宋建潮

霍姆斯天生就是思考地質(zhì)大問題的大思想家與大哲學家，他的許多想法都超越了時代，并執(zhí)著如一，即使別人攻擊誹謗，也從不動搖。

地質(zhì)學天生與哲學、物理學捆綁在一起，關(guān)于地球的年齡，二百多年來一直是科學上爭論不休的問題。雖然古代文明國家的一些教士與哲人提出了某些關(guān)于地球歷史的見解，但在地質(zhì)學成為獨立的研究領(lǐng)域之前，這個課題并沒有進入科學的范疇。在18世紀中葉之前，關(guān)于地球的起源與其后的歷史，還屬于神學關(guān)心的一類問題。1650年大主教厄謝爾（A.J.Ussher）宣布：世界是在公元前4004年創(chuàng)造出來的。這種說教在大多數(shù)英文的圣經(jīng)中以旁注的形式出現(xiàn)，嚴重阻礙了許多早期地質(zhì)學家的思想，使他們成為神學的偏見的犧牲品。

地質(zhì)學的興起

地質(zhì)學作為一門科學的興起，一般都會聯(lián)想到蘇格蘭赫頓（J.Hutton）的工作，他強調(diào)造成地球表面形態(tài)緩慢而連續(xù)的作用過程的重要性，并在1785年發(fā)表的《地球的理論》一書中提出了均變論的概念。這種說法提出之后曾受到官方頭領(lǐng)的強烈抨擊，但之后越來越多的地質(zhì)學家慢慢開始接受均變論，并堅信累積厚度達數(shù)英里的沉積巖是需要漫長的時期才能形成的。1830年，偉大的地質(zhì)學家萊伊爾（C.Lyell）發(fā)表了他的《地質(zhì)學原理》第一卷，其中的許多觀點都是運用均變論原理來解釋的，由此也誕生了地質(zhì)學上的偉大名言“現(xiàn)在是了解過去的一把鑰匙”。

地球明顯古老的特點與均變論的原理，受到英國19世紀后半葉最杰出的物理學家湯普森（W.Thomp-son）的意外攻擊，他又被人尊稱為開爾文勛爵（LordKelvin）。他根據(jù)太陽的發(fā)光度、地球的冷卻史和月亮潮汐對地球轉(zhuǎn)動速度的影響，推斷出地球的年齡不可能大于1億年。湯普森對地質(zhì)學的介入，在大約長達50年的一段時間內(nèi)，深深地影響了地質(zhì)學中關(guān)于地球年齡的認識。湯普森的論據(jù)似乎不可反駁，而這些論據(jù)與均變論不相一致，許多地質(zhì)學家委曲求全，人為加快地質(zhì)作用，以便適應(yīng)只有幾千萬年的地球歷史。正在地質(zhì)學家對地球的年齡處于彷徨無奈、郁悶枯寂之時，放射性被發(fā)現(xiàn)了，由此帶來了地質(zhì)年代學的春天，掀開了新的篇章。

放射性與地質(zhì)測年

1895年，德國物理學家倫琴（W.Roentgen）發(fā)現(xiàn)了轟動世界的X射線，這激勵了一直從事紫外線照射鈾鹽引起發(fā)光研究的法國物理學家貝克勒爾（H.Becquerel），他隨后發(fā)現(xiàn)鈾的鹽類發(fā)射出一種類似X射線的輻射，于是放射性被發(fā)現(xiàn)了。在隨后的10年里，許多科學家研究放射性，有些甚至付出了生命的代價，由此奠定了現(xiàn)代物理學和地質(zhì)年代學的基礎(chǔ)。

1891年，年輕的瑪麗·居里（M.S.Curie，即居里夫人）從她的出生地波蘭來到了巴黎索爾邦納學習，并且與在這里工作的皮埃爾·居里（P.Curie）結(jié)了婚。貝克勒爾的發(fā)現(xiàn)使居里夫人決定致力于系統(tǒng)地探索元素及其化合物的放射性研究。她注意到天然的鈾、釷礦物比純鈾、釷的鹽類具有更強的放射性，在分析了取自捷克阿希姆斯塔爾（Joachimsthal）礦山的瀝青鈾礦礦物后，發(fā)現(xiàn)了兩種新的元素，她將之命名為釙（polonium）和鐳（radium），并根據(jù)鐳的放射現(xiàn)象創(chuàng)造了“放射性”這個詞。由于她終生研究放射性元素，受輻射影響，導(dǎo)致患上了白血病，于1934年去世。

1902年，新西蘭物理學家盧瑟福（E.Ruther-ford）和其搭檔，“同位素”一詞的提出者索迪（F.Soddy）證實放射性產(chǎn)生于不穩(wěn)定元素衰變?yōu)榉€(wěn)定元素的過程，并注意到氦（He）是鈾（U）的衰變產(chǎn)生的。盧瑟福意識到可以用He/U比值測定某些天然礦物的年齡，由于He的擴散逃逸，測得的He/U比值往往很低并不可靠。1904年，美國化學家博爾特伍德（B.Boltwood）發(fā)現(xiàn)了多數(shù)老的鈾礦物中U/Ra比值是個常數(shù)，1905年他又根據(jù)對瀝青鈾礦的仔細的化學分析，推測鉛（Pb）是U衰變的穩(wěn)定的最終產(chǎn)物。1907年，博爾特伍德發(fā)表了根據(jù)U/Pb比值做出的三個瀝青鈾礦樣品的年齡測定，年齡范圍從4.10億年到22億年，這些年齡都是同位素被發(fā)現(xiàn)以前測定的，而且缺乏具體的地質(zhì)意義，但開啟了使用U-Pb法測量地質(zhì)年代的大門。就在此時，對地質(zhì)年代學做出偉大貢獻，并使其發(fā)展成一門學科的最為偉大的地質(zhì)學家之一——霍姆斯（A.Holmes）登場了。

霍姆斯與地質(zhì)年代學

霍姆斯1890年出生于英國東北部工業(yè)重鎮(zhèn)蓋茨黑德（Gateshead）的一個謙和、忠誠信奉衛(wèi)理公會的家庭。他的中學老師喜歡把他們帶到湯普森那里聽報告，還讓他們熟悉了瑞士地質(zhì)學家修斯（E.Suess）所做的地質(zhì)工作及其著述的地質(zhì)學偉大之作《地球的面貌》（The Face of the Earth），從此霍姆斯對物理和地質(zhì)產(chǎn)生了興趣。在17歲時，他考入了倫敦帝國理工學院（Imperial College）學習物理學，第二年他又學習了地質(zhì)學課程，拒絕了物理導(dǎo)師的建議后，他義不容辭地踏入了地質(zhì)學領(lǐng)域。

由于當時盧瑟福的He/U比值法測定的礦物年齡都為最小年齡，霍姆斯決定尋找一種更好的穩(wěn)定的測年方法。受博爾特伍德提出的Pb是U的最終衰變產(chǎn)物的肩示，開始嘗試用U-Pb法進行測年，并測定出某泥盆紀巖石的年齡為3.7億年。那時他只有21歲，在以后的歲月中他最喜歡不斷給地質(zhì)年代表增加更為精確的時間尺度，因此他也被稱為“地質(zhì)年代表之父”，今天所使用的地質(zhì)年代表正是霍姆斯及其后來地質(zhì)工作者不斷努力的結(jié)果。1913年，他出版了《地球的年齡》（The Age of the Earth）一書，推斷地球的年齡為16億年，那時他只有23歲，卻成為世界范圍內(nèi)地質(zhì)年代學領(lǐng)域的權(quán)威。當然反對的聲音也很強烈，許多地質(zhì)學家堅信地球年齡不超過1億年的觀點，16億年對他們來說是個難以想象、過于漫長的時間。后來1913年也被認為是地質(zhì)年代學的開端，2013年迎來了該學科的百歲壽辰，地球科學領(lǐng)域的《元素》（Element）雜志曾?？瘜Φ刭|(zhì)年代學的歷史與發(fā)展進行了詳細介紹。

在倫敦時，霍姆斯只能以每年60英鎊的獎學金勉強維持生計，為了擺脫經(jīng)濟困境，他謀求到了一份到非洲莫桑比克尋找礦產(chǎn)的上作。在半年多的時間里，幾乎一無所獲，更不幸的是，他還染上了瘧疾，關(guān)于他死亡的通知已經(jīng)通過電報送到了他英國的家中。上帝和他開了一個玩笑后，把他從鬼門關(guān)拽了回來，他立即搭乘船只返回了英國，開始給像杜托特（A.L.Du Toit）這樣的地質(zhì)學家寫信，想獲得用于測年的礦物?！拔腋愕刭|(zhì)的兩大志向：一是細化地質(zhì)年代表，二是發(fā)現(xiàn)世界范圍內(nèi)前寒武紀巖石的相關(guān)性”，這位在莫桑比克被地質(zhì)弄得差點兒丟掉小命的年輕人發(fā)出了這樣的人生感慨。依靠這種執(zhí)著的信念，霍姆斯作為帝國理工學院的一面旗幟，幾乎單槍匹馬撐起了尚處于嬰幼兒期的地質(zhì)年代學這門學科。

第一次世界大戰(zhàn)來臨了，霍姆斯的生活再次陷入困境，已經(jīng)擔負不起高昂的研究費用。為了讓賢惠的妻子和年輕的兒子過上好點的生活，他再次背井離鄉(xiāng)，去了緬甸的一家石油公司擔任首席地質(zhì)學家，但事實證叫這又是一個錯誤的決定，沒有多久，公司破產(chǎn)了，已經(jīng)不能擔負雇員的工資。兩年后，他衣衫襤褸、神情落寞地回到了英國，而打擊更大的是，他年輕的兒子也因患了痢疾去世了。他窮困潦倒、舉步維艱，而且找不到一份合適的工作，被迫無奈之下，他開了一家專賣遠東首飾的小飾品店，但他從未丟失成為偉大地質(zhì)學家的夢想。1924年，時來運轉(zhuǎn)，首先妻子又為他生了一個兒子，再是杜倫大學（DurhamUniversity）新成立了地質(zhì)系，邀請他去當系主任。

地幔對流理論的提出

1922年從緬甸回到英國后，霍姆斯發(fā)現(xiàn)有關(guān)地球年齡的爭論平息了，即使那些最為固執(zhí)的保守派也接受了他測出的地球年齡，但另一個爭論又出現(xiàn)了：大陸漂移。當時在歐洲只有一小部分地質(zhì)學家認為這種理論是正確的，但更多的地質(zhì)學家不相信，因為缺乏有效的動力學機制?；裟匪乖俅握驹诹藭r代的前列，長袖舞冬風，自大陸漂移理論提出之日起，他就是堅定的支持者與捍衛(wèi)者。多年來在放射性、地質(zhì)年代、巖石成因等方面的工作使他對地球內(nèi)部作用過程有了更為深入的理解，并且首次提出了地幔對流理論，用以解釋陸塊裂解、海底形成、地殼重熔與大陸漂移。但這種認識在隨后的30余年中被忽視，霍姆斯不為所動，固執(zhí)己見，并將這種理論灌輸給他的學生。

霍姆斯在杜倫大學呆了19年，在這個過程中，他慢慢成長為全英國為數(shù)不多的具有深邃宏觀思維的地質(zhì)學家。1932年，在持續(xù)尋找簡單測年技術(shù)的同時，他提出了針對巖石成因的初始值概念（initial ratios），這個思想奠定了今天同位素地球化學的基礎(chǔ)。

1938年，霍姆斯的第一任妻子因病去世，1939年他娶了第二任妻子，也是一名地質(zhì)學家，在困苦中他又尋找到了幸福。第二次世界大戰(zhàn)期間，他寫出了享譽世界的經(jīng)典地質(zhì)學教科書《普通地質(zhì)學原理》（Principles of Physical Geology），并且影響了一代代的地質(zhì)學人，足可以與萊伊爾的《地質(zhì)學原理》和修斯的《地球的面貌》相媲美，但直到1944年，這本書才出版。

離開杜倫大學后，霍姆斯去了愛丁堡大學（Edinburgh University），在那里他被任命為“皇家教授”（regius professor），雖然身體每況愈下，但他還是完成了對他而言最重要的一些工作，包括地球年齡測定、地質(zhì)年代表、前寒武紀地質(zhì)學、非洲地質(zhì)學，看來在莫桑比克的工作為他深深地打上了地質(zhì)歲月的烙印。

霍姆斯天生就是思考地質(zhì)大問題的思想家與哲學家，他的許多想法都超越了時代，并執(zhí)著如一，即使遭到攻擊誹謗，也從不動搖。霍姆斯是幸運的，他看到了板塊構(gòu)造的霞光，1963年海底擴張理論被提出，1965年，在霍姆斯與世長辭前幾個月，他的《普通地質(zhì)學原理》第二版出版了，荒廢達30年的地幔對流理論在板塊構(gòu)造理論體系下有了用武之地。

今天霍姆斯被認為是20世紀最偉大的地質(zhì)學家之一。多年以后，劉易斯（C.Lewis）這位做過幾年小本生意但對巖石和化石感興趣的女士決定將她的余生投身于地質(zhì)學，當了解了霍姆斯的工作后，她開始了對他的研究，并在2000年撰寫出版了有關(guān)霍姆斯的第一本傳記《霍姆斯傳記》（The dating Game：OneMan's Search for the Age of the Earth）。

質(zhì)譜儀的發(fā)明、同位素分餾的發(fā)現(xiàn)、測年方法的拓展、測試技術(shù)的提升等使地質(zhì)年代學走在了時代的前沿，蓬勃發(fā)展。打開每一本地質(zhì)雜志，幾乎都能尋覓到地質(zhì)年代學的身影。中國已經(jīng)擁有了世界上最好的儀器設(shè)備，所測試數(shù)據(jù)的精準度不容置疑，但如何融匯這些數(shù)據(jù)，并納入宏觀與微觀思維體系，使之有充分的地質(zhì)意義，則需要中國的地質(zhì)工作者不懈的努力。

關(guān)鍵詞：放射性 地球年齡 地質(zhì)年代學 地幔對流 地質(zhì)學