一塊岩石的生成：水成說與火成說的爭論（中） - GEOSTORY ...

在一次蘇格蘭海岸調查中，赫頓與夥伴普萊費爾（John Playfair）、哈爾（Sir James Hall）於貝維克郡的西卡角（Siccar Point）海岸，發現了近乎垂直的 ... Skiptocontent Storyteller/蓋瑞 相較於水成說承襲了自古以來富有宗教意味的洪水理論，火成說看來像是從外星球突然誕生的想法。

但是，仔細研讀當時的歷史，會發現火成說的誕生合情合理，而在野外的「幸運觀察」幫助這套學說奠定其地位。

在這一篇中，我們將介紹火成說如何誕生、它又是如何描述地球形成的機制。

  來自農業與工業的啟發 火成說的開創者為蘇格蘭地質學家詹姆斯．赫頓（JamesHutton）。

他的爸爸威廉（WilliamHutton）因為從商，家中非常富裕，擁有兩塊非常大的農場。

只是在赫頓兩歲時，父親因故過世，母親只得一人獨力扶養赫頓與三個妹妹。

圖、赫頓的畫像。

（圖片來源：wikipedia）   一七三六年，赫頓進入愛丁堡高中就讀，當時他年僅十歲，卻已開始學習拉丁語、希臘語和數學；十四歲時，他進入愛丁堡大學就讀，並於一七四三年畢業。

雖然赫登於畢業後隨即應徵了一份律師學徒的工作，但他的心卻一直不在法律，而是化學實驗。

最終，他決定追隨自己的喜好，再度回到大學學醫（當時的醫學會碰到很多化學實驗），並於一七四九年畢業、轉往至倫敦居住。

一七五〇年的夏天，赫頓與他的大學同學詹姆斯．大衛（JamesDavie）在愛丁堡開啟了化學事業，這事業意外成功，並讓赫頓獲得龐大的財富，他開始有餘力去經營從父親那裡繼承而來的農場。

又為了好好研究當代農業技術，赫頓搬到位於諾福克郡（Norfolk）的農場，一住就是兩年，這兩年將成為他開始對地質感興趣的轉捩點。

務農期間，赫頓注意到土壤主要來自於地表岩石的風化，這過程中也包含生物的作用；此外，他也注意到土壤會持續受到侵蝕、帶往海洋。

他思考，如果這些土壤最終都會被侵蝕、沖刷至海洋，那麼應該有個機制讓海裡的土壤再次回到地表，否則，地表將因侵蝕作用逐漸變得低平，農地無法生成、生命最終也將消逝。

那麼，赫頓想，有什麼機制能讓地表作用不斷循環？ 理解地球內部動力的機制是解決赫頓疑惑的關鍵，幸運的是，赫頓當時認識許多在歷史上赫赫有名的人物，像是布萊克（JosephBlack；重要化學家，發現鎂、二氧化碳的人，也了解潛熱和比熱）、瓦特（JamesWatt；發明了實用的蒸汽機），以及經濟學家史密斯（AdamSmith）等人。

尤其是瓦特，他是啟發赫頓最多的學者之一，因瓦特帶他認識了蒸汽機的運作原理，這些新知融合赫頓在大學學醫時獲得的血液循環概念，幫助赫登提出了地質循環的理論。

圖、赫頓認識的重要人士：布萊克（左）、瓦特（中）、亞當斯（右）。

（圖片皆已附上來源連結）   大熱機與火成說 一七八五年，赫頓受愛丁堡皇家學院邀請發表地質循環的理論。

在理論中，赫頓將蒸汽機的結構融入，假想地球具有很熱的內部，且富含植物吸收陽光後儲存而成的燃料。

緊接著，地球內部的物質會因為受熱漸漸的向地殼膨脹、使地表地層彎曲；熔融的岩石也可能衝出地表形成火山。

有時岩漿不會衝破地表，只讓表面形成一座小丘或是一座山，這些沒有噴發的岩漿在地底下逐漸冷卻結晶成花崗岩。

地表的侵蝕作用使花崗岩裸露出來，岩石受地表長期風化後，逐漸變成人類可使用的肥沃土壤。

接著，沉積物逐漸堆疊，因壓密膠結成岩；同時間，其本身的荷重也會促使底部的溫度上升，岩層夠厚的時候，地底溫度甚至高得可讓岩石再次熔融成岩漿，使得新的循環再次誕生。

當時他的演講題名《ConcerningthesystemoftheEarth,itsduration,andstability》，雖然提出了一套完整的地質循環理論，但因衝擊著聖經的基礎，受許多人嚴厲的反駁。

為了證明自己的理論正確，赫頓決心在自然界中找到支持的證據。

  來自地層中的證據 在赫頓的理論中，他預測如果被花崗岩岩漿向上推升、傾斜的地層，受到侵蝕作用、並因某種地質作用帶入海底，新的沈積物可能會堆積在傾斜的岩層之上。

這樣的地層結構如果經過幾次地質循環再次抬升到地表，我們可能有機會看到下層地層與上層地層之間形成交角，而且暗示著該地區經歷的地質時間很長。

事實是他成功了。

在一次蘇格蘭海岸調查中，赫頓與夥伴普萊費爾（JohnPlayfair）、哈爾（SirJamesHall）於貝維克郡的西卡角（SiccarPoint）海岸，發現了近乎垂直的雜砂岩（greywacke）上覆接近水平成層的老紅砂岩（OldRedSandstone），這現象在現今稱為「不整合」（unconformity）。

後續的地質調查也發現，蘇格蘭地區有諸多地點也都有類似的不整合現象，說明不整合是廣泛存在的。

圖、西卡角真實露頭（左）以及哈爾的素描（右）。

（圖片皆已附上來源連結）   圖、赫頓針對蘇格蘭傑德堡地區（Jedburgh）地層的描繪（左）、以及後來考究出的真實露頭（右）。

（圖片來源：wikipedia）   赫頓理論的成功預測案例不只這個，依照他描述岩漿噴發至地表的方式，地表上應能找到岩漿噴發後於岩隙中冷卻而成的花崗岩脈。

這項地質證據於一七八五年被發現，當時赫頓於蘇格蘭高地的蒂爾特河谷（GlenTilt）中，發現到河谷兩旁的灰綠色片岩（現稱DalradianSchist，他當時稱之為schistus）被紅色的花崗岩脈侵入的現象。

圖、赫頓針對蒂爾特河岸之岩層繪圖（左）、以及真實露頭樣貌（右）。

（圖片皆已附上來源連結）   赫頓的理論、以及相關的地質證據，都被收錄在一七九五年發表的著作《地球理論》（ThetheoryoftheEarth）之中。

這套理論，首次完整描述「地質循環」的概念，而且理論預測可與現實的結果相符，堪稱地質學的經典之作。

然而儘管證據充足，這本書在當時並不賣座，主要原因在於這本書的描述方式晦澀難懂，一般人很難理解；再來就是這本著作捨棄宗教的概念，以純粹的自然推演與觀察當作基礎，在當時的社會中並不被看好；最後就是有關火成說提出的岩石形成機制，水成論的擁護者都仍有辯護的方式，也就是說，火成論的觀點在當時並非無懈可擊。

水與火的爭辯中，運用了很多岩石作為案例，儘管現代的教科書並不會提起這段歷史，但我認為這段歷史的確影響了現代岩石學的教學模式。

在最後一篇，我們將一一檢視十八世紀的水成與火成之爭，究竟針對哪些岩石案例做討論。

搜尋關鍵字: 文章分類文章分類 選取分類 2016台灣地球科學聯合學術研討會 GEOSTORY出走計畫─地球科學系統學術論壇參加特輯 五一勞動節礦工特輯 包子的漫畫館 地科科學史 所有文章 玩石碎碎念 蓋瑞王的自然教室 熱門文章︰ 火成岩的種類和形成 δ18O氧同位素之16O與18O的愛恨糾葛 火山活動帶來的益處 沉積岩與沉積構造 蓋瑞王的自然教室_奇妙的月亮 十個為什麼地科人會是理想伴侶的理由 聖嬰現象(ElNiño)來了沒？動手算算看！ 變質作用與變質岩 說書人廖倩儀不同緯度的星空δ18O氧同位素之16O與18O的愛恨糾葛蓋瑞一塊岩石的生成：水成說與火成說的爭論（下）一塊岩石的生成：水成說與火成說的爭論（中）一塊岩石的生成：水成說與火成說的爭論（上）又水逆了！但你知道水逆到底是怎麼一回事嗎？（下）又水逆了！但你知道水逆到底是怎麼一回事嗎？（上）湧出中洋脊科學不是萬能—-人定勝天是美麗謊言「下雨地震說」是真的？紐西蘭研究怎麼說出海那件小事為何地震規模常會一修再修?白堊紀的復活節彩蛋酒屋白鵝[地質旅遊]台北盆地東南角–二格山之旅古代河流盆地解釋了世界上移動最快冰河的位置從「2016地球科學系統學術論壇」看遙測技術應用P.C從《拉普拉斯的魔女》走進科學長廊聖嬰現象(ElNiño)來了沒？動手算算看！數學之於地球科學的重要性[NEWS]當大氣遇上海洋：太平洋水溫與對流層頂溫度的關係大自然的聖杯-如何成為預測達人？佩京尋找現代採礦人2─去印度尼西亞追尋地質人的浪漫！台灣為什麼有這麼多的地震？Ruei魯伊學士的日記─獅子的黃金魯伊學士的日記─凜冬將至水流動的感覺只有交錯層最知道[地質旅遊]穿越時空愛上琉球嶼(下篇)[地質旅遊]穿越時空愛上琉球嶼(上篇)玩石碎碎念大洪水從哪來？－初探諾亞方舟和黑海的關聯變質作用與變質岩沉積岩與沉積構造淺談《天崩地裂》與火山災害火成岩的種類和形成文章標籤NASA(3) TGA(5) 冰與火之歌(2) 古氣候環境(3) 古生物與化石(4) 哈啦(9) 哈拉(8) 地層學(4) 地形(6) 地球化學(4) 地球歷史(5) 地球科學(8) 地理學(4) 地科教育(13) 地科生活(4) 地質人文(8) 地質學(3) 地震學(4) 地震預警(3) 報導(11) 大氣科學(3) 天文學(6) 尺度(3) 岩石與礦物學(13) 工程地質(2) 探究實作(1) 探究與實作(7) 教育(6) 月亮(1) 板塊構造(8) 構造地質學(4) 氣候變遷(8) 海洋科學(3) 演化(2) 火山(5) 玩石碎碎念(7) 環境議題(7) 礦產與石化能源(11) 神話地質(2) 科學史(5) 米蘭科維奇循環(1) 自然課(8) 野外調查(4) 頭腦風暴(3) 高空遙測(4)