石頭隨處可見它到底從哪里來的？

在廣袤的大地上，無數奇形怪狀、色彩斑斕的石頭靜靜佇立，仿佛亙古不變的守護者。每一塊石頭，都是時間的凝結，是大自然寫下的壯麗詩篇。它們沉默而厚重，記錄著地球數億年的歷史。

有人說，石頭是大自然的藝術品，仿佛天工巧奪，毫無瑕疵。那晶瑩剔透的水晶，閃爍著夢幻的光芒；那碧綠的翡翠，溫潤如玉，讓人心生憐愛。還有那些布滿斑點的花崗巖、紋路如畫的大理石，仿佛一幅幅天然的藝術畫卷。而在我們生活的角落，石頭更是不可或缺的存在。建筑用的磚石、鋪路用的石板，甚至是農業中的肥料，它們都在默默地發揮著重要作用。

石頭，這些平凡而神奇的存在，究竟是怎樣形成的呢？讓我們一起走進這段充滿奇妙與奧秘的自然演變之旅。

水火之爭

在人們認識世界的過程中，當科學還沒有成為一種有效的工具時，很多人試圖從傳說中尋找答案。如女媧補天、大禹治水、諾亞方舟等，在諸多中外古文明中都出現過類似有關石頭的傳說。

古代學者雖然并沒有直接回答“石頭是怎樣形成的”的問題，但是一些哲學家卻曾回答了“萬物的本源是什么”這個問題。古希臘著名的思想家、科學家和哲學家泰勒斯提出，水是世界的本源。據說，泰勒斯極度崇尚水，他在對埃及尼羅河水每年的漲退記錄進行研究后發現，每次洪水退去都會留下肥沃的淤泥，還有無數的幼蟲。于是，泰勒斯得出了這樣的結論：“萬物源于水。”后來，古希臘又出現了一位名叫赫拉克利特的著名哲學家。他認為，萬物的本源是火，世界萬物都是由火產生的，即使萬物消亡，也要復歸于火。按這兩位哲學家的思考萬物的本源是“水”或者“火”，那么我們的巖石也就是“水”或者“火”生成的。這也是歷史上第一次“水火之爭”。

地質歷史還有一次著名的“水火之爭”發生在17—18世紀。

伍德沃德是英國格雷山姆學院的一位醫學教授，也是一位地質學家。他愛好收集化石，并保存了很多的化石標本。在17世紀時，宗教勢力還很大，人們的意識自覺或不自覺地受到《圣經》諾亞洪水傳說的影響。他認為，洪水曾經把地球沖擊得分崩離析，地表的巖石、土壤以及各種雜物都被沖垮，所形成的汪洋大海就是一片包含著各種物質的混合物。當洪水退去后，這些物質慢慢沉淀，而這些化石就是這樣形成，并將他的想法在《地球自然歷史試探》一書中出版。

到了18世紀一些早期學者將他們所觀察到的所有巖石（主要是花崗巖和片巖等）均歸類為過度簡化的硬質結晶“原生巖”序列，并認為它們都是和地球同時形成的。這些巖石又被稱為“次生巖”，即富含化石、常產生褶皺或變形的沉積巖層覆蓋。于是早期學者認為，“次生”巖層是諾亞大洪水時期的主要沉積物。“次生”巖層之上是松散的沉積物和沉積巖，被稱為“三級巖’，它們被認為形成于大洪水之后。這也就形成了“水成論”的雛形。

這表明，當時的花崗巖是在上覆巖層形成以后才侵入的。也就是說，花崗巖的年齡應該比圍巖年輕，而且這里出現了熔融現象。這說明，花崗巖是熾熱的熔巖冷卻之后形成的，而不是從水中結晶出來的。這與當時流行的“水成論”明顯不符。

最著名的水成論者是德國博物學家亞伯拉罕·戈特洛布·維爾納。維爾納是弗賴堡礦業學院的礦物學教授，出生于礦業家族，從小就對礦物學產生了濃厚的興趣。他不僅狂熱地收藏各種礦物，還對巖石進行過深入研究。維爾納認為，地球上所有巖石都是從大洋深處“結晶”或“沉淀”出來的，并提出這樣一個設想，即地球最初被一個“原始海洋”包圍著，水是最重要的地質力量，所有巖層都是在海水中結晶、化學沉淀和機械沉積形成的。它們按照先后順序進行沉積，早沉積的位于下面，越往上的沉積越晚。首先沉積的是花崗巖，被稱為“原始層”，它們是覆蓋在地球表面的第一批巖石，也是地球上數量最多的巖層。后來，原始海洋的水位逐漸降低，“原始層”露出水面，遭受侵蝕，然后再次沉積，這便是第二批巖石，主要為粗砂巖、石灰巖等，為“過渡層”。最后，“過渡層”上面再沉積下來一些含有化石的巖層，為由松散泥沙組成的“沖積層”。1787年，他出版了《巖層的簡明分類和描述》一書，書中把撒克遜地區的地層由老到新進行了劃分。

這表明，當時的花崗巖是在上覆巖層形成以后才侵入的。也就是說，花崗巖的年齡應該比圍巖年輕，而且這里出現了熔融現象。這說明，花崗巖是熾熱的熔巖冷卻之后形成的，而不是從水中結晶出來的。這與當時流行的“水成論”明顯不符。

據說他講課風趣幽默，極具個人風格，幾乎所有聽過他演講的人都成了他的信徒。維爾納憑借他的雄辯能力和個人魅力，使其理念在歐洲備受歡迎，他的信徒遍布歐洲各大院校。即使是偉大詩人兼博物學家歌德也堅信水成論。在《浮士德》第四幕中，有一段水成論者與火成論者之間的對話，其中梅菲斯特（《浮士德》中的魔鬼）顯然是邪惡的火成論觀點的代言人。

因此很長時間里，水成論占據主導地位，統治著學術界。不過，還是有一些問題用該理論無法解釋清楚，也時常受到質疑，甚至是針鋒相對的爭論。譬如：1774年，法國地質學家尼古拉·德馬雷指出，法國南部奧弗涅地區死火山群的火山錐和已風化的熔巖流表明，它曾是噴發過的活火山。這些玄武巖就被德馬雷解釋為火成的。

而“火成論”的代表人物則是詹姆斯·赫頓，一位出生于愛丁堡的蘇格蘭天才，據說，他從小在當地文法學校上學，后來還考上了愛丁堡大學的醫藥學專業，并對醫藥學和化學課程十分感興趣，但最終進入法律行業，做了一段時間的律師學徒。也許是對興趣愛好割舍不下，他常常花很多時間去做化學實驗，并與朋友一起開發了一種廉價的氯化銨制作方法，這為他取得了不小的收益，后面他又管理自己的農場，也有不菲收入。

既有錢又有閑的詹姆斯·赫頓開始了他在地質學方面的研究，他對地質學表現出了極大的興趣，經常好奇地觀察見到的每一個洼坑、溝谷和河床。最終自學成才，取得了豐碩的成果。

他經過長時間的考察，一次偶然間發現，愛丁堡北部高地凱恩戈姆山脈向南流的蒂爾特河的砂礫中遍布花崗巖卵石和古老變質巖巖塊。他由此推斷出，河床中一定也有這兩類巖石，向上游考察或許能找到二者的交界處。于是，他沿蒂爾特峽谷而上，發現了他一直在尋找的東西：磚紅色的花崗巖巖脈切穿年代較早的變質巖，并使其圍巖發生蝕變（在現代地質學中這種野外的“穿切”關系也依然用來判斷巖石形成的相對早晚）。這表明，當時的花崗巖是在上覆巖層形成以后才侵入的。也就是說，花崗巖的年齡應該比圍巖年輕，而且這里出現了熔融現象。這說明，花崗巖是熾熱的熔巖冷卻之后形成的，而不是從水中結晶出來的。這與當時流行的“水成論”明顯不符。

但是，赫頓需要更有力的證據：熔巖流侵入在水中形成的層狀沉積巖的跡象。有次赫頓在愛丁堡南部山丘上漫步時，發現這座高聳于城市之上的山脈——亞瑟王座山，山脈北側的索爾茲伯里峭壁則是古老火山巖凸出來的斷崖。最終他在峭壁的西南坡上發現了他所尋找的東西：玄武質熔巖侵入沉積巖層，使沉積巖變形。這個地方現在非常有名，被稱為“赫頓剖面”（Hutton's Section）。在很多地質學課程教授過程中，老師都會定期帶學生來這里考察實習。

然而，地質學的研究過多地依賴于觀察，缺乏實驗研究，所以當某種新的理論提出以后很難得到證實。不過，前文提到過他曾經熱衷于化學實驗，而化學是理解高溫對巖石影響的關鍵。1768年，赫頓與朋友布萊克一起工作，布萊克推斷出了潛熱的存在及壓力對物質熔點的重要影響。1792年，霍爾（原本是赫頓的反對者，曾與赫頓一起多次到野外考察，并最后通過一系列實驗，成為火成說的支持者）做了一個實驗。他將一塊玄武巖加熱使其熔化，再慢慢冷卻，結果巖石重新結晶成玄武巖。這是最早的地質學實驗，呈現了熔融巖石在自然界中的樣子。這對火成論學派是極有力的支持，從而也開創了實驗巖石學，“巖石火成論”也由此形成。

“火成論”的主要觀點包括：火成作用是主要的地質作用，陸地上的花崗巖和玄武巖是由巖漿形成的；水成作用也是一種重要的地質作用，陸地上的巖石受到風雨和流水的侵蝕，然后流向海洋并沉積下來，固結以后形成巖石，升出海面以后才形成了陸地。這也就意味著，雖然赫頓提出了“火成論”的觀點，但并沒有完全否認“水成論”。

赫頓本人也將自己的觀點整理為《地球理論》一書出版，可是一方面由于赫頓的觀點對于當時的人來說依然非常超前，另一方面他那蹩腳的文字和枯燥的敘述實在令他的讀者搞不懂他在說什么。為此，他文筆極佳的好友、愛丁堡大學的數學教授普萊費爾，還特意重新整理赫頓的理念，并著書《關于赫頓地球理論的說明》，才使情況有所好轉。

石頭究竟是如何形成的

水，是柔情似水的雕刻師。它緩緩流淌，攜帶著礦物質，經過歲月的沉淀，凝結成一層層堅固的巖石。德國地質學家維爾納描繪的水成論，如一曲優美的樂章，將水的力量展現得淋漓盡致。火，是地球深處的熱情舞者。它熾熱而狂野，在地殼深處涌動，時而噴薄而出，冷卻后形成堅硬的火成巖。蘇格蘭地質學家赫頓提出的火成論，則如一場壯麗的焰火，展現了地球內部的無盡活力與創造力。

當然，以如今的眼光來看，水成論和火成論各有其正確之處：水成論在一定程度上解釋了化石的成因和地層的排布，但過分強調虛無的“上帝的力量”，并且在證據不足時試圖通過臆測進行彌補；火成論很好地解釋了巖漿巖的形成原因，并且相較于水成論，它承認了多種動力因素對地質地貌的影響，強調自然的力量。在地球演化過程中，地球內部的熱能是引起地質作用的主要能量，而外部能量主要來自太陽輻射能。從這個角度，火成論更具優勢。同時，水成論強調洪水發生和地層形成的突然性，火成論強調火山和巖漿作用的持續性，二者又與“勻變論”“災變論”交織，從這點上看，二者也存在一定的片面性。

依據現代科學的研究，我們將地球上的巖石分為三個大類：火成巖（Igneous rocks）、沉積巖（Sedimentary rocks）、變質巖（Metamorphic rocks）。其中火成巖占了絕大部分，分布在從地面到深達16千米的地方，其是地幔中的巖漿涌入巖石圈或出露地表冷凝成固態形成的。沉積巖是在地表或近地表不太深的地方形成的一種巖石類型，它是由風化產物、火山物質、有機物質等碎屑物質在常溫常壓下經過搬運、沉積和石化作用，最后形成的巖石。不論哪種方式形成的碎屑物質都要經歷搬運過程，然后在合適的環境中沉積下來，經過漫長的壓實作用，石化成堅硬的沉積巖。變質巖是指在地殼形成和發展過程中，早先形成的巖石，包括沉積巖、巖漿巖，由于后來地質環境和物理化學條件的變化，在固態情況下發生了礦物組成調整、結構構造改變甚至化學成分的變化，而形成一種新的巖石，這種巖石被稱為變質巖。而三者之間也可以進行相互的轉化和循環。

盡管早先的地質學家的結論并不完全正確，但是赫頓等地質學家對真相的執著、對科學堅定的追求，即使隔著幾百年的塵埃，也依然如陽光般閃耀，并指引我們攀向更高的山峰。