在廣袤的大地上，無(wú)數(shù)奇形怪狀、色彩斑斕的石頭靜靜佇立，仿佛亙古不變的守護(hù)者。每一塊石頭，都是時(shí)間的凝結(jié)，是大自然寫(xiě)下的壯麗詩(shī)篇。它們沉默而厚重，記錄著地球數(shù)億年的歷史。

有人說(shuō)，石頭是大自然的藝術(shù)品，仿佛天工巧奪，毫無(wú)瑕疵。那晶瑩剔透的水晶，閃爍著夢(mèng)幻的光芒；那碧綠的翡翠，溫潤(rùn)如玉，讓人心生憐愛(ài)。還有那些布滿斑點(diǎn)的花崗巖、紋路如畫(huà)的大理石，仿佛一幅幅天然的藝術(shù)畫(huà)卷。而在我們生活的角落，石頭更是不可或缺的存在。建筑用的磚石、鋪路用的石板，甚至是農(nóng)業(yè)中的肥料，它們都在默默地發(fā)揮著重要作用。

石頭，這些平凡而神奇的存在，究竟是怎樣形成的呢？讓我們一起走進(jìn)這段充滿奇妙與奧秘的自然演變之旅。

水火之爭(zhēng)

在人們認(rèn)識(shí)世界的過(guò)程中，當(dāng)科學(xué)還沒(méi)有成為一種有效的工具時(shí)，很多人試圖從傳說(shuō)中尋找答案。如女?huà)z補(bǔ)天、大禹治水、諾亞方舟等，在諸多中外古文明中都出現(xiàn)過(guò)類(lèi)似有關(guān)石頭的傳說(shuō)。

古代學(xué)者雖然并沒(méi)有直接回答“石頭是怎樣形成的”的問(wèn)題，但是一些哲學(xué)家卻曾回答了“萬(wàn)物的本源是什么”這個(gè)問(wèn)題。古希臘著名的思想家、科學(xué)家和哲學(xué)家泰勒斯提出，水是世界的本源。據(jù)說(shuō)，泰勒斯極度崇尚水，他在對(duì)埃及尼羅河水每年的漲退記錄進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，每次洪水退去都會(huì)留下肥沃的淤泥，還有無(wú)數(shù)的幼蟲(chóng)。于是，泰勒斯得出了這樣的結(jié)論：“萬(wàn)物源于水。”后來(lái)，古希臘又出現(xiàn)了一位名叫赫拉克利特的著名哲學(xué)家。他認(rèn)為，萬(wàn)物的本源是火，世界萬(wàn)物都是由火產(chǎn)生的，即使萬(wàn)物消亡，也要復(fù)歸于火。按這兩位哲學(xué)家的思考萬(wàn)物的本源是“水”或者“火”，那么我們的巖石也就是“水”或者“火”生成的。這也是歷史上第一次“水火之爭(zhēng)”。

地質(zhì)歷史還有一次著名的“水火之爭(zhēng)”發(fā)生在17—18世紀(jì)。

伍德沃德是英國(guó)格雷山姆學(xué)院的一位醫(yī)學(xué)教授，也是一位地質(zhì)學(xué)家。他愛(ài)好收集化石，并保存了很多的化石標(biāo)本。在17世紀(jì)時(shí)，宗教勢(shì)力還很大，人們的意識(shí)自覺(jué)或不自覺(jué)地受到《圣經(jīng)》諾亞洪水傳說(shuō)的影響。他認(rèn)為，洪水曾經(jīng)把地球沖擊得分崩離析，地表的巖石、土壤以及各種雜物都被沖垮，所形成的汪洋大海就是一片包含著各種物質(zhì)的混合物。當(dāng)洪水退去后，這些物質(zhì)慢慢沉淀，而這些化石就是這樣形成，并將他的想法在《地球自然歷史試探》一書(shū)中出版。

到了18世紀(jì)一些早期學(xué)者將他們所觀察到的所有巖石（主要是花崗巖和片巖等）均歸類(lèi)為過(guò)度簡(jiǎn)化的硬質(zhì)結(jié)晶“原生巖”序列，并認(rèn)為它們都是和地球同時(shí)形成的。這些巖石又被稱(chēng)為“次生巖”，即富含化石、常產(chǎn)生褶皺或變形的沉積巖層覆蓋。于是早期學(xué)者認(rèn)為，“次生”巖層是諾亞大洪水時(shí)期的主要沉積物?！按紊睅r層之上是松散的沉積物和沉積巖，被稱(chēng)為“三級(jí)巖’，它們被認(rèn)為形成于大洪水之后。這也就形成了“水成論”的雛形。

這表明，當(dāng)時(shí)的花崗巖是在上覆巖層形成以后才侵入的。也就是說(shuō)，花崗巖的年齡應(yīng)該比圍巖年輕，而且這里出現(xiàn)了熔融現(xiàn)象。這說(shuō)明，花崗巖是熾熱的熔巖冷卻之后形成的，而不是從水中結(jié)晶出來(lái)的。這與當(dāng)時(shí)流行的“水成論”明顯不符。

最著名的水成論者是德國(guó)博物學(xué)家亞伯拉罕·戈特洛布·維爾納。維爾納是弗賴(lài)堡礦業(yè)學(xué)院的礦物學(xué)教授，出生于礦業(yè)家族，從小就對(duì)礦物學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣。他不僅狂熱地收藏各種礦物，還對(duì)巖石進(jìn)行過(guò)深入研究。維爾納認(rèn)為，地球上所有巖石都是從大洋深處“結(jié)晶”或“沉淀”出來(lái)的，并提出這樣一個(gè)設(shè)想，即地球最初被一個(gè)“原始海洋”包圍著，水是最重要的地質(zhì)力量，所有巖層都是在海水中結(jié)晶、化學(xué)沉淀和機(jī)械沉積形成的。它們按照先后順序進(jìn)行沉積，早沉積的位于下面，越往上的沉積越晚。首先沉積的是花崗巖，被稱(chēng)為“原始層”，它們是覆蓋在地球表面的第一批巖石，也是地球上數(shù)量最多的巖層。后來(lái)，原始海洋的水位逐漸降低，“原始層”露出水面，遭受侵蝕，然后再次沉積，這便是第二批巖石，主要為粗砂巖、石灰?guī)r等，為“過(guò)渡層”。最后，“過(guò)渡層”上面再沉積下來(lái)一些含有化石的巖層，為由松散泥沙組成的“沖積層”。1787年，他出版了《巖層的簡(jiǎn)明分類(lèi)和描述》一書(shū)，書(shū)中把撒克遜地區(qū)的地層由老到新進(jìn)行了劃分。

這表明，當(dāng)時(shí)的花崗巖是在上覆巖層形成以后才侵入的。也就是說(shuō)，花崗巖的年齡應(yīng)該比圍巖年輕，而且這里出現(xiàn)了熔融現(xiàn)象。這說(shuō)明，花崗巖是熾熱的熔巖冷卻之后形成的，而不是從水中結(jié)晶出來(lái)的。這與當(dāng)時(shí)流行的“水成論”明顯不符。

據(jù)說(shuō)他講課風(fēng)趣幽默，極具個(gè)人風(fēng)格，幾乎所有聽(tīng)過(guò)他演講的人都成了他的信徒。維爾納憑借他的雄辯能力和個(gè)人魅力，使其理念在歐洲備受歡迎，他的信徒遍布?xì)W洲各大院校。即使是偉大詩(shī)人兼博物學(xué)家歌德也堅(jiān)信水成論。在《浮士德》第四幕中，有一段水成論者與火成論者之間的對(duì)話，其中梅菲斯特（《浮士德》中的魔鬼）顯然是邪惡的火成論觀點(diǎn)的代言人。

因此很長(zhǎng)時(shí)間里，水成論占據(jù)主導(dǎo)地位，統(tǒng)治著學(xué)術(shù)界。不過(guò)，還是有一些問(wèn)題用該理論無(wú)法解釋清楚，也時(shí)常受到質(zhì)疑，甚至是針?shù)h相對(duì)的爭(zhēng)論。譬如：1774年，法國(guó)地質(zhì)學(xué)家尼古拉·德馬雷指出，法國(guó)南部奧弗涅地區(qū)死火山群的火山錐和已風(fēng)化的熔巖流表明，它曾是噴發(fā)過(guò)的活火山。這些玄武巖就被德馬雷解釋為火成的。

而“火成論”的代表人物則是詹姆斯·赫頓，一位出生于愛(ài)丁堡的蘇格蘭天才，據(jù)說(shuō)，他從小在當(dāng)?shù)匚姆▽W(xué)校上學(xué)，后來(lái)還考上了愛(ài)丁堡大學(xué)的醫(yī)藥學(xué)專(zhuān)業(yè)，并對(duì)醫(yī)藥學(xué)和化學(xué)課程十分感興趣，但最終進(jìn)入法律行業(yè)，做了一段時(shí)間的律師學(xué)徒。也許是對(duì)興趣愛(ài)好割舍不下，他常常花很多時(shí)間去做化學(xué)實(shí)驗(yàn)，并與朋友一起開(kāi)發(fā)了一種廉價(jià)的氯化銨制作方法，這為他取得了不小的收益，后面他又管理自己的農(nóng)場(chǎng)，也有不菲收入。

既有錢(qián)又有閑的詹姆斯·赫頓開(kāi)始了他在地質(zhì)學(xué)方面的研究，他對(duì)地質(zhì)學(xué)表現(xiàn)出了極大的興趣，經(jīng)常好奇地觀察見(jiàn)到的每一個(gè)洼坑、溝谷和河床。最終自學(xué)成才，取得了豐碩的成果。

他經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的考察，一次偶然間發(fā)現(xiàn)，愛(ài)丁堡北部高地凱恩戈姆山脈向南流的蒂爾特河的砂礫中遍布花崗巖卵石和古老變質(zhì)巖巖塊。他由此推斷出，河床中一定也有這兩類(lèi)巖石，向上游考察或許能找到二者的交界處。于是，他沿蒂爾特峽谷而上，發(fā)現(xiàn)了他一直在尋找的東西：磚紅色的花崗巖巖脈切穿年代較早的變質(zhì)巖，并使其圍巖發(fā)生蝕變（在現(xiàn)代地質(zhì)學(xué)中這種野外的“穿切”關(guān)系也依然用來(lái)判斷巖石形成的相對(duì)早晚）。這表明，當(dāng)時(shí)的花崗巖是在上覆巖層形成以后才侵入的。也就是說(shuō)，花崗巖的年齡應(yīng)該比圍巖年輕，而且這里出現(xiàn)了熔融現(xiàn)象。這說(shuō)明，花崗巖是熾熱的熔巖冷卻之后形成的，而不是從水中結(jié)晶出來(lái)的。這與當(dāng)時(shí)流行的“水成論”明顯不符。

但是，赫頓需要更有力的證據(jù)：熔巖流侵入在水中形成的層狀沉積巖的跡象。有次赫頓在愛(ài)丁堡南部山丘上漫步時(shí)，發(fā)現(xiàn)這座高聳于城市之上的山脈——亞瑟王座山，山脈北側(cè)的索爾茲伯里峭壁則是古老火山巖凸出來(lái)的斷崖。最終他在峭壁的西南坡上發(fā)現(xiàn)了他所尋找的東西：玄武質(zhì)熔巖侵入沉積巖層，使沉積巖變形。這個(gè)地方現(xiàn)在非常有名，被稱(chēng)為“赫頓剖面”（Hutton's Section）。在很多地質(zhì)學(xué)課程教授過(guò)程中，老師都會(huì)定期帶學(xué)生來(lái)這里考察實(shí)習(xí)。

然而，地質(zhì)學(xué)的研究過(guò)多地依賴(lài)于觀察，缺乏實(shí)驗(yàn)研究，所以當(dāng)某種新的理論提出以后很難得到證實(shí)。不過(guò)，前文提到過(guò)他曾經(jīng)熱衷于化學(xué)實(shí)驗(yàn)，而化學(xué)是理解高溫對(duì)巖石影響的關(guān)鍵。1768年，赫頓與朋友布萊克一起工作，布萊克推斷出了潛熱的存在及壓力對(duì)物質(zhì)熔點(diǎn)的重要影響。1792年，霍爾（原本是赫頓的反對(duì)者，曾與赫頓一起多次到野外考察，并最后通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)，成為火成說(shuō)的支持者）做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)。他將一塊玄武巖加熱使其熔化，再慢慢冷卻，結(jié)果巖石重新結(jié)晶成玄武巖。這是最早的地質(zhì)學(xué)實(shí)驗(yàn)，呈現(xiàn)了熔融巖石在自然界中的樣子。這對(duì)火成論學(xué)派是極有力的支持，從而也開(kāi)創(chuàng)了實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)，“巖石火成論”也由此形成。

“火成論”的主要觀點(diǎn)包括：火成作用是主要的地質(zhì)作用，陸地上的花崗巖和玄武巖是由巖漿形成的；水成作用也是一種重要的地質(zhì)作用，陸地上的巖石受到風(fēng)雨和流水的侵蝕，然后流向海洋并沉積下來(lái)，固結(jié)以后形成巖石，升出海面以后才形成了陸地。這也就意味著，雖然赫頓提出了“火成論”的觀點(diǎn)，但并沒(méi)有完全否認(rèn)“水成論”。

赫頓本人也將自己的觀點(diǎn)整理為《地球理論》一書(shū)出版，可是一方面由于赫頓的觀點(diǎn)對(duì)于當(dāng)時(shí)的人來(lái)說(shuō)依然非常超前，另一方面他那蹩腳的文字和枯燥的敘述實(shí)在令他的讀者搞不懂他在說(shuō)什么。為此，他文筆極佳的好友、愛(ài)丁堡大學(xué)的數(shù)學(xué)教授普萊費(fèi)爾，還特意重新整理赫頓的理念，并著書(shū)《關(guān)于赫頓地球理論的說(shuō)明》，才使情況有所好轉(zhuǎn)。

石頭究竟是如何形成的

水，是柔情似水的雕刻師。它緩緩流淌，攜帶著礦物質(zhì)，經(jīng)過(guò)歲月的沉淀，凝結(jié)成一層層堅(jiān)固的巖石。德國(guó)地質(zhì)學(xué)家維爾納描繪的水成論，如一曲優(yōu)美的樂(lè)章，將水的力量展現(xiàn)得淋漓盡致。火，是地球深處的熱情舞者。它熾熱而狂野，在地殼深處涌動(dòng)，時(shí)而噴薄而出，冷卻后形成堅(jiān)硬的火成巖。蘇格蘭地質(zhì)學(xué)家赫頓提出的火成論，則如一場(chǎng)壯麗的焰火，展現(xiàn)了地球內(nèi)部的無(wú)盡活力與創(chuàng)造力。

當(dāng)然，以如今的眼光來(lái)看，水成論和火成論各有其正確之處：水成論在一定程度上解釋了化石的成因和地層的排布，但過(guò)分強(qiáng)調(diào)虛無(wú)的“上帝的力量”，并且在證據(jù)不足時(shí)試圖通過(guò)臆測(cè)進(jìn)行彌補(bǔ)；火成論很好地解釋了巖漿巖的形成原因，并且相較于水成論，它承認(rèn)了多種動(dòng)力因素對(duì)地質(zhì)地貌的影響，強(qiáng)調(diào)自然的力量。在地球演化過(guò)程中，地球內(nèi)部的熱能是引起地質(zhì)作用的主要能量，而外部能量主要來(lái)自太陽(yáng)輻射能。從這個(gè)角度，火成論更具優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，水成論強(qiáng)調(diào)洪水發(fā)生和地層形成的突然性，火成論強(qiáng)調(diào)火山和巖漿作用的持續(xù)性，二者又與“勻變論”“災(zāi)變論”交織，從這點(diǎn)上看，二者也存在一定的片面性。

依據(jù)現(xiàn)代科學(xué)的研究，我們將地球上的巖石分為三個(gè)大類(lèi)：火成巖（Igneous rocks）、沉積巖（Sedimentary rocks）、變質(zhì)巖（Metamorphic rocks）。其中火成巖占了絕大部分，分布在從地面到深達(dá)16千米的地方，其是地幔中的巖漿涌入巖石圈或出露地表冷凝成固態(tài)形成的。沉積巖是在地表或近地表不太深的地方形成的一種巖石類(lèi)型，它是由風(fēng)化產(chǎn)物、火山物質(zhì)、有機(jī)物質(zhì)等碎屑物質(zhì)在常溫常壓下經(jīng)過(guò)搬運(yùn)、沉積和石化作用，最后形成的巖石。不論哪種方式形成的碎屑物質(zhì)都要經(jīng)歷搬運(yùn)過(guò)程，然后在合適的環(huán)境中沉積下來(lái)，經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的壓實(shí)作用，石化成堅(jiān)硬的沉積巖。變質(zhì)巖是指在地殼形成和發(fā)展過(guò)程中，早先形成的巖石，包括沉積巖、巖漿巖，由于后來(lái)地質(zhì)環(huán)境和物理化學(xué)條件的變化，在固態(tài)情況下發(fā)生了礦物組成調(diào)整、結(jié)構(gòu)構(gòu)造改變甚至化學(xué)成分的變化，而形成一種新的巖石，這種巖石被稱(chēng)為變質(zhì)巖。而三者之間也可以進(jìn)行相互的轉(zhuǎn)化和循環(huán)。

盡管早先的地質(zhì)學(xué)家的結(jié)論并不完全正確，但是赫頓等地質(zhì)學(xué)家對(duì)真相的執(zhí)著、對(duì)科學(xué)堅(jiān)定的追求，即使隔著幾百年的塵埃，也依然如陽(yáng)光般閃耀，并指引我們攀向更高的山峰。