地质学极简史【一张图 ^Q^】

刘萝卜锅

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

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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。

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。

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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”。

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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。

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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，美国的彼得森利用放射性元素半衰期测年法，测得地球年龄是45.5亿岁。

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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。

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写的很好！