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第6章 自然科学家的故事(6)

既然,岩石中的舌形石就是古代鲨鱼的牙齿,那么,同为固体,鲨鱼的牙齿是如何被包裹到岩石中去的呢?斯坦诺经研究发现,岩石里不仅有固体的牙齿,还有矿物、晶体、岩脉等固体。斯坦诺首先假定组成地层的岩石和岩石中的其他固体,都形成于水中。当水中的颗粒沉到水底,形成一层沉积物时,形态上是成水平延展的。如果最终地层固化为岩石,一个固体被另一个固体包裹了,一定是首先固化的那个固体的形状将影响、制约后形成的固体。也就是说,如果一个固体被其他固体包围了,那么它一定是先形成固体的。因此,舌形石决不是从石头中长出来的,而是先于岩石形成的。斯坦诺观察,在一系列地层中,盖在上面的地层的形状往往受到躺在下面的地层的影响,所以从时间上看,最年轻的岩石是最上面的一层,最古老的岩石是最下面的一层。火成岩要例外,因为它们不是从水中诞生的。就这样,斯坦诺从鲨鱼的牙齿入手,发现了地层层序律。

有时,地层的初始顺序会发生改变。斯坦诺认为,地下洞穴的坍塌,会使上面的岩层落到下面去,从而改变原来的次序;地下的力量也会将岩层向上顶,使相同高度上的地层发生改变。斯坦诺的见解有一定的道理。现在的地质学家承认,洞穴坍塌可以影响地层序列,但是他们认为,使地层顺序改变的主要因素,是倾斜、褶皱和断层的威力。一旦平整的地层受到这些因素的影响而改变,总会留下一些蛛丝马迹,让细心的人觉察。比如当岩层被断层切断时,会产生破碎,因此在断层线的位置出现碎石块。这个异常现象可以让人们研究岩层原本位于什么地方,从而修正地层顺序。

在仔细的研究之后,尼古拉斯·斯坦诺写了《关于固体自然包裹于另一固体问题的初步探讨》一书,这本书很快被翻译成英语,对世界影响很大。

有的人一生也许著作等身,但是当他去世后,很少有人再提起他和他的著作;与之相反,尼古拉斯·斯坦诺一生只写了一本书,却给他带来了“地层学之父”的名誉。

植物分类学的奠基人——林奈

林奈,瑞典植物学家、植物分类学的奠基人,首先构想出定义生物属种的原则,并创造出统一的生物命名系统。

林奈生于瑞典,父亲是一位乡村牧师,对园艺非常感兴趣。小时候,林奈受到父亲的影响,十分喜爱植物,他曾说:“这花园与母乳一起激发我对植物不可抑制的热爱。”林奈经常将所看到的不认识的植物拿来询问父亲,有时林奈问过后不能全部记住,而出现重复提问的现象,对此,父亲总是以“不答复问过的问题”来督促林奈加强记忆,使他的记忆力得到了良好的锻炼,他所认识的植物种类也越来越多。小学和中学时期,林奈的学业并不突出,只是对树木花草有异乎寻常的爱好。他把时间和精力大部分用于到野外去采集植物标本及阅读植物学著作上。

从20岁起,林奈先后进入龙得大学和乌普萨拉大学学习。在大学期间,林奈充分利用大学的图书馆和植物园,系统地学习了生物学及采制生物标本的知识和方法。1732年,林奈随一个探险队来到瑞典北部拉帕兰地区进行野外考察。在这块荒凉地带,他发现了100多种新植物,收集了不少宝贵的资料,调查结果发表在他的《拉帕兰植物志》中。

28岁起,林奈开始周游欧洲各国,并在欧洲各国结识了那里的一些著名的植物学家和得到了国内所没有的一些植物标本,并历时七年的心血结晶,发表《植物种志》一书。在这部著作中共收集了5938种植物,用他新创立的“双名命名法”对植物进行统一命名。

林奈在生物学中的最主要的成果是建立了人为分类体系和双名制命名法。《自然系统》一书是林奈人为分类体系的代表作。在林奈以前,由于没有一个统一的命名法则,各国学者都按自己的一套工作方法命名植物,致使植物学研究困难重重。其困难主要表现在三个方面:一是命名上出现的同物异名、异物同名的混乱现象;二是植物学名冗长;三是语言、文字上的隔阂。林奈依雄蕊和雌蕊的类型、大小、数量及相互排列等特征,将植物分为24纲、116目、1000多个属和10000多个种。纲、目、属、种的分类概念是林奈的首创。林奈用拉丁文定植物学名,统一了术语,促进了交流。他采用双名制命名法,即植物的常用名由两部分组成,前者为属名,要求用名词;后者为种名,要求用形容词。结合命名,林奈规定学名必须简化,以12个字为限,这就使资料清楚,便于整理,有利于交流。林奈的植物分类方法和双名制被各国生物学家所接受,植物王国的混乱局面也因此被他调理得井然有序。他的工作促进了植物学的发展,林奈被称为近代植物分类学的奠基人。

18世纪生物学的进步是和林奈紧紧相连的。瑞典政府为纪念林奈这位杰出的科学家,先后建立了林奈博物馆、林奈植物园等,并于1917年成立了瑞典林奈学会。

林奈能取得这些成就,是因为他对植物的特殊感情和好学精神,他创造的植物分类法和命名制在植物学史上具有划时代的意义。

地质学之父——威廉·史密斯

威廉·史密斯,英国著名的地质学家,世界上第一个按照沉积岩中所含动物和植物化石来决定地层顺序的人。

威廉·史密斯出生于一个小农场主家庭。很小的时候,父亲就去世了。他受到的教育很少,是由叔叔抚养长大的,他从小就喜欢四处游荡。史密斯长大以后,还是喜欢东游西逛,热衷于收集奇石颇。他的叔叔对这种做法并不满意,就引导他买些必要的书籍,学习有关几何学、测量学方面的知识,以便将来从事土地测量工作。

史密斯听从了叔叔的建议,开始自学各种与土地有关的课程,并试着描绘测量图,还给这些图分别涂上不同的颜色。渐渐地,他的测量技术越来越纯熟,不久被邻近地区的一个测量队聘为助手。在测量工作中,史密斯见识到了不同的土地和岩层。于是,他产生了一个制作地球地层构造模型的念头。从此,史密斯花费了将近一生的时间,来实现这个念头。1794年,史密斯已经行遍全国。这时,一个锻炼能力的机会摆在了他的面前——政府要在英格兰西南部开挖一条运河,聘用史密斯作为测量指导。

测量运河路线需要详细的岩石资料。史密斯仔细考察了当地的岩石,他观察到,在一套沉积岩中含有的化石,从岩层的底部到顶部具有特定的规律和次序,这种次序在其他岩层中也存在。确实如此,每一地层都含有特定的化石或化石组合,并可以以此来与其他地层相区分,这就是著名的“化石层序律”。由于生物的演化是不可逆的,一种生物绝灭后,就不会再次出现在地球上。而生物的种类繁多,因此考察岩层中的化石,根据生物演化的顺序,可以确定岩层的形成顺序,而各种各样的生物综合运用,可以精确地划分地层。在特定地区的沉积岩的地层所含有的化石,具有明确的次序,在另外的地区,也可以找到这样的次序,于是不同地区的地层就可以相互对比了。这一规律比“地层层序律”更实用、更精确。直到今天,化石层序律一直是野外地质考察的基本手段之一。

有一天,史密斯去拜访一位朋友里查德,这位朋友有一个收藏化石的小博物馆。史密斯走入博物馆,未经里查德先生同意,就把他精心分类的化石搞乱了,然后按照他的地层学的顺序重新加以分类排序。众人对史密斯的冒失惴惴不安,而主人里查德先生却完全相信史密斯的能力和他的地层理论。

还有一次,他去另一个朋友家用餐,聊起地层的数目时,史密斯断言,从地面附近的白垩岩开始,向下到达煤层为止,一共是23层岩石,而煤层之下的地质构造,目前尚无法确定。后来许多专家在各地勘测考证,发现煤层以上的地层确实是23层,不多也不少。这件事使人们对史密斯刮目相看。

不久,史密斯当选为一个农业协会的会员,从而有机会跻身正规专家之列,同其他对岩石感兴趣的学者交流思想。当年制作地球地层模型的梦想,终于有机会化为实际的行动了。他开始写一些文章和绘制英国各地的区域地质图。之后,他又在英国各地担任了一系列技术工作,在英格兰和威尔士,他完成了多次的旅程,目的仍是制作一张完整的英格兰及威尔士地质图。为了到一些遥远的岛上去实地考察,史密斯将自己仅有的一点家产全部卖掉了。资金还是有很大的缺口,他只好将辛辛苦苦收藏的地质标本卖掉。最后,史密斯身边只剩下了他的论文和地图。通过先期付款协议,在保障地图出版计划的400名捐助者的帮助下,地图终于正式印刷并出版发行。

这是英国第一张地质图,也是世界上的第一张地质图。不幸的是,刚开始时史密斯的地图被当时的科学界忽视了。他低微的出身和有限的教育成为他在科学界成功的障碍。人们要么读不懂那张地图所蕴涵的价值,要么怀疑地图本身信息的可靠性。直到史密斯的晚年,他对地质学的贡献才被世人充分地认识。

1831年,伦敦地质学会创立了沃尔斯顿奖章,奖励每年在地质学领域做出杰出贡献的人士。威廉·史密斯成为首位获得沃尔斯顿奖章的人。当时的地质学会会长这样评价史密斯:“当我们对现在自己的能力感到自豪时,如果我们已经逐渐忘却了源泉,我们的言语便会泄露底细。因为我们正在使用的语言,是他(史密斯)在科学还处在幼年时教给我们的。当我们联合在一起努力工作,将自然神殿的塔尖建起时,我们根据的图纸是他设计的,基石是他铺下的,坚固的墙壁是他竖起的,这一切都是他独自的努力完成的。”

史密斯不仅具有敏锐的观察力而且善于通过观察进行分析综合。他在发现不同的地层具有不同的化石之后,就跟踪探索几百英里去仔细观察地层的结构。他所发现的方法至今仍为地质学家所采用。目前英格兰的地质图与他当初绘制的只有细微的改动。他生前获得的荣誉至今不衰,被公认为是“地层学的奠基者”。史密斯用他敏锐的观察和不懈的追求,将地层中的文字翻译成人类能懂的语言。如此伟大的贡献,令后人尊称他为英国的“地质学之父”,而且很多人认为,他应该是全世界的“地质学之父”。

在常人眼中视为小玩意的化石,在这位英国地质学家那里,却成了精确划分地层的标尺。史密斯,这个没有名牌大学的毕业证书和头衔,靠自学成才的科学家,用实际行动演绎了自己的传奇。在史密斯的时代,地质测量人员有成千上万,却只有他一人制作出了地质图,实现了几十年的夙愿。今天看来,他完成的这张地质图,不仅是一份珍贵的文物,而且是一件永远鼓舞世人为理想上下求索的精神产品。

树立一个目标,并甘愿为这个目标付出长期的努力,这也许是寻常人和有成就者的区别吧。

勇于探险的库克

库克是英国著名的探险家、航海家和制图家,在人们的记忆中,库克船长是“水手中的水手”,是“澳大利亚之父”,他的地位丝毫不亚于发现美洲的哥伦布。

库克出生于英国约克郡的一个贫苦农民家庭。年幼时,他迫于生计,很早就辍学而奔走于社会,帮助父母养家糊口。他那时就显出他的聪明,因此他做学徒的工作没多久,父亲的雇主就和他父亲说,他愿意替小库克支付学费,让小库克去上学。这段时光是美好的。但在库克18岁那年,随着给他支付学费的人去世,他不得不离开学校,到后来对他影响甚大的约翰·沃克家里去做学徒。学徒的生活甚为辛苦,由于约翰·沃克早年曾经是水手,随船队到过世界上的许多地方,业余时间,或者他高兴的时候,他会给库克和另外一名他店里的学徒讲述一些他早年航海的经历。而这些富有传奇的经历,给库克这个年仅18岁的苦孩子带来了许多他从未有过的梦想。

在约翰·沃克家里待了一年后,库克决定做一名优秀的水手。当时,正好有一个机会,于是,他加入了皇家海军,离开了沃克家。

英法战争爆发时,库克作为一名强壮的水手应征到皇家海军服役。不久他被提升为大副,后升为船长。他授权指挥一艘舰船参加了圣·劳伦斯河上的战斗。战争结束之后,库克作为纵帆船“格伦维尔”号的船长,承担了纽芬兰、拉布拉多和新斯科舍沿岸的调查工作。在四年多的时间里,他取得了许多重要成果。

在当时,航海与天文学密切相关,欧洲天文学家对“金星凌日”现象的一些预测,激起了当时“海上霸主”英国对塔希提岛的兴趣。当时的英国上层社会认为,通过到塔希提岛对“金星凌日”现象的观测,英国的天文学家和大英帝国都可获得许多宝贵的材料或数据。因此,经过一番论证,英国议会决定派遣一批天文学家去塔希提岛进行观测,英国皇家海军一路随行,提供可能的帮助——当然,当时英国国会已经批准了海军军部向国会提出的“进一步探测南太平洋”的请求,他们对南太平洋比科学家更有兴趣。

于是,库克率领“促进”号起航去调查太平洋中维纳斯航道并考察该海区的新岛屿。他先向南航行,后向西转弯,绕过合恩角,到达塔希提岛。调查了维纳斯的航道之后,他的调查船驶向新西兰。在那里他逗留了6个月的时间,并把两个岛屿标绘在海图上。后来他沿着澳大利亚的东海岸航行。他把澳大利亚取名为新南威尔士,并宣称所有权属于英格兰。航行到爪哇之后,他穿过澳大利亚和新几内亚之间的海峡,取道印度洋,绕过好望角,返回英国。

在回英国的途中,他们穿过了托雷斯海峡,经雅加达,凯旋回国。回国后,库克受到英国海军大臣的亲切接见,被晋升为海军中校,他的名字很快家喻户晓。

库克在这次探险中发现了新南威尔士,并且证实了托雷斯海峡的存在。另外,在没有航海表的情况下,他以罕见的精确度绘制出了5000∶1的海岸图,实属不易。然而,库克并未解决有关“未知南方大陆”的疑问。因此,库克对自己的这次航行也甚为不满。

为了验证“在南方还存在着一个大陆”的报道,库克再次从英格兰起航,乘“探险”号沿着非洲海岸向南航行。到达好望角附近,开始横跨大西洋。可是,船队在大西洋上兜了一个圈子,却没有发现“南方大陆”。后来他开始向新西兰进发。不久,他从那里出发,考察了新赫布里底,把复活节岛和马克萨斯群岛标进了海图,并且访问了塔希提和汤加群岛。另外,他还发现了新喀里多尼亚和帕默斯顿、诺福克及纽埃诸岛,然后返航回英国。

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