火成论

地质学术语

火成论是地质学基本理论之一。

简介

火成论把“地下热火”看成地质现象的主要动力，地球核心是熔融的液态。由于意大利西海岸火山岩带的强烈活动，古罗马人相信有一位主管火和锻冶的神，称“沃尔坎”（Volkan）。火山（Volcano），火山学（Volcanology）等词即来自意大利语的Vulcan。

在教会统治的中世纪，“圣经”是唯一的真理。“圣经”里说有诺亚的大洪水，水成说在很长一段时期里成为不可动摇的信条。

水成论和火成论的正式交锋始于18世纪中叶的法国。1746年，盖塔尔送给巴黎科学院关于矿带和岩石分布的记录。他发现了地层的连续性和空间分布的规律性，并据之作出法国的地质图。显然，岩石只有形成在水中才具有连续性和分带性，对奥费涅火山的玄武岩，他也认为是水溶液的结晶作用形成的。1765年，迪马雷送给巴黎科学院奥费涅的地质图，提出玄武岩是附近的火山里流出来的，柱状节理是玄武岩曾处于熔融状态的证明。

从十八世纪七十年代起,经过近半个世纪的激烈争论,人们逐渐认识到地壳中有二类不同的岩石—水成岩和火成岩,且初步认识了第三类岩石—变质岩。此后,生物学、化学和物理学甚至数学等逐步渗透进入地质学,使地质学的内容越来越丰富,日趋完善。

理论学说

魏尔纳是水成说的集大成者。1775年起他任德国费顿堡矿山学校的教授，以出色的教学吸引了大量青年学生。他认为自原始海洋开始到诺亚洪水结束，水的力量营造了一切地质系统，自原始海洋到现在，水面在不断地下降，原始岩石露出水面后开始发生风化、堆积而形成新地层。他的口头禅是“百闻不如一见”。他的学生，如达步松（1804）和布赫（1809），在考察了玄武岩和花岗岩之后，都发表了不同于魏尔纳水成说的观点。

与魏尔纳观点大相径庭的一个代表人物是赫顿。这位苏格兰天才的主要调查区是加里东造山带的典型露头区苏格兰高地，那里有花岗岩和矿脉。他认为地层的固化和海洋上升为陆地是地热的作用，火山活动是释放地下能量的出口，有点象瓦特的蒸汽机（当时瓦特正在进行这方面的试验）。他的地质理论长期被说成火成论，其实他本人并不认为所有的岩石都是火成的。他对不整合面的发现和解释为18世纪的地质学增添了光彩的一笔。水成论与火成论的论战在19世纪初达到高潮。由于赫顿学说的发展，一系列新的地质事实证实了赫顿阐述的观点，火成论者终于取得了胜利。

火成论与水成论主要争论有：

①魏纳认为“不整合”是偶见的,是沉积物在一个倾斜而上沉积形成的,而赫顿认为所有地层沉积都是水平的,倾斜是后来地层抬升的结果,而抬升力主要是岩浆侵入岩体产生的挤推力。

②魏纳认为,原始海洋沉积的岩层是原始层,花岗岩是地球上最古老的岩层,叫原生岩层,而赫顿认为,凡沉积地层总是由已存在的岩层破碎、搬运、沉积而形成,也就是说,最占老的沉积层之前必有更古老的岩层。

③魏纳认为,深海沉积是由于沉积物本身重量与海水重量固结而成岩的,而赫顿认为上覆重量并不重要,关键是地内热使深海沉积物熔融成岩,强调玄武岩是火成成因。

赫顿假设大陆和海洋几乎同时形成即地球处于“持续的”过程之中，并把这一过程看成是一个无尽的循环，“没有开始的痕迹也没有终止的迹象”。陆地表面处于被风、水和冰冻缓慢侵蚀的过程中。碎片被河流带到海洋中又沉积在海底。在海底，来自地球深处的压力和热量“烘烤”地层，使之变成沉积岩。不同的岩石层源于被侵蚀陆地的特性。后由于一系列地震，导致海底向上隆起，沉积岩露出水面成为陆地。这种岩石在漫长而缓慢的过程中变形，岩石的裂缝允许熔岩从地球深处渗出，达到地球表面时就形成了火山。由热而形成的火山岩还会进入沉积岩层，在那里慢慢冷却，形成诸如花岗岩之类的结晶岩石。与此同时，稳定地侵蚀过程继续进行，开始磨损新形成的陆地表面。进一步的侵蚀还会磨损沉积岩和暴露的花

岗岩，于是新的沉积岩层在海底继续形成。这些岩石也许会由于地球内部的压力和运动被迫隆起，由此构成一个今天依然在持续的循环过程。

发展过程

剑桥大学的牧师和自然科学家约翰·雷（1627～1705 年）曾提出，山岳和干燥陆地是在上帝的命令下，通过地球内部的火的作用，从海里上升起来的。当时，在那些有活火山的国家中，这种说法比水成论似乎更具有说服力。

1740 年，意大利科学家、威尼斯一个修道院的院长安顿·莫罗（1687～1764 年）在《论在山里发现的海洋生物》一文中，提出了岩石形成纯粹是地球内部热力所致的理论。他认为摩西洪水是次要的，摩西洪水在地质学上并不是重要的事件。莫罗认为，原始地球有一个光滑的、石质的表面，被不深的淡水所覆盖。由于地下火的作用，破坏了地球的表面，使陆地和山脉隆起而升出水面，同时包含在地球内部的物质如粘土、泥、沙、沥青、盐等都被排放出来，在石质的地表上形成了一层新的地层。地下火的这种爆发一再重复就形成了更多的地层。由于每次爆发的喷出物不能立即盖满全球，所以在不同的爆发之后埋葬在地层中的物质就有差别。化石是埋藏在新形成的地层中的动植物遗骸，它由陆地的隆起而出现在高山上。喷发出来的盐进入淡水就形成了苦涩的海水。莫罗承认曾发生过摩西洪水，但是他认为摩西洪水不足以形成覆盖欧洲大部分地区的海相构造。在莫罗之后，有人在地质调查中发现，火山附近的玄武岩石柱确实是由火山熔岩喷发固化而成的。不过莫罗把包括沉积岩在内的所有岩石的成因都归结为地下火的作用，这种看法显然有片面性，同时也是站不住脚的。莫罗特别强调火，强调火在形成岩石及形成岩层中的化石的作用。

伍德沃德和莫罗两个观点的尖锐对立，标志着近代后期关于地质形成理论争论的开端。从 18 世纪末到 19 世纪前的 25 年中，由于水成论的大师维尔纳的威望使水成论占了优势。就在以维尔纳为代表的水成论为大多数地质学家承认的时候，维尔纳的两个学生奥玻尔德·冯·布赫（1774～1852 年）和洪堡德（1769～1859 年）考察了法国和意大利的火山地区的地质情况，发现了一些与维尔纳观点相矛盾的事实。例如，在火山地区没有发现地下煤层；火山呈带状分布，与深入地球内部的地下断裂有关。这些材料使他们认识到地下火在地壳运动中有不可忽略的意义。因此，他们抛弃了水成论而转向火成论。这一转变给了水成论的优势地位以致命的打击。

与大陆上这一新的动态相呼应，英国人詹姆斯·赫顿（1726～1797 年）也反对维尔纳的理论，提出只能用现在还在起作用的地质力量来解释岩石的形成过程。赫顿年青时本来学习法律、医学和农业，1768 年进入爱丁堡大学开始研究地质。1785 年，他在爱丁堡皇家学会宣读了一篇题目为《地球的理论——对于在地球的构成、分解和复原中观察到的规律的研究》的论文，较系统地阐述了他的地球观。他坚信,自然界的有序性应当成为一切科学的基础,地球的历史,只能用我们现在看到的、并正在进行着的地质作用来解释。这就是后来由Charles Lyell加以进一步阐发、并统治地学界达一个多世纪的“均变论”(uniformitanrian-ism),或欧洲学者所谓现实主义原理(Actualism)的理论基础。10 年后，他又出版了著作《地质学理论》，更加充分地发挥了他的论点。

与维尔纳相反，赫顿主要强调地球内热的地质作用。赫顿认为地球的内部是温度很高的熔融状态的岩浆，地球的坚固地表仿佛是它们的容器，容器封闭得很紧，只有一些火山口算是地球内部的安全活门。当地下能量聚集到一定程度时，熔岩就冲破地壳通过火山口而喷流出来，形成玄武岩的结晶构造。在火山爆发的过程中，海底地壳隆起，形成陆地和山脉，山脉上的岩石被风化成碎屑，碎屑又被河水冲入大海，经过沉积作用和地下热的作用固化成岩石，一层层地覆盖在海底。这些成分不同但彼此平行的岩石，经过地壳的再隆起变成倾斜状态，所以我们在地面上常常看到包围着火山岩核心的倾斜的沉积地层。从这一观点出发，赫顿把所有的沉积地层都看作是以前陆地的碎屑形成的，认为从现在的地质构造可以看见“旧世界的废墟”。赫顿认为，地球以进化的方式无止境地被改造着，地质的形成过程没有什么起点，也没有什么终点，在现在的地质现象中“看不到开始的痕迹和结束的前景”。赫顿是地质学中进化思想的先驱。

赫顿被认为是火成论的代表和集大成者。其实用“火成论”这个名词来表达赫顿学说并不十分恰当，因为他并不否定水的重要性，并不把水排斥在岩石的成因之外。不过，他强调地球内热在地壳形成中的作用。这样，赫顿把地壳的垂直运动看作是地球上发生各种作用的成因，这种思想在地质科学史上是一个极大的进步，赫顿也因此被誉为“现代地质学之父”。

赫顿虽被认为是现代地质学的创立者，但在他 1797 年去世以后，因为他的著作文笔较差，而且叙述简略，所以并不流行。后经他的友人、爱丁堡大学教授普莱费尔（1747～1819 年）加以改写，于 1802 年出版了《赫顿学说的例证》，赫顿的思想才得以发扬光大。另外，赫顿的理论还得到了爱丁堡皇家学会会员、苏格兰地质学家詹姆士·霍尔（1761～1832 年）的支持。在地质现象的研究中，霍尔第一个应用了实验的方法，1790～1812 年间，他进行了一些支持赫顿理论的重要实验。水成论派之所以反对赫顿，是因为他们认为：

第一，熔融的岩浆凝固时只能形成玻璃体而不会结晶；

第二，有些岩石如石灰岩，在受热以后还会被分解掉。

霍尔在玻璃厂看到，如果让熔融的玻璃非常缓慢地冷却，它就结晶化而变成不透明的物体；如果让它很快地冷却，它就会变成透明的玻璃。霍尔受此启发，从维苏威火山和埃特纳火山弄来熔岩，放在炼铁炉里熔化。如他所料，如果让熔融岩石慢慢冷却，它就变成像玄武岩那样的结晶质；如果让它很快冷却，它就变成了玻璃状的东西。霍尔还进一步用实验表明，如果把石灰石放在一个封闭容器中加热，它并不像水成论学派所说的那样分解掉，而是如赫顿所说的，在冷却后形成了大理石一类的东西。霍尔的实验有力地支持了赫顿的理论。水成论和火成论这两种对立观点的争论一直在持续。19 世纪，由于火成论派强调火山的作用而逐渐地和岩石层是因地下岩浆的持续作用逐渐演化来的地质理论结合在一起，水成论派强调洪水的灾难而逐渐和岩石层主要来自突然爆发的洪水灾害的地质理论结合在一起。于是它们的争论又和“渐变论”与“灾变论”的争论相互交织起来。结果使正确的理论在争论中得到了进一步的完善和发展。

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