地质学的诞生，一段追索地球年龄的历程

从苏格兰人詹姆斯·赫顿（James Hutton）的工作伊始，人们才对地球有了新的认知。赫顿是一位执业内科医生，因为家境殷实，从不为生计担忧，所以可以全身心地投入科学研究当中。他在1785年的时候向爱丁堡皇家学会（Royal Society of Edinburgh）提交过自己的观点，并在1795年把这些想法写成了一本书——《地球的理论》（Theory of the Earth）。仅仅12年之后的1807年，伦敦地质学会（Geological Society of London）便成立了，这是首个致力于研究现今被称为“地球科学”的学科的组织。那时，赫顿的前沿思想收录在他朋友约翰·普莱费尔（John Playfair）的《关于赫顿地球理论的说明》（Illustrations of the Huttonian Theory of the Earth）一书中，赫顿的思想因此得以广泛流行。

18世纪末，大众普遍认为地球形成于公元前4004年，但是像赫顿一样的科学家已经深刻地意识到，我们星球的形成时间肯定比这个时间更古老。可问题是，地球究竟有多古老？它的形态又是如何演变成今天这个样子的？

早在1665年，这个谜题已经在罗伯特·胡克（Robert Hooke）的《显微图谱》（Micrographia）一书中有所暗示。胡克是近代科学的创始人之一，由于他和艾萨克·牛顿生活在同一个时代，总是得不到应有的赞誉。因为和牛顿比起来，即使再聪明的人也会逊色很多。胡克是最早认识到化石成因的人之一，他认为化石并不是恰好与某些生物很像的奇形怪状的石头，而就是由生物的遗体形成的。在胡克的书中，他是这样描述菊石的：“它们是某种贝类生物的壳，可能是经历了暴雨、洪水、地震或某种类似的方式，被带到了那些地方，然后被某种泥巴、黏土、硬化水抑或其他物质填满，经过很长时间的融合后硬化而成的。”在伦敦格雷欣学院的课堂上，他也曾说“现今地球上是陆地的部分曾经是海洋”，还有“山脉塌陷变成平原，平原耸起形成山脉，诸如此类”。胡克全说对了，但是在那个时代，没有人在乎这些新的观点，因为这种戏剧性的变化显然是“不可能在仅仅几千年的时间跨度内完成的”。

几乎在同一时间，也就是17世纪60年代中期，丹麦人尼尔斯·斯丁森（Niels Steensen）也意识到那些现今在内陆深处甚至高山地区发现的化石，是那些曾经生活在海洋中的生物的遗迹。他用自己的拉丁文化名斯坦诺（Steno）发表了这一观点：“由于洪水淹没了陆地，不同的岩石层（strata）在不同的时期必然处在水下。”所以化石是生物遗骸的观点和洪水灭世的故事联系到了一起，就像一些人已经经历过的洪灾。这与胡克所提出的观点非常不一样。胡克认为陆地本身可以升高或下陷，而海平面是保持不变的。但这也遗留了一些问题：所有这些变化需要多长时间？所有的水是从哪里来的？

18世纪40年代，动植物分类系统的发明者卡尔·林奈（Carl Linnaeus）提出了自己关于洪水问题的观点。他意识到，即使大洪水确实发生过，但洪水灭世故事中所描述的历史也没有足够长的时间使这些变化产生。相反地，他认为地球可能在一开始是完全被水覆盖的，然后水逐渐退去，水平面下的陆地才显现出来，并附带留下了海洋生物的化石。林奈的主要观点是，这个过程所需要的时间远远多于6000年的地球历史。但是为了不招致来自教会的麻烦，林奈在公开的出版物中十分谨慎地表述了自己的观点。林奈将自己最大胆的言论写在了他1753年出版的书《博物志》（MuseumTessinianum）中，他写道：“无数奇怪和未知动物的化石被埋在高山下的岩石层中。虽然我们这个时代没有人见过这些动物，但它们却是古代地球上生物存在的仅有的证据，那是非常远古的时代，没有任何历史记录可循。”

相比之下，另一位科学家就显得没有那么克制了。当林奈在瑞典思考这些化石所揭示的地球历史时间表时，布封（Comte de Buffon）已经在法国进行了一项测量地球年龄的真实的实验。布封是一位工作努力并且非常成功的科学家。尽管他继承了一大笔遗产，可以过上无忧无虑的奢侈生活，但布封仍然满怀激情地专注于工作，为此他还雇了一个保姆每天早上5点钟叫自己起床，并确保自己已经清醒，可以去工作。布封的主要成就是进行了大量的科学调研，总结成一部《自然史》（Histoire Naturelle），足足有30多卷。而他那些最富创造性的工作都被记录在其中。

布封认为，一颗飞过的彗星从太阳中扯出了一小块熔化的物质，而这一物质形成了地球。这个观点在18世纪并不疯狂。所以，他尝试计算一块像地球那么大且熔化了的铁球需要多长时间可以冷却到常温。他给不同体积的铁球加热，直到它们达到熔点的温度，然后计时，看多久之后它们可以冷却到不会灼伤皮肤的温度。当时的实验是这样进行的：实验中的助手都是些有着纤细双手的名媛，戴着上好的丝绸手套作为保护，而她们被布封当作实际使用的“温度计”——因为在那个时代，还没有精确的温度计。

通过从实验结果推衍到地球大小的铁球的情形，布封计算出地球至少有75000年的历史，而且他在《自然史》一书中敢于说出这个结论。尽管这个时间段远远短于现代科学所认为的几十亿年的结果，但这仍是一个里程碑事件。布封公布的这个地球年龄是《圣经》学者们所认为的10倍多。下一个进行类似估算的人得出了地球年龄更长的结论，但是不同于布封，他缺乏公布发现的勇气。

约瑟夫·傅立叶（Joseph Fourier）是一位数学家，但是他所提出的使他成名的数学工具是为了解决一个实际问题，即描述热量如何从一个热的物体传导到一个冷的物体上。例如，当一根铁棍的一端在炉子里烧得红彤彤而另一端处于普通的室温时，热量是如何传导的。傅立叶的方程可以描述这根铁棍上热量流动的速率。傅立叶使用这些方程来估计地球从熔融状态到冷却凝固状态的速率。此外，他比布封还多注意到一点：一旦地球表面形成一层固体岩石的壳，它就会像一层隔热毯一样减慢地球向外部空间散发热量的速率。傅立叶把这些都考虑进来，推导出一个公式，得到的地球历史大概是一亿年。傅立叶对此非常吃惊，也没有发表这个数值。而在1820年，他却把那个公式发表了。任何一个水平尚可的数学家都可以用这个公式计算出那个数值来。但是傅立叶却不愿意因为暗示地球的年龄比《圣经》研究者认为的大10万多倍而给自己找麻烦。尽管如此，到了1820年，对于跟随赫顿步伐的地质学家而言，这个时间尺度比起他们想要的还是太小了。