地学史上三次大论战

3地学史上三次大论战

我们居住的地球，在它漫长的发展历程中究竟是怎样活动和演变的呢?这是地球科学史争论颇多的一个问题。

人类能够直接观察到的火成岩是经过火山喷发，岩桨沿着通道上升到地表的喷出岩，这种岩石是局部的，在海洋的断裂带上喷出的玄武岩则构成所有大洋盆地的基岩。同时，从各种金属矿的形成考察中认识到火成作用在地球活动和演变的许多例证。另一方面，水的运动是一个完整循环，水是地球表面起作用的最基本，最重要的地质作用系统。由于水的沉积作用形成的沉积岩大约覆盖了大陆3/4的面积，成为在地表所能看到的最主要岩石。

那么，地球在活动和演变的过程中，究竟是以水成作用为主?还是火成作用为主?18世纪时，地质学才作为一门独立的学科首先出现在欧洲。第一次大论战，就是水成论与火成论之争。

第二次论战是在19世纪，即灾变论与均变论之争。

在近代地质学发展过程中，曾经产生出不少出类拔萃的人物。他们大多具有渊博的学识，过人的精力，勇于探索的大无畏精神，为近代地质学产生建立了不朽的功勋。这里，我们要讨论的法国古生物学家居维叶与英国地质学家赖尔就是这样的人物。

法国古生物学家居维叶（1769—1832年）早年毕业于法国斯图嘉德的加罗林学院。从1795年起，当他雄姿英发，尚只26岁的时候，便成为法国巴黎科学院院士。他既是古生物学家，又是动物分类学家，还是比较解剖学的创立者，是一位知识渊博的自然科学家。

青年时代的居维叶，对软体动物和鱼类进行过系统的解剖学研究，他提出了器官相互关联和主次隶属的规律，并指出器官构造同生活条件的关系。为以后根据所发现的化石为依据，来恢复古生物的形态奠定了基础。他首先运用这些规律对巴黎盆地发现的哺乳类动物化石进行了鉴定和分类，为古生物学的建立和发展作出了重要贡献。他当时发现，年代不同，甚至常常是相邻的岩层中的动植物群，其组成都有显著的差别；他还看到这样一些事实：老岩层常较为倾斜，且较年轻岩层常呈水平状态不整合于其上。这无疑是一种突变现象。于是，他由此得出了这样一个结论：堆积物的沉积曾为巨大的变革即世界规模的灾难（“革命”）所打断，这些变革表现为某些陆地地区的上升和另一些陆地地区的下沉。这些灾难就是较老动植物群灭绝后代之出现较年轻但根本不同的动植物的原因。据他们估计，地球史上的这种灾难曾经发生过27次，甚至于达到了32次之多。他们说，灾变不仅发生在地层岩系之交，并且发生在分得较细的沉积岩层之交。所以，他们认为，岩层的中断和不整合表示着地球史上的灾难事件。这样，他们便以在不同地层中所首先发现的古生物界突变现象——不同类的化石——为依据，而逐步形成并奠定了以居维叶为代表的“灾变论”基础。其主要著作有《比较解剖学教程》与《地球表面的生物进化》等书。由于书中特别强调在地球历史上曾发生过多次巨大的、灾害性的变化，每经过一次灾变，旧的生物被毁灭，新的又被创造出来。因此便使这位突变现象的发现者，成为了“灾变论”的奠基者和反对生物学进化观念的代表人物。尽管在那时，居维叶尚不能够清楚地说明，在通常的灾变之后，新的动植物从何而来，并且它们为什么一定与其祖系有显著的差别，但他毕竟是地球发展过程中这种比较显著并比较易见的突变现象的发现者。而且这种发现是根据相邻的岩层中的动植物群，其组成都是显著的差别的客观事实，而不完全是主观的想象与臆造。再退而言之，虽说他所发现的这种突变现象只是地球发展过程中的一种自然现象，另外还有一种渐变的自然现象未被他重视，甚至于还曾被他所反对。但是，实事求是而论，他毕竟还是发现了突变自然现象。在当时来论，他确实是前进了一步。所以，他发现突变现象的功绩是不应该抹杀的，在地球科学的发展过程中他是作出了重大的贡献的。我们既不能够由于居维叶所奠基的“灾变论”是不全面，而否定他发现突变现象的客观实事；也不能够因为他当时尚不能够清楚地说明，在通常的灾变之后，新的动植物从何而来，和新的动植物为什么一定与其祖系有显著差别的原因，而否定他对突变现象的发现。从这种状况来说，居维叶确实不愧是突变现象的发现者，但也是一个含义不全面的“灾变论”的奠基者。

英国地质学家赖尔（1797—1875年）毕业于英国著名的学府牛津大学。受过律师的专业教育。当学生时代，就听过地质课程，并醉心于地质科学。他比居维叶小20岁又晚去世43年。随着时代的进步，科学的发展，他首先在地质科学中应用现实主义方法，“将今论古”，发现促使地表发生改变的作用，就是那些永远不停进行着的地质作用，历史十分漫长，这可以从所发现的古生物化石由简单到复杂，由低级到高级得到证明，这无疑是一种渐变现象。由此，他提出了地球表面是在继续不断地发生缓慢改变的“均变论”，而反对由居维叶奠基的“灾变论”。他还制定了第三纪沉积物的地层表和岩石分类，又在第四纪中分出了更新世阶段。于1830—1833年间写作出版了后来被列为世界名著的他的代表著作——《地质学原理》一书，推动了地质科学中进化论学派进一步的发展。由此，他曾两度当选为英国伦敦地质学会会长。并于他的晚年65岁时，从1862年起成为法国巴黎科学院的通迅院士，他也是一位知识渊博的自然科学家。人们一方面赞扬他说：只是赖尔破天荒第一次把理性带进地质学中；赞扬他以地球缓慢的变化这样一种渐进作用，代替了由于造物主的一时兴发所引起的突然革命；赞扬他当时在与“灾变论”所作的斗争中起过进步的作用。而另一方面也批评他的观点的缺陷在于他认为，任何地质时期的地质作用总是相同的、重复的。尽管如此，但过去赖尔所受到的赞扬远比居维叶为多。其实，实事求是而论，赖尔与居维叶一样，他也是只见其一，即强调了地球发展历史中的渐变现象，而忽视了地球发展历史中的突变现象。按理来说，突变现象比较显著，较易看见，已被他较前的居维叶所发现；渐变现象不甚明显，较难看见，接着被赖尔所发现。正可由此两全其美，全面认识地球发展的历史。但赖尔并未能如此，反而由此提出并发展了与“灾变论”相对立的“均变论”学说。他的《地质学原理》一书最后出齐，已是居维叶去世后一年的事了。他成为法国巴黎科学院通迅院士。已是居维叶去世后30年的事了。按理来说，后来者居上，后人超过前人是理所当然的。赖尔继居维叶之后，发现了不甚显著的渐变现象，并由此而提出了“均变论”的基础，这无疑是有所发现有所前进的，也是有古生物化石根据的，不完全是主观想象与臆造的。但是他强调这一方面——渐变现象，而又反对那一方面——突变现象，认为任何地质时期的地质作用总是相同的，重复的，这无疑又是不符合事实的。赖尔企图证明：为要解释地质史上发生过的地表变化，没有必要去求助于任何特殊的力量，求助于任何特殊规律的现象，求助于灾变。为此，他就特别注意到人们目睹的天天起作用的那些最一般的地质因素——风、雨、河流、击岸海浪、冰川、火山以及地震的作用，并且估计到在许多亿年的地质史中，这些缓慢地起作用的因素会大大地改变地表结构和地壳构造。说明地球的存在已是非常悠久的了。与“灾变论”者针锋相对，赖尔认为，地质作用在现代跟在过去的地质时代进行得同样强烈，并引起相当显著的地表变化。赖尔比他的任何一位先驱者更广泛地利用了现实主义的方法，在他看来，现在是了解过去的一把钥匙。尽管赖尔的著作对地质学的进一步顺利的发展起了杰出的作用，可以说，它在这门科学的历史上开辟了一个新时代，但是，他的著作也并没有摆脱方法论上的严重缺点。赖尔关于地壳和生物界是逐渐地和非常缓慢地进行的观念，正同“灾变论”者关于地壳和生物界只由在普遍灾难时期的飞跃而起变化的观念一样，都是与辩证的发展观相矛盾的。另外，赖尔关于整个地球史中地质作用的性质始终不变的原理，也是不符合客观事实的。

总之，因为地球发展史既是极其复杂，又是极其漫长，加上研究它的人们的学历、经历与科学水平所限，往往所看事物的角度不同，或所看事物发展的阶段不同，就不免发生这样或那样的分歧，需要人们不断地进行探索，以求准确地、完整地理解地球发展历史。但从18世纪中叶到19世纪中叶这100年，毕竟是地质学史上的英雄时代，出现过像居维叶与赖尔这样一些有名的地质学家，促进了地质学的发展。按现在所知，恩格斯在《自然辩证法》一书中所提出的渐变与突变，即量变与质变的相互交替规律，便是恩格斯从他研究自然事物发展变化的过程中，首先发现的这种现象中概括出来的。如地表的生物从无到有，从低级到高级，其本身结构从简单到复杂，就是经过一系列渐变与突变，即量变与质变的相互交替发展的过程。居维叶首先发现突变现象，而忽视渐变现象，甚至反对渐变作用，因而主张“灾变论”，赖尔首先发现渐变现象，而忽视突变现象，甚至反对突变作用，因而主张“均变论”。他们两人都是各执一词。其实，实事求是而论，他们都在探索自然奥秘中有所发现，有所前进，对地质学的发展都有所贡献，只是均不够全面，均未能达到准确地、完整地理解地球发展的历史。这个任务是后来由恩格斯所完成的，他在《自然辩证法》一书中，揭示出了渐变与突变，即量变与质变相互交替的规律。

第三次论战是20世纪60年代以来，引发了一场以“板块构造理论”为核心的地学大论战。

20世纪初以大陆漂移学说等为代表的活动论初露头角。地球上亚、欧、非、澳、美五块大陆是怎样形成的?曾经发生争论，终于获得多数人赞同的答案：远古时代，地球上只有一块陆地，经过几亿年的沧桑变迁，才演变成现在这个样子。在形成这样的一种见解的过程中，德国地质学家韦格纳（1880—1930年）起了决定性的作用。为了取得这一学说的证据，他多次考察探险，终于提出三方面的证据：第一，大西洋两岸的许多生物有亲缘关系；第二，大西洋两岸的岩石、地质和皱褶也相吻合；第三，在古气候方面，两极地区有热带沙漠的征兆，而且在赤道森林中找到了冰盖。半个多世纪以后，随着古地磁及海洋地质等方面研究的进展，给大陆漂移提供了许多新证据，直到20世纪60年代末期，大陆漂移概念作为板块构造新学说的一部分，才被普遍接受。

按照板块构造学说，地球表面覆盖着一组比较薄的壳状板块，即地表上的板块边界。这些刚性的岩石板块在地球内层上面滑动，互相挤压，犹如湖面上漂流的大片浮冰。板块是全球的，全球整个的岩石圈分为六大板块，即太平洋板块、印度板块、欧亚板块、非洲板块、美洲板块和南极洲板块。各个板块在不断移动、不断更新。板块的边界，即板块与板块之间的分界线是地质和构造的活动地带；地震和火山就集中在这些地带，有些边界则是造山运动的场所。

这一次地学革命，构成了地学史上第三次认识上的巨大飞跃。这次飞跃较之于前两次，即18世纪的水成论与火成论之争，19世纪的灾变论与均变论之争来说，对地球科学本身和人类社会经济发展具有更为重大的影响。它第一次把相互孤立的各分支学科有机地结合起来。地球物理、地球化学、卫星技术、计算机技术、放射性技术等，为地球科学注入了巨大活力，极大地提高了人类观察地球、认识地球的能力。

在以“板块构造理论”为核心的地学大论战前后，我国地学界对于大地构造的讨论也形成了几个学派，各学派之间互相争鸣，各抒己见，焦点集中在构造运动的形成以垂直运动为主还是以水平运动为主。

世界万物皆处在运动之中。海水为液体，大气为气体，波浪、洋流、大风、寒潮、台风显而易见。地壳为固体，虽也有可塑性，但运动速度很慢，变形时间很长，短暂人生不容易发觉，对其运动的形式也就见仁见智，多有争论。但地层中客观存在的褶皱、断层等事实，无不是地壳运动所形成的结果，已为地质科学家所共识。但对形成这些构造的地壳运动的形式，则存在着不同的看法。因为这种地壳运动的形式，每个人在他短暂的一生中是很难经历的，所能看到的只是地壳运动所形成的变形岩石结构，人们只能根据这些变形岩石结构，来探讨形成它们的地壳运动的形式，“探讨”便离不开思维，它的发展形式就是假说。如果人们要等待建立定律的材料纯粹化起来，那么这就等于说在此以前要停止思想的研究工作，而定律也就永远不会出现。所以，在探讨地壳运动的形式过程中，产生各种不同的“假说”便是很自然的了。尤其是要弄清地壳的大型乃至全球构造的发生、发展、区域的构造组合或变形特征、分布和相互关系、历史演化过程时，这就必须探讨影响包括花岗岩、变质岩和玄武岩在内的整个地壳运动的形式。

地壳运动一般又有广义与狭义之分。广义指地壳内部物质的一切物理的和化学的运动，包括地壳的变形、变质和岩浆活动等；狭义主要指由地球内力作用所引起的地壳隆起、坳陷和各种构造形态的变动。总的来说，地壳运动是永远不会停止的，不过有时剧烈些，有时和缓些，有的地区剧烈些，有的地区和缓些，都在有方向、有规律地运动着。过去常用垂直运动、水平运动、造陆运动、造山运动、振荡运动、褶皱运动、断裂运动等名称来描述地壳运动。它们运动的结果，就在地壳中产生出坳陷和隆起、褶皱和断裂等构造形迹。所谓垂直运动是指地壳运动的方向是沿着地球半径的方向垂直发生的，其表现为地壳的升降运动，如地层之间的假整合即为垂直运动在地层中的表现。持垂直论者强调这种运动是地壳运动的主要形式。所谓水平运动是指地壳运动的方向是沿着地球表面的切线方向发生的，它表现为地壳的挤压和拉张作用，如形成地层的一些褶皱和断裂等构造。持水平论者强调这种运动是地壳运动的主要形式。所谓造陆运动是指那些广大区域的隆起运动，它造成大陆和海洋大型地貌特征，造成大高原和大盆地等。它基本上是大面积缓慢的垂直升降运动。所谓造山运动是指那些大规模剧烈的褶皱运动和断裂运动，造成山体内部的构造，既包括地壳上部的褶皱、逆掩和断裂，也包括地壳下部的塑性褶皱、变质和深成岩浆作用等。

中国各大地构造学说的创始人对于地壳运动形式的认识，虽各有差异，着眼点有所不同，各执一端，言之凿凿。但究其实，未免有不全面之处，这也是人类对事物认识的必然过程。多旋回说创始人黄汲清提出地槽褶皱带的形成往往是经历了多次造山运动，即多旋回的发展，而且在地槽发展的全部过程中，不但构造运动是多旋回的，而且岩浆活动、沉积建造、变质作用和成矿作用也是多旋回的。“在第一旋回中当褶皱山形成之后，地槽沉积带即迁移到第一褶皱带之旁，形成第二沉积带。当后者又褶皱成山，山前又形成第三沉积带，以此类推。这就是地槽沉积、褶皱带之向前迁移”。而且由于海洋地质、古地磁等学科的迅速发展，60年代中期以来，板块构造和海底扩张学说被提出来了，并得到迅速的发展。但板块说和多旋回说不但不互相排斥，而且可以互相补充，互相渗透，换句话说，它们是应当密切结合的。板块说可以部分解决多旋回说的运动机制问题，而多旋回说的规律性总结，板块说必须予以认真地考虑，并纳入其模式中。这是多旋回说的论点之一。其二是他们将深断裂按力学性质分为张性（及张剪性）、压性（及压剪性）、剪性三大类。大洋中脊深断裂等为张性断裂；西太平洋深断裂为压性断裂；我国郯庐一断裂可能为剪性断裂，它从长江以南开始，经过皖、苏、鲁、辽、吉、黑等省境，和抚顺-密山、伊兰-伊通深断裂连接，向北伸入西伯利亚境内，是滨太平洋构造中最大最长的深断裂带。它是在中新生代，主要表现为左旋活动，垂直运动、水平运动都包含在多旋回地壳运动之中。

断块学说的创始人张文佑提出岩石圈变形一般常从褶皱到断裂，但一经产生断裂，便对以后的变形起决定性的作用，所以断块学说侧重于研究断裂的形成与发展。他们认为：“地球深部的温度和压力总比浅部的高，从温度来看，岩石圈上部一般比下部低，也就是说，上部常为冷缩区，可表现为侧向挤压，下部常为热胀区，可表现为侧向拉张。所以，从垂直向压力向深处随着上覆岩层增厚而增大的一般情况看来，岩石圈深部的垂直向压力可在一定范围内大于侧向压力，而浅部的垂直向压力又常小于侧向压力，在深浅两部分之间的过渡区，则有出现垂直向压力与侧向压力大致相等的可能性。因此，在浅处可见到低角度冲断层，在深处有高角度正断层，两者之间的过渡区发生平移断层。地壳运动的形式，也既有水平运动，又有垂直运动。

地洼学说的创始人陈国达提出地槽发展为地台后，运动并未终止，地台区又向一个新型的活动区发展，因为它是由地台区向活动区转化（简称“地台活化”）而成的，故名“活化区”；又因为它的最突出的特征是以名叫“地洼”的山间盆地为标志，故也称“地洼区”，以便同另一种活动区即地槽区相对照和区别。他们认为：“一方面，上地幔软流层下部物质（包括一些重的）某些部分因温度增高密度减小而从深处向浅处运移，致令热能（其中包括放射热能）往外部扩散，其随后结果将是地球内部该处因失热而逐渐收缩，而外壳的相应部位则因受热反而膨胀，从而引起当地的强烈的地壳运动，并以水平运动占优势（其中又以挤压为主）。另一方面，上地幔软流层物质（特别是重的）因重力分异而自浅处向深处凝集，促使热能在内部积聚，其随后结果将是地球内部该处因积热而逐渐膨胀，而外壳的相应部位则因热能消散反而相对收缩或膨胀不显，从而导致当地的地壳运动转弱，并且水平运动退居劣势，致使垂直运动（起因可有多种，如上地幔软流层中的重力分异、均衡作用，水平与垂直运动的互变等）显出优势。所以，随着地球历史的演进，在地壳中无论就小范围还是大范围来说，一个地区某一时期，如果正当地球内部主要矛盾的排斥一方占据优势时期，因散热导致内部收缩，则该处地壳会出现在大部分时期以水平运动为主导，引起强烈的褶皱及断裂岩浆侵入或喷出、岩石变质、地震等，并且构造-地貌反差强度很大，产生分选不良、变化性大的沉积物，形成了活动区。反之，正当地球内部主要矛盾的吸引占据优势时期，因积热而导致内部膨胀，则该处会变成在大部分时期以垂直运动为主导，褶皱断裂、岩浆活动、岩石变质以及地震等均相对减弱，并且构造—地貌反差强度变小，产生分选较好、变化较小的沉积物，就成了稳定区。这种运动主要是由于地球内部物质互相排斥与吸引之间的矛盾斗争所推动，随着矛盾的主要和非主要的方面互相转化易位而导致活动区同稳定区互相转化更替、递迭前进的。地洼学说者把这叫做散聚交替说。

地质力学的创造人李四光提出从地质构造的现象（构造形迹）出发，分板地应力分布状况和岩石力学性质，追索力的作用，从力的作用方式进而追索地壳运动方式，探索地壳运动的规律和起源。现已认识的构造体系，可划分为三大主要类型，即纬向构造体系、经向构造体系和扭动构造体系。这些体系主要是地壳的水平运动（经向的和纬向的）造成的；而水平运动则起源于地球自转速度的变化。他们认为由局部构造形迹所显示的运动方式和方向是多式多样的。但区域性的整体运动是主要的，一切局部运动是由它来决定的。李四光写道：“垂直运动是显而易见的，但当我们在褶皱山岳地带，认识了远程构造位移，例如飞来峰和外来巨大岩块（如印度马拉约哈尔地区的外来巨大岩块）的时候，大规模水平运动也是显而易见的。但是，必须强调地指出，水平构造运动，不但不排除广大地区的垂直运动，而且相反的，那样的垂直运动，可能是发动水平运动的原因之一……西藏地区之所以升高，是由于它下面拥有厚度异乎寻常的硅铝层，而这个硅铝层的加厚，是由于它的侧面（主要是南北两面）在最近地质时代，受到了强烈的挤压”。这里可以明显看出，地质力学既主张地壳运动的方式以水平运动为主导，但也不排除广大地区的垂直运动，试图将二者有机结合起来。

地壳波浪状镶嵌构造学说的创始人张伯声提出：“世界上的事物都是矛盾着的，都是对立统一的，它们的发展运动都是波浪式的。地壳中的建造与形变的发展变化自然也是波浪式的。‘地壳波浪状镶嵌构造’的看法就是从建造与形变的对立看到地壳发展的波浪运动提出来的。”该学说认为地壳中的建造可以看作地壳运动的根据，而建造的改造可以说是地壳构造形成的条件，通过构造变动，反过来又成为下一代建造的条件。所以，没有地质建造就无从看到地壳的改造，没有地壳改造也就不可能发生地质的建造。辩证发展，有时地以建造为主，有时地以改造为主。既是在同地异地进行变化，又是在同时异时发生转变，构成建造与形变的对立斗争，有时有地建造是矛盾的主要方面，另时另地改造是矛盾的主要方面，发展是波浪状，其表现形式也是波浪状。分割地壳为不同规模的或大或小的地块或岩块的构造带、断裂带以及节理带好象地壳的破伤，它们又成为伤痕，再把破伤的地壳加以愈合的形象，因而叫做“地壳镶嵌构造”。在地壳中镶嵌起来的大大小小的地块，实际上，曾发生过或正在发生着反复地上下、左右或推拉的构造运动，形成波浪状构造。这种波浪状运动形成地壳的镶嵌构造，这叫做“地壳的波浪状镶嵌构造”。地壳波浪形成波峰与波谷，不同级别的构造带镶嵌着许多大大小小不同级别的地块。至于形成这种地质构造的地壳运动如何?从地壳的波浪状镶嵌构造分析，可以认为，形成地壳波浪运动的推力的近因是地球自转在地壳中发生的水平运动，其远因或根本原因则是地内的垂向运动。二者互相联系，互相影响，辩证发展。地球自转可使地壳部分发生很大的离心力和水平分力。但如果自转速度不变，地壳的水平运动也难以发生。地球自转速度的变化主要来自地球脉动，即其体积的张缩相间的运动。地球膨胀，自转就要变慢。地球收缩，自转又要变快。因而，没有地球的脉动，地球自转速度不变，地壳运动就难以发生。地壳运动的结果，由于形变既可以发生褶皱，又可产生断裂或节理。它们都表现为起伏上下、左右摆动和前后压张。总之，都是波浪运动。

作者在观察地壳的大型乃至全球的地质构造，并以此客观事实为根据，探讨建造这些地质构造的地壳运动的形式，吸收我国各大地质构造学派的积极的、有益的、宝贵的研究成果，形成一种自己的看法：若把漫长的整个地壳运动全过程分解为若干阶段的话，有时有地水平运动占据优势的地位，由于地壳的挤压作用，形成地层的褶皱、断裂等地质构造型式。另时另地垂直运动占据优势的地位，地层发生振荡运动，垂直升或降，形成地层中的假整合接触关系。断块构造学说虽主张垂直运动为主，但也不否认水平运动，他们明确表示断块边缘和内部不仅有水平运动，也有垂直运动，不仅有俯冲，而且还有仰冲断裂。地洼学说亦认为有时有地以水平运动占优势（其中又以挤压为主），有时大地致使垂直运动显出优势。地质力学中认为水平运动为主导，但也强调地指出，水平构造运动，不但不排除广大地区的垂直运动，而且相反的，那些垂直运动，可能是发动水平运动的原因之一。

以上所述，尽管断块构造学说、地洼学说、地质力学均明确指出了地壳运动的水平运动与垂直运动，不论是以水平运动为主或是以垂直运动为主，但均没有指明地壳运动的完整形式是什么，只有地壳的波浪状镶嵌构造学说进一步发展了地壳运动的研究，将被人们分割开来的地壳运动中的水平运动阶段与垂直运动阶段，客观地、辩证地、完整地统一为地壳的波浪运动。其学说创始人张伯声明确指出：“赖尔的‘均变论’可以说是首次地质学的革命。进一步的地质学革命可以说是李四光的‘地质力学说’而不是流行的‘板块构造说’。