地质学是研究地球历史和发展的科学。学术思想源远流长,可上溯到2000年以前。地质学已有200年历史,各种学术思想无不打上科学技术发展和地质思维时代局限的“印迹”。
认识地壳的某一方面发展规律通常要几年、几十年乃至几百年的时间。现在为人们接受的理论萌芽,往往在很久以前的地质文献中就出现过“闪光,只是当时科学技术条件限制,未能阐发或证明。当新的事实被发现,这些课题重新摆在人们面前的时候.领会它的全部含义并导致理论上的建树。在一定程度上取决于对地质科学历史的熟知还是无知;认识上是否有新的突破,在一定程度上取决于在前人的地质思维中寻找“蛛丝马迹。选择适当的突破口,接过前人的接力棒向新的理论高度冲刺,这是一个有成就的地质工作者必经的道路。
实践也表明,在同一地质事实面前由于思维(洞察力)上的差异,能使一些人有所发现、有所建树,当然也使一些人长期无所作为。因此,掌握地质思维的基本特征与方法是地质科研工作的重要环节。
那么,思考地质问题时应该遵循哪些思维规律和采用哪些思维方法将是本文所讨论的问题。
1 地质思维的基本特征
地质学的研究对象是各种地质作用的最终产物。作用本身的实际过程人类自己没有经历过,这就决定了地质思维的基本特征是逆向、定性分析是推论的关键,思维成果具有相对性。
1.1 在地质论证过程中思维的逆向性
在人类的科学研究活动中,总是在现有的物质基础上或在已知的概念中想象出不能被感知的具体形象,然后经过论证、实施将目的物的具体形象或新概念创造出来,这种思维走向称正向思维。然而,由于地质学的研究对象是各种地质作用的最终产物,作用本身的实际过程不能直接观察到,往往也无法重演。因此,地质学中的许多概念只能依据对地质作用产物的研究反演地质作用的过程和作用前的物质基础,然后经过实践和实验(包括模拟实验)的检验而建立和发展起来。这种思维走向称为逆向思维。
例如,在地质史料中人类对岩石的认识。最初由德国魏尔纳(A.G.Wemer,1787)提出水成说。然后,经过英国郝屯(J.Hutton,1795)的野外实践检验,发现花岗岩、斑岩、暗色岩以岩墙、岩枝的形式插入围岩,推测这些岩石是岩浆冷凝形成的,提出了火成论。火成论突破了岩石的单一成岩理论,实现了人类认识岩石的一次飞跃。认为岩石既有水成来源,也有火成来来源。最后,经过英国霍尔(J.Hail)的玄武岩熔化一冷凝的模拟实验(1798)和白垩(含生物质灰岩)在封闭系统中加热生成大理岩的模拟实验(1805),证实了岩石的岩浆来源和变质来源。确立了地壳上三大岩石类型的成岩理论,实现了人类认识岩石的又一次飞跃。
1.2 在逆向思维中定性分析是推论的关键
在整个逆向思维论证中,定性分析起着举足轻重的作用。同社会科学的侦破工作一样,现场取证(野外观察、初步判断),推论(分析与综合、归纳与演绎),再取证(野外取证、实验或模拟实验),再推论,直到最后定案(定性)。在证据面前排除多种可能性、多种假象、伪证,认定一种可能性,即定性分析工作。
前述人类对三大岩石类型的认识是经过判断、推理和野外实践或实验(包括模拟实验)的检验。结果表明:沉积岩是沉积作用的产物;岩浆岩是岩浆作用的产物;变质岩是变质作用的产物。
再如,大西洋两岸地质、古生物及海岸线的“拼合性”,在固定论和活动论激烈争论的日子里.是大陆漂移的结果?还是中间有个陆桥?这一定性工作从萌芽迄今已有几百年的历史。1620年,培根(F.Bagon)在世界新地图出现不久,便在《新工具)杂志上指出:“非洲西海岸与南美东海岸如此吻合,不大可能是偶然的巧合”。1628年.法国人普雷森(P.Francois)在一篇论文中认为新旧大陆是在诺亚洪水来临时期分开的”。1800年,洪堡德(V.Humboldt)说:“大西洋原来是一条河.诺亚方舟行驶其中”。在美国人丹纳(D.Dana 1873)提出固定论10年之后,斯尼德尔(A.Snider)编制了石炭纪古地理图。在说明书中指出:“煤形成时期大西洋两岸的植物化石群落如此雷同,并解释欧美两洲在成煤时期是连续的”。
1910年,德国人魏格纳(A.L.Wegener)从一幅世界地图上,偶然发现大西洋两岸的轮廓是对应吻合的。头脑中闪过大陆漂移的念头。1915年,出版了他的划时代的著作《海陆起源》,正式提出大陆漂移假说。魏氏的假说,当时并没有引起人们的注意,只是到了1922年《海陆起源>一书第三版再版时,才引起一场大辨论。固定论,特别是地球物理工作者认为硅铝层在硅镁层上漂移是不可能的。杰费里斯(1925)计算了硅铝层底部的粘度为流动的临界粘度的1万倍,将漂移动力解释为地球自转离极力。经过计算也没有那样大的力量,并认为大西洋两岸陆地生物借助陆桥进行交流。现在的大西洋是大陆下沉过程中的残留物。
非洲与南美洲是大陆裂开产生大西洋?还是陆桥说维持的非洲与南美洲的固定论?这一定性工作显然是问题争论的焦点,并且在动摇着传统地质学中的某些概念。
定量分析是定性分析的补充,地质学的定性分析与生物学、天文学有类似的思维方法。既要引用数学、物理学、化学等基础科学的原理,又不限于这些原理;既要有必要的数理推导,又不能单纯的依靠这些推导。只有巧妙地将数理化基础科学原理与实际地质情况结合起来,查明地质概念的质的规定性才能够得到接近真实的认识。
1.3 思维成果的真理性是相对的
在地质论证过程中,定性工作是对地质作用最终产物的研究反演地质作用的过程和作用前的物质基础,并能与现代正在进行的地质作用或能用模拟实验简单证明的地质作用对比,这是一类用理性地质思维能够解决的地质问题。但是地质过程如同一项系统工程.其过程十分复杂,有些课题的研究对象缺少古今对比的条件或缺少模拟实验的可能性.这类地质问题结论的真理性只能具有相对意义,是一类利用现有地质概念或假说难以解决的地质问题。第三类地质问题是现有的地质概念或假说不能解释实践中出现的矛盾,使研究者陷入不可自拔的“逻辑悖论”之中,而解决这一类地质问题唯一途径是跳出旧学说的束缚,并随着时间的推移,新学说的创立,地质上旧有的矛盾得到解决.开始一个崭新的论证周期。阿果奖金获得者格拉肖曾说过:“往往许多物理问题的解答并不在物理范围之内”。这对地质学也是适用的。
例如,从太陆漂移、海底扩张再到板块构造序列假说的出现,台槽说长期争论的一些问题在板块构造中找到了自己的位置。但是板块构造又向人们提出了新的问题。