火成論

火成論是地質學基本理論之一。

火成論把“地下熱火”看成地質現象的主要動力，地球核心是熔融的液態。以英國地質學家赫頓(J.Hutton,1726一1797)為代表。

火成論並不認為火是地質變化的唯一動力因素,而認為水與火都起作用。這一點與水成論認為水是唯一的動力因素有所不同。火成論是在與水成論爭論中形成的。

基本介紹

• 中文名：火成論
• 外文名：plutonism
• 代表人物：赫頓 James Hutton(1726—1797)

簡介

火成論把“地下熱火”看成地質現象的主要動力，地球核心是熔融的液態。由於義大利西海岸火山岩帶的強烈活動，古羅馬人相信有一位主管火和鍛冶的神，稱“沃爾坎”（Volkan）。火山（Volcano），火山學（Volcanology）等詞即來自義大利語的Vulcan。

在教會統治的中世紀，“聖經”是唯一的真理。“聖經”里說有諾亞的大洪水，水成說在很長一段時期里成為不可動搖的信條。

水成論和火成論的正式交鋒始於18世紀中葉的法國。1746年，蓋塔爾送給巴黎科學院關於礦帶和岩石分布的記錄。他發現了地層的連續性和空間分布的規律性，並據之作出法國的地質圖。顯然，岩石只有形成在水中才具有連續性和分帶性，對奧費涅火山的玄武岩，他也認為是水溶液的結晶作用形成的。1765年，迪馬雷送給巴黎科學院奧費涅的地質圖，提出玄武岩是附近的火山裡流出來的，柱狀節理是玄武岩曾處於熔融狀態的證明。

從十八世紀七十年代起,經過近半個世紀的激烈爭論,人們逐漸認識到地殼中有二類不同的岩石—水成岩和火成岩,且初步認識了第三類岩石—變質岩。此後,生物學、化學和物理學甚至數學等逐步滲透進入地質學,使地質學的內容越來越豐富,日趨完善。

理論學說

魏爾納是水成說的集大成者。1775年起他任德國費頓堡礦山學校的教授，以出色的教學吸引了大量青年學生。他認為自原始海洋開始到諾亞洪水結束，水的力量營造了一切地質系統，自原始海洋到現在，水面在不斷地下降，原始岩石露出水面後開始發生風化、堆積而形成新地層。他的口頭禪是“百聞不如一見”。他的學生，如達步松（1804）和布赫（1809），在考察 了玄武岩和花崗岩之後，都發表了不同於魏爾納水成說的觀點。

與魏爾納觀點大相逕庭的一個代表人物是赫頓。這位蘇格蘭天才的主要調查區是加里東造山帶的典型露頭區蘇格蘭高地，那裡有花崗岩和礦脈。他認為地層的固化和海洋上升為陸地是地熱的作用，火山活動是釋放地下能量的出口，有點象瓦特的蒸汽機（當時瓦特正在進行這方面的試驗）。他的地質理論長期被說成火成論，其實他本人並不認為所有的岩石都是火成的。他對不整合面的發現和解釋為18世紀的地質學增添了光彩的一筆。水成論與火成論的論戰在19世紀初達到高潮。由於赫頓學說的發展，一系列新的地質事實證實了赫頓闡述的觀點，火成論者終於取得了勝利。

火成論與水成論主要爭論有：

①魏納認為“不整合”是偶見的,是沉積物在一個傾斜而上沉積形成的,而赫頓認為所有地層沉積都是水平的,傾斜是後來地層抬升的結果,而抬升力主要是岩漿侵入岩體產生的擠推力。

②魏納認為,原始海洋沉積的岩層是原始層,花崗岩是地球上最古老的岩層,叫原生岩層,而赫頓認為,凡沉積地層總是由已存在的岩層破碎、搬運、沉積而形成,也就是說,最占老的沉積層之前必有更古老的岩層。

③魏納認為,深海沉積是由於沉積物本身重量與海水重量固結而成岩的,而赫頓認為上覆重量並不重要,關鍵是地內熱使深海沉積物熔融成岩,強調玄武岩是火成成因。

赫頓假設大陸和海洋幾乎同時形成即地球處於“持續的”過程之中，並把這一過程看成是一個無盡的循環，“沒有開始的痕跡也沒有終止的跡象”。陸地表面處於被風、水和冰凍緩慢侵蝕的過程中。碎片被河流帶到海洋中又沉積在海底。在海底，來自地球深處的壓力和熱量“烘烤”地層，使之變成沉積岩。不同的岩石層源於被侵蝕陸地的特性。後由於一系列地震，導致海底向上隆起，沉積岩露出水面成為陸地。這種岩石在漫長而緩慢的過程中變形，岩石的裂縫允許熔岩從地球深處滲出，達到地球表面時就形成了火山。由熱而形成的火山岩還會進入沉積岩層，在那裡慢慢冷卻，形成諸如花崗岩之類的結晶岩石。與此同時，穩定地侵蝕過程繼續進行，開始磨損新形成的陸地表面。進一步的侵蝕還會磨損沉積岩和暴露的花

崗岩，於是新的沉積岩層在海底繼續形成。這些岩石也許會由於地球內部的壓力和運動被迫隆起，由此構成一個今天依然在持續的循環過程。

火成論

發展過程

劍橋大學的牧師和自然科學家約翰·雷（1627～1705 年）曾提出，山嶽和 乾燥陸地是在上帝的命令下，通過地球內部的火的作用，從海里上升起來的。 當時，在那些有活火山的國家中，這種說法比水成論似乎更具有說服力。

1740 年，義大利科學家、威尼斯一個修道院的院長安頓·莫羅（1687～1764 年）在《論在山裡發現的海洋生物》一文中，提出了岩石形成純粹是地球內部 熱力所致的理論。他認為摩西洪水是次要的，摩西洪水在地質學上並不是重要 的事件。莫羅認為，原始地球有一個光滑的、石質的表面，被不深的淡水所覆 蓋。由於地下火的作用，破壞了地球的表面，使陸地和山脈隆起而升出水面， 同時包含在地球內部的物質如粘土、泥、沙、瀝青、鹽等都被排放出來，在石 質的地表上形成了一層新的地層。地下火的這種爆發一再重複就形成了更多的 地層。由於每次爆發的噴出物不能立即蓋滿全球，所以在不同的爆發之後埋葬 在地層中的物質就有差別。化石是埋藏在新形成的地層中的動植物遺骸，它由 陸地的隆起而出現在高山上。噴發出來的鹽進入淡水就形成了苦澀的海水。莫 羅承認曾發生過摩西洪水，但是他認為摩西洪水不足以形成覆蓋歐洲大部分地 區的海相構造。在莫羅之後，有人在地質調查中發現，火山附近的玄武岩石柱 確實是由火山熔岩噴發固化而成的。 不過莫羅把包括沉積岩在內的所有岩石的 成因都歸結為地下火的作用，這種看法顯然有片面性，同時也是站不住腳的。 莫羅特彆強調火，強調火在形成岩石及形成岩層中的化石的作用。

伍德沃德和莫羅兩個觀點的尖銳對立，標誌著近代後期關於地質形成理論 爭論的開端。從 18 世紀末到 19 世紀前的 25 年中，由於水成論的大師維爾納的 威望使水成論占了優勢。就在以維爾納為代表的水成論為大多數地質學家承認 的時候，維爾納的兩個學生奧玻爾德·馮·布赫（1774～1852 年）和洪堡德 （1769～1859 年）考察了法國和義大利的火山地區的地質情況，發現了一些與 維爾納觀點相矛盾的事實。例如，在火山地區沒有發現地下煤層；火山呈帶狀 分布，與深入地球內部的地下斷裂有關。這些材料使他們認識到地下火在地殼 運動中有不可忽略的意義。因此，他們拋棄了水成論而轉向火成論。這一轉變 給了水成論的優勢地位以致命的打擊。

與大陸上這一新的動態相呼應，英國人詹姆斯·赫頓（1726～1797 年）也反對維爾納的理論，提出只能用現在還在起作用的地質力量來解釋岩石的形成 過程。赫頓年青時本來學習法律、醫學和農業，1768 年進入愛丁堡大學開始研究地質。1785 年，他在愛丁堡皇家學會宣讀了一篇題目為《地球的理論——對 於在地球的構成、分解和復原中觀察到的規律的研究》的論文，較系統地闡述了他的地球觀。他堅信,自然界的有序性應當成為一切科學的基礎,地球的歷史,只能用我們現在看到的、並正在進行著的地質作用來解釋。這就是後來由Charles Lyell加以進一步闡發、並統治地學界達一個多世紀的“均變論”(uniformitanrian-ism),或歐洲學者所謂現實主義原理(Actualism)的理論基礎。10 年後，他又出版了著作《地質學理論》，更加充分地發揮了他的論點。

與維爾納相反，赫頓主要強調地球內熱的地質作用。赫頓認為地球的內部 是溫度很高的熔融狀態的岩漿，地球的堅固地表仿佛是它們的容器，容器封閉 得很緊，只有一些火山口算是地球內部的安全活門。當地下能量聚集到一定程 度時，熔岩就衝破地殼通過火山口而噴流出來，形成玄武岩的結晶構造。在火 山爆發的過程中，海底地殼隆起，形成陸地和山脈，山脈上的岩石被風化成碎 屑，碎屑又被河水沖入大海，經過沉積作用和地下熱的作用固化成岩石，一層 層地覆蓋在海底。這些成分不同但彼此平行的岩石，經過地殼的再隆起變成傾 斜狀態，所以我們在地面上常常看到包圍著火山岩核心的傾斜的沉積地層。從這一觀點出發，赫頓把所有的沉積地層都看作是以前陸地的碎屑形成的，認為 從現在的地質構造可以看見“舊世界的廢墟”。赫頓認為，地球以進化的方式無 止境地被改造著，地質的形成過程沒有什麼起點，也沒有什麼終點，在現在的 地質現象中“看不到開始的痕跡和結束的前景”。赫頓是地質學中進化思想的先驅。

赫頓被認為是火成論的代表和集大成者。其實用“火成論”這個名詞來表 達赫頓學說並不十分恰當，因為他並不否定水的重要性，並不把水排斥在岩石 的成因之外。不過，他強調地球內熱在地殼形成中的作用。這樣，赫頓把地殼 的垂直運動看作是地球上發生各種作用的成因，這種思想在地質科學史上是一 個極大的進步，赫頓也因此被譽為“現代地質學之父”。

赫頓雖被認為是現代地質學的創立者，但在他 1797 年去世以後，因為他的 著作文筆較差，而且敘述簡略，所以並不流行。後經他的友人、愛丁堡大學教 授普萊費爾（1747～1819 年）加以改寫，於 1802 年出版了《赫頓學說的例證》， 赫頓的思想才得以發揚光大。另外，赫頓的理論還得到了愛丁堡皇家學會會員、 蘇格蘭地質學家詹姆士·霍爾（1761～1832 年）的支持。 在地質現象的研究中，霍爾第一個套用了實驗的方法，1790～1812 年間， 他進行了一些支持赫頓理論的重要實驗。水成論派之所以反對赫頓，是因為他 們認為：

第一，熔融的岩漿凝固時只能形成玻璃體而不會結晶；

第二，有些岩 石如石灰岩，在受熱以後還會被分解掉。

霍爾在玻璃廠看到，如果讓熔融的玻 璃非常緩慢地冷卻，它就結晶化而變成不透明的物體；如果讓它很快地冷卻， 它就會變成透明的玻璃。霍爾受此啟發，從維蘇威火山和埃特納火山弄來熔岩， 放在煉鐵爐里熔化。如他所料，如果讓熔融岩石慢慢冷卻，它就變成像玄武岩 那樣的結晶質；如果讓它很快冷卻，它就變成了玻璃狀的東西。霍爾還進一步 用實驗表明，如果把石灰石放在一個封閉容器中加熱，它並不像水成論學派所 說的那樣分解掉，而是如赫頓所說的，在冷卻後形成了大理石一類的東西。霍爾的實驗有力地支持了赫頓的理論。 水成論和火成論這兩種對立觀點的爭論一直在持續。19 世紀，由於火成論 派強調火山的作用而逐漸地和岩石層是因地下岩漿的持續作用逐漸演化來的地 質理論結合在一起，水成論派強調洪水的災難而逐漸和岩石層主要來自突然爆 發的洪水災害的地質理論結合在一起。於是它們的爭論又和“漸變論”與“災 變論”的爭論相互交織起來。結果使正確的理論在爭論中得到了進一步的完善 和發展。