地球深歷史：一段被忽略的地質學革命，一部地球萬物的歷史

這段大歷史不僅關乎地質，
還包括動、植物，山川、河流、地震、大洋、大氣，
以及其他星體，貨真價實是部地球萬物的歷史，
也呈現出人類如何創造自身？

人類如何發現和發明大地的時間？
深時間如何需要歷史感？

作者獲頒美國科學史學會終身成就Sarton Medal

本書榮獲
英國科學史學會年度最佳通俗專著Dingle Prize
科學史學會最佳通俗專著Watson Davis and Helen Miles Davis Prize
美國出版者協會專業著作獎
美國圖書館學會專業著作獎

佛洛伊德曾說，有三大革命徹底改變了人類在自然界的自我定位。哥白尼將我們從宇宙的中心移開，達爾文將我們變成赤身裸體的猿猴，第三場就是他自己，揭發了我們潛意識的深度，其實，在這些之外，還有第四場革命，那就是地質學發現：人類擔當主角的時間很短，地球的絕大部分時光，都是無人類的世界。

細究這場被忽略的地質學革命，將會挑戰我們思考的慣性。

首先，宗教並不是阻礙科學發展的保守勢力，相反地，《聖經・創世紀》裡的六日論，給了研究者想像的依據，是創造性活動的靈感泉源。當田野調查幫助人類邁開想像的步伐，將神聖造物主佈置舞台的「六日」，延伸發展成「岩石、山川等無生命之物」也有其過往歷史的概念，這才進而造就地質學的開展。

另外，研究者固然把「大自然當成書」，尋查冰河、火山、隕石的痕跡，推測造成這一切的普世成因。但要不是借用了人文學科裡的歷史學，學習編年史家編纂年鑑的方法，重建各種地質「事件」，思索「偶然性」的意涵，明白即便有了後見之明也無法預測這些「事件」。這讓地質學發展出這幾百年來的獨特面貌。

人類為什麼對地球何時誕生深感興趣？在神聖的追尋裡，是什麼讓人類跨出第一步開始正視外在世界的岩石和化石，並突破想像中的時間長度限制？這些前仆後繼相互爭辯的偉大心靈如何相互傳承，又相互修正？全球貿易和殖民、自然環境測繪和探險，如何把地球史推向全球規模？

作者是科學史領域的大師，本身也是虔誠的基督徒，更是訓練專精的地質學家，專研二疊紀三疊紀之交的無脊椎動物腕足動物門。在這部旁徵博引的大敘事裡，作者不只述說歷史上的地質學追尋，還融合親身經歷過的二戰後地質學界生態，講述全世界如何因為冷戰局勢，而缺少來自蘇聯與中國地質學界的貢獻。

從阿爾卑斯山到大西洋，從中國西南到美國西部，從編年史家到地球科學家，讀者隨著這段地質學進展，將一起領略到人類知識活動的挑戰和樂趣，人類又如何創造自身的意義。

經過這場革命，人類不再是宇宙的主角，地球擴展了自身的時間尺度，人類重新創造了自身。這段大歷史不僅關乎地質，還包括動、植物，山川、河流、地震、大洋、大氣，以及其他星體，貨真價實是部地球萬物的歷史。沒有地質學家用歷史的方法研究山川，就無法揭開山川如今的樣貌。生物學家沿用了地質學家的方法，探究演化的歷程，若不從演化入手，就無法了解生物的型態和習性。天文學家採用的地質學家的方法，不斷重建大霹靂以來的宇宙歷史。

地質學不只是關於地底和岩石的學問，當地質學結合天文，可以帶領人類認識宇宙，當地質學結合生物學、大氣學，就是一部關於生命起源的探尋。關心地質學史就是關心人類如何認知自己在大自然中所處位置的歷史。

專文推薦
洪廣冀（台大地理環境資源學系副教授）
黃相輔（國立中央大學地球科學系、英國倫敦大學學院科學史博士）

寒波／科普作家，經營部落格與粉絲頁「盲眼的尼安德石器匠」
陳文山／台灣大學地質科學系教授
Gene黃貞祥／清華大學生命科學系助理教授
蔡政修／台灣大學生命科學系助理教授
潘昌志（阿樹老師）／科普作家、部落格及粉專「震識：那些你想知道的震事」副總編輯
謝隆欽／EARTHWED成長社群、中山大學附中地科老師

拒絕「物種會變化」的十八世紀居維葉，早被地質學者視為歷史，但居維葉卻是作者開啟科學生涯的重要參考資源。後來作者轉行當歷史學家，他的這段地質學研究經驗，反而為科學史研究帶來新意。這一切是如何發生？又有何深意？在這個注意力只能維持30秒的年代，這是你為何需要閱讀一本時間尺度達45億年的書的理由。——洪廣冀（台大地理環境資源學系副教授）

這本書不僅是講述人類如何認識地球漫長歷史的科普書，也是一部以多元視角探討地球科學學科領域發展的歷史。在這個曲折複雜的知識探索過程中，各種跨文化、跨學科的知識資源被整合，……「歷史」的意義也隨之擴大。——黃相輔（國立中央大學地球科學系、英國倫敦大學學院科學史博士）

這本書非常權威，又充滿吸引力，包羅萬象的歷史廣度，足以讓來自科學界和人文學界的讀者都手不釋卷。——《新科學家》

作者的解說功力了得，讓我們能快速認識「前現代」人類的思維模式，用巧妙的方式解釋自然史的概念如何深深地嵌進文化史裡。——《自然》

真是一部博學多聞又扣人心弦的作品，作者帶領讀者看見逐漸累積起來的地質科學成就。——《泰晤士報文學副刊》

這部精彩的大敘事從十七世紀跨越到二十一世紀，當中充滿傑出心靈的發現、爭辯、洞見和解釋。——《倫敦書評》

作者娓娓道來一個有關「地球的歷史」如何一步步轉變的故事。經過人類持續更動的自然觀、科學方法的進展，以及基督教信仰的消長，有關不同版本的「地球的歷史」也隨之誕生。作者成功將引人入勝的敘事編織在一起，敘說地球歷史的長度量級如何衝破早期追尋知識者能想像的尺度，每位知識的創造者又如何透過觀念的錘鍊和確切的行動，促成科學思考的推展。——《泰晤士高等教育》

【作者引言】
佛洛伊德（Sigmund Freud）曾經宣稱，有三場大革命徹底轉變了我們人類對於自身在自然界中地位的認知。第一場把我們的地球從宇宙中心移開，變成眾多行星之一，繞著眾多尋常恆星中的某一顆運轉。第二場革命提出假設，將我們這個物種從上帝獨鍾的造物降級，變成赤身裸體的區區猿猴，深深扎進整個動物世界中。第三場革命則揭露了我們潛意識幻夢的深度，繼而削弱了我們自詡為理性生物的任何念頭。我們自我認知上的這幾場重大轉變，後來也就貼上了知名人物之名，依序是哥白尼、達爾文，以及佛洛伊德本人。

不過，我的已故友人史蒂芬．傑．古爾德（Stephen Jay Gould）早已指出，佛洛伊德少列了第四場完全有資格名列其中的革命，只是這一場革命無法跟任何一位名人輕易連在一塊兒。這第四場大變革（按時間順序該算第二場）引人注目之處，在於它大幅拓展了我們地球的時間尺度，進而拓展了宇宙的年歲，程度之大不亞於第一場革命──亦即哥白尼革命對宇宙空間規模的大幅拓展。在過往的時代，西方世界多數人理所當然以為：世界縱使不是精確始於「主前四〇〇四年」，也是在差不多的時間點──不過幾千年前而已。經過這場革命，人們也普遍接受地球的存在時間至少能回溯到數百萬、數千萬年前，甚至是數億、數十億年前。地質學家如今一再拿難以思量其久遠的「深時間」（deep time）跨度作文章，此舉實無異於那些處理著宇宙「深太空」（deep space，以及宇宙）的天文學家、宇宙學家同行，那是根本無法理解的無垠（以及時間之無極）。

這事如今已人盡皆知，遠超過科學界的同溫層。但過度強調時間跨度的擴大，反而會模糊這場大革命的其他兩個特色，而這兩個特色若加起來，重要性可是有過之而無不及。第一個是全人類地位的劇烈變化。傳統圖像中的「年輕地球」，幾乎就等於人類的地球。除了一小段開場或序幕──把道具擺上舞台，如此這般──這部戲從頭到尾，從亞當到將來世界末日時的天啟，都是由人類擔綱演出。相形之下，起先由早期地質學家發現、重建的「古老地球」，則泰半是部無人類的劇碼，因為演的幾乎都是人類出現以前的事：我們這個物種顯然很晚才出現在世界舞台上。準此，這段晚近發現的深時間，也就跟無垠的深太空一樣，大部分都沒有任何人類出現。

至此，相對短促的人類時代與遠長於此的「前人類」時代之間的分野，便點出了這場人類自然觀點大變革中的第二項、也是更為劇烈的影響。無人類時代之後才是人類時代，這簡單的順序本身便足以從頭賦予我們的地球某種歷史性（historical）的特質；而前人類的深時間之久遠，甚至是深時間本身，到頭來也以自己的方式補足了一段不輸人類的精彩歷史。簡言之，原來大自然自有其歷史。

因此，本書要簡短談一段故事，但故事主軸並非「深時間」的發現，而是重新建構出的地球深歷史，以及人類在其中的位置。這第四種大變革的故事經常遭人忽略，尤其未見於以普羅大眾取向的書籍和電視節目。明顯的原因有二。其一是，人們覺得達爾文演化論的故事比較引人入勝，而地球的深歷史已經縮水到跟演化論的序幕相去無幾的地步。若想對任何生物的多樣性，尤其是我們自己這個物種的起源有任何令人滿意的解釋，確實有必要先認識地球的深歷史。不過，本書要提綱挈領的這段故事，卻有它自己的發展歷程，獨立於達爾文、乃至於其餘任何演化論，因為這段故事要講地球萬物的歷史：不僅是植物與動物，還有岩石跟礦物、崇山峻嶺、火山與地震，以及各大洲、大洋與大氣。地球有其歷史，而這段歷史有可能透過可靠、甚至經常能以鉅細靡遺的方式重建之──體認到這點，就等於人類思維來了一場重大革命。這段歷史值得用獨有的方式，不為了別的，只為了它自己而講。

這段故事之所以埋沒的第二個原因，在於它已經萎縮成科學對抗宗教的凱旋行進中的區區一個事件了。先前提到那個惡名昭彰的「西元前四〇〇四年」，已經廣為人引為教會抵抗啟蒙理性進步時典型的壓迫、愚民之舉。但是，我們對於類似像「科學與宗教」、「教會與理性」（英語中通常為單數，字首還要大寫）這種標籤的用法，應該有所保留。真實的歷史絕不會如此抽象，或是如此非黑即白。其實，歷史學家已經仔細研究過這個故事中任何一個篇章，老早拋下了「科學與宗教間衝突不斷」的刻板印象了。刻板印象當然能為現代的無神論基要主義者（atheistic fundamentalists）提供煽情的修辭，但這卻會帶來粗製濫造的歷史故事。在本書中，我反而會試圖以更有趣、更有價值的方式，而不受那種老套刻板印象的限制來呈現，逐漸浮現的「地球深歷史」感受何以與早先短促版的歷史觀念有關。若干現代的宗教基要主義者（religious fundamentalists）讓「年輕地球」概念出人意料再度流行，而這種概念在世界上特定地區具有的政治力量更是讓人驚訝，但我們不該因此分心而忘了追尋故事的主線。我會在書本最後簡短處理當代創造論者（creationists）的說法，希望能透過這種方式讓人了解那只是奇怪的雜耍，而非故事的高潮。

事實上，我主張徹底顛覆「科學與宗教間衝突不斷」這種不可信的刻板印象，至少在地球深歷史一事上必須如此。一旦我們了解這場人類思維大革命的核心，即在於體認到大自然向來自有其歷史，那麼，區區的時間跨度擴大也就成了次要的議題。去了解這種「大自然有史可稽」或「歷史性」（historicity）的新感受從何而來，可是比跨度的擴大重要得多。無怪乎這種新領悟的源頭奠基於當代對人類歷史的認知上，因為人們以仔細且有意的方式，將這種對人類的認知套用到自然界上。是人類的歷史成了回溯自然史時的樣板，而非物理學或天文學。比方說，帝國的興亡就連事後看來也完全無法預測，不像行星的運動可以逆料。咸認人類的歷史具有深刻的偶發性：情況在每一刻都有可能徹底改變（光是這一點，就能讓人們對過去提出與事實相反──也就是「如果這般」的問題，而且常常饒富趣味）。人們將這種歷史感從文化領域轉移到自然領域，對自然──尤其是對這個地球──也因此產生嶄新的認知，與文化具備類似的歷史性。假如這種轉移似乎出人意料，那或許是因為你得先同意「研究自然的科學」向來是受到「研究人類歷史的科學」豐富而決定性的澆灌的，不僅如此，還直接跨過了所謂「科學」與「人文學科」（humanities）這兩種文化之間的鴻溝。英語世界以外的人就不會體會到這種困擾，因為他們很有見地，把這些所有學科知識都稱為「科學」，取代我們英語人士講單數的「科學」、卻只指稱其中一部分的古怪作法。

從相關幾個世紀（大致是從十七世紀至十九世紀）的西方文化性格來看，這種以歷史方式看待自然的新觀點，有個毫不令人意外的重要源頭──甚至可說是唯一重要的源頭，亦即深植於猶太─基督信仰經典中的強烈歷史感，這個強勢敘事是這樣的：從經典中最初的創世紀猛然出發，經歷關鍵的道成肉身（Incarnation），最終走向上帝之城（City of God）。這些作為文化奠基的文本，對於地球深歷史的發現來說根本稱不上阻礙，反而帶來正向的促成。借用生物學的隱喻，這些文本讓讀者預先適應（pre-adapted），覺得從類似的歷史角度思考自然世界既簡單又合於人情，而這樣的自然世界則構成人類行動的環境，以及（如信徒所宣稱的）神聖行事（divine initiative）的背景。當然，我對於這些文本體現的宗教觀點是否有憑有據，抱持中性的看法──既不是要去證明這些宗教信仰，也不等於反對它們。我之所以建立起這種關聯，目的在於歷史，而非護教。

地球深歷史的探索有這麼重要嗎？達爾文兩百歲誕辰時，他的演化論自然眾所矚目，地球深歷史的探索相形之下則低調得多。但探索深歷史本身就是個迷人的故事，也值得讓更多的人知道。除了故事本身有趣之外，我也相信它確實很重要──我們的世界充滿各式各樣的跡象，而且相當出人預料，地球深歷史的探索正好能揭露其中一二。過去以研究自然世界為業或職志的人──也就是後人所說的科學家──泰半認為研究愈深，就愈能加以預測。他們志在揭示自然界的「法則」──法則的意思就是昨天如此，今天如此，永遠如此。愈是了解自然法則，人類的個體與社會愈是能有效控制或改變自然界，使之為人類的目標與意向效力。物理學與天文學等科學因此被他們當成典範。愈是量化自然的內在法則、賦予其數學的表述方式，像日食發生時間等，也就愈能精準預測。

但本書將概述的這些發現卻與此大相逕庭，顯示出地球深歷史（及其未來也因此）無法化約成任何一種如此簡單、可預測的形式。地球並非根據特定的初始條件與不變的自然法則、使其過去與未來走向完全確定的方式在發展。當然，地貌的組成理應根據不變的法則在發展：例如波浪拍擊、侵蝕岸邊峭壁的力量，無論是在久遠的過去或是今天，其遵循的物理法則理當一模一樣。但這塊大陸與這面海洋過往的歷史與可能的未來，就不能簡化成任何這一類非歷史性的法則，整個地球的過去與未來更不用說。所有這樣的歷史，都得憑藉何者確實發生的既存證據來加以重建──就像住在陸地、飄洋過海做生意的人們，他們過去的歷史必須從流傳下來的文獻與其發展過程中的人工製品來加以重建。也就是說，地球的深歷史無法憑藉「由上而下」應用自然法則的方式重建，只能以「由下而上」拼湊歷史證據而為之。結果，地球的深歷史因此與人類的歷史共同具備紊亂、無法預測的偶發性，而非類似月球與太陽系行星的運動一樣有極為精準的可預測性。無法預測的偶然可是至關重要──對我們人類在這個行星家園不久後的未來所扮演的角色而起的爭議更是如此，這應該不用多加強調了吧。

在人類歷史發展中，地質科學是頭幾個發展出「自然本身有其歷史」這種新認知的科學，但它不是最後一個，也不是唯一一個。地質學家意識到，如果不解開阿爾卑斯山脈漫長而糾結的歷史，便無法了解這些山頭如今的樣貌；後來的生物學家亦然，他們（以達爾文為代表，而他正是以地質學家的身分展開自己的生涯）指出動植物如今的型態與習性同樣體現其演化歷程，不考慮這些歷程，就無以全面了解之。甚至連研究對象規模最大的科學最終也採納了同一種歷史性：今天的宇宙學家一再重建恆星與銀河系的歷史，甚至是全宇宙自假設性的大霹靂（Big Bang）以降的歷史，而且其所用的方法也與最早由地質學家發展、用於探究地球深歷史的作法極為相似。因此，我在本書中濃縮的這個故事，其重要性確實遠超過作為書中主題的特定科學。

最後，我必須強調：本書所根據的不只是我自己的歷史研究，還有其他各國眾多史家的研究，多數是在近幾十年間以各種語言發表的。所有類似的歷史研究都應該如此。這一點尤其需要強調，因為科普書籍作者、電視科學節目製作人，以及對其本身學科歷史下斷言的科學家們（他們尤其嚴重）經常在無意間忽略，或是沒有充分運用科學史家近年來努力的一切研究──只有少數值得敬佩的例外。他們似乎全傾向待在舒適區，重複利用關於過去的迷思──而這些迷思經常帶有讓人食不下嚥的沙文（性別歧視）口味，老愛挑選或這或那的「某某之父」。

雖然信實的歷史研究汗牛充棟，但寫作這本小書必須大幅刪去細節、凝聚焦點，才能突顯我所認為的故事主軸。我會把敘述的重點，聚焦於後來自稱科學家的那群人所提出的論點與採取的行動，而非於盛行於各個廣大社會群體中、甚至瀰漫整個社會的看法。至於這些科學家宣稱發現的事物所帶有的廣泛文化意涵，我只會稍微著墨。今天，我們這顆行星的深歷史已構成世界各地地球科學家的研究基礎。其中大多數的基本概念，最早是在歐洲、而非其他地方發展出來的，而這一點屬於人類歷史的範圍。因此，雖然世界上其他地方在二十一世紀的科學研究中扮演愈來愈重要的角色，但我筆下的故事仍得泰半聚焦在歐洲文化圈。（雖然這段故事也是以男性的活動為主，但這是反映過去的歷史現實；從過去數十年來更細部的歷史來看，性別差異已經變得愈來愈無足輕重，至少地質學是如此。）

我希望本書不僅有助於更多人認識一場人類思維的重大革命，而且還要吹走過時的思想蜘蛛絲──尤其是「『科學』與『宗教』間衝突不斷」這種無所不在的迷思。從各個角度來看，這兩頭怪獸就跟「聖喬治」（St. George）與「惡龍」這類傳統的善惡象徵一樣，都是神話。

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【第十章（節錄）】
相較於第一次世界大戰，二戰把更多的科學研究導向軍事目標。長期來看，這有利於地球科學，美國地球物理學家轉而對付海軍難題，例如找出敵軍的潛水艇，而這需要對海洋有更深入的認識。但二戰的熱戰一結束，冷戰便無縫接軌展開，上述的海洋新知識泰半必須保密，方興未艾的海洋科學一開始是碰不著這些成果的。此時，不列顛國力雖然因為戰爭而大幅衰落，但該國的非軍事研究卻找到新方向，創造出重建地球歷史的新方法──這個新方法就跟放射性定年一樣，都是物理學研究幾近無意間帶來的產物。劍橋地球物理學家愛德華．巴拉德（Edward Bullard，暱稱「泰迪」［Teddy］）猜想，地球磁場或許跟地底深處假設性的對流有關。若果真如此，或許火成岩保有的磁性變化，就是磁場隨時間產生變化的記錄。當火山熔岩等滾燙岩漿冷卻形成火成岩時，有些結晶的礦物（尤其是磁鐵礦［magnetite］）將會跟周圍磁場產生同步。一時一地的地球磁場將因此凍結出這種「古磁性」（palaeo-magnetism）。新開發的敏銳儀器能偵測這種微弱的「化石」痕跡，進而指出特定岩石形成時所在的大致緯度（地球南北磁極雖然不斷改變位置，但跟地理南北極仍然相當接近，學者們假設這種現象在過去同樣存在）。一九五四年，巴拉德在劍橋的一些同事，發表了他們測量不列顛不同地質年代（從前寒武紀至今）的岩石古磁性所得出的古緯度結果。結果顯示，構成今天不列顛的那一小塊地殼，其緯度在過去數百萬年有逐步但極端的變化，證實了與氣候變化相關的地質證據早已暗示的可能結果。

這種緯度的變化，原本是可以用「極移」（polar wandering）來解釋──若是極移，行星自轉軸跟地球表面所有大陸與大洋的相對位置就會改變，但各大路與各大洋之間的的相對位置是不需要有任何改變的。但劍橋地球物理學家泰德．厄文（Ted Irving，後來搬到澳洲）繪製出其他大陸類似岩層層序的古緯度（包括那些屬於岡瓦那大陸的大陸）。從結果看來，磁極位置隨著時間回溯漸漸岔開，但這反過來暗示了大陸必然是隨地球歷史演變而在地表上遠離彼此。這又是另一個強力證據，可以支持英語世界地球科學家此時所說的「大陸漂移」（continental drift，雖然這個詞的弦外之音會讓人誤會）確有其事。由於這些證據以物理學為根據，而且是得自精密儀器的量化結果，自然比自韋格納以來的地質學家所一再訴諸的古代氣候質化證據，更能打動地球物理學家。等到巴拉德和他的劍橋同事們把最新的海洋學大陸棚調查，跟早期電腦的計算能力相結合之後，大陸漂移說更得到強化。除了地球物理學家同行中最堅定的懷疑論者之外，他們說服所有人相信非洲與南美洲之間的「吻合」──一樣是自韋格納以降活動論者所主張的首要證據──實在太過剛好，不能當成巧合。這項成果與其他新研究終於讓地球科學家的意見轉變，開始倒向活動論（連美國學者亦然）。至於蘇聯學者（幾乎跟美國學者一樣敵視活動論）也因為差不多的原因，開始認為活動論比較可信。

【圖10.6】愛德華．巴拉德、吉姆．埃弗瑞特（Jim Everett）與艾倫．史密斯（Alan Smith），在一九六五年發表對大西洋沿岸各大陸歷史的活動論詮釋。根據是項詮釋，這些如今與大西洋鄰接的大陸是可以緊密吻合的。他們在劍橋大學的同事──物理學家哈洛德．傑弗瑞斯強烈批評所有這一類的理論建構，否認各大陸之間有活動論者所宣稱的吻合情況。這是首度有人用地表球體幾何的精確報告，以及大陸邊緣水下地形的最新海洋地理資料，透過電腦來驗證活動論的主張。各大陸在今日大陸棚斜坡的五百公尺等深線上最為吻合：圖上不規則的黑帶（原圖為彩色），指的是有小缺口或是小規模重疊的區域；後者可以解釋為大陸下方的「地殼板塊」開始分離時發生沉積的結果（例如尼日河三角洲）。圖上的伊比利半島（西班牙與葡萄牙）彷彿是將今日方位旋轉後的樣子，但這是得到獨立的地質證據支持的；中美洲與加勒比海仍然是無法確認的區域。這張圖畫有大陸今日的海岸線，以及現今經緯度的網格，做為參照。

「大陸漂移」在一九六〇年代為人所接受（只有少數死硬派不從），成為地球長期歷史中真實存在的主要現象。究其根本，還是因為多數地球科學家在這幾年間漸漸相信能夠解釋漂移的物理原因已經找到了。透過美國海洋學家與地球物理學家和美國海軍之間在戰後的協議，霍姆斯關於地球內部深處熱對流的理論吸收了大量有關海洋的新情報，因而得到改造與改進（但通常霍姆斯的貢獻沒得到適當的承認）。冷戰在無意間帶來許多成果，例如巨大的「中洋脊」（mid-ocean ridges）與深海海床上隆起的海底火山被詳細測繪，尤其是整個大西洋底下的中洋脊（在幾個地方高過海面，例如冰島、亞速群島［Azores］與阿森松島［Ascension］等火山島）。研究人員在每一條洋脊的頂端發現長長的「裂谷」，堪比陸地上可見的東非裂谷；他們認為新的岩漿就是沿著這條線擠出來，有如火山熔岩。學者過去早已針對層層堆疊的火山熔岩進行古磁性研究，揭露出非常驚人的事實──以地質學的標準來看，地球磁場必定隨著時間經常反轉其極性（「北極」變成「南極」，「南極」變成「北極」）。這帶來一種堪比地層學的新相對定年法，可以記錄地球較晚近的歷史；一旦將這種特殊的極性反轉順序，與針對同一批岩層所做的放射性定年相結合，甚至還能求出大致的年份。

一旦詳細繪製出地圖，便會顯示出中洋脊兩側的海床有對稱的磁性地帶，呈現一模一樣的極性反轉順序。這項發現可說是關鍵性的突破。劍橋地球物理學家弗雷德．范恩（Fred Vine）與德羅蒙．馬修（Drummond Matthews）把這種現象詮釋為中洋脊處不斷有新熔岩擠出，成為構成新海床原料的證據，進而證明熱對流沿著中洋脊帶上浮，慢慢將上方的岩石往兩個方向扯開。一旦在地質時間上發展下去，這個過程就有可能（比方說）將非洲與歐洲跟南北美洲拉開，開闢出位於兩造之間的大西洋。學者後來把這種構想跟對海溝與島弧的詮釋（發展自韋寧．梅內茨等人先前的主張）相結合，就成了與中洋脊相對應的地帶，海床下的岩層就沿著這條線「隱沒」（subducted）──也就是被熱對流拉下去，回到地底深處。這確確實實是個循環、狀態潛在穩定的體系，已故的萊爾肯定會引以為樂。

【圖10.7】不列顛哥倫比亞、華盛頓州與奧勒岡州東太平洋外海局部地圖（一九六一年發表），顯示出海洋研究船上的儀器所繪製的海床條狀區，有磁極正（黑）負（白）異常翻轉的現象。後人把這種「斑馬紋」解釋為地球磁場一再反轉的歷史紀錄：液體熔岩持續入侵海床，磁場也就在岩石中「變成化石」保存下來；這些條狀區也就成了彷彿岩層堆疊序列的歷史紀錄。條狀區在胡安．德富卡洋脊（Juan de Fuca Ridge，地圖中間的寬黑帶，由兩個箭頭相對指著）兩側呈對稱模式：也就是說，新的岩漿在該區域是沿著這條線不斷入侵，形成新海床。一九六〇年代時，人們把這種磁場異常的詮釋，視為地球物理學家的「板塊構造學說」證據；地質學家早已從地球長期歷史中找到強力證據，證明大陸的緩慢橫向位移，而板塊構造論則為此提供令人滿意的因果解釋。

上述所有研究成果，與海洋學水下探勘的「田野調查」，以及高度理論性的地球物理學相結合，就成了改良版的霍姆斯大陸位移因果解釋。如今人們認為在「漂浮」的東西（此時還用「漂浮」這個詞，真是不恰當已極），已經不再是所謂的大陸，而是更大的「板塊」（tectonic plates）──也就是組成地殼的若干部分，它們的背上（打個比方）不見得有揹著大陸。例如，其中一塊在中大西洋洋脊不斷增長的板塊會往西延伸，橫跨整個南大西洋與南美洲；而在南美洲西緣，該板塊因為騎在東太平洋下方一塊相鄰的板塊上，因而堆積起來形成安第斯山脈，而壓在下方的板塊則沿同一線隱沒。到了一九六〇年代後半，已經有足夠的地球物理證據，能證明下面這張地圖［按：指圖10.8］所繪的全球各板塊存在（至少暫時如此），還能推測出目前新舊海床沿板塊界線形成、隱沒的速率。這個新版的霍姆斯理論以「板塊構造學說」（plate tectonics）之名為人所知。人們認為板塊構造學說超越了（或者是取代了）過去的大陸位移概念，但兩者之間的延續性，其實遠比大力鼓吹新理論的人通常願意承認的來得更大。板塊構造學說的主要創造者是地球物理學家與海洋學家，他們經常公開對地質學家與生物學家沒那麼量化、主要以陸地為主的研究嗤之以鼻。但大陸位移最重要的歷史真實性證據，卻是地質學家與生物學家所提供的。不過，板塊構造學說也反過來為大陸位移底下的因果過程提供更全面、更讓人滿意的說明──缺乏這些說明，正是各種活動論長期受到抵制的主要原因。

【圖10.8】薩維爾．勒．皮雄（Xavier Le Pichon）和同事們在一九七三年發表的世界地圖（以麥卡托投影法繪製）。皮雄在一九六八年提出六大地殼板塊，以解釋當時已知的證據，後來又確定了若干較小板塊的範圍。這張地圖就畫出了這六大板塊與小板塊（陰影區）。圖上標出板塊據信被扯開的「伸張」（extensional）帶，以及相互撞擊的隱沒或「消減」（consuming）帶；隱沒帶上方與周遭有相當密集的地震紀錄（震央以小點表示）。某些地方甚至有可能估計出板塊目前的相對移動速率（以箭頭的長度表示）。這張地圖也顯示了板塊構造理論如何超越大陸位移或「漂移」說，把關注的焦點從大陸本身，轉移到大小更大、背上不一定揹著大陸的板塊上。

板塊構造論是許多科學家的集體研究所建構的成果（學者的人數之多，但在這裡只是概要闡述，實在不足以盡數羅列之）。其中最重要的要屬美國科學家，但無論是哪一種活動論，他們都得克服嚴峻的懷疑論障礙。一九六〇年，普林斯頓大學的哈利．海斯（Harry Hess，構造論故事中最重要的人物之一）提出了暫時性的板塊構造模型，在隨後數年為許多人帶來啟發。但當時的他居然覺得必須（或者是審慎）稱之為「地質創作」（geopoetry），就好像擋箭牌，免得被人當成不能接受的某種空想理論建構。他拿韋格納比較不完善的理論作為對比，卻有意無意忽略霍姆斯、杜圖瓦與其他所有科學家費盡心思，在中間這幾十年對韋格納理論作的改進。隨著一九六〇年代，美國的地球科學家對活動論的態度表現出驚人的集體大轉彎，迅速變成板塊構造論最熱情的一些擁護者。他們嚴詞抨擊少數堅守固定論的人，砲火甚至跟他們和他們的前人批評早期活動論者時一樣猛烈。世人高呼板塊構造論是場重大的「科學革命」──湯瑪斯．孔恩（Thomas Kuhn）先前寫的《科學革命的結構》（Structure of Scientific Revolutions，一九六二年）廣受科學家、歷史學家與科學哲學家作為談資──彷彿活動論的可能性才剛剛開始受到討論，剎那間徹底改變了地球科學一樣。這讓歐洲地質學家（許多人向來都傾向於某種型態的活動論）多少有點摸不著頭緒。（身為一位沒有直接涉足其中的地球科學家，我在一九六〇年代旁觀這一切。）

【圖10.9】中生代早期（三疊紀）的全球地理分布，其時間早於單一超大陸──泛大陸分裂之前。艾倫．史密斯與喬．布里登（Joe Briden）曾經為地球史的連續時期編製了一系列地圖，融入當時板塊構造論的最新研究。英格蘭地質學家安東尼．哈蘭姆（Anthony Hallam）便以兩人的地圖為基礎，製作這張重建圖，於一九七三年發表；但這張地圖整體的樣貌，卻跟韋格納以前的重建圖相去不遠（按照慣例，各大洲如今的海岸線都有在圖上畫出來，方便對照）。在十九世紀晚期的重建圖上，多年來稱為「加里東」與「海西寧」的古老山脈或「褶皺帶」橫亙於今日的大西洋兩岸。但這些褶皺帶在哈蘭姆這張地圖上的位置，確實比以前的地圖可靠得多。一般認為，名叫「特提斯」（Tethys）的古代海洋已經在後來的地球歷史中，隨著非洲（含阿拉伯）和印度兩者往北移動、跟亞洲相撞而漸漸消失。地圖上的點狀陰影區域，是後來（新生代時）受到造山運動影響的地方，這些區域在三疊紀的樣貌也因此難以確定。到了一九七〇年代，人們開始從南極洲的地質探索過程中帶回更好的證據，得以將這塊廣闊的大陸納入類似的重建圖中。

研究岡瓦那大陸的地球科學家覺得自己終於含冤昭雪，或許對這一切勝利歡呼同時也感到憤恨不平吧。而各地的地質學家與古生物學家（至少是年輕世代當中），都有明顯鬆了口氣的感覺。他們覺得自己終於得以把全球地質的大規模可變性，納入他們對地球歷史的重建，而且不用被地球物理學家抨擊，說什麼「物理上不可能」云云。接下來的整個二十世紀，重建地球古代地理成為例行公事；研究人員紛紛回報世界各地不同地點，甚至是地質年代各異的岩層古磁性所指出的古代緯度。人們發現，古代緯度不只能從古熔岩流等火成岩中求出，若干沉積岩也行：磁鐵礦顆粒隨著普通的沙粒（石英）停留海床上，它們會像微型羅盤一樣，順著一時一地的地球磁場自己排好。測量岩石的古代緯度，幾乎就跟找出它們的放射性定年一樣簡單。古經度則是比較難解決的問題，這一點與韋格納的時代無異；但憑藉其他得自陸地與海洋地質學的證據，仍然有可能為不同的地質時代建立愈來愈可信的全球地圖。而這些成果則進一步讓我們了解生物化石的分布（陸生與海生皆然），了解古代植物與動物群「區」（provinces，動植物地理分布單位），一如了解現存動植物的分布。古代氣候重建也愈來愈可靠──尤其是因為研究人員發現，古代海洋的溫度經常可以從貝殼化石含有的氧同位素推測得知。

這一切研究帶來的影響，進一步讓人們深深感到地球歷史始終保持高度的偶然性，即便憑藉後見之利也完全無法逆料。各個大陸顯然一度匯集、合併，構成岡瓦那大陸等超大陸，甚至曾經是個單一、巨型的「盤古大陸」（Pangaea，「所有土地」之意），接著再度分裂開來。類似大西洋的新海洋展開、閉合，接著又在不同位置展開，某個舊大陸的殘餘部分也會因此附著在另一個大陸上（比方說，有證據顯示不列顛的西北緣在地質上原屬以前的北美大陸）。至於古代海洋──例如非洲與歐亞大陸之間稱作「特提斯」（Tethys）的巨大海道，後來也完全閉合，只剩下地中海這個小小的殘餘。當板塊彼此碰撞，阿爾卑斯山、安第斯山與喜馬拉雅山等一系列大型山脈也隨之抬升；舊的山脈則遭到長期且持續的侵蝕，沖刷成丘陵狀的殘基，例如蘇格蘭高地與阿帕拉契山脈。到了二十世紀晚期，科學家比以往更有理由把地球當成高度動態的系統，其歷史不僅長度長得難以想像，內容更是多采多姿、教人讚嘆。下一章──也就是這段故事的最後一個篇章──同樣發生在二十世紀期間。我將深究這種動態而豐富的全球歷史，是如何整合進更寬廣的畫面裡，而世人又是如何逐漸把畫面中的地球當成宇宙背景中的一顆行星。

導讀一“You should”／洪廣冀
導讀二 大尺度與多樣性：看歷史與科學的另類方式／黃相輔
引言
第一章：讓歷史成為一門科學
編年的科學
為世界歷史定年
世界歷史分期
以挪亞洪水為信史
有限的宇宙
永恆論的威脅

第二章：自然有其古文物
歷史學家與古文物家
自然的古文物
化石新觀念
歷史新觀念
化石與大洪水
勾勒地球史

第三章：草繪整體觀
新科學文體
「神聖」的理論？
緩慢冷卻的地球？
循環的世界機械？
古今兩世界？

第四章：擴大時間與歷史
化石：大自然的錢幣
地層：自然的檔案庫
火山：自然的古跡
自然史與自然的歷史
猜測地球的時間跨度

第五章：撐破時間的極限
滅絕，確有其事
地球的上一場革命
現在：通往過去的鑰匙
漂礫作見證
聖經大洪水與地質學洪水

第六章：亞當之前的世界
在地球的上一場革命之前
奇特爬蟲類的時代
新「地層學」
勾勒地球的長期歷史
漸冷的地球

第七章：力排眾議
地質學與《創世紀》
令人坐立不安的外人
「災難」對「均衡」
大「冰河期」

第八章：自然歷史中的人類歷史
馴服冰河期
與猛瑪象同行的人
進化問題
人類演化

第九章：多采多姿的深歷史
邊緣化的「地質學與創世紀」
恰如其分的地球史
地質學走向全球
走向生命起源
地球歷史跨度

第十章：全球規模的各種地球史
地球歷史定年
大陸與大洋
大陸「漂移」爭議
新全球構造

第十一章：眾多行星之一
地質年代學的再推進
災變捲土重來
揭開最久遠的過去
宇宙脈絡中的地球

第十二章：結語
地球深歷史回顧
過去的自然事件及其成因
對深歷史的認識有多可靠？
「地質學與《創世紀》」再評估

附錄：不自量力的創造論者

導讀一 “You should”（節錄）

洪廣冀
國立臺灣大學地理環境資源學系

我已經記不得確實的時間了，但那應該是二○○七年左右。當時的我為哈佛大學科學史系的博士班研究生，一心一意想處理與臺灣或東亞科學史相關的題目。某天下午，系上舉辦演講，講者便是各位手中這本書的作者：馬丁・魯維克。在介紹講者時，主持人強調，魯維克教授曾是著名的地質學者，後來轉行當地質學史家，同樣做得有有聲有色；此跨領域且悠遊在自然科學與人文學的經驗，值得各位參考與倣傚云云。演講後，系上老師與同學聚在一起討論；我的指導老師、生物學史家珍妮特・布朗（Janet Browne）叫住我，問我是否熟悉魯維克教授的研究。我說我不太清楚；老師的臉色有些凝重，說道：“You should.”

這句 “You should” 一直迴盪在我心裡。作為學生，我從善如流，盡可能熟悉這位魯維克教授的著作，其中便包括《地球深歷史》。從科學史的角度，魯維克教授的貢獻至少有三：首先，由於其在地質學上的造詣，當科學史界開始宣稱要打開科學的黑箱、釐清社會條件與科學知識生產的因果關係時，魯維克教授是少數能觸及此理想狀態的研究者。再者，在論及近代生物學史時，研究者自然而然地將達爾文帶出的演化論風潮視為分水嶺；然而，就魯維克教授而言，至少在地質學史中，主要突破卻發生在一八○○年左右；在那個時期，人們終於體會到，就如同地球不是宇宙中不變的中心一般，歷史不再為人類所獨佔；人類史不過是地球歷史中極短暫的一段，甚至是微不足道的一段。第三，當科學史家不再把一八○○年代的地質學視為達爾文革命的先聲，也不再把當時的思想與爭論當成恭迎達爾文出場的墊腳石，魯維克教授認為，科學史家就可多少擺脫不時為祟在科學史寫作中「勝者為王」的「輝格史觀」。

然而，即便現在的我可以琅琅上口魯維克教授在科學史上的貢獻，我必須說，除了「指導老師交代」外，當時的我看不出什麼「你應該閱讀魯維克」的理由。我不是地質學出身，也不打算研究地質學史；事實上，我必須承認，在唸高中時，地球科學一直是讓我感到棘手的科目。相較於我感興趣的生物學，地球科學涉及的時空尺度過於龐大，超乎我可以想像的地步。再者，如黃相輔博士在另篇導論中指出的，魯維克教授為虔誠的基督徒，而他一系列地質學史著作的基調便是要化解宗教與科學的對立。但問題是，我非基督徒，且在我的成長經驗中，我從未體會到該對立，自然也無透過魯維克的著作來化解該衝突的必要。所以，除了幫助我一窺科學史的堂奧、進而取得該學科的入場券外，為何我需要知道魯維克教授的著作？

我的問題應該也是各位讀者的問題。在這個注意力只能維持三十秒的年代，為何你需要閱讀一本時間尺度達四十五億年的書？這需要一些理由。作為一個科學史研究者，我可以做的，就是盡可能地帶領讀者，回到魯維克這個人，以及他所處的時代。

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【導讀二】
【大標】導讀二 大尺度與多樣性：看歷史與科學的另類方式（節錄）
黃相輔（國立中央大學地球科學系、英國倫敦大學學院科學史博士）

許多人去過臺中的國立自然科學博物館，筆者也不例外。對一個把圖鑑裡所有恐龍名稱倒背如流的大男孩來說，科博館簡直是樂園天堂。其中，最具代表性的展場「生命科學廳」，即使我最近一次參觀已經是約二十年前了，鮮明的印象仍然恍如昨日。穿過眾妙之門後，地球生命三十幾億年的歷史在眼前一路展開，從生命的起源、演化、登上陸地，直到恐龍稱霸地球。這趟旅程在恐龍廳達到高潮——暴龍咆哮、腕龍垂著脖子從天而降，壯觀的化石骨架與活動模型足以讓孩子興奮不已。然而生命史的故事尚未終結，人類的遠祖悄然登場。露西凝視著遊客，遠處空中迴盪著披頭四的旋律。

這段地球與生命長河的史詩，是博物館常客或科普書籍書迷再熟悉不過的經典敘事。它之所以經典，不僅在於故事規模恢弘，也在於從科學的角度解答人類歷久不衰的大哉問：我們是誰？我們從何處來？我們在自然界中又處於什麼位置？它揭示了生命經過億萬年的演化，成為現今世上的芸芸眾生；而作為生命演化的地球舞臺，本身也歷經四十五億年的漫長歲月。

對今天的讀者而言，地球四十五億年的漫長歷史已是天經地義的「常識」。這個常識在科普敘事中，還常被用來彰顯人類理性克服宗教迷信的勝利。基督教認為神創造世間萬物，甚至有人曾精算出，從神創世到耶穌基督降生，地球僅有四千多年的歷史。這樣的宣稱在「民智已開」的當下，無疑荒唐可笑。正如哥白尼把地球從宇宙中心移走、達爾文將人類降格成受自然法則主宰的動物一般，對地球深歷史的認知，也成為科學進步的最佳例證。

然而，「大自然自有其漫長歷史」的道理，真的那麼顯而易見嗎？這個改變人類觀念的「革命」過程，真的如此水到渠成嗎？

英國科學史學者馬丁．魯維克的這本專書《地球深歷史》，就旨在回應上述問題。魯維克指出，人類對地球深歷史的認識，並不是那麼理所當然，而是歷經曲折複雜的路徑，才建構並確定今天的「常識」。在這個曲折的過程中，也沒有黑白分明的扁平臉譜，無論是科學家英雄還是阻礙知識進步的冥頑信徒。

【小標】人文與科學的交互影響

十七世紀的編年學者努力整合跨文化、不同語言的文獻（包括他們視為最重要的史料《聖經》）來為人類歷史定年，依據的不僅是人工的文物，也利用彗星、日食等天文現象的紀錄。自然界本身也充斥著「文物」，像是化石、貝殼、寶石與礦物。讀者如果有去過博物館，就不難想像這些「自然文物」和人工器物及圖書文獻一樣，都是收藏家眼中的珍品。著名的大英博物館，原先也兼藏上述自然文物，是到了現代才將這部分拆分出去成獨立展館，即今日的倫敦自然史博物館。

魯維克在本書呈現的另一個重要觀點，便是人文（歷史）學與自然科學的交互影響。他指出，歐洲近代早期的「鴻儒」（那時候還沒有「科學家」這種現代概念），挪用歷史學家的工具，尤其是編年學的觀念及方法，將研究對象從文化領域轉移到自然界，奠定此後探索地球歷史的基礎。既然人工文物能用來重建人類的歷史，沒理由說自然文物不能作為自然界歷史的佐證。山川湖海與寄寓其間的生物，不僅是人類歷史大戲固定不動的布景，還自有其劇烈變化。歐洲近代早期的博物學家（研究自然史的人）運用自然界的文物，反覆辯證地球歷史及聖經敘事的合理性，進而認識地球的過去比原本以為的更加漫長，甚至人類在其中很晚才登場。這個時間跨度從烏雪宣稱的幾千年之譜，逐漸展延至百萬年、千萬年，最後到今日公認「常識」的四十五億年。

以上這段曲折，作者於本書中多所鋪陳，在此亦不重複。我們可以從作者的敘述中了解，博物學的發展多麼受到人文學科及歷史學方法的啟發。博物學與探究造成自然現象之因素及法則的「自然哲學」，一齊構成西方近代科學的兩大部門。生物學、地質學等專門領域，即是從博物學的傳統出發而分化。在現代科學分科專精化之前，至少在那些「鴻儒」的時代，學科彼此的範疇並未嚴格區分，人文與自然科學的交疊相當普遍。

總之，《地球深歷史》不僅是講述人類如何認識地球漫長歷史的科普書，也是一部以多元視角探討地球科學學科領域發展的歷史。在這個曲折複雜的知識探索過程中，各種跨文化、跨學科的知識資源被整合，不同的知識群體也以各自的觀點與方法參與其中，交互辯證或影響。「歷史」的意義也隨之擴大。原本「歷史」專指人類過去活動的事蹟，特別是以文字紀錄為史料來源的信史。自從人們將編年的觀念挪用至自然界，探究地球與生命的發展歷程，大幅擴展了地球的時間跨度，並認知到自然界自有其歷史，人類僅僅在這齣戲劇的最後一幕才登場。對人類起源的追尋，又使「史前史」的概念與範疇應運而生。

這一套整合了地球（甚至宇宙）深歷史、生命演化、人類史前史與信史的宏觀敘事，是科學界與博物館習慣解讀世界的方式，現代的歷史學界反而少談。近年來，歷史學界亦有人稱之「大歷史」（Big History）並加以宣傳（注意不要和知名華裔學者黃仁宇的「大歷史觀」混淆。這裡所謂的「大歷史」由美國歷史學家大衛．克里斯欽（David Christian）提倡，克里斯欽並撰寫多部書籍闡釋此理念，臺灣亦有發行中文版。）。然而由本書可知，這種宏觀敘事其實不是什麼新鮮玩意，至少在十七世紀的編年學家試圖重建從創世至今的時間軸時，就踏出探索世界的一小步了。