1669年,丹麦医生斯坦诺进一步推断,最先沉淀形成的岩石位于最底层,后来沉淀的岩石位于它们的上面,越往上,岩层越年轻。因此,岩石的层层相叠反映了地球历史事件发生的先后顺序,整套岩层就像一本地球历史的大书。
这个推断现在看起来很简单,却是地质学的基本原理之一,称作地层层序律。
许多重要的科学发现以及经典的基本定律,乍看起来非常简单,具有一切艺术品所共有的“简洁美”,然而“看似寻常最奇崛,成如容易却艰辛”。
另一个大家耳熟能详的故事,是牛顿从苹果掉下地而不是飞上天这一大家熟视无睹的现象,发现了万有引力定律。所以,“胡思乱想”是科学家最可贵的素质。
当你在沙坑里玩沙子时,可以试试看:是不是先撒的一层沙子落在后撒的一层沙子下面?
如果是,这就叫作自然法则,它不需要“神力”的干预,而且是可以重复的。其实,这也是科学与神学的分水岭:科学依靠自然法则,神学则依靠“神力”和“奇迹”。
下面,我们谈谈科学家是如何根据自然法则去阅读地球历史这本大书的。
地球历史这本大书,是写在石头( 地层 )里的。要想读懂这本书,就得让石头开口说话。前文提到的丹麦医生斯坦诺,是最早发现石头能开口说话的人。
1666年,斯坦诺在意大利旅行时,当地人捉到了一条鲨鱼,把鲨鱼头剁下来,交给他做解剖学研究。第二年,他发表了论文《鲨鱼头部解剖》,因此熟悉了鲨鱼的牙齿。
后来,他到了西西里南部的马耳他岛。当地岩层中盛产一种奇石,被本地人称作“舌形石”。斯坦诺看到这种石头后,马上就认出来了——它们是鲨鱼的牙齿变的!
鲨鱼生活在附近的地中海里,它们的牙齿怎么会跑到岛上的石头里呢?
斯坦诺是这样推理的:
1.鲨鱼是生活在海洋里的动物,不会自己跑到陆地上去;
2.岛上的这些岩层(石头),必然是由海里的沉积物变来的;
3.在沉积物沉淀的过程中,鲨鱼死后留下的牙齿(鲨鱼是软骨鱼,软骨一般不容易保存下来),或者从鲨鱼口中脱落下来的牙齿,被埋在沉积物中,并与沉积物一起硬化成石头;
4.这些石化了的沉积物(连同其中的鲨鱼牙齿)被抬升起来,形成了马耳他岛。
1669年,斯坦诺又发表了一本科学小册子,书名非常绕口——《论关于岩石中包含自然形成的硬物:绪论》。
在书中,斯坦诺指出,“自然形成的硬物”是指古生物化石。包含化石的岩石原本是泥沙,因此死亡后的生物体才能被埋在里头。后来,泥沙经过一系列地质作用,变成了岩石。像鲨鱼牙齿这样的硬体部分成为化石,保存在岩石中。
显然,斯坦诺对“舌形石”成因的解释,跟前文提到的达·芬奇对贝壳化石成因的解释是一模一样的。
他们两人的解释都说明,这些化石是自然形成的,而不是什么“诺亚洪水”呀,或是“上帝埋在岩石中的小玩意儿”等超自然的神奇力量造成的。
既然是天然生成的,不是以超自然方式形成的,那就需要极为漫长的时间,完全不是像上帝挥了挥手中的魔棒那样快。
由此,斯坦诺的推理不仅使人们认识了化石的真实成因,而且首次利用岩层中的 原生构造 ,让石头开口说了话。
原生构造是指岩石沉积过程中形成的一些原始构造,比如波痕、泥裂等。