地质学研究历史
古代希腊人是第一代描述地球的人。
他们的很多记载是事实、迷信、传说、猜测和时间信仰的大杂烩。
公元前6世纪,哲学家萨勒斯·安奈克斯曼德(Thales Anaximander)宣称,鱼化石是史前生命的遗体。
他们也认识到,水通过在河口处堆积泥沙而改造地表地形。
公元前5世纪,历史学家何罗多特斯(Herodotus)观察到水是怎么塑造地表地形的。
他认为,在下埃及地区发现的的海洋化石表明,海水曾经淹没陆地。
公元前5世纪,哲学家埃姆佩多柯勒斯认为地球内部呈炽热液态,所有的物质,包括空气、火或水,都来源于地球内部。
生活在公元前4世纪的伟大哲学家亚里斯多德认为,地球就像生命一样成长到现在这样大小。
他的学生赛奥佛瑞斯特斯写了一本书《关于石头》。
这本书第一次收集了当时已知的所有关于岩石、矿物和化石的资料。
约在公元前7年,地理学家和历史学家斯特拉伯写了一本17卷的地理书。
他认识到,陆地的抬升和下降部分是起因于火山和地震活动。
古罗马人撰写的地质学书籍表明,他们比古希腊人要更现实一些。
但是,在古罗马书籍中也包含了许多迷信和猜测成分。
这些书籍描述了辽阔的罗马帝国的矿石、矿石交易和采矿情况。
公元六十年代,哲学家路休斯·塞内卡写了一本叫《自然探询》(《Quaestiones Naturales》)的书,书中对地震、火山、地表水和地下水进行过详细描述。
在由老普里尼撰写的37卷著作——《自然史》(《Historia Naturalis》)中,收集了古罗马所有关于岩石、矿物和化石的知识。
公元79年,老普里尼在观察维苏威火山爆发时遇难,这次爆发摧毁了庞贝城和赫库拉尼姆镇。
他的外甥和过继的儿子——小普里尼对地质学做出了很偶然的贡献。
他在一封有关他叔叔的死亡的信中,描述了那次火山爆发及与之相伴的地震活动。
罗马帝国结束于公元5世纪,此后约600年时间内,地质学研究都没有取得什么大的进展。
公元11世纪20年代早期,一位阿拉伯医生阿维森纳写了一本关于地表侵蚀及岩石、陨石和山地成因的重要书籍。
他错误地认为,自然界在不断地用无机物质创造着生命。
他得出的结论是,化石是自然界在创造植物和动物的过程中失败的产物。
文艺复兴时期,人们对很多领域的研究重新恢复了兴趣,这当中也包括了地球研究。
文艺复兴时期,萨克森的一位医生乔治·艾格瑞卡拉对地质学做出过最重要的贡献。
他出版了很多关于矿物、化石、采矿和冶金学(关于金属的科学)的书。
艾格瑞卡拉的这些书包括《自然界的化石》(《De Natura Fossilium》)(1546)、《关于金属》(《De Re Metallica》)(1556)。
其中《关于金属》成为现代冶金学和采矿学的基础。
出生于波兰的一位天文学家尼古拉斯·哥白尼认为,地球是一颗运动中的行星。
他指出,地球每24小时绕地轴旋转一周,每一年绕太阳旋转一圈。
同时,哥白尼还说,行星绕着太阳公转,月球绕着地球公转。
17世纪早期,意大利天文学家伽利略通过用他的望远镜所做的观察支持了这些观点。
同时伽利略还发现,地心引力将所有的物体以相同的加速度(速度增加的度)吸引向地球,而不管它们的重量如何。
伽利略的试验为英国科学家艾萨克·牛顿爵士于1687年发现万有引力定律打下了基础。
1669年,一位丹麦医生尼古拉斯·史丹诺做了大量的地质观察。
他指出,岩石地层(层状堆积的岩石)的结构经常是老地层堆积在下面,新地层堆积在上面。
这种地层的层序律使科学家能确定地质事件发生的先后顺序。
关于岩石的争论
18世纪晚期到19世纪,地质学家展开了关于岩石是如何形成的的一场大辩论。
德国矿物学家亚伯拉罕·戈特洛布·沃纳认为海水曾经淹没了整个地球。
沃纳和他的追随者声称,
水里的化学物质慢慢沉降到水底,在那里形成地层,并推测,最古老的底部地层是由花岗岩组成的。
这些理论家认为地球完全是由化学物质的沉降形成的,随着化学物质的沉降,海洋逐渐被填充并最终消亡。
同时他们还认为地球上没有再发生过其它的变化。
沃纳和其他那些认为所有岩石都是在一个全球性的海洋中形成的人,被称为岩石水成论者,这一名字来源于古罗马人的海神奈伯特恩。
一位苏格兰医生詹姆斯·霍顿则坚持另一种与之明显不同的观点。
霍顿及其支持者认为,有些岩石是由火山流出来的熔岩冷却后形成的。
这些人被称为岩石火成论者,这一名字来源于古罗马人的阴间之神Pluto。
在1795年出版的一本叫《地球的理论》的书中,霍顿提出了后来被称为均变说的原理。
他宣称,地球现在正在逐渐发生变化,将来也会以同样的方式继续发生变化。
他说,这些变化可被用来解释过去发生的情况。
他于1797年去世,当时其他科学家还没有接受他的思想。
1802年,一位苏格兰数学家约翰·普雷法尔出版了霍顿的理论的插图。
他用插图方式清楚地阐述了霍顿的思想,成为地质思想的带头人。
即使是站在辩论的高度,岩石水成论者们也忽略了法国地质学家尼古拉斯·德斯玛瑞斯特的工作。
1765年,德斯玛瑞斯特指出,法国中南部奥弗涅地区的岩石是火山成因的。
这场辩论直到19世纪早期,沃纳的两个最著名学生——里奥波尔德·万·布奇和亚历山大·万·哈姆波尔特——加入到岩石火成论者的行列中之后才平息下来。
万·布奇和万·哈姆波尔特是在参观了几个地点(包括奥弗涅地区和意大利火山——维苏威山)后转变观点的。
从那以后,岩石火成论观点为大多数科学家所接受。
试验地质学的诞生是霍顿与苏格兰地质学家和物理学家詹姆斯·豪尔爵士之间的友谊结出来的硕果。
豪尔对证明霍顿的思想很感兴趣。
他开始组织他的试验,在一个大炉子中将岩石熔化——正如在火山中熔融岩石一样。
豪尔发现,熔化的石灰岩冷却后,形成大理岩,而火山岩石则形成花岗岩。
他的工作证明,霍顿的思想——地球在不断地发生变化——是正确的。
英国土木工程师威廉·史密斯是用化石解释岩石地层年龄的第一人。
18世纪晚期,当史密斯在英国南部进行测量和修建运河时,他发现许多岩层中包含有化石。
他证实,即使在不同地点,相同的地层中总是含有相同的化石类型。
1815年,史密斯出版了第一张描绘英国地层的地质图。
1822年,法国自然学者乔治·卡维尔男爵和法国地质学家布朗尼阿特合作出版了一本描述巴黎地区地质和化石方面的书。
他们发现每一岩石地层中包含有特定的化石组合,并且他们能根据化石组合在整个区域内追索这些地层。
1830年,苏格兰地质学家查尔斯·莱尔爵士出版了3卷本教科书《地质学原理》中的第一卷。
这是地质学发展史上最重要的事件之一,极大地影响了其他科学家。
莱尔支持霍顿的均变说原理,均变说当时尚未为科学家所广泛接受。
出生于瑞士的自然学家路易斯·阿加西兹在18世纪30年代和40年代研究了欧洲的冰川。
他认为巨厚冰盖曾经覆盖了从北极到中欧的大片地区。
阿加西兹解释了缓慢流动的冰盖是如何改变地表形态的。
1846年,出生于爱尔兰的工程师罗伯特·马利特开始了地震科学研究。
他同时找到了在地下爆破后测量地面振动速度的方法。
1905年,英国物理学家欧内斯特·拉瑟福德提出,可用放射性矿物的半衰期来测定矿物的年龄。
1915年,苏格兰地质学家阿瑟·霍姆斯发表了《放射性与地质时间测量》一书。
第一次探讨了利用放射性来确定岩石年龄的可行性。
1968年,一组美国科学家合作提出了一种理论,认为地球外壳是由很多刚性板块构成的,这些板块在持续不断地运动。
这一理论叫板块构造学说,它支持了大陆在地球表层漂移的观点。
由于这种学说可用来解释山地、火山和地震的成因,因此,它是地质学最令人振奋
的思想之一。