探讨构造地质学与大地构造学的早期研究史,基本涉及早期地学思想萌发史,是从以下三方面开端。
一、地球球形说
这是一个既古老而又原始的课题,古希腊哲人希凯哥拉斯(Hiketaas)和恩克弗多斯(Ekphautos)主张地球中心说,柏拉图(Platon)、恩多霍斯(Eudoxos)提出同心天体说,菲洛拉奥斯(Philolaos)的地球说是当时具有代表性论点;主张宇宙中心是火,火使地球、月球、太阳及其卫星旋转;赫拉克里特(Heracleitos,公元前540—前480)提出了“原始主火说”(plutonism)主张“万物源于火”:“火生海,海生大地和气,上升经燃烧而成太阳;他是宇宙二心说的倡导者,也是天体运行论最早的提出者;被誉为古希腊“七贤”之一的泰勒斯(Thales,公元前624—前547)提出“原始主水说”(Neptune)倡导水是万物之本源,主张地球及其上的动植物都由“水”组成,而改变地表起决定作用的是水,是外因,他是第一个不依赖于外力而说明自然界化学者;同时还有恩培多克勒(Empedocles,公元前492—前433)认为“四元素——水、火、土、空气为本源,提出地球核心是火热液体的推论。其他还有地动说,同心天体说,形成地球中心说,占据统治地位。南意大利学派的创建人毕达哥拉斯(Pythagores,公元前580-前500)的宇宙形成论,基本上重复了上述主张,强调了一切天体,包括太阳、月球、地球都围绕静止在中心火而旋转,但认为天体均呈球形体,后来又获得亚里斯多德(Aristoteles,公元前384-前322)的支持。到托勒密(Ptolemaeus,约90—168年)更进一步用均轮和本轮组合,完善了地心说,并一直占统治地位几个世纪,可算是科学发展史上一个漫长的黑夜。
直到欧洲文艺复兴时代,波兰天文学家哥白尼(N.Coperniicus,1473—1543年)1543年《天体运行论》问世后,宇宙地心说才被太阳中心说理论所替代。
正像恩格斯所指:“哥白尼用这本书向自然事物方面的教会权威挑战。从此自然科学便开始从神学中解放出来”。对地质学也是一个新时代的号角,得以用新的观点探索地球起源及其演化的奥秘。
二、从火山地震认识地球内部构造
从火山地震观测来探讨地球内部构造和活动,最早在罗马时代就已开始,诸如大普林尼(S.Plinius.23—79年)79年维苏维火山喷发时,为获得喷发时的实地观测,窒息而死,是世界上为探索地质现象而牺牲的第一人。发表有《自然历史》(37卷);辛尼加在《自然探索》中,提出地震成因等;1688年胡克(R.Hook,1635—1703年)的《论地震》更有代表性,书中认为:由于地下喷发或地震,海陆发生过多次彼此相反的运动……地震可以震动整个地表,破坏山脉……形成新的山脉。
三、从山脉山岳及其成因的认识推断地球内部构造
阿拉伯学者阿维森纳(lbn Sina,Avicenna,980—1037年)于1021—1023年发表《山岳成因》,列举强烈地震为论证,认为地震使陆地上升,形成岛山,变成山岳,还提出造山作用,及其海陆交替和变迁等。意大利马格努斯(A.Magnusl,1206—1280年)提出的山岳成因理论,认为是火山作用形成山脉;瑞斯特罗(D.Ristoro)于1282年发表《山岳的形成》,主张是天体的影响,是地震作用;到1852年博蒙发表《山脉成因体系》。
第二节 早期地学著述中有关构造地质学理论的论述一、16—17世纪构造地质学理论的萌发16世纪后,科学从宗教神学桎梏下解脱出来,欧洲工业的发展,迫切寻求金属矿产,有力地推动了矿业的发展,人们也从矿藏寻找中认识到地质构造知识的重要作用。
前文中提到的意大利人达?芬奇,德国的阿格利柯拉的理论不再赘述,而其中特别是丹麦学者斯蒂诺(1638—1686年)于1669年发表的《天然固体中的坚硬物》一书中,论及到岩层延伸理论,指出岩层受扰动破坏而倾斜,并建立意大利托斯卡尔纳地区地质发展史,他把该区划分为6个阶段,从中可推断当时对地球面貌、地质构造的雏形的认识:
(1)陆地完全沉没于海,乃由于地层堆积。
(2)陆地外出于海而成平原。
(3)地面断裂为山岳、悬崖、丘陵等。
(4)陆地又沉于海,是为地球重力中心变动所致。
(5)陆地又露出水面而成平原,由于泥沙淤积,海洋加宽,上升而成。
(6)高起的平原有流水侵蚀,及地下水力作用,方变为沟谷及悬崖。
他提出沉积岩原为水平产状,火山作用褶皱、断层、剥蚀作用形成山脉。
认识地球,探索地球构造,有诸如笛卡尔(Descartes,1596—1650年)1644年发表的《哲学原理》和后来发表的《地球内部构造》中提出地球起源及内部构造假说,认为地球生成有漫长历史,并制定了地球内部构造示意图,把地球内部分为表层、壳层、水层外壳(原始物质)内核及中心核。1684年巴涅特(T.Burnet,1635—1715年)发表《神圣地球理论》是一种系统的洪水论的观点,认为原始地球没有山脉和海洋,对当时欧洲影响颇大。莱布尼兹(Leibniz,1646—1716年),于1693年发表《地球形成理论》、《原始地球》(1693年),认为原始地块有两个起源:一个是从火成熔融体冷却下来的物质,一个是从水中凝聚的物质变成地层群。俄国帕拉斯(1741—1811年)著述中,阐述过山脉构造的一般规律性。
莱布尼兹的地球理论是从哲理概念出发,发展了思辨天体演化学说,对宇宙生成与发展的认识有其独特的论点。他认为:当地球外壳冷却到能凝缩为蒸汽时,淹覆高山的大洋就形成了。他提出地壳具有多孔状构造,由于受破坏,水平的岩层才倾斜,不动的(稳定的)地段成了山脉,而塌陷地带则形成了峡谷。这种地球观是在笛卡尔地球观基础上发展的,后又被雷曼等人所发挥,可算是原始海洋说,以及地球冷却说、最早的收缩说的缔造者。
二、18世纪在认识地球论断中发展构造地质学理论和思想
1.康德—拉普拉斯宇宙量子理论中对地球构造的认识
进入18世纪,洪积论、水成论占有统治地位,对地球生成的认识可从德国哲学家康德(Immanual Kant,1724—1804年)的《地球理论》中得到一些论证。康德的哲学思想认为人类认识的最高领域是理性,但理性由主观观念所指导,空间、时间、因果性、自然规律并不是自然界本身的特征,而是人类认识能力的特征,是一种典型的唯心主义与唯物主义的调和论者。但他在1755年发表的名著《自然通史和天体论》中提出了辩证发展的宇宙观——关于太阳系演化的星云说为众多学者所称赞,对宇宙论和地球认识论的进步思想的发展起重要作用。恩格斯在《自然辩证法》中做了高度评价,指出,康德—拉普拉斯的理论为冲破僵硬的形而上学理论打开了“一个缺口”。
他在1754年发表的《地球理论》,是以大洋潮汐理论为基础,提出地球自转是受潮汐的摩擦作用而减慢的结果,他对火山、地震成因的基本论点是正确的、科学的。
法国天文学家拉普拉斯(P.S.Laplace,1796—1807年)的《宇宙体系解说》对康德的太阳起源星云说,做了重要的补充,被人们称之为康德—拉普拉斯宇宙起源学说。
2.法国布丰在其《地球论》中对地球形成的认识法国著名博物学家布丰(Boffon,G.L.,1707—1788年)在《自然史》(Histolre Naturelle,共三编)第一卷《地球论》(1749年)中,以水成论观点认为,地球冷却过程最初析出的包体物质形成原始山系,各种矿产就是生成于这些山系之中,生物化石就在石灰岩和堆积岩之中。地球上的一切变化,包括大陆和原始海洋的生成,都是自然因素所决定。对太阳系的起源,以力学原理加以解释,他的理论观点与《圣径》教义相对立,1751年遭到巴黎大学神学会的警告,要求他公开宣布放弃关于地球理论的观点。
布丰对地球形成的理论,他坚持唯物主义观点,他明确地指出:“地球与太阳多有相似之处,地球是冷却的小太阳,地球上的物质,演变形成了大海与沙漠,并产生了动物与植物,最后才孕育了人类”。布丰认为地球的进化不是如圣经的《创世纪》所讲是上帝创造了我们生活的这个自然、而是在漫长的演变中形成现在的这个状态。布丰的论述是研究大地、山脉、河川和海洋,寻求地面变迁的根据,开启了现代地质学研究的先河。
1844年恩格斯在《前进报》上对布丰的自然史论点,作过高度评价,指出:“由于地球形状的判明和人们无数次的旅行,地理学被提高到科学水平,同样自然历史也被布丰和林奈提高到科学水平,甚至地质学也开始从它过去所陷入的荒诞假说的深渊中逐渐挣脱出来。”
他还是最早提出地球的撞击理论者,在《自然纪元》一书中把地球划分为7个发展阶段。
(1)一颗彗星掠碰到固态的太阳,带出不少的炽热物质,其中由气体包裹着的较大碎块,一面自转,一面绕太阳公转,并逐渐凝固成行星,地球就是这样生成;(2)地球和其他行星开始是半液体状态的熔融物,由于绕轴自转终于形成赤道凸出的扁球形状;(3)地球温度逐渐下降,形成一层硬壳,并出现褶皱产生山脉与海床;(4)大气中的水分,凝结成浸没整个大地的海洋;(5)地壳隆起部分受到海水浸蚀,碎岩开始沉积,生物遗体随之而被埋藏形成化石;(6)地壳出现裂缝,许多水灌入地球内部,陆地显露并生长植物。出现陆上动物,最终出现人类;(7)大量有机物质埋入地下形成第一批火山,火山喷发形成现今的岩层,但他忽视了地球内部能以及地壳运动的因素;布丰关于地球起源与演化的观点,具有一定科学性,但理论上的破绽很多,甚至有明显的错误,其中像推算地球年龄相差甚远,但他对反神学和宗教的统治来说,有进步作用,对水成论、火成论,以及居维叶的灾变论都有深远的影响。
布丰1788年逝世,享年81岁,为表彰他的贡献,在御花园内铸有一座铜像,镌刻着:“献给和自然一样伟大的天才”。