近几十年来,地球科学不断向前发展,其前沿领域出现了很多新学说和新观点。其中,新灾变论(Neocatastrophism)就是一个突出的代表。[1]新灾变论最初为德国著名古生物学家辛德瓦夫于1954年所提出。上个世纪80年代以来,新灾变论获得了更深入的拓展,其研究领域涉及天文学、气象学、古地磁学、古生物学、地层学、沉积学、海洋学、板块学说和矿床学等多个方面,其研究成果和发展趋向,对丰富地球科学的主要领域如资源、环境及抗灾等,都有不可或缺的意义。
一、新灾变论产生的历史背景
十八世纪到十九世纪初,地质学处于早期的发展状态,当时占统治地位的是灾变论。1745年,法国博物学家布丰,在研究地球起源时候率先提出了灾变论。他根据彗星的运行轨道偏心率极大有时距离太阳很近的特点,设想在原始的太阳形成以后曾有一颗彗星与其相撞,地球就是这一碰撞的产物。本来布丰关于地球起源的假说带有反宗教的性质,因为他把地球产生的原因归因于自然本身而排除上帝的作用;但是却被居维叶等人加以曲解,变成了一种保守的、企图与宗教神学相调和的理论。[2]
1812年,法国生物学家居维叶出版了一部古生物学的奠基性的著作《化石骨骼研究》,主张根据化石的遗骼把已经灭绝的古代生物复制出来。在居维叶看来,岩层与岩层之间有着明显的分界,它们似乎没有任何连续性,不同岩层中保留下来的化石又各不相同,因而这些动物物种之间没有任何联系。居维叶认为地球上的生命(进程)曾多次被可怕的事件所打断;地球曾经经历过相继的革命及各种灾变,而这种灾变大多数是突然发生的。[3]
虽然居维叶主张地球表面会不断地发生革命性变化,但这种观点与宗教传说中的大洪水相吻合,反而容易导致对地球演变的保守结论;不断前进的地质科学势必要对其进行挑战,而寻找脚踏实地的发展道路。早在居维叶之前,英国地质学家赫顿首先提出了古今类比的现实主义思想,他主张应该以现在仍然起作用的地质力量去解释历史上已经发生过的地质变动,承认古今自然规律的统一性。后来莱伊尔在他的巨著《地质学原理》中对这一思想给以详细阐述并形成了均变论。均变论是针对灾变论发展起来的。莱伊尔认为,地球并没用经受过灾变,地球演化历史中古生物的的变化、地层的褶皱,断裂等都是由于缓慢的效应在漫长的地质历史中积累的结果。[4]十九世纪中叶,生物学家达尔文的《物种起源》问世,提出自然选择原理。他主张在世界上每日每时都在检查着最细微的变异,把坏的排除掉,把好的保留下来加以积累;这种过程非常“细微”“安静”和“缓慢”,以至于人们无法觉察出来。他认为生物演化不能产生大的或是突然的变化,提出“自然界无跃进”的渐变观。他将古生物演化中大部分中间类型的缺失和生物界的突然变化归因于“地质记录的不完全”,极力主张在所有物种和绝灭物种之间的中间的和过渡的连锁数量,一定是难以计数。[5]达尔文的生物渐进演化观,进一步冲击了灾变论,使“均变论”在地质学领域中的统治地位长达100多年。
新灾变论就是在上述的历史背景下出现的。在现实主义原理和进化论思想占统治地位达一个半世纪之后,随着地学和其他自然科学的发展,积累了许多观测资料,证明在宇宙中和地球上确实存在过突然发生的剧烈变化,有许多现象从“均变论”观点是难以解释的。因此,各种灾变假说便应运而生。[6]
二十世纪中叶是一个新学科新理论集中爆发出现的历史时期。在获取大量的新的科学事实和证据的前提下,德国著名古生物学家辛德瓦夫率先提出了新灾变论,他把地史时期(生物)大绝灭(mass extinction)与宇宙间超新星爆发这种“天外横祸”相联系。1980年阿尔瓦兹等发现了中、新生代界线粘土层中富含铱,于是提出小行星撞击地球导致生物大绝灭的观点,使新灾变论更容易被地学界所接受。
主张新灾变论的学者认为:在宇宙和地球演化中出现过一系列灾变事件,如超新星爆发、外星体撞击地球、地球磁极倒转、大规模火山爆发等等,其特点是时间短、能量大、突发性强。其后果可能引起生物大绝灭,还会出现灾变成矿等现象。与莱伊尔和达尔文等人的主张相反,灾变论认为灾变普遍存在于事物发展的全过程中,是自然界的一种基本演化现象。由于居维叶等人已经提出过灾变论,故现代灾变假设被称为新灾变论。从某种意义上来讲,新灾变论的出现,也是地质学理论自身发展的一次较大的“旋回”,它好像是向旧理论的回复,但是它是在更高基础上的回复。它站在现代科学技术综合发展的“地基”之上,以新的科学观察和科学证据为条件,抛弃了旧灾变论的神创论的阴影。其提出的初期,不仅看到了地球内部因素导致的灾变,更多强调宇空外在因素对地球的作用。
二、新灾变论发展的主要阶段
人们对灾变现象产生浓厚的兴趣,与地球科学与技术的综合发展有密切的联系。一方面,在传统领域,地层学、古生物学的研究不断深入;另一方面,在高新技术领域,天文观测、宇宙探测获得许多新的证据。人们的研究视野被打开,对灾变假说的信心不断增强。从二十世纪中叶到现在,新灾变论发展大概可分为两个阶段,第一阶段,1954-1979年,为提出假说阶段。第二阶段,1980至今,是对灾变假说的实证与完善阶段。在第一阶段,为解释灾变的原因,地学家提出了种种假说,可分为地内成因说和地外成因说两类。[7]