在广袤的大地上,无数奇形怪状、色彩斑斓的石头静静伫立,仿佛亘古不变的守护者。每一块石头,都是时间的凝结,是大自然写下的壮丽诗篇。它们沉默而厚重,记录着地球数亿年的历史。有人说,石头是大自然的艺术品,仿佛天工巧夺,毫无瑕疵。那晶莹剔透的水晶,闪烁着梦幻的光芒;那碧绿的翡翠,温润如玉,让人心生怜爱。还有那些布满斑点的花岗岩、纹路如画的大理石,仿佛一幅幅天然的艺术画卷。
而在我们生活的角落,石头更是不可或缺的存在。建筑用的砖石、铺路用的石板、甚至是农业中的肥料,它们都在默默地发挥着重要作用。石头,这些平凡而神奇的存在,究竟是怎样形成的呢?让我们一起走进这段充满奇妙与奥秘的自然演变之旅。一、水与火的初次交锋在人们认识世界的过程中,当科学还没有成为一种有效的工具时,很多人试图从传说中寻找答案。
如女娲补天、大禹治水、诺亚方舟等,在诸多中外古文明中都出现过类似有关石头的传说。古代学者虽然并没有直接回答“石头是怎样形成的这问题”,但是一些哲学家却曾回答了“万物的的本源是什么这个问题”,古希腊著名的思想家、科学家和哲学家泰勒斯提出,水是世界的本源。后来,古希腊又出现了一位名叫赫拉克利特的著名哲学家。他认为,万物的本源是火,世界万物都是由火产生的,即使万物消亡,也要复归于火。
按这两位哲学家的思考万物的本源是“水”或者“火”,那么我们的岩石也就是“水”或者“火”生成的。这也是历史上第一次“水火之争”。二、“水火之争”地质历史还有一次著名的“水火之争”发生在17-18世纪。伍德沃德是英国格雷山姆学院的一位医学教授,也是一位地质学家。他爱好收集化石,并保存了很多的化石标本。在17世纪时,宗教势力还很大,人们的意识自觉或不自觉地受到《圣经》诺亚洪水传说的影响。
他认为,洪水曾经把地球冲击得分崩离析,地表的岩石、土壤以及各种杂物都被冲垮,所形成的汪洋大海就是一片包含着各种物质的混合物。当洪水退去后,这些物质慢慢沉淀,而这些化石就是这样形成。并将他的想法在《地球自然历史试探》一书中出版。到了18世纪一些早期学者将他们所观察到的所有岩石(主要是花岗岩和片岩等)均归类为过度简化的硬质结晶“原生岩”序列,并认为它们都是和地球同时形成的。
这些岩石又被称为“次生岩”,即富含化石、常产生褶皱或变形的沉积岩层覆盖。于是早期学者的认为,“次生”岩层是诺亚大洪水时期的主要沉积物。“次生”岩层之上是松散的沉积物和沉积岩,被称为“三级岩’,它们被认为形成于大洪水之后。这也就形成了“水成论”的雏形。最著名的水成论者是德国博物学家亚伯拉罕·戈特洛布·维尔纳。维尔纳是弗赖堡矿业学院的矿物学教授。
出生于矿业家族,从小就对矿物学产生了浓厚的兴趣,他不仅狂热地收藏各种矿物,还对岩石进行过深入研究。维尔纳认为,地球上所有的岩石都是从大洋深处“结晶”或“沉淀”出来的。并提出这样一个设想地球最初被一个“原始海洋”包围着,水是最重要的地质力量,所有的岩层都是在海水中结晶、化学沉淀和机械沉积形成的。它们按照先后顺序进行沉积,早沉积的位于下面,越往上的沉积越晚。
首先沉积的是花岗岩,被称为“原始层”,它们是覆盖在地球表面的第一批岩石,也是地球上数量最多的岩层。后来,原始海洋的水位逐渐降低,“原始层”露出水面,遭受侵蚀,然后再次沉积这便是第二批岩石,主要为粗砂岩、石灰岩等,为“过渡层”。最后,“过渡层”上面再沉积下来一些含有化石的岩层,为由松散泥沙组成的“冲积层”。1787年,他出版了《岩层的简明分类和描述》一书,书中把萨克逊地区的地层由老到新进行了划分。
三、石头究竟是如何形成的?水,是柔情似水的雕刻师。它缓缓流淌,携带着矿物质,经过岁月的沉淀,凝结成一层层坚固的岩石。德国地质学家维尔纳描绘的水成论,如一曲优美的乐章,将水的力量展现得淋漓尽致。火,是地球深处的热情舞者。它炽热而狂野,在地壳深处涌动,时而喷薄而出,冷却后形成坚硬的火成岩。苏格兰地质学家赫顿提出的火成论,则如一场壮丽的焰火,展现了地球内部的无尽活力与创造力。
当然,以如今的眼光来看,水成论和火成论各有其正确之处:水成论在一定程度上解释了化石的成因和地层的排布,但过分强调虚无的“上帝的力量”,并且在证据不足时试图通过臆测进行弥补;火成论很好的解释了岩浆岩的形成原因,并且相较于水成论,它承认了多种动力因素对地质地貌的影响,强调自然的力量。在地球演化过程中,地球内部的热能是引起地质作用的主要能量,而外部能量主要来自太阳辐射能。从这个角度,火成论更具优势。
同时,水成论强调洪水发生和地层形成的突然性,火成论强调火山和岩浆作用的持续性,二者又与“匀变论”“灾变论”交织,从这点上看,二者也存在一定的片面性。依据现代科学的研究,我们将地球上的岩石分为三个大类:火成岩(Igneous rocks)、沉积岩(Sedimentary rocks)、变质岩(Metamorphic rocks)。
其中火成岩占了绝大部分,分布在从地面到深达16千米的地方,其是地慢中的岩浆涌入岩石圈或出露地表冷凝成固态形成的;沉积岩是在地表或近地表不太深的地方形成的一种岩石类型。它是由风化产物、火山物质、有机物质等碎屑物质在常温常压下经过搬运、沉积和石化作用,最后形成的岩石。不论那种方式形成的碎屑物质都要经历搬运过程,然后在合适的环境中沉积下来,经过漫长的压实作用,石化成坚硬的沉积岩。
变质岩是指在地壳形成和发展过程中,早先形成的岩石,包括沉积岩、岩浆岩,由于后来地质环境和物理化学条件的变化,在固态情况下发生了矿物组成调整、结构构造改变甚至化学成分的变化,而形成一种新的岩石,这种岩岩被称为变质岩。而三者之间也可以进行相互的转化和循环。
尽管早先的地质学家的结论并不完全正确,但是赫顿一系列地质学家他们对真相的执着、对科学坚定的追求,即使隔着几百年的尘埃,却依然如阳光般闪耀,并指引我们攀向更高的山峰。