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國立海洋科技博物館
地球到底有多老~三個近代、現代地質學家的小故事
發佈日期:110/07/08 點閱數:288 分享到FB社群網站
 

文:李世緯

        你有沒有想過地球到底有多老?遠古時期這個問題屬於神話與傳說的領域,進入中世紀之後便成了神學的範疇。在很長的一段時間裡,想要知道地球的年齡,人們習慣會從聖經中來尋找答案,尤其是從聖經《創世紀》中來推算。到了17、18世紀隨著科技與經濟的發達,更重要的是那個伴隨著航海而開啟的全新視野,一些具備科學精神的人企圖從環境中來找尋答案。在那個“地質學” 還沒有正式成為一門專門學科的年代,這些具有實驗精神的學者們利用觀察、體驗、用符合常識的推論、更重要的是利用想像力,企圖解開自然的法則。地球到底有多老這個問題混合了整個宇宙與生命觀,它是一個純自然科學的問題,但是在探索的過程中卻也嚴重地衝擊著人類的世界觀,甚而顛覆了我們生而為人的立場。

        接下來我們將引用三段近現代歐洲科學家的生平故事,以此引進近代地質思想的開端。

        尼古拉斯、史坦諾(Nicolaus Steno,1638-1686)出生於丹麥,長大後大部分時間居住在義大利福羅倫斯,是一名受過訓練的醫師同時也是一名神學家與主教。史坦諾自年輕時期開始即對地質學感興趣,喜歡研究礦物、化石與山脈。在那個時代學者們(通常就是指神學家)一般依據聖經來解釋大自然,相信史前大洪水開啟了人類的歷史,相信現存的動物都是諾雅方舟的乘客。在史坦諾任職的教會中擁有豐富的藏品與圖書,年輕好學的史坦諾著迷其中,他尤其對庫房中的一種神秘石頭感到好奇。這種三角形、被稱為“舌石”的石頭上有一些雕刻出來的紋路,這一類的石頭有大有小而且分佈廣泛,大型的舌石甚至會鑲嵌在一顆巨石之中。根據文獻的記載,舌石是由天使雕刻出來,趁著黑夜伴隨著流星雨而降臨人世,也因此從來沒有人親眼看到過它掉下來的過程。有一次,佛羅倫斯的漁民在海上偶遇了一隻身負重傷的巨鯊,他們帶回鯊魚的頭,這讓史坦諾有機會可以好好地研究這頭巨獸。施坦諾發現,那些被賦予神秘特性的舌石,其實就是鯊魚的牙齒。也就是從這個認知開始,年輕的史坦諾萌發了「天地萬物其實就是環境中物理、化學、生物作用的結果,大自然並不存在著神秘且無法解釋的創造力」的這個想法。而且也正是這個想法,啟發了現代地質學的發展。

        史坦諾對於岩石與成岩的看法非常透徹,他提出來的結晶等想法更提供了後來相關研究的重要基礎。然而史坦諾最大的貢獻應該要算是他對地層學(Stratigraphy)的研究,他描述了一連串岩層沈積、侵蝕、崩解、再沈積的過程,這一連串的自然歷程被後世學者整理歸納出了「史坦諾三大定律」。史坦諾絕對算得上是現在地質學的奠基者。

        愛德蒙、哈雷(Edmond Halley,1656-1742)英國科學家哈雷最為人熟知的事蹟大概就是由他成功預測並且以他的名字命名的哈雷彗星。出生於倫敦富裕家庭的哈雷自幼展現天賦,長大後同時身兼天文學家、數學家、地理學家、與物理學家等,他的研究涵蓋太陽黑子與人口統計,幾乎是現代保險業的開山鼻主。關於地球有多老這個問題,無神論的哈雷一直想用實驗與計算的方式來測定。哈雷基本的想像是這樣的:他假設地球表面的水在原始階段都是淡水,證據是天空降下的雨、山上沖刷下來的河水與湖水都是淡水,而經過長期浸泡過後的海水,因為滲入了岩床中的鹽分這才形成了今天所熟知的、帶了鹹度的海水。因此只要知道岩石及鹽分溶入水中的速率,同時比對今天海水的鹹度,便能知道地球存在的時間了。所以哈雷花了很大的精力於調查不同區域海水的鹽度,以及尋找鹽分的溶解素率。很可惜的是哈雷的假設與實驗並沒有能得到一個完整的實現,他的測量始終無法得到一個具體可信的數據。但是他實驗的過程、一步一步的推論、與實際採樣的科學步驟,對地球科學的發展有很大的貢獻。

        值得一提的是哈雷與牛頓的友誼,相傳牛頓也是在哈雷的鼓勵之下將腦中的想法寫下來而成為物理學的經典鉅著《自然哲學的數學原理》、這本記錄了牛頓運動定律的經典。然而就在這本書寫成之後,原本答應出版的皇家學會與其它出版商紛紛因為內容太艱澀而放棄出版的打算,沒有辦法的情況下,這本著作最後是由哈雷拿錢出來刊印發行。也就是說,如果沒有哈雷,牛頓運動定律可能會拖延很長一段時間才會公諸於世呢。

布豐(Comte de Buffon,1707-1788)法國學者布豐在世之時為享譽盛名的世界級博物學家,一生勤奮工作的布豐身後留下了50巨冊的《自然博物誌》,涵蓋包含礦物、植物與動物三大領域當時的所有物件,為博物學開創了一個新的里程碑。布豐是一個具演化思想的學者,相對於當時主流學者認知的那個不會改變的宇宙,布豐認知的是一個會改變、會演進的宇宙。

        長久以來布豐一直對地球的年齡感到好奇,在那個實驗科學愈來愈興起的年代,他也一直企圖透過觀察與實驗來找尋答案。布豐假設,地球來自太陽,應該是發生在太陽的一次大爆炸,讓一小塊物質脫離了太陽進入軌道,最後冷卻成了今天的地球。依據這樣的想像,布豐訂製了大大小小各種尺寸的鐵球,經過將鐵球燒烤然後自然冷卻的過程來測量降溫的速率。經過大量的統計,對比當時已經知道的地球尺寸,布豐得出地球大約需要7萬5000年才能降到今天的溫度。雖然在布豐的心目中地球的年齡應該比這個數字更為古老(他猜測地球應該有數千萬年之久),不過7萬5千年這個數目字應該是關於地球年齡這個問題、最早的、也是首次經由實驗而推測出來的數字。

        布豐的動物分類學及演化思想直接影響了他的學生拉馬克,之後再影響了達爾文,他算是18世紀影響世界的一個重量級博物學家。

        關於地球年齡這一個問題及找尋答案的努力過程,從中世紀由《聖經》創世紀的記載所演算出來的6000年,之後又經歷了許許多多的探討與嘗試。到了18世紀由布豐所推算出來的7萬5千年(雖然他心中猜測數千萬年),19世紀達爾文時期一般科學家認知的2至3億年,一直到今天精準測量出來的46億年。對於地球起源與年齡這個問題的探討,其過程不僅僅只是科學事實的前進,更是人類理性與想像的躍升。


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