年摸出什么来?说出来吓死宝宝:

石器工艺从打制、琢制,发展到磨制,甚至搞出黑科技——钻孔。

材料探究也从石头的硬度、解理向色彩、质感等方面拓展,甚至出现了阿尔法裂谷风情的时尚用品:宝石首饰。

柴也烧得渐入佳境,以至于不管看到什么,先拿来烧一烧。

所以貌不惊人的黏土自然进入探究范围,不可避免地烧出了陶器。

热烈庆祝我们胜利进入新石器时代!

大约6000年前,一些智人认识了铜矿石,比如孔雀石之类。

你懂的,青铜时代开始啦!

语言文字的发展,让知识越来越方便被记载、交流、传承、积累,加速了摸索进度。

短短一千多年间,随着天外陨铁堕落凡尘被发现,人们看到屠龙刀的可能,对赤铁矿、褐铁矿这些石头的认识,让人们幡然醒悟:此物不止天上有。

铁器时代的来临,为地质锤的横空出世提供了坚实的物质基础。

古希腊那边,柏拉图和亚里士多德有个学生,叫泰奥弗拉斯托斯,他写了几本书,其中一本叫做《论石》,描述了70多种矿物,论述了颜色、硬度、结构,可燃性、可溶性等物理性质。

而在山的那边海的那边,有一群华夏人,写了《山海经》、《禹贡》等书,也描述了金、玉、石、土4的色泽、特征、产地等等。

不得不说轴心时代是个神奇的时代。

有个人站在楚国大地上,提出一系列地质问题:

天地最初是怎么形成的?原因是什么?怎么去识别?

好吧,他问的是:
遂古之初,谁传道之?
上下未形,何由考之?
冥昭瞢闇,谁能极之?
冯翼惟象,何以识之?
......

他叫屈原,这个问题集叫《天问》。

问题提得早,然而没人回答也并没有什么卵用。

所以,就算有了铁器时代的加持,地质学也还在博物学中砥砺前行。

对于火山、地震这些地质活动,有人渐渐把它从神学中剥离出来。

甚至,凭着山里的海贝化石,亚里士多德还指出,陆地、海洋的分布不是永恒的。东晋的中国人概括为:沧海桑田。

到了宋代,沈括的《梦溪笔谈》对化石、石笋等做了基本正确的解释。

探矿、炼矿技术,也在经验中缓慢发展。

作为一门学科,地质学的第一次飞跃,自然也是从文艺复兴开始的。

意大利的盖世全才达芬奇,当然是无法缺席的,他论述了高山海贝是地壳运动的结果。

1543年,波兰哥白尼的《天体运行论》告诉人类,大地不是宇宙中心,它只是绕着太阳转的一枚天体。

人们开始一本正经考查地球起源。

1644年,法国笛卡尔提出,太阳也好、地球也好,所有天体都是由一些原始粒子聚集而成。

1687年,牛顿神作《自然哲学的数学原理》说,笛卡尔靠谱,万有引力是幕后操盘手。

而在1669年,丹麦的斯丹诺在《天然固体中的坚质体》中,提出了地层学的重要原理——只要地层没变动过,那么:
1. 上新下老(叠置律)
2. 横向连续延伸,并逐渐尖灭(原始连续律)
3. 呈水平产状(原始水平律)

胡克一边和牛顿掐架,一边提出,用化石来记述自然史比较靠谱。他举化石说明:英国曾在赤道一带游荡、地轴可能发生过变化。

科学支撑了工业革命,工业革命也促进了科学进步。

1779年,法国布丰把地球看成一个炽热的铁球,计算它冷却到如今这个温度需要多少年,他认为这就是地球年龄。

切入点现在看起来很幼稚,但属于纯技术流。

那时,野外考察在欧洲时尚时尚最时尚,地质旅行家比AI大佬还要拉风。

置身广阔天地,必然大有可为。比如注意到大区块地形与构造的关系。

法国的盖塔尔在火山地质、矿物分布、化石、地形方面做了重要工作,绘制了世界第一幅矿产、岩石分布图——法国岩矿图,被尊为“地质调查之父”。

英国的米切尔解释了地表岩层带状分布的奇怪现象,指出这是岩层被搞得皱起后,顶部被剥蚀夷平,露出条纹。

德国的帕拉斯则指出,从山脉的中央到外侧,岩层年代逐渐变新,倾角愈来愈缓。

法国的德马雷却专注于火山地质,扒出玄武岩是火成岩。

......

这是地质学的黄金时期,理论成果层出不穷,学科地位也艳压群芳。

1807年,13个地质旅行家在伦敦搞了个小圈子:地质学会。

会员采用餐饮俱乐部的形式,每月一聚,AA制,每顿饭每人15先令——普通职员半个月工资。

金钱隔开了穷人,学问甩掉了土豪,闲暇阻断了富一代。

这样一搞,保证了会员的逼格:有钱、有闲、有学问。现在叫低调奢华有内涵。

一时间,社会精英趋之若鹜。不到10年,地质学会就混进来400个绅士,艳压举世闻名的皇家学会,成了英国第一科学社团。

到了1830年,学会已坐拥745名会员。

这么多人搞地质,不搞出点名堂,对不住地质汪的名头。

威廉·史密斯挖运河、玩化石,玩成了地质学大鳄。他指出,地层岩性不管怎么变,有一样东西的顺序是死也不会变,那就是化石——这就是古生物定年律

1816年,史密斯出版了一张英格兰和威尔士的地质图。

一年后,他又发表了论文《用生物化石鉴定地层》,地层学就此诞生。

用这个办法,史密斯发现和命名了一些地层。

于是,命名地层,一时间成了地质学者的顶级追求——毕竟地层有限,命名一个少一个。

塞奇威克发现了寒武系,拉开了古生代地层的大幕。

纨绔子弟默奇森一看来不及了,赶紧扔了猎枪,操起铁镐,挖出了志留系、泥盆系、二叠系,升级成一流地质旅行家。

而科尼比尔挖到了石炭系。

集齐寒武、志留、泥盆、石炭、二叠这5颗龙珠,大家开始准备召唤一套完整古生代地层。

然而,天有不测风云,地有不测分层。在寒武、志留之间,发现新的一层。

中间地带,兵家必争,地质学家更要争。

塞奇威克:它自古以来属于我大寒武系。

默奇森:笑话,它明明是我大志留系的固有地层...

两人开嘴炮时,没有人想到,这是一场持久战。小伙伴们纷纷站队,加入双方阵营对撕。从文雅的交流、讨论,到激烈的争论、对骂,搞得斯文扫地。这就是著名的“泥盆纪大争论”。

多年以后,1879年,地质学家决定让这个新地层独立,命名“奥陶纪”,结束了这场大论战。

地质论战当然不止寒武志留,水成论VS火成论、均变论VS灾变论,也是轰轰烈烈。

所谓水成、火成,均变、灾变,分别指的是岩石、地层的成因。

德国维尔纳是水成代表,1787年,他发表《岩层分类和描述》,把萨克逊地区的地层分成原生岩、过渡岩、层状岩、冲积岩和火山岩,并相信这一层序可推广至全球。

他提出结晶岩理论,认为花岗岩、玄武岩之类,是海洋化学沉淀结晶产物。

沧海桑田后,就形成灰岩,同时生物开始出现...对地层层序和地质历史作出了解释。

英国的赫顿表示反对。1788年,赫顿发表了《地球论》,指出结晶岩是地下熔质跑到地面冷却结晶而成——火成。而层状岩石呢,是海底沉积物在上部压力和地热的双重作用下,固结成岩,抬升后形成陆地。

他还凭借泥盆系老红砂岩与志留系的不整合接触,推论地球这种“造山-夷平-沉积”的轮回曾多次上演。现在发生的事,在历史上也曾发生,这就是著名的均变理论。

然而,法国的居维业反对这门理论,在《论地球表面的革命》中,他根据岩层不整合面上、下生物群的不同,提出地球一定经历过某种不可描述的灾难,导致地质突变。

站在今天,回顾当初,他们各摸到了大象的一部分。

关于矿物结晶,先有法国阿维《结晶学基础》给出晶体结构模型、晶体的有理指数定律,匈牙利的魏斯提出晶体坐标轴,后有意大利的莫斯、德国的赫赛尔等确立了晶体分类。

任何理论,不经过质疑的锻打,不依仗证据的支撑,不直面实践的检验,都无法持久挺立。

19世纪初,随着地质年代和地层系统逐步建立,结晶学、矿物岩石学、化学研究的稳步发展,地质学知识大厦初步奠基。

为什么大山那么高?为什么大海那么深?矿物是怎样形成的?这些古老的问题,渐渐有了答案。

1790年开始,英国的霍尔开始熔融岩石结晶加热加压实验,而1829年,英国尼科尔又发明了偏光显微镜,岩石学的实验研究步入正轨。

1837年,美国丹纳的《矿物学系统》出版,标志近代矿物学体系已臻成熟。

1854年,美国的惠特尼提出次生富集矿床成因说。

1859年,达尔文的《物种起源》横空出世,进一步推动了古生物学研究。

1894年,德国的瓦尔特在《地质学导论》中提出相对比定律,说明了沉积环境随时间推移的空间变化。

19世纪后期,岩石学、矿物学、矿床学你追我赶,而动力地质学也发枝散叶,地貌学、冰川学、地震地质学竞相发展。

1909年,奥地利的修斯出版《地球的面貌》,总结了19世纪地质学工作,同时强调了地壳的水平运动,提出了综合分析方法,这是全球构造地质研究的先声。

19世纪末,对地震分布的研究,揭示了环太平洋带和欧亚带两大全球性地震带。

地球结构的神秘面纱也被地震技术揭开。

1912年,美国的古登堡发现古登堡面,这是地幔与地核的界面。

1913年,美国的葛利普出版《地层学原理》,把地球的气圈、水圈、生物圈、岩石圈等作为系统整体来讨论,有力促进了地层研究。

1914年,美国的巴雷尔把地球外部划分为岩石圈和软流圈。

1935年,丹麦的莱曼确定了液态地核与固态地核的界面。

这个地质学大发展阶段,中国学者在干嘛呢?

1903年,虞和钦编写了《中国地质之构造》。

1906年,顾琅编写了《中国矿产志》。

还有一位,估计你想不到:1903年,《中国地质略论》,鲁迅著。

转眼到了20世纪,地层学、古生物学、岩石学、矿物学、和构造地质学深入发展,深度影响了我们的生活,比如:石油地质学、水文地质学、工程地质学等分支。

1912-1915年,德国的魏格纳建立了大陆漂移学说,提供了大量古生物证据、古气候证据等,解释了板块轮廓、地形、地层、地质、构造、古生物群的相似性。

但是,有个问题让魏格纳很尴尬:是谁为大地漂移提供了如此强悍的动力?

科学家们用了几十年时间,才为魏格纳解了围,包括:英国乔利的放射性热循环说、霍姆斯的地幔对流说,英国布莱克特和朗科恩发现的古磁极随系统位移现象,等等。

1953年,美国的彼得森利用碳14测年法,测得地球年龄是45.5亿岁。

60年代,板块学说建立,地球表面被地质学家分为若干板块。板块边界要么是新地壳形成的洋底隆起,要么是地壳削减的海沟,要么是转换断层。板块下面,是大约约100公里深的地幔低速层,构成软流圈的顶界,它的上面,就是我们脚下的岩石圈。

1976年,赫德伯格的《国际地层指南》进一步提出多重地层划分,受到小伙伴的欢迎。

至此,地球构造及配料,以及加工工艺,基本摸清。

随着人类对脚下大地认识的日渐清晰,对矿产资源开发利用的日臻成熟,大家越来越认同一个观点:

我们只有一个地球,正如生命只有一次。

且行且珍惜。


-END-

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