地質學發展初期的最大謎團:四處遊走的大圓石

地質學發展初期的最大謎團:四處遊走的大圓石
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我們想讓你知道的是

漂流石的英文源自拉丁文動詞errare,意為流浪。此外,這類石塊也被稱為「迷途羔羊」或「棄嬰」,因為它們就像遠離羊群的小羊一樣。

文:唐納德.普羅泰羅

冰河是上帝的犁多年前努力耕作,對地球表面又挖又犁又揉的結果。

—路易.阿格西(Louis Agassiz)

謎題一:四處遊走的大圓石

18世紀末和19世紀初地質學發展初期,最大的謎團就是許多出現在奇特地點或是看來很驚險但能維持平衡的大圓石(圖25.1)。不過,這些石塊的性質更令人費解。這類石塊的種類經常和周遭完全不同。在某些例子中,這類石塊往往可能來自北方數百公里某個獨一無二的地區。許久之後,蘇格蘭地質學先驅(也是赫頓的助手)蓋奇(Archibald Geikie)說這類石塊「往往是大如房屋的大石頭,被冰河搬運過來,安放在冰河河谷的顯著地點,或散落在山丘和平原上。檢驗它們的礦物組成,便可得知它們來自何處。」

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圖25.1 A
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圖25.1 C 歐洲北部幾個微妙平衡的巨型漂流石案例:(A)芬蘭薩沃尼亞的庫馬基威(Kummakivi,芬蘭語「怪石」之意)。(B)英國約克郡奧斯維克附近的諾爾伯有一塊巨大的孤立圓石,疊在其他岩石上。(C)美國優勝美地國家公園中的冰河融化後,留下一塊微妙平衡的大石。(圖片授權:Wikimedia Commons)

地質學家越是研究這些石塊,就越覺得它們跟周遭格格不入。荷蘭中部的斯霍克蘭(Schokland)地表是一層相當新的沉積物,完全沒有硬質的基岩露頭,卻有一大群來自挪威的大圓石。在德國北部濱海平原中部的施特克塞(Stöckse)也有一群大圓石,稱為Giebichenstein。這些大石顯然不屬於當地,因為這個地區沒有硬質基岩,只有柔軟的濱海平原沉積物。這些石塊很可能來自於斯堪地那維亞。歐洲各地有許多類似的大石,其他大陸還有更多令人稱奇的例子,如加拿大亞伯達平原上的巨大圓石。

這些大石顯然不是出自周圍柔軟的白堊紀頁岩。1620年,清教徒在美國藉以登陸的普利茅斯岩(Plymouth Rock)也是這樣的例子。我在伊利諾州中部進行地質學田野調查時,經常停在某個道路切面,從地上拿起一大塊自然銅,但這種銅礦只有密西根州上半島才有。北半球各地都有類似這樣的例子,經常被稱為流浪石(wanderer)或漂石(erratic)。漂流石的英文源自拉丁文動詞errare,意為流浪(英文中的err﹝犯錯﹞和error﹝錯誤﹞字源相同,因為我們犯錯就是偏離真理。如果走路時走得像在漂流,就是在流浪)。此外,這類石塊也被稱為「迷途羔羊」或「棄嬰」,因為它們就像遠離羊群的小羊一樣。

不過,我們在第五章曾經介紹過,早期地質學家大多認為所有呈層岩石(不僅沉積岩,連熔岩流也包含在內)源自於洪水活動,而且就是諾亞時代的大洪水。這或許能解釋這些石塊的長距離移動,但卻忽視了重要細節,如洪水要如何抬起這麼大的岩石,而不會留下滿地碎石和小圓石(就像現在的大洪水一樣)。此外,這個理論也無法解釋有些這類大石有稜有角且相當尖銳,不像石塊和圓石在水中(尤其是在暴洪中)滾動撞擊後會變得圓滑那般。但當時地質學剛剛萌芽,聖經教條勢力龐大,極少人敢提出質疑。因此他們忽略各種矛盾,強行用這個簡單說法來解釋所有發現。1824年,著名英國自然學者巴克蘭(William Buckland)寫道:

我們有證據可以證明,來自北方的水流,沿著英格蘭東岸漂流到現在的位置,帶來原本位於北方、不可能出現在這個國家的石塊。其中有些石塊可能來自蘇格蘭海岸,但大多數顯然是從北海對岸漂流而來的。

因此,冰河漂礫是個謎團。這種卵石、泥沙和黏土混合物與洪水沖刷形成的沉積物相同,被早期地質學家稱為冰磧(dirft)。這類物質的另一個名稱是洪積物(Diluvium),意即洪水沉積物。同樣地,如果地質學家仔細觀察這類物質,就會發現水流無論能量強弱,都會形成明顯分層。即使洪水突然喪失能量,攜帶的圓石、碎石、沙礫和黏土也不會隨機混合,而會依照顆粒大小分成一層層,從分離的礫層到沙層、再到泥沙和黏土等。但如此重要的概念當時尚未出現⋯⋯

謎題二:岩石上的刮痕

基岩地質研究還有一件讓早期歐洲地質學家大惑不解的事,就是非常堅硬的基岩表面,經常有很長的平行刮痕和劃痕,有時甚至長達許多公尺(圖25.2)。這類劃痕有時相當淺,但通常非常深。在某些例子中,基岩上的平行刮痕面積非常大。究竟是什麼力量在如此堅硬的基岩上刻出這麼多痕跡?更重要的是,究竟是什麼原因使這些刮痕完全互相平行?

1830年代末,聖經大洪水再度成為解釋刮痕的現成答案。1824年,巴克蘭寫了一篇200頁的專題論文〈洪水的遺跡〉,又名〈有機殘餘物觀察結果證實大洪水活動〉。這篇論文以諾亞大洪水解釋漂礫、冰河漂移和平行刮痕。他指出,這些刮痕是「沉重的物體在水的巨大力量下快速移動的結果」。但無論當時或現在,只要認真觀察過洪水活動,就知道流水不可能推動岩石直線移動很長的距離並形成劃痕。不過當時還沒有做過實驗,因為當時的地質學家相當滿足於大洪水理論。

解答:阿格西和冰河期

然而,並不是每個歐洲人都把這些奇特的地質現象歸因於洪水。鄰近阿爾卑斯山的民族,曾經親眼目睹冰河活動,所以看法不同。冰河周圍的民族尤其如此。早在1787年,瑞士牧師庫恩(Bernard Friedrich Kuhn)就見過瑞士冰河攜帶這類石塊,因此主張漂石是冰河帶來的。幾年後,赫頓造訪瑞士和法國的侏羅山脈時也得出相同的結論,只可惜這個結論和他所有的革命性創新想法一同被世人忽視。1824年,挪威自然科學家埃斯馬克(Jens Esmark)主張,挪威的岩石刮痕和漂石成因都是冰河。他們觀察到冰的龐大重量壓在冰河底部的岩石,對岩石施加極大的力量,並能推動岩石前進。德國自然科學家伯納第(Reinhard Bernhardi)受到埃斯馬克影響,於1832年發表文章,主張全歐洲曾被極地冰帽覆蓋,甚至遠達德國中部。

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圖25.2 基岩上的冰河刮痕,成因為冰河底部的岩石在基岩上被拖曳移動。(圖片授權:Wikimedia Commons)

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