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【地理】地质学中的“圈地运动”

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发表于 6 天前 | 显示全部楼层 |阅读模式


作者:王清晨

来源:中科院地质地球所(ID:dizhidiqiusuo)

说到“圈地运动”,大家一定先想到清王朝初期的“跑马圈地”

1644年,顺治刚入关当上皇帝就连颁三道圈地令,强占大量民田,安置八旗兵马,导致民不聊生。康熙亲政后,于1685年明令“嗣后永不许圈”,历时40多年的圈地运动正式告终。

和英国持续了400多年的“圈地运动”比起来,清朝的“跑马圈地”不过是小case。15世纪末,欧洲毛纺织业兴旺发达起来,英国的地主们开始圈占土地,通过养殖业获利,形成“羊吃人”局面。

资产阶级革命爆发后,英国政府于1688年立法公开支持圈地,导致更大规模的暴力圈地运动。直到完成资本的原始积累后,英国的圈地运动才于1876年被议会明令禁止。

地质学中的“圈地运动”差不多与此同时,也发生在欧洲。不过,地质学家们并不是真的去圈地,而是抢先去命名地层。这里就来说说它的始末。

NO.1 缘起

1669年,丹麦业余地质学家史丹诺医生提出了三条地层学原理,其中的“地层叠覆原理”指出,未经变动的地层上层新、下层老。

火成论早期代表人物莫罗(A. Moro,1687~1764年)曾把见到的山脉分成两类:一类是层状山,另一类是非层状山,层状山盖在非层状山之上。

他按照史丹诺提出的叠覆原理,把形成较早的非层状山称为“第一代山(Primary mountain)”,形成较晚的层状山称为“第二代山(Secondary mountain)”



阿杜诺于1759年手绘的地层剖面(图片来源:维基百科)

阿杜诺(G. Arduino,1714~1795年)被誉为“意大利地质之父”。

1759年,他把意大利北部的山脉分成三个时期的产物:

由片岩组成的山脉核部最老称为原始统(Primary series);

山脉翼部坚硬的沉积岩称为第二统(Secondary series);

山脚处不太硬的沉积岩称为第三统(Tertiary series)。

在同一时期,其他国家的地质学家都认识到山脉的分层性。

例如德国地质学家莱曼(J. G. Lehmann,1719~1767年)于1756年实测了层状岩石的实际剖面,建立的地层序列与阿杜诺的层序类似。

德国动物学家巴拉斯(P. S. Pallas,1741~1811年)在俄罗斯圣彼得堡科学院任教授期间,曾到乌拉尔山考察,在他1777年发表的考察报告中也指出了山脉的三分性序列。



莱曼于1756年实测的地层剖面(图片来源:维基百科)

地质学家们开始思考,各地山脉的三分性序列无疑代表了先后不同的年代,又都把它们叫做“老大”(Primary)、“老二”(Secondary)和“老三”(Tertiary)。

那么,“老大”们会不会是同一时间段形成的呢?“老二”们或“老三”们呢?

于是,地质学家们开始在欧洲各地进行岩层的年代对比研究。

这就是本文要说的“圈地运动”。

NO.2 “圈地法”

欧洲真颁布了关于地层年代对比的“圈地法”吗?

当然没有。那时候还没有“欧盟”呐!

只有一些区域性民间或半官方的科学学术组织,例如,意大利的齐曼托学院(成立于1657)、英国皇家学会(于1662年成立)、巴黎科学院(于1666年成立)、柏林科学院(于1700年成立)及彼得堡科学院(于1725年成立)等等。

再说啦,科学家的脑子是颁布什么“法”也束缚不住的,他们只认“死理”。

这些“死理”就是自然规律,就是科学定律。

对于地层年代新老关系的研究,当时各国的地质学家们已经先后提出了七大定律。

其中,丹麦的史丹诺于1669年提出三条:地层原始水平律、地层侧向连续律和地层叠覆律;

英国的赫顿于1795年提出“地层穿切关系律”;

法国的居维叶于1811年提出“生物群灾变更迭律”;

英国的史密斯于1815年提出“动物群顺序律”;

英国的莱伊尔于1830年提出“包含物律”。

这七大定律是地质学家们判断地层新老关系的重要依据。

其实,其中只有四条定律在远距离进行地层时代对比时最为实用。

这就是史丹诺的“地层叠覆律”与“地层侧向连续律”,史密斯的“动物群顺序律”和居维叶的“生物群灾变更迭律”。

地质学家先在一个地区根据“地层叠覆律”理清地层新老关系,建立起地层柱子;然后根据“动物群顺序律”“生物群灾变更迭律”,鉴别地层柱中化石群的新老关系;再根据“地层侧向连续律”,按照化石层位进行侧向对比,把不同地区的地层柱子连接起来,建立起更大范围的地层年代关系;最后,把含相同化石的地层命名成一个地层单位。

由于这个地层单位是在一定的时间段内形成的,因此,就有了时间属性,成了“年代地层单位”。



史密斯(1769~1839年)



根据化石确定地层时代

科学家们思想虽然难以用法律去束缚,但他们的行为有自己的道德底线。

那时的地质学家都是“科研个体户”,研究工作以单干为主。

不过,他们都在学术组织中参加学术交流和讨论,对于不同的认识会进行坦率的争论,但对于经过争论达成的共识都能接受。

涉及到研究成果的名称时,会默认约定俗成的“命名优先原则”。

例如,意大利阿杜诺1759年命名的Primaryseries(原始统)、Secondary(第二统)和Tertiary(第三统)就被大家接受了。

德国的维尔纳在1787年对萨克逊地区的地层进行研究时,就采用了阿杜诺命名的地层名称Primary、Secondary和Tertiary。

不过,地质学家们都感到Primary和Secondary的划分方案太过粗略,它们名下的地层中包含了不同的岩石和岩层,甚至还包含了不整合面。

因此,应该把Primary和Secondary进一步细分。

于是,“圈地运动”开幕了。

地质学家们争先恐后地建立和命名新的“年代地层单位”!

No.3 群雄并起

德国地理学家洪堡(A. von Humboldt,1769~1859年)曾是维尔纳的得意门生。

1795年,在“水火之争”中,他到意大利、法国等地进行地质考察。

当走到法国和瑞士交界的侏罗山(Jura)时,他发现那里出露的都是灰岩,其中可以找到史密斯在英国鉴定出的同种化石。

但这些灰岩在老师维尔纳的“第二统”中并没有提到。

于是,洪堡就指山为名,把这些灰岩命名为“侏罗灰岩(Jura-Kalkstein)”。



侏罗山的灰岩(图片来源:公共网络)

布鲁塞尔科学院首任院长叫奥马利达鲁瓦(J. d'Omalius. d'Halloy, 1783~1875年),年轻时曾在法国和意大利进行了近20年的地质考察。

1822年,他在研究巴黎盆地时,识别出一套富含海相贝壳化石的灰岩。这些灰岩很容易风化成白垩土,奥马利达鲁瓦就用Cretaceous命名了这套地层。

词根“creta”是白垩的拉丁文名称。



英吉利海峡的白垩层(图片来源:公共网络)

在欧洲有一套产煤的地层,为第一次工业革命提供了重要的能源。

史密斯最早研究了其中的化石,但没给这套地层命名。

在1822年出版的《英格兰和威尔士的地质报告》中,英国地质学家科尼比尔(W. D. Conybeare,1787~1875年)和菲利普斯(W. Phillips,1775~1828年)直白地把这套地层叫成“含煤的”。

拉丁文的“煤”是carbō,“带有”是ferō,写成英文就是“Carboniferous”。

1829年,法国地质学家德努瓦耶(J. Desnoyers, 1800~1887年)在研究巴黎盆地沉积物时,发现在阿杜诺命名的Tertiary series(第三统)上还叠覆着更年轻的地层。

德努瓦耶按照年代顺序向上排,把这套地层称为Quaternary(第四统)。

德国盐矿老板阿伯蒂(F. A. von Alberti,1795~1878年)学过地质学。

为了扩大产业,他到处寻找岩盐,发现在侏罗灰岩之下,总有一套由红砂岩-白色灰岩-黑色页岩组成的地层,其中就有他渴望的优质岩盐。

这套地层红白黑三色十分引人注目,在德国和欧洲西北部广泛出露。

1834年,阿伯蒂发表专著,把这套地层称为Triassic岩系(三叠系)。

拉丁文trias的含义是“三分性”。

英国的莫企逊(R. I. Murchison, 1792~1871年)年轻时曾在军队服役8年,26岁退役后才开始学习地质学。

他很活跃,参加伦敦地质学会后和塞奇威克(Adam Sedgwick,1785~1873年),科尼比尔、莱伊尔、达尔文等都成了好朋友。

1831年,莫企逊和塞奇威克一起去威尔士,对“老红砂岩”之下的一套沉积岩进行研究,1835年联合发表研究论文《英格兰和威尔士的寒武系和志留系》。

莫企逊把这套地层的上部命名为Silurian系(志留系),词根Silures是威尔士一个古老部族的名称。

塞奇威克把下部地层命名为Cambrian系(寒武系),词根Cambria是古威尔士的英文名。



英国的老红砂岩不整合覆盖另一套沉积岩之上(图片来源:公共网络)

在德文郡(Devon),莫企逊和塞奇威克命名的志留-寒武系被“老红砂岩”覆盖着。

“老红砂岩”中化石很少,难以判断年代。

有人说“老红砂岩”就是志留系。

莫企逊当然不同意,他说服塞奇威克一起去寻找证据。

远征开始了。

他们从英格兰向东追索到德国的莱茵河谷,又继续向东一直追到俄罗斯。

他们发现,莱茵河谷有一套和德文郡“老红砂岩”完全类似的地层,夹在有化石的石炭系和志留系之间。

于是,塞奇威克和莫企逊就把这套夹在中间的地层命名为Devonian system(泥盆系),并于1840年联合发表了他们的研究成果《德文郡的物理结构和老地层的划分》。

正是在这次考察中,莫企逊熟悉了乌拉尔山的地质构造。他在乌拉尔山脉西坡的彼尔姆地区(俄文ПермЬ,英文Perm)发现了一套富含化石的地层。

这套地层覆盖在石炭系之上,具有双层结构,下部是砂岩,上部灰岩。

于是,莫企逊于1841年依据出露地点把这套地层命名为Permian。

这套具有双层结构的地层还有个德文名字Dyas(二元性),“二叠系”就是按照德文意译的。

No.4 “圈地”战火

莫企逊和塞奇威克虽然联合发表了包括《英格兰和威尔士的寒武系和志留系》在内的一篇又一篇重磅论文,但他俩对寒武系和志留系的界限却一直争论不休。

这两套地层的确切界限究竟在哪里?



莫企逊(1792~1871年)



塞奇威克(1785~1873年)

于是,两人约定分头寻找。

莫企逊在北威尔士开始从地层顶部向底部工作,塞奇威克则在南威尔士开始从地层底部向顶部工作。

威尔士出露的这套志留-寒武系地层顶部含化石较多,底部含化石较少。

莫企逊仔细收集化石,一层层地划分地层归属,而塞奇威克只能靠岩性的差别划分上下归属。



莫企逊靠化石(星号)追索志留系(S)的底界



塞奇威克凭岩性(水平线段)追索寒武系(Cam)的顶界

没想到,当他们俩相遇时,各自追索出的地层界限竟然接不起来!

中间有一段地层,所含化石像上面的志留系,岩性又像下面的寒武系。

地层界限究竟应该放在哪儿?

中间这段地层到底归谁?

两人相持不下,互不让步。



中间这段地层化石像上面的,岩性像下面的,到底归谁?

他俩可都是辛辛苦苦仔细追索过来的呀!

然而,由于他们使用了不同标准去划分地层,一个凭化石,一个靠岩性,结果,就出现了这样的局面。

莫企逊和塞奇威克都认为,对方把手伸到了自己地盘里!两人进行了激烈的争吵。

莫企逊18岁参军,在军队服役8年,养成了倔强的性格和从不服输的脾气。

塞奇威克31岁就被剑桥大学聘为教授,在1831年和莫企逊开始野外考察之前,刚刚当选为伦敦地质学会主席。

他怎么会在莫企逊面前退却!

最终,他们的学术争论导致了私人友谊的破裂!

直到他们去世,两人也再没有来往,而他们的争论也没得到解决。

《英格兰和威尔士的寒武系和志留系》发表44年后,另一位英国地质学家拉普沃思(C. Lapworth,1842~1920年)最终解决了莫企逊和塞奇威克的争端。

拉普沃思一直致力于志留系地层和化石的研究,创立了使用标准化石研究地层时代的方法。

1879年,拉普沃思在威尔士地区进行详细的研究后,发表了题为《论下古生界岩石的三分性》的论文,指出莫企逊和塞奇威克发生争执的地层是客观存在的,既不是“寒武系上部”也不是“志留系下部”。

拉普沃思给这段地层起了个名字,叫Ordovician System(奥陶系)。

词根Ordovices是威尔士一个古老部落的名字。



拉普沃思把莫企逊和塞奇威克发生争执的地层命名为奥陶系(O)

No.5 尾声

从1759年阿杜诺命名“第一统”、“第二统”和“第三统”,到1879年拉普沃思命名“奥陶系”,“圈地运动”整整经历了120年。

不过,这些“圈地”成果还需要得到“官方”的认证。

另外,究竟是叫“××统”还是叫“××系”?

也还有待统一。



地质系的命名地点(据张守信,1992)

1-侏罗系;2-第三系;3-白垩系;4-石炭系;5-第四系;6-三叠系;7-寒武系;8-志留系;9-泥盆系;10-二叠系;11-奥陶系。

1878年,第一届国际地质大会在巴黎召开了。

会议授权一个14人委员会去解决这些问题。

这个委员会制定了一个地层划分和单位术语名称的草案,提交给1880年召开的第二届国际地质大会。

草案经过激烈的辩论后表决通过,于1881年公布实施,史称“1881年方案”。

考虑到地层既有岩石属性,又有时间属性,“1881年方案”定义了两套术语,一套是岩石地层单位术语,一套是地质年代单位术语,把地层单位划分为界、系、统、阶四级,相应的时间间隔划分为代、纪、世、期。

这样,已经命名的地层从老到新划分为11个系:寒武系、奥陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系、第三系和第四系

相应的时间划分为11个纪:寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪、石炭纪、二叠纪、三叠纪、侏罗纪、白垩纪、第三纪和第四纪。

需要说明的是,这些地层的中文名称绝大多数是借用了早期日本学者的汉字译名,只有“奥陶系”是1916年由章鸿钊和翁文灏两位先生共译的。

“圈地”虽近尾声,但在寒武系之下,还有很多岩石地层哦!

早在1841年,英国地质学家菲利普斯(J. Phillips,1800~1874年)就发表了一个全球地质年表。

他给寒武系之下更古老的岩石地层起了个名,统称Precambrian。“pre-”是个前缀,意为“先于”、“在…之前”。

那时人们还不知道地球有46亿年的历史,更不知道前寒武纪的时间跨度竟占了地球历史的88%!

那是一片更广阔的“荒地”......

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