《地質學家的記時錄》：光是回答「地球年齡有多大」，就得動用整套現代地質學知識體系

文：瑪希婭・貝約內魯（Marcia Bjornerud）

地球如何衰老（又強勢回春）

在各種學科之中，地質學可說是大器晚成型。行星的運行模式在十七世紀受到闡明，熱力學與電磁學的定律於十九世紀提出，原子的祕密則在二十世紀初揭櫫於世，而我們能夠得知地球的年齡，或清楚了解地球整體的運作方式，都是在這些成就之後。這並不代表地質學家蒙昧愚蠢，只是地球一直是難以捉摸的研究對象——距離太遠又太近，無法讓人看個分明。當其他學科大步邁進，利用望遠鏡、顯微鏡、燒杯、玻璃鐘罩（bell jar）來闡述自然界時，地球還是不能透過鏡片觀看，或縮成可在研究室實驗的大小。再者，我們身為人類的自我知覺，以及人類與其他萬物之間的因緣關係，總是深深干擾著我們對地球的解讀。我們難以向後退，以清晰的視野觀看事物，自是不足為奇了。

比起任何其他科學學科，地質學更需要龐大的想像能力，也更需要對大膽的歸納式推理抱持開放的態度。舉例來說，十八世紀的人要如何開始回答「地球的年齡有多大？」這個問題。在西方世界，大多數人並沒有理由挑戰聖經的啟示，也就是地球的年齡是六千年左右（在一六五四年，愛爾蘭教會的大主教詹姆斯．烏雪〔James Ussher〕以驚人的精準度，推算出神在公元前四○○四年十月二十三日星期天創世）。

當我詢問身處二十一世紀的學生，若拋開宗教上的先入之見，以及他們學到的四十五億年這個數字，自己要如何獨立問答這個問題，他們通常會說：「嗯，找到最古老的岩石，推算出岩石的年齡就可以了。」但話說出口之後，才發現這根本不是答案──我們要如何判斷哪些岩石是最古老的，又如何判定它們的年齡？光是一開始就得動用到整套現代地質學的知識體系。所以在一七八九年，一位蘇格蘭醫師，同時也是紳士農場主、自然哲學家，能夠慧眼獨具，在鄰近鄧巴鎮（Dunbar）的海岸所露出的岩床中，察見地質時間的廣袤，可謂成就非凡。

在遭受強風吹拂的西卡角（Siccar Point），現代地質學之父詹姆士．赫頓（James Hutton）發現某個岩面有兩個不連貫的沉積岩層序（sequence），下方層序的岩層近乎垂直，而上方層序的岩層則較接近預期應有的狀態，也就是呈平躺狀。許多人過去都曾看過這個岬角；任何人乘船經過，都會小心翼翼避開它，以免被猛烈拍打岩石的海浪捲入。然而，赫頓卻能看出，岬角上的岩石不只標示著危險的航行水域，同時也是已消逝地貌的鮮活見證。對此，他提出兩項與當時想法迥異的解釋。第一，他認為底下垂直的岩層是舊時山脈的遺跡，而昔日地殼隆起，造成海相地層翹起，因而在此形成山脈。第二則是，他認為上下岩層層理遭到切割，代表著此處曾經過長時間的侵蝕，作用力足以夷平山脈，而覆蓋在上方的岩層，是堆積在山脈遺跡上的沉積物。

赫頓估算他自己的土地受到侵蝕的速率，據此主張岩面結構不連貫的現象──也就是現稱的交角不整合（angular unconformity）──顯示岩石受到侵蝕的時間漫長到難以測量，與聖經主張的地球年齡相較，相當於一段永無窮盡的時間。透過此種簡單但革新的推算方式，赫頓顛覆了主流看法。所謂主流看法是，地球的今昔呈兩種分歧的走向。過往波瀾萬丈，如諾亞大洪水等災變頻仍，而今世界已歸於平和，不再生變。若假設地球只有幾千年的歷史，那麼深受侵蝕的山谷，層層疊加的沉積岩，就只能用大災變來解釋成因。赫頓以地質學的基礎概念──均變說（uniformitarianism），取代了此種世界觀。均變說乃是假設現今所見的地質作用，與過去進行的作用是相同的。

但赫頓在地質學研究上所發揮的想像力不僅止於此。他在一七八九年的著作《地球理論》（Theory of the Earth）之中，提出了更大膽的推論。他認為岩石堆積、隆升、侵蝕、再生等過程，在地球循環不息，可以回溯到久遠而難辨的年代，而岩石不整合面所記錄下的，只是當中的一個循環週期。赫頓對於地質時間的奇妙感知，徹底改寫了地球的過往，並打開智識的大門，使現代地質學與生物學應運而生。萊爾繼承並提倡赫頓之說，在他文筆精湛的巨著《地質學原理》中，將均變說提升至正統學說的地位。若沒有他們兩人，達爾文（Charles Darwin）便不可能領悟到時間透過物競天擇，形塑生物面貌的力量（達爾文搭乘小獵犬號〔HMS Beagle〕環遊各地五年的期間，萊爾的古老地球論不斷在他腦海迴響；《地質學原理》第一卷或許是達爾文的「小隨行圖書館」中最重要的一本書）。

雖然赫頓眼中各種作用循環不息的世界令人神往，但他的論述在某些層面上過於虛幻縹緲，沒有扎扎實實、一點一滴的重新建構地球的演變歷程。希臘文有兩個形容「時間」的用詞，分別代表單純流逝的時間（Chronos），以及具有意義的特定時機（Kairos）。用這兩個詞的分野來說明就是，雖然赫頓引領我們初探了地球時間的輪廓，但劃分時間刻度、填補特定時機的工作，耗費了地質學家過去兩個世紀的時間。

早期試圖用地質紀錄譜寫地球歷史時，所秉持的理念是，過去在不同的時點，會有特定類型的岩石在全球各地形成。如花崗岩、片麻岩等結晶岩，屬於原生或「第一紀」（Primary）的岩石，而如石灰岩、砂岩等層狀岩石，則屬「第二紀」（Secondary）。半黏性的礫石與砂土層歸屬於「第三紀」（Tertiary），疏鬆、未固結的沉積物屬於「第四紀」（Quaternary）（奇特的是，現代的地質年代表仍沿用「第四紀」一詞，「第三紀」則是存續至二十世紀末）。但並無任何依據可以用來鑑定，這些岩石種類的年齡在世界各地是否確實相同。