一塊岩石的生成:水成說與火成說的爭論(上)

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Storyteller / 蓋瑞

大家都看過岩石,諸如廟宇中的石雕、建築外牆的石磚、原住民的石板屋、還有石板烤肉的石板、石鍋拌飯的石鍋等……生活中,我們更常用「石頭」來稱呼。石頭(stone)與岩石(rock),兩者似乎是一樣的東西,但前者通常被用以稱呼那些堅硬、不透明、易於搬運或撿拾的石塊,且不在乎它的組成、成因等等,使用上較生活化;後者描述那些由礦物、岩屑、甚至生物遺骸所組成,且因地表侵蝕裸露於地表的天然固態物質。照這個定義,洗石子地板、混凝土石塊或許可說「是石頭做的」,但不會稱它們是「岩石」。

全世界的岩石根據生成的方式,大致可分成三大類:火成岩、沈積岩與變質岩,每一類岩石因著其成因不同,在岩石表面會刻劃出不同的特徵,也就是岩石的組織(texture)。反過來說,藉由觀察岩石的組織,多半能回推出這塊岩石產地曾經歷的地質作用。有句諺語說「一葉知秋」,在地質學的世界中,一塊岩石正述說著一個地區的地質演化史。

然而,岩石的辨認並不是那麼容易就能上手的,一般人很難撿起一塊岩石就能準確說出它叫什麼名字,當然也就很難說這塊岩石是如何生成的。事實上,就連學地質的人都不一定能夠做到這件事!

回顧岩石研究的歷史,可以發現,人類區分各類岩石的方式雖同樣從觀察外觀開始,但因為不了解地球內部的動力機制,分類法其實與現代的「三大岩類」完全不同。其中一種具有緊密相嵌結構的「結晶岩類」,形成方式更是眾說紛紜,甚至在十八世紀演變成兩大派系—水成論(Neptunism)與火成論(Plutonism)—的爭論,此為地質史上非常重要的歷史段落之一。

大致來說,水成論者認為現今所見的所有岩石都是經由大洪水事件而產生;反之,火成論者則認為岩石的生成與地熱作用有極大的關係。兩派學說都有各自的地質證據可以支持,因而相互攻訐了好長一段時間。水成與火成的爭論史,不只形塑我們對地球的理解,他們當時論證的思維,至今也仍影響岩石學者至深,你總能從研究看見這段歷史的影子。從另一個角度來看,現代一般民眾看待岩石的方式,受到學習階段時的教科書影響,也會帶有些許歷史的基因在。回顧水與火之爭的歷史,有助於我們更加了解我們是如何看待這個世界、以及了解這個世界究竟是如何形成的。

 

大洪水與水成說

有關世界形成的機制,較為完整的版本大致可追溯到十六世紀。當時的笛卡爾、以及後來十七世紀著名的萊布尼茲都曾對世界形成的過程有滿詳盡的描述;他們的理論也持續影響著後來的自然學家如de Maillet、以及布封等人。

縱使身為自然學家,他們的理論內容仍帶有宗教的色彩,其中最經典的過程莫過於「洪水假說」。萊布尼茲認為,聖經所寫到的大洪水事件是確實存在的,原來的世界由原始的大洋所覆蓋,後來因為地殼的塌陷將大洋帶到地底,流動過程中的強烈衝擊造就了高山、深谷的生成;這套理論也用來解釋為何高山上能看到原本生存於海裡的貝類化石。

影響十八、十九世紀深遠的水成說也是從這套富有宗教意義的理論中衍伸出來的,提倡者是來自德國的地質學家韋納(Abraham Gottlob Werner)。

圖、韋納的畫像。(圖片來源:https://blogs.hrz.tu-freiberg.de/wordpress/baf0-18/)

 

韋納的家族長期經營礦產事業,他的爸爸是德國韋勞河(Wehrau)一處鑄造廠的領班,這樣的家庭環境讓韋納從小對岩石與礦物深感興趣。他自小就會搜集岩石與礦物標本;一七七四年,當他還在大學就讀時,就已經撰寫了一本以礦物外型為礦物分類的著作,這讓他一舉成為當時的礦物學家,後來甚至被指派為佛萊貝格地區礦冶學校的老師。

他在這所學校一教就是四十年的時光,且他不失大眾所望,是一名極具渲染力的講師,許多學生會遠從他方前來,只為能現場聆聽韋納的演說。在那期間,韋納除了傳授礦物學相關的知識,也會分享他從礦冶經驗誕生出的有關世界形成機制的看法。

為了解釋地表上處處可見的岩層層序如何形成,韋納延續了原始大洋的概念,他認為所有的岩層都是在原始大洋中逐漸結晶、沈澱堆疊而成。每種岩石的結晶次序不同,最先出現的是花崗岩、片麻岩、片岩等岩石…原始海洋再結晶的過程中也逐漸退卻,使得結晶堆疊的岩層裸露出來,風化侵蝕的作用因而產生,然後將岩石變成碎屑帶入海洋中沈澱,這些由碎屑物重新堆疊而成的岩石稱為「機械岩」。

 

水成說成為堅實信仰

韋納的理論優雅的解釋了地層層序的形成方式,現實中的確也找到符合這套理論的地層證據,更重要的是,雖然水成的概念並非韋納所創,但不像過去有些生成理論只解釋了區域的地質現象,韋納將理論處理的範圍擴及到整個地球,同時又能解釋區域性變化。

值得一提的是,他的理論認為地球年齡可能有好幾百萬年,這與聖經的說法不同(當時多認為地球年齡很短,可與聖經呼應),但他並沒有因此被宗教撻伐,主要原因是他的理論引用了大洪水的觀點,這使得他的理論更能夠將聖經的敘述與真實的地質現象做結合;再加上韋納的演說天賦,讓許許多多礦冶學校的學生在往後成為水成說的堅實信徒。

當然從現代觀點來看,韋納的水成論不完全正確。在當時,能與之抗衡的就是火成論,但這套理論的誕生又是完全不同的故事,我們將在下一篇介紹。