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油气之光——地质学是一门“浪漫的”科学

2016-5-16 8:59:32 来源:中国矿业报 作者:曾秋楠

“地质学不是真正的科学。”常看美剧的朋友对这句台词可能并不陌生——

在大热美剧《生活大爆炸》中,物理学家Sheldon Lee Cooper(人们常昵称为谢耳朵)在与同事进行CS真人对战游戏时,为了掩护同伴,毅然站上高地振臂高呼:“地质学不是真正的科学!”在这部以科学家为主人公的美剧中,主角谢耳朵曾多次对地质学进行调侃。他更是戏称与他竞争资助基金的地质学家为“土人”(dirt people)。

与科学背景相关的美剧中似乎经常出现对地质学和地质学家的调侃。在中国观众熟知的《老友记》中,极富书卷气质的古生物学家罗斯也曾在不经意间表现出比地质学同事更加优越的感觉,即使古生物学与地质学同属地球科学这个大学科。

那么,为什么在美剧中人们常常调侃地质学,地质学究竟是不是一门真正的科学呢?

事实上,戏称“地质学不是真正的科学”是有一定原因的。“科学”的定义十分复杂,但一般认为,科学是建立在可检验的解释和对客观事物的形式、组织等进行预测的基础上的有序知识系统,即科学应该具有可检验性。地质学是一门对地球的起源、历史和结构进行研究的学科,其研究对象是固体地球。众所周知,地球的年龄已有46亿年,而人类的历史至多只有4万年(以晚期智人为例)。时间的漫长性决定了地质学必须用历史的、辩证的方法来进行研究,即人类不可能目睹地质事件发生的全过程,只能通过各种地质事件遗留下来的地质现象与结果,利用现今地质作用的规律,来反推古代地质事件发生的条件、过程及特点。这就是英国地质学家莱伊尔提出的“将今论古”原则,也是地质学最基本的方法论。例如,现代珊瑚只生活在温暖、平静、水质清洁的浅海环境中,那么古代的珊瑚想必也是如此;如果在古代的岩石中发现了珊瑚化石,便可推断这些岩石也是在古代温暖、洁净的浅海环境中形成的。又比如,在大陆漂移说提出以前,为了解释分离的各大陆间存在具有密切亲缘关系的古生物面貌,古生物学家曾提出“陆桥说”,即大洋中一度存在陆地或一系列岛屿把遥远的大陆联系起来,后来陆桥沉没消失,才使大陆看起来完全被大洋分隔开来。但是,根据“将今论古”原则,如果陆桥这一构造单元存在的话,即使古代的陆桥沉没消失,也应该产生新的陆桥来更演交替。而事实上,现代地球的大陆之间并不存在什么陆桥,因此这一学说并不能被接受。

地质学的大部分理论都是人类基于有限的现象和手段对古代地质事件的反推,得出的结论受实验条件和时间尺度的限制很难进行检验。我们推测地核的外核(距地表深度约为3000千米左右)为液态,但最深的钻井只能打到12.5千米。我们同时认为,石油的来源是古代动植物的尸体,但是在地下的高温高压条件下这个转变过程都需要200万年,即便实验室能模拟出相近的温压条件(实际很困难),也很难重现这个时间过程。相较可以清晰地观察到重要转变现象的物理学实验而言,地质学的理论的确更为模糊,也无怪乎偶尔会出现“地质学是一门探讨地球如何演化的自然哲学”这样的表述了。

但是,抛开戏剧效果,地质学当然是一门真正的科学。“科学”(science)一词来源于拉丁语(scientia),译为“知识”。由观察和实验提出假设,经验证后形成理论,进而建立科学模型,这是追求知识的基本手段,也是地质学遵循的研究方法。除了由于地质事件的发生时间实在远超过人类的观测能力,导致实验室中的模拟和验证不够完美之外,地质学在收集数据、分析测试和研究推断上也十分严谨,大部分理论能在现有地质现象上得到证实。因此,可以说地质学是一门浪漫的科学。那些难以重现的漫长时间,就让地质学家们用丰富而合理的想象来补足吧。□

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