引言
在广袤的大地上，无数形态各异、色彩斑斓的石头静静伫立，仿佛亘古不变的守护者。每一块石头，都是时间的凝结，是大自然书写的壮丽诗篇。它们沉默而厚重，铭刻着地球数十亿年的历史。
有人说，石头是大自然的艺术品，天工巧夺，完美无瑕。晶莹剔透的水晶，散发出如梦似幻般的光芒；碧绿的翡翠，温润如玉，令人爱不释手。还有布满斑点的花岗岩、纹理如画的大理石，仿佛一幅幅天然的艺术画卷。而在我们日常生活中，石头更是不可或缺的存在——建筑的砖石、铺路的石板、甚至农业中的肥料，它们在我们看不见的地方，默默地发挥着重要作用。
石头，这些平凡而神奇的存在，究竟是怎样形成的呢？让我们一起走进这段充满奇妙与奥秘的自然演变之旅。
图： 天然宝石水晶（左）、翡翠（右）
图： 花岗岩（左）、大理石（右）均可作为建筑材料
一、水与火的初次交锋
在人类探寻世界奥秘的早期，当科学尚未成为可靠的工具时，许多人试图从传说中寻找答案。如女娲补天、大禹治水、诺亚方舟等,不同文化中都传颂着有关石头的起源和自然力量的传说。
图：中国神话女娲补天
图：外国神话诺亚方舟
尽管古代学者未能直接回答“石头是如何形成的”这一问题，但一些哲学家已开始思索“万物的本源究竟是什么”。古希腊哲学家泰勒斯提出，水是世界的本源。相传，他在研究埃及尼罗河的周期性泛滥时，观察到洪水退去后，肥沃的淤泥带来丰盛的生机，幼虫与新生命接踵而至。水不仅能以液态滋养生命，当凝结成固体时变为坚冰，而升华为气态时又化作无形的蒸汽。这种多变的形态使泰勒斯坚信，水是万物之源。
后来，另一位古希腊哲学家赫拉克利特则提出截然不同的观点，为火才是万物的本源。他认为，万物皆由火生，也将归于火，这一思想引发了古代哲学界关于“水”与“火”的激烈争论。
水与火的对立不仅是哲学探讨的基础，也为后来的地质学研究埋下了伏笔。在石头的形成过程中，水与火的力量实际上都发挥着不可忽视的作用。
二、著名的“水火之争”
地质学历史上另一场著名的“水火之争”发生在17至18世纪。当时，宗教仍在社会中占据重要地位，《圣经》中的诺亚洪水故事深深影响了人们的思维。大洪水的传说甚至被用来解释岩石和化石的起源。
英国格雷山姆学院的医学教授兼地质学家约翰·伍德沃德是洪水理论的重要支持者。他热衷于化石收集，并保留了大量标本。伍德沃德提出，曾有一场大洪水将地球冲刷得四分五裂，岩石、土壤和各种杂物被水流带走，形成了一片包含各种物质的混合汪洋。当洪水退去，这些物质逐渐沉淀，化石由此形成。伍德沃德在其著作《地球自然历史试探》中详细阐述了这一观点。
18世纪的早期学者们也曾将观察到的所有岩石，尤其是花岗岩和片岩，归类为简化后的“原生岩”序列，并认为它们是地球最早形成的岩石。这些岩石之上则是含有化石的“次生岩”沉积层，它们被视为诺亚洪水的沉积物。而最上层的松散沉积物，即“三级岩”，被认为是洪水之后的产物，这便构成了“水成论”的雏形。
最著名的水成论者是德国博物学家亚伯拉罕·戈特洛布·维尔纳。作为弗赖堡矿业学院的矿物学教授。维尔纳出身于矿业世家，从小就对矿物学产生了浓厚的兴趣，他不仅狂热地收藏各种矿物，还对岩石进行过深入研究。
图： 亚伯拉罕·戈特洛布·维尔纳
他提出，地球上的所有岩石都是从原始海洋中“结晶”或“沉淀”形成的。并认为，地球最初被“原始海洋”包围，水是最重要的地质力量。随着时间推移，海水逐渐退去，岩石按顺序沉积，早期沉积的岩石如花岗岩被称为“原始层”。后来，原始海洋的水位逐渐降低，“原始层”露出水面，遭受侵蚀，然后再次沉积这便是第二批岩石，主要为粗砂岩、石灰岩等，为“过渡层”。最后，“过渡层”上面再沉积下来一些含有化石的岩层，为由松散泥沙组成的“冲积层”。1787年，他出版了《岩层的简明分类和描述》一书，书中把萨克逊地区的地层按照他的设想由老到新进行了划分，并对地质学界产生了巨大影响。
图：维尔纳描述的地层结构示意图
据说他讲课风趣幽默，极具个人风格，几乎所有听过他演讲的人都成了他的信徒。维尔纳凭借他的雄辩能力和个人魅力，使其理念在欧洲备大受欢迎，他的信徒遍布欧洲各大院校。即使是伟大诗人兼博物学家歌德也坚信水成论。在《浮士德》第四幕中，有一段水成论者与火成论者之间的对话，其中梅菲斯特(《浮士德》中的魔鬼)显然是邪恶的火成论观点的代言人。
因此很长时间里，水成论占据主导地位，统治着学术界。但仍有一些现象难以用其解释。
1774年，法国地质学家尼古拉·德马雷通过对奥弗涅火山群的研究，指出玄武岩的形成与火山喷发有关，首次为“火成论”提供了佐证。
“火成论”的代表人物则是苏格兰的詹姆斯·赫顿。这位天才地质学家出身于爱丁堡，曾就读于爱丁堡大学，并表现出对医药学和化学的浓厚兴趣。毕业后他一度从事法律工作，做了一段时间的律师学徒。也许是对兴趣爱好割舍不下，他常常花很多时间去做化学实验，并与朋友一起开发了一种廉价的氯化铵制作方法，这为他取得了不小的收益，后面他管理自己的农场也有不菲收入。
既有钱又有闲的詹姆斯·赫顿开始了他在地质学的研究，他对地质学表现出了极大的兴趣，经常好奇地观察见到的每一个洼坑、沟谷和河床。最终自学成才，取得了丰硕的成果。
图： 詹姆斯·赫顿
他经过长时间的考察，一次偶然间发现，爱丁堡北部高地凯恩戈姆山脉向南流的蒂尔特河的砂砾中遍布花岗岩卵石和古老变质岩岩块。他由此推断出，河床中一定也有这两类岩石，向上游考察或许能找到二者的交界处。于是，他沿蒂尔特峡谷而上，发现了他一直在寻找的东西:砖红色的花岗岩岩脉切穿年代较早的变质岩，并使其围岩发生蚀变（在现在地质学中这种野外的“穿切”关系也依然用来判断岩石形成的相对早晚）。这表明，当时的花岗岩是在上覆岩层形成以后才侵入的。也就是说，花岗岩的年龄应该比围岩年轻，而且这里出现了熔融现象。这一证据表明，花岗岩是由炽热的熔岩冷却形成，而非水中结晶。这与当时流行的“水成论”截然不同。
图： 赫顿所发现的花岗岩脉穿切片岩
但是，赫顿需要更有力的证据:熔岩流侵入在水中形成的层状沉积岩的迹象。
经历长久的寻找，有次赫顿在爱丁堡南部山丘上漫步时，在亚瑟王座山发现了玄武岩侵入沉积岩层的现象。这个地方现在非常有名，被称为“赫顿剖面”(Hutton's Section)。在很多地质学课程教授过程中，老师都会定期带学生来这里考察实习。
图：“赫顿剖面”（玄武质熔岩侵入沉积岩层，使沉积岩变形。）
然而，当时的地质学的研究过多地依赖于观察，缺乏实验研究，所以当某种新的理论提出以后很难得到证实。幸好，赫顿曾经热衷于化学验，而化学是理解高温对岩石影响的关键。1768年，赫顿与朋友布莱克一起工作，布莱克推断出了潜热的存在及压力对物质熔点的重要影响。1792年，霍尔通过实验将一块玄武岩加热使其融化，再慢慢冷却，结果岩石重新结晶成玄武岩。这是最早的地质学实验，呈现了熔融岩石在自然界中的样子。这对火成论学派是极有力的支持，从而也开创了实验岩石学，“岩石火成论”也由此形成。
“火成论”的主要观点包括：火成论认为地球内部有足够的热量能够熔融岩石，形成岩浆。这些岩浆通过地质过程上升到地表，冷却和固化后形成火成岩。火成论强调地球是一个动态系统，岩石在地表经历风化、侵蚀和沉积后，会在地壳深处被重新加热，形成岩浆并重新进入循环。赫顿将这一过程称为“没有尽头的循环”。
赫顿本人也将自己的观点整理为《地球理论》一书出版，可是一方面由于赫顿的观点对于当时的人来说依然非常超前，另一方面他那蹩脚的文字和枯燥的叙述实在另他的读者搞不懂，他在说什么。他的观点没有被普遍接受。为此，他文笔极佳的好友-爱丁堡大学的数学教授普莱费尔，还特意重新整理赫顿的理念，并著书《关于赫顿地球理论的说明》，才使情况有所好转。
水，是柔情似水的雕刻师。它缓缓流淌，携带着矿物质，经过岁月的沉淀，凝结成一层层坚固的岩石。德国地质学家维尔纳描绘的水成论，如一曲优美的乐章，将水的力量展现得淋漓尽致。火，是地球深处的热情舞者。它炽热而狂野，在地壳深处涌动，时而喷薄而出，冷却后形成坚硬的火成岩。苏格兰地质学家赫顿提出的火成论，则如一场壮丽的焰火，展现了地球内部的无尽活力与创造力。
三、现代地质学对石头形成的解释
随着科学技术的进步，人类对地质活动的认知逐渐深入，水与火的争论不再是简单的二元对立，而是复杂多样的自然现象共存。水成论在一定程度上解释了化石的成因和地层的排布，但过分强调虚无的“上帝的力量”，并且在证据不足时试图通过臆测进行弥补；火成论很好的解释了火成岩的形成原因，并且相较于水成论，它承认了多种动力因素对地质地貌的影响，强调自然的力量。在地球演化过程中，地球内部的热能是引起地质作用的主要能量，而外部能量主要来自太阳辐射能。从这个角度，火成论更具优势。同时，水成论强调洪水发生和地层形成的突然性，火成论强调火山和岩浆作用的持续性，二者又与“匀变论”“灾变论”交织，从这点上看，二者也存在一定的片面性。
依据现代科学的研究，我们将地球上的岩石按照成因归类分为：火成岩（Igneous rocks）、沉积岩（Sedimentary rocks）、变质岩（Metamorphic rocks）。
火成岩的形成
火成岩是地球深处岩浆冷却后形成的岩石。岩浆是地球内部的炽热物质，蕴藏着大量的热能。当岩浆冷却和凝固后形成了就形成了火成岩。可以看出火成岩的形成的熔融和冷却的过程与火成论中的观点非常吻合。
不过有些炽热的岩浆会安静地在地壳深处缓慢冷却，由于冷却时间长，所形成晶体往往较大，这类火成岩，地质学家称之为“侵入岩”。其中我们熟知的花岗岩就是一类侵入岩。有些岩浆从火山喷发到地表或接近地表，并迅速冷却形成的岩石，由于冷却较快，晶体较小。玄武岩就是其中很好的例子。
赫顿的火成论基本符合现代科学对火成岩成因的解释。
图：喷出地表的岩浆
沉积岩的形成
沉积岩是在地表或近地表不太深的地方形成的一种岩石类型。地表的岩石受到风化作用后，变成细小的碎屑，被风、流水、冰川等自然力量搬运，并最终在河流、湖泊、海洋中沉积下来。经过长时间的压实和石化，这些沉积物逐渐固结成岩石，形成沉积岩。
图：沉积岩及清晰的层理
常见的沉积岩有：碎屑沉积岩如砂岩，是由破碎的矿物或岩石碎屑经过沉积和石化作用形成的。化学沉积岩如石灰岩，则是矿物质溶解在水中，经过化学沉淀作用形成的。有机沉积岩如煤，是植物残骸在特定环境下逐渐沉积并转化为岩石的产物。
这种沉积过程可以与水成论相对应。维尔纳提出的水成论，强调水在岩石形成中的重要作用。尽管现代地质学认为水成论过于简单化，但它的核心思想，即沉积物通过沉淀和固结形成岩石，仍然是对沉积岩成因的准确描述。
变质岩的形成
变质岩是由先前形成的火成岩或沉积岩，在高温高压或化学流体的作用下，发生矿物组成、结构或化学成分变化而形成的。地壳运动或板块碰撞过程中，岩石被埋藏在地下深处，承受巨大的压力和高温，导致岩石内部的矿物重新排列，形成全新的岩石类型。
图：变质岩-“片麻岩”
而火成岩、沉积岩和变质岩并不是孤立存在的，它们之间通过一系列复杂的地质作用相互转化，形成了所谓的“岩石循环”。
火成岩→沉积岩：当火成岩暴露在地表，经过风化、侵蚀、搬运，碎屑物质沉积后形成沉积岩。
沉积岩→变质岩：沉积岩在板块运动或地壳抬升过程中，埋藏在地下深处，承受高温高压，逐渐转化为变质岩。
变质岩→火成岩：在极端高温和压力下，变质岩会部分熔融，形成岩浆，冷却后再次成为火成岩。
当然火成岩和变质岩本身也可以通过相互作用进行转化。例如，火成岩在高温高压下也会变质为变质岩，而变质岩暴露在地表时也可以风化，进入沉积循环。地球表面的物质通过这些循环不断更新。
这三类岩石之间的转化揭示了地球物质的动态循环过程。这一过程使得地球表面的岩石不断更新，表明地球是一个活跃的、不断演化的系统。
图 三大岩类之间的相互转化/循环
四、结语
无论是从古老的神话传说，还是从哲学家们的思索，再到近现代科学的解读，石头的形成都折射出大自然无尽的奥秘与魅力。它们在时间的长河中静静伫立，成为了地球上最真实的历史书。走在大地上，面对这些千变万化的石头，我们仿佛也能触摸到那片遥远的时光，感受到地球的心跳与呼吸。同时它们也见证了科学家对真理的执着追求和对科学的坚定信仰。这份信仰即使隔着几百年的尘埃，依然如阳光般闪耀，照亮了我们的前行之路。这些伟大的科学探险者，他们的精神犹如山巅的灯塔，指引着我们不断攀登，追寻更高的山峰。
作者：赵万成
主题测试文章，只做测试使用。发布者：参考消息网，转转请注明出处：https://www.cns1952.com/gov/12990.html
