水成论与火成论

现在我们都知道，地球表层的岩石圈，是由三种不同的岩石构成的：“水成”的沉积岩，“火成”的岩浆岩以及由这两种岩石经过变质作用而形成的变质岩。这种岩石知识，已成为常识而为人们所共知。然而，它的得来并非易事，是人类经过长期的实践才总结出来的。在地质学史上，围绕着岩石的起源与成因，特别是针对火成岩的成因，曾展开过一场“水成派”和“火成派”的激烈争论。

水成派的代表人物维尔纳，是德国萨克森地方一个名叫弗莱堡矿业学院的教授。他出身于矿业家庭，300 年来，其家族都和采矿事业有着联系。维尔纳继承家庭传统，酷爱地质学，并在地质地论的研究上作出了杰出的贡献。他首创了矿物分类法，提出了按成分区别岩石的方法，并使地质科学系统化。而且，地质学作为一门课程也是由维尔纳首先在 1755 年开设的，当时这门课

程的名称叫做“地知学”。维尔纳也因此成为 18 世纪欧洲的一位享有盛誉的地质学家。维尔纳虽然一生没有发表多少著作，然而，由于他的讲课内容丰富，语言动人，因而很多人纷纷从欧洲各国，慕名来到弗莱堡矿业学院聆听维尔纳的讲课。不多久，在维尔纳的周围就逐渐形成了一个地质学派，像著名的地质学家布赫、洪堡德等人都是他的学生。

维尔纳根据化学家波义耳关于饱和溶液中晶体沉淀的实验，建立了岩石起源与成因的理论。维尔纳认为，地壳上的所有岩石，都是从原始的海水或洪水时期沉积而成的，甚至像玄武岩、花岗岩一类的岩石，也是借助于水中的各种盐类的结晶作用而形成的。他否认在漫长的地球史上有过火山的现象，而且把现代火山活动解释为煤和硫磺在地下燃烧的结果。

维尔纳的理论很快被传播开来，并成为当时地质学上的权威学说。以维尔纳为首的学派，由于主张一切岩石都是在水中沉积而成的，因而被人们称之为“水成派”。

在生产实践中，用维尔纳的岩石成因理论来解释沉积岩的生成，基本上是正确的；但把花岗岩、玄武岩这样明显的火成岩也说成是水成成因，则是说不通的。1788 年，出了个与水成派针锋相对的火成派代表人物——英国地质学家哈屯。哈屯原先学医，但他从未行过医，反而对地质学发生了浓厚的兴趣。他依靠经营农业而赚了大量的钱，这使他有可能潜心研究地质，并到14 个国家进行地质考察。科学的实践活动使他扩大了知识眼界，并促成他在地质学理论上有所建树。哈屯强烈地反对维尔纳的水成论，提出火成岩是由高温的岩浆冷却结晶而成的观点。哈屯认为，地球犹如一个熔炉，地球内部是炽热熔融的岩浆，而地球的坚固表面则是这个大熔炉的炉壁，熔炉封闭得很紧，只有一些火山口算是安全的阀门。哈屯指出，熔融岩浆从地下的裂缝中迸发出来，经过冷凝固化而形成结晶岩层，如玄武岩、花岗岩就是这样形成的。由于哈屯引进岩浆作用，并用以解释火成岩的成因，因而人们称之为“火成派”。

哈屯的理论刚一露头，就遭到水成派的围攻，两个学派展开了激烈的论

战。双方的争论不仅持续了好几十年，而且，斗争情况也越演越烈。有一次在苏格兰爱丁堡附近的小山下，两派开了一次现场讨论会。讨论会从争论开始，继而发展到互相指责和谩骂，最后达到了白热化的程度，竟用拳头代替争辩，相互殴打了一阵，方才散场，真可谓“水火不相容”！

然而，单纯理论上的争辩并不能解决问题，武斗更不是解决问题的办法，只有实践才是检验理论真假的唯一标准。火成派为了证实自己的学说，进行了广泛的野外地质考察和科学实验。哈屯在实践中发现岩脉的存在，并看到穿插在其他岩石与围岩相接触的地方，有明显的烤焦现象。哈屯的好友，英国业余科学家霍尔爵士，在 1790 年至 1812 年共 22 年的时间里，用一系列的模拟实验，有力地支持了哈屯的学说。

一天，霍尔在利斯的一个玻璃厂里看到了一个很有启发的现象：如果让熔融的玻璃非常缓慢地冷却，它就会结晶化，并变成不透明体，而如果让熔融的玻璃迅速地冷却，它就会变成透明状态。这种现象正如我们日常制造白糖和冰糖一样。白糖就是在冷却较快，结晶较速的情况下形成的，如果我们将白糖做成极浓的浓溶液，控制它的温度慢慢地下降，它就能在一定的温度条件下进行结晶，生成粗大颗粒的冰糖。霍尔认为熔岩的形成，正和在玻璃厂里所看到的现象相类似。于是他花费了不少的资金和精力，从遥远的维苏威火山，运来大量的火山熔岩，放在一个炼铁工厂的高炉中进行熔化。实验证明：如果让熔融岩石慢慢地冷却，就得到像玄武岩那样的结晶质岩石；如果让它突然冷却，则得到玻璃状的岩石。霍尔这个模拟实验，生动地揭示了火成成因机制。

霍尔还把石灰岩放在一个封闭的容器中加热，实验的结果表明，它并不像水成派所说的那样，会被分解掉，而正是像哈屯所指出的那样，在冷却后变成了现在被称为变质岩的大理石一类的岩石。霍尔又把散砂装在一个盛满海水的铁壶中加热，这些散砂就变成了像砂岩一样坚硬结实的岩石，这些模拟实验的结果都支持了哈屯的岩石成因观点。

接着，地质学家德马列在法国中部的一个采石场里，发现了黑色的典型的玄武岩，他顺着这个岩体追索下去，最后到达一个火山口，这就更有力地证明了玄武岩的火成成因。德马列不愿作口头上无休止的辩论，面对前来和他争论的人，只是说：“你去看看吧！”

后来，在冰岛上发生了大量炽热的玄武岩流喷溢地表，铺盖了大片地区的事件。这件事轰动了西北欧，也给水成派提出了严峻的挑战。

在大量的科学事实面前，水成派维尔纳的大弟子布赫，开始怀疑自己老师的观点。后来他到德国、意大利的一些火山地区亲自作了详细调查研究，发现这些火山地区并没有维尔纳所说的煤层，自然更谈不上什么煤的燃烧了。另一个大弟子洪堡德远渡重洋，到拉丁美洲进行地质考察，他登上厄瓜多尔首都附近的皮晋查火山，亲自俯伏在火山口的边缘进行观察，得到了许多第一手资料。在事实的教育下，布赫和洪堡德认识到火成岩的水成成因说

是错误的，转而赞同哈屯的观点。另外，英国剑桥大学的地质学教授席基威克也转变了立场，他最初赞同水成派的观点。曾坦率地表示过，自己“满脑子都是维尔纳的思想，甚至准备牺牲自己的见懈，接受维尔纳所有的信条—

—做一个维尔纳的奴隶”，然而，当他和他的好友罗德里克、麦其生一同前往欧洲各地进行地质考察之后，发现原生岩层并不像维尔纨所说的那样是在水中结晶而成的，而是熔融岩石的固化或凝固的结果，从而接受了哈屯关于火成岩的成因学说。席基威克公开宣称，由于他追随维尔纳，使他白白浪费了好几年的宝贵光阴⋯⋯，就这样水成派开始从内部瓦解了。