中国科普博览＿恐龙博物馆

地质学家是怎样得出“彗星撞击论”的？

地球环境的沧海桑田与科学理论的推陈出新
关于沧海桑田的解释——渐变论与灾变论

　　“沧海桑田”在中国是一个妇孺皆知的成语，用来形容事过境迁以及环境所发生的巨大变化。对许靖华这样的现代地质学家而言，这个成语却是对其所从事的学科之精髓的绝妙描绘。时光荏苒，地球业已经历了45亿年的悠悠岁月。在这漫长的时间里，海底上升为陆地、陆地隆起成山峰、山脉被夷为平地、平地又沉入海底。这样的沧桑巨变不知经历了多少次。

乳齿象

　　1948年，就在许靖华离开祖国到美国去攻读地质学之时，他发现拉马克的一段名言，使得他对中国的这一成语有了新的认识。这段名言是这样的：“在我们居住的这个星球上，一切事物都在发生着不断的和无法避免的变化。这些变化遵从自然界的基本法则，……这些变化都是在某一个时期完成的。而对自然界来说，时间不算什么，时间成了自然的一种法力无边的手段，既可以完成微不足道的琐事，也可以完成最伟大的功绩。”

　　拉马克写下这段文字的时间是18世纪末叶。那时候，西方人的时间概念正相达尔文的物种起源理论一样经历着深刻的革命。人们从对地层和埋藏于其中的化石的研究中认识到了时间的深度和历史的悠久，从而使科学开始从圣经启示录的桎梏中摆脱出来。

　　当时，基督教的教条对人的思想产生的巨大影响力是现代人难以想象的。那时的人们对宗教万分虔诚；当然，也有人是出于对宗教迫害的恐惧。正是由于这种影响和虔诚，当时绝大多数人对《创世纪》中所描述的地球历史深信不疑。历史上曾经有近百年之久的时间里，基督教统治下的西方世界认为地球历史是从公元前4004年10月26日上午九点开始的。一些自认为是亚当和夏娃的后代的教士苦心计算出，诞生了挪亚方舟的那场大洪水发生于公元前2349年11月18日。当时，拉马克爵士虽然已经在植物学的研究方面硕果累累并因此而闻名于世，而且，1793年的法国国民大会还任命他为动物学、昆虫学、蠕虫动物和微体动物学教授，但是，对于大多数坚信地球历史只有六千年的同代人来说，拉马克关于时间“是一种法力无边的手段”的说法简直不可思议。

亚洲象

　　两年后，一位醉心于岩石鉴定而无暇诊病的苏格兰医生赫顿在经过对爱丁堡附近岩石露头的多年观察之后发表了语惊四座的宏论，为拉马克的思想提供了佐证。赫顿先生发现，古老岩石的侵蚀作用和新岩石的形成作用无休止的重复着，“既无始点，亦无终点”。“在向时间的深度凝视时”，大有头晕目眩之感。

　　要领会地质时间确实不是那么容易。人们总是习惯于根据自己的经历来估计时间的长短，许靖华教授自己在孩提时代就对“从前”一词感到过一种朦胧的困惑。

　　许靖华的故乡在扬州。300多年前，扬州人民曾经对入侵的清兵进行过殊死的抵抗，可是最终城池还是被攻陷了。破城的清兵进行了血腥的屠城，烧杀劫掠达10日之久，全城的居民几乎无一幸免。

　　童年的许靖华上学的时候，在一次文艺活动中，学校的学生们表演了历史上的这幕悲剧，许靖华和比他大两岁的姐姐一起在台下观看。正当舞台上出现“从前”的清兵占领淮阴城的场景时，许家的车夫却忽然创进剧场来接他们姐弟俩回家。当时，许靖华父亲正在淮阴城谋生，因而许靖华感到特别害怕。一到家，他就赶紧跑到母亲身边，虽然不敢流露出对父亲可能被杀害的忧虑，可是非要央求母亲代他给父亲写了短短的一封信：“亲爱的爸爸：你好！阖家皆安。前几天连日阴雨，房顶漏水。你遇见清兵了吗？”

　　父亲接到他的信后非常高兴，可是怎么也搞不懂儿子信里提到的清兵是什么意思。原来，是许靖华自己把“从前”发生的清兵入侵的历史事件稀里糊涂地与现在的时间弄混了。

　　而对于大多数18世纪的科学家来说，他们对地质时间的无知并不亚于童年时期的许靖华对历史时间的困惑。当时的伦敦地质学会的创办人兼首任理事长格林纳在一次关于河流切割河谷的科学争论中曾经暴跳如雷地说：“没有一条河流能够再使其河道加深1尺，时间再长也不能使自然创造奇迹。”这为老先生之所以如此固执，是因为他自己在泰晤士河畔生活了50多年，从未见过河道因为侵蚀作用而加深的现象。然而，那个时候的他还不懂得，人类的生命在地质历史的长河中只不过是短暂的一瞬，漫长的地质时间是可以使自然创造奇迹的。

　　但是拉马克却认识到了地质时间的重要性。虽然那时他已经快50岁了，对动物学并不精通，对岩石学了解更少，但是对于他这样一个长于自学、思维活跃的人来说，掌握一门新的学科或是熟悉地质学中的革命为时并不太晚。拉马克研究了巴黎大学收集的介壳标本，发现化石标本与现代的瓣鳃动物之间存在差别，而且，这些差别是有规律的，可以根据它们与现代属种的相似程度加以分类。根据这样的分类，拉马克排出了一个介壳动物的系列，并依据其相关性发现了它们之间的亲缘关系。在此基础上，拉马克提出了物种演化的理论，即一个物种最终变成完全不同的另一个物种是绝对可能的。当然，这种变化是非常缓慢的。这就是进化论的前驱。

　　地质学家赫顿和生物学家拉马克就这样走到了一起，成为后来被称为“渐变论”的科学哲学学派的奠基人。这一学派认为，从引起沧海桑田的地壳运动到使古代介壳演变为现代贝类的生物演化以至于包括全球规模的一切变化，都是至今仍在不知不觉进行着的作用所不断累积的结果；这种渐变性是自然科学本质的核心。赫顿曾经说过：“如果今天自由下落的石块明天会向上飞行，那么自然哲学也就终结了，我们的原理将会崩溃，就再也不能根据观察来研究自然法则了。”

非洲象

　　所谓“自然法则”或者现代常说的“自然规律”，引导着自然界从古到今的改变。但是，居维叶却从鉴定化石中悟出了不同的涵义。1795年，就在拉马克被聘为动物学教授后的不久，赫顿的著作问世的同年，居维叶当选了法兰西学院比较解剖学主任。一天，一位工人送来了一块乳齿象化石，这块化石是从环绕巴黎的塞纳河流域的一个采石坑里采到的。居维叶一下子就发现，这种古老的乳齿象与现代的亚洲象和非洲象截然不同。一起发现的还有许多其它的大型哺乳动物化石，如貘、犀牛和河马等等，这些动物在法国早已绝灭了，但是在非洲和亚洲的热带地区还有它们活着的近亲。几年后，在同一地区蒙马特附近的一个石膏矿中，又一批哺乳动物化石被发掘出来，但是这一次产化石的地层层位与前次不同。将这些化石骨骼组合在一起之后，居维叶发现它们与现代生物的特征都不尽相同。由于石膏沉积层早与现代砾石层，因此那些早已灭绝的哺乳动物必定生活在更早的年代里。后来，居维叶又在巴黎盆地周围更加古老的岩层中发现了奇形怪状的恐龙化石。根据这些发现，居维叶确定巴黎盆地至少有4个不同时代的动物群，即恐龙动物群、灭绝的哺乳动物群、乳齿象动物群和现代陆生动物群。

　　居维叶是一个虔诚的基督教徒，对他来说要把这种古老生物的灭绝现象与教堂的教义结合起来真是比登天还难。他曾经研究过从埃及古墓中发现的植物标本和动物的木乃伊，而这些植物标本和木乃伊与现代生活的动植物没有什么差别。根据基督教的传统时间尺度，埃及是创世纪之后不久建立起来的一个国家。因此，居维叶认为，既然在《圣经》《出埃及记》以来的几千年中生物面貌并没有发生多大的变化，那么就没有理由设想上帝创造的原始生物发生过大的变化。由次推论，巴黎盆地采集到的这些化石只能是生活在"创世纪"之前的生物，而且肯定是以为遭受了某种灾变事件的破坏才发生了灭绝；而这种灾变事件不受上帝创造生命以来的那些自然规律的控制。居维叶想象，这些革命性的变革是天翻地覆的，“破坏了自然作用的连续性和过程。没有一种现代的自然力量能够大到足以完成这些旷世功业。”居维叶的这种自然哲学在科学史上就被称为灾变论。