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葛利普脈動理論的產生、發展及影響探究

摘 要:葛利普(Amadeus W.Grabau,1870~1946)的科學貢獻主要在于古生物學和地層學,以及在此基礎上所提出的全球性脈動和極控理論。因其著眼點在于整個地球之歷史,故后者更受其重視。本文對葛氏脈動理論的產生、發展、影響及相關背景進行了新的探討,指出該理論在1913
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  摘 要:葛利普(Amadeus W.Grabau,1870~1946)的科學貢獻主要在于古生物學和地層學,以及在此基礎上所提出的全球性脈動和極控理論。因其著眼點在于整個地球之歷史,故后者更受其重視。本文對葛氏脈動理論的產生、發展、影響及相關背景進行了新的探討,指出該理論在1913年的《地層學原理》一書中即有發端,至1933年發表于《時事日報》(The Peiping Chronicle)的文章奠定基本框架,同年在美國的第16屆國際地質大會正式提出。葛氏自美國返回中國后,在與國內學者深入討論的基礎上,對該理論進行了修正、發展,并與極控理論相結合,1940年以《年代的節律》(The Rhythm of the Ages)一書進行系統的總結。脈動理論以全球性的海進和海退解釋規律性地層的形成,并對地層(尤其是古生界)作了新的劃分;極控理論則以魏格納大陸漂移說為基礎,用來說明硅鋁圈在地球自轉的帶動下圍繞兩極的運動,并作為脈動理論的補充,說明規律沉積中的不規則性。這兩個理論雖引起不小的反響,但揆諸實際,還是因太過理想主義而未能得到進一步的發展。
  
  關鍵詞:葛利普; 脈動理論; 極控理論; 地質學; 古生物學; 海進; 海退; 大陸漂移;
  
  0 “滄桑”新解
  
  晉代葛洪( 284 ~ 364) 在《神仙傳》中記載王遠與麻姑的對話: “麻姑自說: ‘接侍以來,已見東海三為桑田,向到蓬萊,水又淺于往者,會時略半也,豈將復還為陵陸乎?’方平笑曰: ‘圣人皆言,海中行復揚塵也。’”[1]這可謂世界上最早關于海陸變遷的論述。后顏真卿( 709 ~ 785) 任撫州刺史時撰《有唐撫州南城縣麻姑山仙壇記》,記述了此事,對撫州南城縣麻姑山贊譽有加,并說麻姑山山頂古壇之“高石中猶有螺蚌殼,或以為桑田所變”,注意到山石中的螺蚌殼,并與葛洪的“滄海桑田”相呼應,堪為化石觀念的最早萌芽。[2-3]
  
  宋代沈括( 1031 ~ 1095) 在其巨著《夢溪筆談》亦記載北太行山崖之間的螺蚌殼之遺跡,并以此表明陸地常為河海所淹沒。[4]朱熹( 1130 ~ 1200) 則采納邵雍( 1011 ~ 1077) 十二萬九千六百年為宇宙演化周期之說,進而指出: “常見高山有螺蚌殼,或生石中,此石即舊日之土,螺蚌即水中之物。下者卻變而為高,柔者變而為剛,此事思之至深,有可驗者。”[5]其中關于宇宙之演化雖多為思辨,但卻以滄海桑田的現象加以說明,不能不說是難能可貴的。[6]
  
  這些或樸素或思辨的論述,反映了中國古人關于海陸變遷的思想,在世界上亦屬地質學之萌芽。19 世紀上半葉,以賴爾的《地質學原理》為標志,地質學作為一個現代學科在西方得以建立。經過幾代學者的探索與爭論,所謂“滄海桑田”逐漸成為地質學中一個顯然的事實。因此李四光1918 年在其伯明翰大學的碩士學位論文中開篇即以中國古代的“滄海桑田”( blue seas change into mulberry fields) 一語引申,進而展開關于中國地質學的論述,后發展為地質力學。
  
  “滄海桑田”更可用來反映葛利普( Amadeus W. Grabau,1870 ~ 1946)[7-14]的主要地質學思想。1924 年,葛利普在其《中國地質史》( Stratigraphy of China) 第一卷卷首以《神仙傳》和《朱子語類》中關于滄海變桑田的論述作為題記,引出是書主題,書中以海進海退理論解釋地層的形成。后來,他的多篇關于脈動理論的文章均以“滄桑”一語作為中文的翻譯,如1933 年在華盛頓第16 屆國際地質大會上發表的“Oscillation or Pulsation?”即被翻譯為“滄桑論中之軒輊”,1933 年11 月以“滄桑論及古生代地層之分法”宣讀于中國地質學會第十次年會,1934 至1935 年在《國立北京大學自然科學季刊》( Science Quarterly of the National University of Peking) 連續發表的長文“Palaeozoic Formation in the Light of the Pulsation Theory”( 后刊行成書四卷) 則被譯為“古生代地層之滄桑觀”.地球的“滄桑”史通過脈動和極控理論獲得了新的解釋。
  
  葛利普綜合中西方地層、古生物資料提出的脈動和極控理論是20 世紀重要的地質學理論之一。脈動理論發端于1913 年的《地層學原理》( Principles of Stratigraphy) ,極控理論則主要源自魏格納的大陸漂移說,1933 年正式將兩者結合起來,至1940 年在《年代的節律》( The Rhythm of the Ages) 一書中進行系統的總結,并不斷用來詮釋地球的歷史,發表了很多種論著。作為葛氏自認為最重要的科學貢獻,脈動理論當時在國內外即引起廣泛的關注,如計榮森和田奇隨即分別發表長篇評論,對海進海退機制及其對地層的重新劃分進行了分析。[15-17]西方學者亦多有評論。1 美國著名古生物學家舒克特( Charles Schuchert,1858 ~ 1942) 很大程度贊同規律性的海進海退,但對葛利普的地層新劃分卻頗多批評。[18]孫云鑄則結合地殼運動、沉積相和古生物群等方面對脈動理論提出了修正。[19-20]
  
  阮維周從地層紀錄和動力來源兩方面正確地指出葛利普的脈動理論是后來興起的海底擴張和板塊構造學說的先聲。[21]王鴻禎曾對葛利普的脈動和極控理論有過簡要的論述。[12]約翰遜( Markes Johnson) 指出葛利普是在綜合北美、歐洲和亞洲的地層信息提出脈動理論的。[22]馬文( Ursula B. Marvin) 將葛氏的脈動和極控理論作為一個全球的框架進行闡述,作了高度且中肯的評價。[23]澳大利亞科學史家奧爾德羅伊德( David R. Oldroyd)將葛利普的脈動學說置于世界地質學史的背景中進行評述,但表示該理論是在與西方隔絕的情況下提出來的,則與事實不符。( [24],251 ~ 256 頁) 梅熱( Allan Mazur) 為葛利普及其夫人瑪麗·安亭( Mary Antin,1881-1949) 撰寫了精彩的傳記,其中對脈動和極控理論也作了適當的述評,指出葛氏堅持脈動理論很大程度上是基于美學上的信念。( [13],353 ~ 355、361 ~ 364 頁) 然而,關于脈動理論的發展脈絡、葛氏古生物研究與脈動理論之間的關系、脈動理論與極控理論之間的關系,以及極控理論與魏格納的大陸漂移說之間的關系等,尚有不少討論的必要。因此,本文將從科學史的角度對該理論的淵源、發展及其影響進行系統的梳理,以深入理解葛利普在地質學史和20 世紀地質學在中國本土化過程中的地位。
  
  1 海進海退: 地球之脈動
  
  葛利普的脈動理論可分為兩個部分: 一是規律性海進( transgression) 和海退( regression) 的脈動機制,二是以此對地層的重新劃分。規律性的海進海退可謂脈動理論的核心和基礎。
  
  關于海進海退的現象很早就有人注意。最早對海平面升降進行系統研究的是法國外交官德馬耶( Benot de Maillet,1656 ~ 1738) .他綜合笛卡爾地表聚集水和塵埃的理論,以及阿拉伯關于山崖海生動物貝殼的觀察等,從而收集有關海平面逐漸下降的詳盡證據,并提議建立水文觀測站嚴密監測這種變化。( [22]; [24],123 ~ 124 頁)
  
  拉瓦錫( Lavoisier,1743 ~ 1794) 在從事化學研究之前,曾對地質學有過興趣。受其化學老師魯埃勒( G. -F. Rouelle,1703 ~ 1770) 的啟發,認識到深海沉積和沿海沉積的不同,進而有過海進和海退的猜想。( [24],102 ~ 103 頁)
  
  法國著名科學家居維葉( Georges Cuvier,1769 ~ 1832) 和礦物學家布龍尼亞( Alexander Brongniart,1770 ~ 1847) 合作,通過對巴黎盆地沉積環境的考察,發現那些看起來相似的地層,有的能看到貝殼化石,有的卻全無化石的痕跡,他們因此得出巴黎地區曾有過海進和海退的結論。( [24],158 頁)
  
  奧地利著名地質學家修斯( Eduard Suess,1831 ~ 1914) 進一步從地球整體的角度來看待海進和海退。在其著名的《地球的面貌》( Das Antlitz der Erde) 一書中,他將構造理論與地層記錄中所揭示的全球地史聯系起來,指出海底的塌陷將會造成世界范圍的海退,隨后出露的陸地被侵蝕,使得沉積物不斷增加,填入洋盆,導致海水復侵入陸地。他將大陸與大洋盆地的消長看作一次次的循環,從而引致周而復始的海進海退,最終使地球再一次被一個統一的大洋淹沒。[23]他還創造“海面升降運動”( eustatic movement) 這一術語,以解釋大地構造與地層形成之間的關系,此即我們今天所常用的“海面升降”( eustasy) 概念之前身。( [24],239 ~ 242 頁; [25])
  
  以全球的視角研究海面升降、地殼運動和地層對比的還有美國著名的地質學家錢柏林( Thomas C. Chamberlin,1843 ~ 1928) .他相信地球歷史中存在著“脈動”現象,強弱的地質構造相互間隔,形成一次次的脈動,因此引發海進和海退的循環。周期性的海進和海退,使得地層柱上的主要地層系統得以形成。( [24],248 ~ 249 頁)
  

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論文來源參考:孫承晟.海進海退和大陸漂移之地球“滄桑”史——葛利普的脈動和極控理論[J].自然科學史研究,2015,34(04):470-486. 轉載請注明來源。原文地址:http://www.gyxbg.com.cn/html/zhlw/20191016/8206973.html   

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