Storyteller / 蓋瑞
相較於水成說承襲了自古以來富有宗教意味的洪水理論，火成說看來像是從外星球突然誕生的想法。但是，仔細研讀當時的歷史，會發現火成說的誕生合情合理，而在野外的「幸運觀察」幫助這套學說奠定其地位。在這一篇中，我們將介紹火成說如何誕生、它又是如何描述地球形成的機制。
來自農業與工業的啟發
火成說的開創者為蘇格蘭地質學家詹姆斯．赫頓（James Hutton）。他的爸爸威廉（William Hutton）因為從商，家中非常富裕，擁有兩塊非常大的農場。只是在赫頓兩歲時，父親因故過世，母親只得一人獨力扶養赫頓與三個妹妹。
圖、赫頓的畫像。（圖片來源：wikipedia）
一七三六年，赫頓進入愛丁堡高中就讀，當時他年僅十歲，卻已開始學習拉丁語、希臘語和數學；十四歲時，他進入愛丁堡大學就讀，並於一七四三年畢業。雖然赫登於畢業後隨即應徵了一份律師學徒的工作，但他的心卻一直不在法律，而是化學實驗。最終，他決定追隨自己的喜好，再度回到大學學醫（當時的醫學會碰到很多化學實驗），並於一七四九年畢業、轉往至倫敦居住。
一七五〇年的夏天，赫頓與他的大學同學詹姆斯．大衛（James Davie）在愛丁堡開啟了化學事業，這事業意外成功，並讓赫頓獲得龐大的財富，他開始有餘力去經營從父親那裡繼承而來的農場。又為了好好研究當代農業技術，赫頓搬到位於諾福克郡（Norfolk）的農場，一住就是兩年，這兩年將成為他開始對地質感興趣的轉捩點。
務農期間，赫頓注意到土壤主要來自於地表岩石的風化，這過程中也包含生物的作用；此外，他也注意到土壤會持續受到侵蝕、帶往海洋。他思考，如果這些土壤最終都會被侵蝕、沖刷至海洋，那麼應該有個機制讓海裡的土壤再次回到地表，否則，地表將因侵蝕作用逐漸變得低平，農地無法生成、生命最終也將消逝。那麼，赫頓想，有什麼機制能讓地表作用不斷循環？
理解地球內部動力的機制是解決赫頓疑惑的關鍵，幸運的是，赫頓當時認識許多在歷史上赫赫有名的人物，像是布萊克（Joseph Black；重要化學家，發現鎂、二氧化碳的人，也了解潛熱和比熱）、瓦特（James Watt；發明了實用的蒸汽機），以及經濟學家史密斯（Adam Smith）等人。尤其是瓦特，他是啟發赫頓最多的學者之一，因瓦特帶他認識了蒸汽機的運作原理，這些新知融合赫頓在大學學醫時獲得的血液循環概念，幫助赫登提出了地質循環的理論。
圖、赫頓認識的重要人士：布萊克（左）、瓦特（中）、亞當斯（右）。（圖片皆已附上來源連結）
大熱機與火成說
一七八五年，赫頓受愛丁堡皇家學院邀請發表地質循環的理論。在理論中，赫頓將蒸汽機的結構融入，假想地球具有很熱的內部，且富含植物吸收陽光後儲存而成的燃料。緊接著，地球內部的物質會因為受熱漸漸的向地殼膨脹、使地表地層彎曲；熔融的岩石也可能衝出地表形成火山。有時岩漿不會衝破地表，只讓表面形成一座小丘或是一座山，這些沒有噴發的岩漿在地底下逐漸冷卻結晶成花崗岩。
地表的侵蝕作用使花崗岩裸露出來，岩石受地表長期風化後，逐漸變成人類可使用的肥沃土壤。接著，沉積物逐漸堆疊，因壓密膠結成岩；同時間，其本身的荷重也會促使底部的溫度上升，岩層夠厚的時候，地底溫度甚至高得可讓岩石再次熔融成岩漿，使得新的循環再次誕生。
當時他的演講題名《Concerning the system of the Earth, its duration, and stability》，雖然提出了一套完整的地質循環理論，但因衝擊著聖經的基礎，受許多人嚴厲的反駁。為了證明自己的理論正確，赫頓決心在自然界中找到支持的證據。
來自地層中的證據
在赫頓的理論中，他預測如果被花崗岩岩漿向上推升、傾斜的地層，受到侵蝕作用、並因某種地質作用帶入海底，新的沈積物可能會堆積在傾斜的岩層之上。這樣的地層結構如果經過幾次地質循環再次抬升到地表，我們可能有機會看到下層地層與上層地層之間形成交角，而且暗示著該地區經歷的地質時間很長。
事實是他成功了。在一次蘇格蘭海岸調查中，赫頓與夥伴普萊費爾（John Playfair）、哈爾（Sir James Hall）於貝維克郡的西卡角（Siccar Point）海岸，發現了近乎垂直的雜砂岩（greywacke）上覆接近水平成層的老紅砂岩（Old Red Sandstone），這現象在現今稱為「不整合」（unconformity）。後續的地質調查也發現，蘇格蘭地區有諸多地點也都有類似的不整合現象，說明不整合是廣泛存在的。
圖、西卡角真實露頭（左）以及哈爾的素描（右）。（圖片皆已附上來源連結）
圖、赫頓針對蘇格蘭傑德堡地區（Jedburgh）地層的描繪（左）、以及後來考究出的真實露頭（右）。（圖片來源：wikipedia）
赫頓理論的成功預測案例不只這個，依照他描述岩漿噴發至地表的方式，地表上應能找到岩漿噴發後於岩隙中冷卻而成的花崗岩脈。這項地質證據於一七八五年被發現，當時赫頓於蘇格蘭高地的蒂爾特河谷（Glen Tilt）中，發現到河谷兩旁的灰綠色片岩（現稱Dalradian Schist，他當時稱之為schistus）被紅色的花崗岩脈侵入的現象。
圖、赫頓針對蒂爾特河岸之岩層繪圖（左）、以及真實露頭樣貌（右）。（圖片皆已附上來源連結）
赫頓的理論、以及相關的地質證據，都被收錄在一七九五年發表的著作《地球理論》（The theory of the Earth）之中。這套理論，首次完整描述「地質循環」的概念，而且理論預測可與現實的結果相符，堪稱地質學的經典之作。
然而儘管證據充足，這本書在當時並不賣座，主要原因在於這本書的描述方式晦澀難懂，一般人很難理解；再來就是這本著作捨棄宗教的概念，以純粹的自然推演與觀察當作基礎，在當時的社會中並不被看好；最後就是有關火成說提出的岩石形成機制，水成論的擁護者都仍有辯護的方式，也就是說，火成論的觀點在當時並非無懈可擊。
水與火的爭辯中，運用了很多岩石作為案例，儘管現代的教科書並不會提起這段歷史，但我認為這段歷史的確影響了現代岩石學的教學模式。在最後一篇，我們將一一檢視十八世紀的水成與火成之爭，究竟針對哪些岩石案例做討論。