三、火山地质学

让·艾蒂安·盖塔尔出生于巴黎附近的埃当普。他早年攻读植物学，同皇家植物园的德朱西厄兄弟结识。后来，他当了医生。奥尔良公爵任用他当医学顾问，还让他掌管自己的自然史藏品。公爵死时，他得到一小笔退职金，遂全身心地致力于他所喜爱的植物学和地质学研究。他注意到，某些植物和某些矿物与岩石相关联，于是，便去研究矿物与岩石的分布以及那些造成地面变化的力。1746年，盖塔尔向巴黎科学院呈交了《矿物学笔记和地图》（Mémoire et Carte Minéralogique），它可以看做是他在地质勘察上的最早尝试。在书中，他根据他在法国中部和北部所做的观察，描述了这两个地区中岩石和矿物的分布。他提出，矿物和岩石排列成一些以巴黎为中心的“带”。中央是一个呈椭圆形的砂质带，它由砂岩、磨石、石灰石、硬岩石和燧石组成。围着它，是一个泥灰质的带，由硬质泥灰岩和少量化石组成。围着这个带，则是一个生岩带，其中包含各种金属，还有沥青、板岩、硫、花岗岩、大理石、煤和其他化石。这一切资料都标示在一张法国地图上，地图上还表明这三个带为英吉利海峡和多佛海峡所截断。盖塔尔推测，这三个带在海下和英国岸上仍延续。他在乔舒亚·奇尔德里的《培根时代的英国》（Britannia Baconica）（1660年）和主勒德·博特的《爱尔兰自然史》（Ireland’s Naturall Historie）（1652年）中（他读的是法文译本）找到了他的猜测的证据。因此，他继续在英国地图上勘察，但不像在他祖国地图上那样成功。科学院立即宣布，这本《笔记》是“地理学家和博物学家的一个新领域”的开拓者，并为他们缔结了一条新的纽带。盖塔尔继续进行法国地质勘察工作，绘制了十六张地图（但它们不得已由莫内加以完成，因此由他们联名发表）（Atlas et Description Minéralogiques de la France，1780）。盖塔尔还是一个勤奋的古生物学家。他大力促进确定“图案化岩石”的真相。他还第一个在昂热的板岩中证认出三叶虫化石；他的名字还被用来命名一类白垩海绵即Guettardia。在同样受到他注意的地文地质学领域里，他强调了水在陆地剥蚀成因中的作用以及地下水、地面水和雨水实际所起的作用。然而，盖塔尔的声誉主要在于他认出了法国中部的十六或十七座死火山。他是在《论法国几座曾经是火山的山脉》中论述它们的。这篇论文于1752年在巴黎科学院宣读，1756年发表。当他在为地质勘察搜集材料而旅行时，对阿利埃的穆兰地方的里程碑感到奇怪。它们都是黑色岩石。他认为，它们产自火山。当他听说它们采自沃尔维（Volvic）时，这产地的名字使他更加猜疑，因为Volvi像是Volcani vicus（火山村）的缩写。他连忙赶到采石场，发现岩石像是流入这平原的已凝固熔岩流。它绵延约5英里。而且，火山锥和火山口也很容易认出来。于是，他穿过这山区往南到达克莱蒙，登上多姆山（那里以巴斯卡进行过气压实验而闻名）。他举目四望，看到了死火山的锥和口，他还到处发现了大量火山尘埃，证实了他的看法，即这地方的火山性质。这些山脉中，有些山麓处有温泉存在。这使他对自己的揣测确信无疑。十分奇怪的是，当他后来专门研究玄武岩时，他竟没有认出它们的火山性质，尽管他注意到它们在火山地区存在。他从未见到过柱状玄武岩。这个偶然因素导致他错误地得出这样的结论：它是“在水流中结晶而形成的一种可玻璃化岩石”（Memoir on the Basalt of the Ancients and Moderns，1770）。由于命运的安排，盖塔尔因此而成为地质学两个相竞争学派，即火成学派（或火成论者）和水成学派之父。关于这两个学派，本书还要谈到。他在奥弗涅山脉发现旧火山，唤起了火成学派；他关于玄武岩的水成观点，则为水成学派的纲领提供了重要基础。

盖塔尔的工作为比他年轻的同胞尼古拉·德马雷斯（1725—1815）所继续，虽然并非总是充分为后者所认识。德马雷斯祖籍苏莱内，幼年家境贫困，到十五岁时，他还几乎目不识丁。亏得一些教师赏识，他才获得了免费教育，先是在特鲁瓦的奥拉托利会学院，最后是在巴黎。甚至在这以后，他也始终唯知勤勉度日。他的一生是生活俭朴但思想崇高的杰出典范。1752年，他因一篇关于布丰《地球学说》所提出的一个论题的论文获奖，这论题就是英国和法国是否曾经由陆地相连过。他对这问题作了肯定的回答。他下这个结论，部分地是根据盖塔尔提出的证据，即同一些地质带在这两个国家里和它们间海峡的底上保持连续，部分地还根据一个事实，即英国以前存在过的一些野兽只能来自大陆，那时英国和法国还由一条陆地带相连，后来这陆地带被北海冲掉了。这篇论文使德马雷斯官运亨通。1757年，他就任政府的一个低级官职，1788年，晋升到法国工业总监。他以此身份大力推进了法国的经济和工业进步。但是，他为此进行的广泛旅行，却提供他充裕的机会，进行富于成果的地质观察。大革命期间，他曾被囚禁过一个短时期。但是，他安步当车，粗茶淡饭，起居木棚。这些习惯让人一点也看不到贵族派头。同时，他又是难得的经济大才。因此，他得以幸存，并且最后官复原职，直至终老。

在奥弗涅火山地区，像盖塔尔一样，德马雷斯也注意研究玄武岩。在1763年初次访问该地时，德马雷斯比盖塔尔幸运，他在旧火山邻近，实际上是沿着整个这熔岩的边沿，观察到了柱状玄武岩。发现地的周围环境使他深信，棱柱状玄武岩是火山产物，它的规则性是火山火焰熔解下面的花岗岩所致。北爱尔兰“巨人堤道”的玄武岩是当时传诵最广的奇观之一，德马雷斯阅读过大量有关材料，还读过有关德国各地类似柱体的材料。德马雷斯从图片判断，“巨人堤道”周围的景观酷似奥弗涅山区；这两个地方的玄武岩柱的刺目颜色和纹理看来完全一样。他下了结论：北爱尔兰海岸以及实际上一切发现有这种玄武岩的地方，必定都是死火山的所在。在连年研究这些问题以后，他认识到，火山作用曾经甚至比盖塔尔所猜想的更为广泛。欧洲大陆有两个广大的旧火山活动区，即（1）东区，从萨克森和波希米亚边境到西里西亚，从弗赖堡到利格尼兹和（2）南区，从科隆附近到拿骚、黑森、达姆施塔特和卡塞尔。德马雷斯把他的部分结论最初发表在1774和1777年的《皇家科学院备忘录》上，但他早在1765年并再次在1771年就已在科学院谈及这个问题。这些报告最重要的部分是论述熔岩沉积的各个主要类型及其相互关系。他在1775年写的一篇论文中，又谈及这个问题，此文在科学院宣读，题为《论根据火山产物确定自然的三个时代，并论这些时代在火山研究中的可能应用》（On the Determination of Three Epochs of Nature from the Products of Volcanoes，and on the Vse that may be made of these Epochs in the Studyof Volcanoes）（简写本发表于Journal de Physique，1779；全文载Mém de l’ Instit.des Sciences Math.et Phys. ，1806）。第一个（即最近的）时代包含最近的火山熔岩沉积，它们或者还在活动，或者已在最近死灭。它们是带口的火山锥，以及从火山口延伸到周围地区的多皱、黯黑、草木不长的熔岩席。有的地方，火山锥显出摩擦痕迹，火山渣移到了下面，熔岩上已有一些沟槽。这些变化是雨水和融化的雪造成的。有的地方，流水侵袭了熔岩席，开凿出一个峡谷。第二个（较早的）时代包含的熔岩沉积，其带口的火山锥和火山渣都已被冲掉，它们被流水开凿出的峡谷割裂成一块块小台地。第三个即最古老的时代的沉积熔岩处于沉积地层的下面，或者同它们交错成层。这个时代一定持续了很长时间，可以在最早的熔岩上沉积600至900英尺厚水平沉积层。德马雷斯认为，火山喷发仅仅是大自然经过天气和水进行的连续作用过程中的偶然事件。当时，水成学派和火成学派角逐正殷。如果这些相竞争的倡导者研读过德马雷斯的著作（他毫不理会这整个论争），那他们本来可能不会发生激烈的论战。

这里还必须提到德马雷斯的著名火山地图和著作《自然地理学》（Physical Geography）（四卷，1794—1811年）。

日内瓦的奥拉斯·贝内迪克特·德索絮尔（1740—99）把德马雷斯认为玄武岩乃由火山火焰熔解花岗岩而成的观点付诸实验检验。他熔解了瑞士和法国的大量各种不同的花岗岩，但他未能把它们还原为玄武岩。他还做了把花岗岩同黑电气石和各种斑岩化合的实验，但他未能通过熔融它们而得到玄武岩。因此，他得出结论（现在看来是错误的）：玄武岩不是像德马雷斯所认为的那样由熔融产生的。虽然这些实验得到的结果都是否定的，但它们使德索絮尔有权跻身地质学领域最早实验家之列。不过，他的声望并不仅仅维系于此。正是他首先使“地质学”和“地质学家”这两个术语流行开来。此外，主要是他的《阿尔卑斯山游记》（Voyages dans les Alpes）（三卷，1779，1786，1796年），不仅大大激励了登山运动和野外地质考察活动，而且还提供了大量可靠的地质学资料，而赫顿等其他更有创见的地质学家对这些资料作了恰当的解释。由于同样的原因，这里还可以提到彼得·西蒙·帕拉斯（1741—1811）的工作。他祖籍柏林。他对俄国地质学所做的贡献，一如德索絮尔对瑞士地质学所做的工作，而且，他是在极端困难条件下进行工作的。他的研究成果记叙在他的《山脉结构研究》（Consi deration of the Structure of Mountain-Chains）（1771年）和《陶里达的物理和地形概况》（Physical and Topographical Sketches of Taurida）（1794年）之中，这两本书均由圣彼得堡科学院出版。

我们现在可以从火山研究转到略述一下地震研究。1750年袭击西欧各国的一系列地震在整个欧洲引起很大警觉；1755年接踵而来的灾难性的里斯本地震，使这种警觉变成惊恐。地震这个课题自然引起了学术界的关注，科学学会的出版物大量载文，试图解释这些现象。约翰·米歇尔（1724—93）在1760年呈交皇家学会一篇论文《论地震的成因和现象》（Essay on the Causes and Phenomena of Earthquakes）（Phil.Trans. ，Vol.Ⅹ L Ⅸ），它作出了最宝贵的贡献。他在文中指出，地震通常发生在火山附近，发生在火山喷发的时候。他坚持这样的假说：地震是地下火同大量水突然接触的效应，这时水因而蒸发，以其弹力引起震动。甚至当地下火找到经由火山口的出口时，所产生的扰动也是广泛的；而当这些火无从逸释，其上的山顶崩坍时，扰动自然就远为广泛。降落到火里的山顶空穴中的水立即就蒸发。这样，就在熔融物质和其上岩石之间造成一个空穴，而后者的交替压缩和扩张便造成地面震动。于是，振动波便通过地壳传播，它们的振幅在紧靠扰动源的上方为最大，随着离这源的距离增加而逐渐减小，直至消没。这种地震波的观念是独创的，并启发作者想出一种确定一次地震震源位置的方法。如果通过观察到的一些震波径迹画线，那么，它们的交点当接近所求之震源。他曾尝试用这方法计算里斯本地震的震源，确定它位于大西洋下面深一至三海里、里斯本和波尔图两地纬度之间的地方。尽管存在种种缺陷，米歇尔的这篇论文还是应当看做为科学地震学的肇始。