1669—1816年

从“地层层序律”到“化石层序律”

如果你有机会乘车在山区的公路上穿行，一定会看到因修路而破开的山体中露出的一层层岩石，这就是地层。在地球表面，沉积岩几乎占到全部岩石的70%，由于沉积岩中往往会含有动植物化石，且有一定的排列顺序，因此人们可以据其追溯某一地区的地质发展历史，地质学家也因此形象地将地层称为“地球的万卷书”。不过，人类花了近200年的时间，才学会阅读这本残缺不全的书。

第一个对地层作出系统研究的是丹麦解剖学家和地质学家尼古拉斯·斯泰诺。斯泰诺出身于丹麦哥本哈根的一个富裕家庭，父亲是一名金匠。自1660年起，他先后在哥本哈根、荷兰的莱顿和阿姆斯特丹学习医学，最终成为一名著名的解剖学家，并先后在法国、奥地利和匈牙利游历。1665年前后，他被任命为佛罗伦萨托斯卡纳大公斐迪南二世的医生。由于经济上比较富足，时间上十分自由，他从1666年开始接触地质学，在意大利的采石场、矿山和洞穴等地进行地质考察，足迹遍及著名的卡拉拉大理岩、亚平宁山脉、阿诺河和沿海低地。

斯泰诺Ⓟ

1669年，斯泰诺出版了最重要的著作《导言：论天然固体中的坚硬物》。虽然书的题目有些晦涩，但该书却是文艺复兴时期最重要的地质学著作之一。斯泰诺不仅在书中大胆地指明化石的生物属性，以及化石是如何被封存在岩石中的，还第一次阐明了基本的地层学定律：一般情况下，如果未受到强烈地壳运动的影响而颠倒，岩层在形成后应该是先沉积的在下，后沉积的在上，一层压一层，保持近于水平的状态。这就是著名的地层层序律，又称地层叠覆律。因此，他认为通过仔细研究地层可以破译地球的历史。但由于受宗教观念和当时认知水平的束缚，他将地球历史限定在6000年以内。

三年后，斯泰诺回到丹麦，并放弃了对地质学的研究。1672年至1674年，他任哥本哈根大学的解剖学教授，由于日子过得并不舒心，他再次选择离开。随后，他成为佛罗伦萨科西莫大公三世儿子的家庭教师，并渐渐投身于宗教事务，终其一生。地层层序律的建立，大大加快了人们对于地球历史的认识。

地层层序律Ⓒ

时间来到18世纪中期，在意大利被誉为“地质学之父”的阿尔杜伊诺根据自己的研究，将地壳分为原始纪、第二纪、第三纪和第四纪四个主要的地层单元，为建立地层年代学打下了良好的基础。事实上这个分法是很粗略和不准确的。如今，原始纪和第二纪早就弃之不用了，第三纪最近也退出了历史舞台，仅剩第四纪这个说法依然保留。阿尔杜伊诺早年在意大利北方从事采矿业，是意大利北部地区著名的采矿专家。尤其值得一提的是，阿尔杜伊诺很早就认识到了化石的重要性，并率先尝试利用化石确定地层中岩石的形成年代。

地层学真正成为一门集理论与应用于一体的学科，则要归功于被称为英国地质之父的威廉·史密斯。史密斯出生于英国牛津郡丘吉尔城附近的一个乡村。虽然家境贫寒，11岁就辍学，但他依然坚持自学。1787年，他经人介绍成为一位教会学校测量校址的测量工程师的助手。史密斯工作积极，很快学会了一整套进行测量工作的业务知识。1773年至1799年，史密斯参加萨默塞特郡煤运河的施工，在六年的野外考察实践中，他发现，不同地质时期生活着种类不同的古生物，这些生物死后，其中一部分生物的躯体或遗迹留在地层中，形成化石。比较不同地层中的古生物化石，就能判断出地层的新老关系。比如，海洋生物三叶虫只生活于古生代，而恐龙只生活于古生代之后的中生代。如果一个地层中发现了三叶虫化石，另一个地层中发现了恐龙化石，那么，无论这两个地层现在相对位置如何，我们都可以做出判断：包含三叶虫化石的地层更古老。史密斯把各种化石的地点和符号标注在地质图上，并将含相同化石的岩层位置勾画出来，完成了第一幅“不列颠地层表”。

威廉·史密斯Ⓟ

威廉·史密斯根据化石划分地层的专著中的插图Ⓞ

1815年，史密斯完成了划时代的杰作《英格兰、威尔士和苏格兰部分地区的地层概述》，编绘了《英格兰和威尔士彩色地质图》（这也是世界上第一幅近代地质图）。

1816年，史密斯出版了被称为地层学奠基之作的《用生物化石鉴定地层》一书，提出了著名的“化石层序律”，即不同时代的地层所含化石不同，含有相同化石的地层属同一时代。鉴于生物演化的不可逆性、阶段性和生物较强的迁移能力，可以将地层中的化石作为指示时间先后的符号。根据“化石层序律”用所含化石进行地层划分和对比，在指导思想、操作方法和精度等方面都比地层层序律先进得多。这一成就奠定了现代地层学的基础，史密斯本人因此被誉为“现代地层学之父”。

史密斯第一次确立了生物地层学的基本原理和方法，并将其成功地应用于地质填图，完成了英国乃至全球的第一张真正的地质图。时至今日，世界各国在地层划分对比和地质填图时仍遵循“史密斯地层法”和“史密斯填图法”的基本原理和方法。