赫顿

詹姆斯·赫顿(1726—97)出生于爱丁堡,上过当地的中学。他 17 岁时跟一个律师当学徒,但不久就为了攻读医学而离去,先是在他家乡的大学,然后在巴黎,最后在莱登,1749 年从那里毕业,成为医学博士。但是, 他从未行过医。他一度进行各种化学实验,包括硇砂的实验。他最后从硇砂的制造中挣得足够收入,从而得以从事那些他的名望所系的无利可图的地质学研究。1752 年,他去到诺福克的一个农场研究农业,从 1754 到 1768 年, 他经营自己在贝里克郡的农场;但后来他又离开那里,到爱丁堡定居。他在这里结交了约瑟夫·布莱克、约翰·普莱费尔(数学教授)以及詹姆斯·霍尔,全身心地致力于自己的研究。这些研究决不局限于地质学。在他那经典

的《地球理论》(Theory of the Earth)问世之前,他已经发表了关于物理学和形而上学的论著。虽然他对地质学的兴趣已有很多年,但他直到 1785 年才撰写这门学问的著作。在这之前,他已到苏格兰、英格兰、威尔士和欧洲大陆进行过地质旅行,实际上已构思了他的地球理论,并口头告诉过他的朋友。那年,他接受劝说,向当时新建立的爱丁堡皇家学会报告工作。他呈交了两篇论文,发表于该学会《学报》第一卷,题为《地球理论;或地球陆地的组成、离解和复原的可观察规律的研究》(Theory of the Earth; or an Investigation of the Laws observable in the Composition, Dissolution, and Restoration of Land upon the Globe)。这理论似乎没有引起多大注意。但是,1793 年,后来的爱尔兰皇家科学院院长理查德·柯万(1733—1812)相当激烈地抨击了它。于是,赫顿致力于把他的理论搞得更精致,并提供更充分的证据支持它。其结果便是1795 年出版的两卷本《地球理论,附证明和插图》(Theo- ry of the Earth,with Proofs and Illus trations)。计划的第三卷共有六章, 于 1899 年由伦敦地质学会出版。

赫顿深入思考了科学方法的问题,发表了一部关于知识问题的多卷著作

(An Investigation of the Principles of Knowledge , andof the Progress of Reason from Sense to Science and Philosophy , 3Vols.,4,1794)。因此,他进行研究的方法不是随意的,也不是不自觉的,而是经过深思熟虑选定的。这些方法主要可以说是自然主义的方法。地球的既往史必须根据那些现在仍可观察到的或者晚近观察到的自然作用来解释,而不能诉诸任何超自然原因的作用。不管怎样,在科学中,自然现象必须被看做为形成一个不受超自然干预的自成一体的体系(Theory of the Earth,Vol.Ⅱ,p.547)。

象前人一样,赫顿也观察到,土壤覆盖下的岩石通常由按一定顺序排列的并行岩层组成,虽然各岩层在组成上不同,但它们看来全都由更古老岩石的碎屑组成。并且,在海洋的下面,可以形成完全一样的岩层。因此,看来象我们现在所知道的那样,陆地大都可能是由以往存在的陆地的碎屑组成, 象沉积物那样水平地展布在海底上,变为坚实的岩石。因此,我们有理由设想,地球一度为水的海洋所包围,而在海底,原生岩石核心的碎屑密集而成为坚实的岩层。但是,赫顿不认为,仅仅压力就能解释软性沉积物之固结为坚实岩石。他坚持认为,固结需要地下热的作用,但他也认识到,热对岩石的通常效应要受它们所承受的压力作用影响。他的观点似乎为斯特诺早已注意到的一个事实所证实,即陆地岩层往往偏离它的作为海相沉积物所应处的水平位置,而且所处位置极不规则——倾斜、折迭、扭弯、断裂,沿垂直位置则端未都截平。象他所指出的,偶而还发现紧密并列的岩层,它们通常离得很远,分属迥然不同的岩层系。按照赫顿的意见,这些都只能用地球内部蓄积的热所引起的灾变来解释,这种灾变为受热作用的物质产生的抵抗所缓

和,结果,在地壳中产生了形形色色的扭曲和不规则性。赫顿认为,火山是地球的通气孔和安全阀,地球的内热不时通过它逸出,从而“防止陆地不必要地升高以及地震的毁灭性后果”(Theory,Vol.I,p.146)。

于是,赫顿形成了这样的观念:地球内部可能包含“一种流动物质,它被热的作用熔融,但不发生变化”;他进而还解释了其他各种地质现象。为此,他假设,这种熔融的物质有一部分被从地球内部挤入地壳,从下面侵入各种地层。赫顿认为,粗玄岩(包含颇多争议的玄武岩)、斑岩和花岗岩就是这种侵入岩。因此,他提出,花岗岩和粗玄岩的岩脉是火成物质从下面外流的结果,而不是在上面的海洋沉淀所形成。

赫顿明确认为,玄武岩起源于火山。他首先解释了玄武岩(和类似岩石) 同普通熔岩流之间的差异。玄武岩所以具有结晶结构,是因为组成它的熔岩没有到达地球表面,而是留在地下,并在上面岩石的巨大压力下固结。逸出地面的熔岩没有受到这种压力,因此,具有囊状结构。赫顿的假说后来由詹姆斯·霍尔爵士用实验加以证实。

虽然赫顿是个火成论者,但现在应当可以明白,他并不否认象热一样, 水在地质演变这场戏剧中也扮演着重要角色。相反,他对地面在水以及空气和热的作用下不断变化的方式作了精彩的描述,给人留下深刻印象。大气的风化作用和化学剥蚀作用使岩石分解;雨和流水把岩屑冲入海洋或其他储水的场所,岩屑在那里蓄积起来,形成新的岩层,它们在适当时候由于某种内部灾变而隆起。这样,旧的陆地被冲掉,新的陆地崛起;这种变化现在仍缓慢但不停地继续进行;“没有显现出开端的踪迹,也望不到终结的尽头”。

就自然地理学而言,特别令人感兴趣的是赫顿关于流水刻蚀地面的思想。这个思想的最精彩表述见诸普莱费尔的《赫顿理论例话》(Illustrations of the Huttonian Theory),其中的有关段落录引在第 488—489 页上。