地球内部的熔岩和原始海洋相互争夺在地球上的领土,换句话说,我们现在的陆地面积总和占全球总面积的1/4,海洋占据了另外3/4。陆地并不是以一整块完整大陆的形式形成的,而是经过持续的断裂、弯曲、折叠和其他各种运动,通过各个方向的冲撞,最终形成现在的不规则的外观。以某一地域为例,深长的沟壑和刺入地壳的可怕坑洞与相邻高耸入云褶皱的高山接壤;而其他部分则是几乎与海平面平齐一览无余的广袤平原。基于这样变化无穷的地貌,我们无法测量完整的地球地貌,因此,我们只能借助于下面所要谈到的地貌不规则测量法。
假设将欧洲所有的山脉全部夷平,将它们多余的部分用来填满平原和山谷,用这种方式来使整个欧洲大陆达到完全的水平,就好像将一个巨大的斜坡从一头到另一头完全逆转来达到平坦的效果。在完成拉平工作之后,欧洲大陆仅仅高于海平面205米,我们将这个高度称为平均海拔。用同样的方法测量,亚洲的平均海拔大约是350米,美洲为285米。而非洲的海拔还未确定,因为我们还不够了解非洲大陆内部的构造。
相对于海面的大陆的平均海拔大约为300米。如果以一个直径2米的地球仪作演示以方便我们对比,那么这个高度还不足一张薄纸的厚度。就是如此微薄的陆地,还在不断地承受着河流的冲刷和海洋的侵蚀(海洋的面积还是陆地的3倍)。
为什么上天不将这些微小的浮渣从地球的表面上抹去,将它们归还给它们诞生的大海深处呢?只需要持续地控制自然力量的那只手掀起地心熔岩的爆发,整个陆地就会塌陷并沉没到波涛之下了。1822年爆发在智利的一次地震使得大约2.5万平方千米的土地上升,海拔平均升高了1米。海面下300次这样的震动就能够形成几乎与整个大陆面积相同的陆地,而地上300次这样的震动如果它们所形成的破坏作用全部是下陷的而非上升,那么已经存在着的整个陆地都会被吞噬——而这种假设几乎是不可能的。
如果整个大陆从形成之时起就是一片连续的高原,如同我们之前假设以平均海拔拉平的欧洲,那么世界将会成为什么样子?在一片单调毫无变化的土地上,零星的居民稀稀拉拉分散在其上,带着相互企盼的悲惨表情;也或许,世界根本就是一片荒漠。
事实上,山脉的存在并不仅仅是以其宏伟高大来取悦人们的双眼,也不仅局限于它们用高耸入云的山巅和巍峨雄伟的外形来缓解地貌的千篇一律,山脉有着更重要的作用,扮演着极其有意义的角色,没有它们地球上的水就不能完成正常的循环,所以它们被当做土地丰沃的功臣。在被云环绕着的山巅上堆积着冬天的降雪,而这些贮存的雪融化后可以终年滋养河道;在山腰,由于受到暴风雨(雪)的缓慢侵蚀,为种植准备了合适的土壤,这些土壤被冲进山谷滋养了大地。从山颠到山脚,每一座山始终都在促进着围绕着它的平原的肥沃,提供给它们可供种子发芽的土壤和播种首要的条件——水。
这并不完全是个故事。当地表变得不规律,呈现出平原、山脉和山谷等多种地势后,不仅陆地富饶肥沃,连同它的物产都多种多样。潮湿的低地拥有绿色的草原,广袤的平原长满繁茂的庄稼,山腹中建造了葡萄园,群山被密林覆盖。而平地是不可能有如此丰富的物产的。这使得地球充满无尽的生机,通过巨大的地下熔炉打破地壳形成多变的地貌。光秃不毛的山峰为了造福于脚下的平原,终年在山顶上覆盖着积雪,这就是上天慷慨赠予我们的无价礼物。
山脉是突出于地壳的向上倾斜或向上弯曲的连续排列的群山,它是由先折叠后分离的地壳运动形成的。让我们来看山脉形成的这两个步骤。
拿一本书,用手指捏起一打或者再多几张书页也可以,将它们向内压折。折叠起来的书页形成了圆弧形的曲线,而书页还保持着原先一页挨着一页的顺序,它们以同样的形式弯曲,在弯曲书页构成的拱顶下端形成了一定的空间。如果从书页的侧面施加给它一个力,会发生什么?由层理构造的沉积岩组成的地壳的地层由于受到来自巨大地下熔炉释放出来的能量所引起的震动时,地层发生折叠弯曲,但并没有改变本身的重叠顺序,而这些折叠起来的岩层就形成了山脉。
当然,地壳的岩层发生曲折并不像书页的折叠那么容易。地层是由大量岩石层所组成的,厚达1000米甚至更深。不过在可以使大陆断裂、使小岛从海面升起的这种不可抗拒的力量面前,地层就像蜡一样柔软容易曲折。地层发生折叠对我们来说似乎很难理解,因为我们会不知不觉地将使得山脉形成的这种巨大力量和根据我们意愿来达到某种目的的装置比较。而我们那微不足道的机械装置充其量能够将几立方米的物体抬起,又怎能和粉碎地壳将安第斯山脉和喜马拉雅山脉升起的这种力量作对比?但我还需要提醒你,尽管山脉留给人们伟岸的印象,但在广阔的地球面前,它们的存在微乎其微。我们不难理解就像用手指压迫书页使它发生弯曲或折叠一样,通过横向施加在厚重而坚固的地层上的压力使其发生了曲折形成山脉。
在地层曲折形成的拱顶下会存留一部分空间,比较来说,这个在地表下封闭的空间并不是特别大;很显然,地壳下沸腾的地熔物通过支撑着位于核心的花岗岩或其他深成岩来支撑整个山脉。如果能够将山脉中的一座山从顶端到底部垂直切开,我们可以看到横截面上呈现出连续的和山的轮廓一致的沉积岩层的横行纹路,在这些横断岩层下就是由大量普路托岩或深成岩物质组成的核心。侏罗纪时代的许多山脉就是通过曲折这种方式形成的。
但是,并非所有组成地壳的沉积岩层都会在巨大压力的挤压下发生曲折。有些时候,整个厚重的曲折层发生破裂,熔化的地心物质从裂缝中不断向上喷涌,推开一切障碍和阻挡它们出来的物质。山脉的顶峰由喷发出的深成岩组成,而两侧的山坡则由破碎的沉积层构成。白朗峰就是典型的这种结构,花岗岩构成了它的山巅,包含了石灰石、泥灰、沙子和沙石在内的沉积岩形成了山坡和山脚。
通常山脉都属于以下两种类型:它表现为明显的地壳褶皱,由一系列轮廓呈圆形的连续的隆起所组成,至少包含规律的弯曲程度或大或小的沉积层;或者它是由于地壳受到剧烈震动使断层发生纵向的断裂,巨大的深成岩突出地表组成山峰和山体,由此形成绵亘的山脉。因此,当在山脉表面发现一贯形成山脉顶峰和中心的深成岩的时候,那么这个山脉的山坡和山底则是由向上倾斜而出的沉积岩构成的。所有的山脉都是这两种组成方式,典型的代表山脉就是阿尔卑斯山脉和比利牛斯山脉。当你发现这两种岩石混合的地形时,特别是含有非常好辨认的深成岩,比如说花岗岩(最典型的例子),它们一定是受地心内高温的影响,由火山喷发出的流体熔岩所形成的。现在,我们应该花点时间来探讨这些证据。
贯穿地层的各种各样的海洋沉积物和随后凝固了的形成岩石的火山喷发物质,都确凿无疑地表明了地表曾经有过高温时期。关于地表的高温有着明确的记载,如果我们注意一下石灰石、石灰以及各种不同的沙石经过在炉膛中锻造或燃烧的情形,就会明白这点。通过下述说明,你会对此了解得更清楚。
石灰石受热会发生分解,挥发出碳酸气体,而留下石灰这种物质。石灰的生产就遵循这个原理。但是如果将石灰石密闭在一个金属容器内,比如一个严格密封的金属管内,分解出的碳酸无处可逃,实际上的分解过程并没有成立。在这种情况下,石灰石并没有改变它的化学成分,在经过缓慢的冷却结晶过程后,用于此试验的最初的石灰石或者普通的石料或者粉碎的白垩被发现形成了如同结晶糖块一样的紧实的白色大理石块状。这种通过高温使粉状的白垩转化为坚固紧密的块状大理石的试验,最初是物理学家詹姆斯·霍尔做出的。
当熔化的花岗岩或其他深成岩从地心喷发而出,石灰石在遇到这些热熔物质时受其高温影响转变为大理石,形成的大理石有时是纯白色的,有时覆盖着有色纹理。这些深成岩,当它们被强大力量喷出覆盖到沉积岩层上的时候,就像霍尔试验所验证的,深成岩接触或靠近沉积岩时,沉积岩中的石灰石成分发生熔化,但覆盖在其上的深成岩阻止了碳酸气体的挥发。同样地,深成岩使沉积岩变质脱气形成煤炭,就像现在煤气厂使气体从煤炭中分隔开来一样。同样的道理,沙石经过密闭高温会变得玻璃化,并转变成我们通常所说的石英这种玻璃状物质。黏土在这种作用下会硬化,就像在制陶工人的干燥炉中被烤干一样。
从地球各地所观察到的种种事实中我们可以得出一个重要的推论,这个推论毫无疑问是正确的,从白热化地心喷发出的花岗岩形成了山脉的主要构架,这种溢出地上的地下热熔物质现在已经冷却变硬。在它们最终形成被白雪环绕的高高的顶峰之前,它们是巨大地心熔炉内涌动着的熔岩波浪。
我已经谈到过陆地不会一成不变地保持现状。随着地壳的活动它们进行着连续的程度不同的变化,不断地形成山的曲折和褶皱,改变着海平面的高度并将它局限在一定的范围内。因此,所有的山脉并非形成于同一时期,有些古老得多,而有些山龄则相对较为年轻,但它们永恒的变化标志着我们这颗星球不同的历史阶段。关于地球的研究,在这一点上也绝不能落后,我们的山脉形成多久了年轻的读者,在覆盖着漫长世纪尘土的古老建筑面前我们会欣然地低下头颅以示尊敬,当旅游者站在埃及金字塔和同一时代的法老面前时,心中自然充满敬畏。那么,又有谁会在凝视这些群山的时候深深地思考——这些汇集全部人力都无法建造的伟大的奇迹,这些古老的在人类还未出现之前就垒上它第一块岩石的群山,它们存在多久了呢?科学无法精确地告诉我们每一座山脉的形成时间,但是它可以大致地告诉我们环绕着平原耸立在其上的山脉先后出现的顺序。它尽可能地指出某个大范围内山脉出现的时间,告诉我们它们相对而言的山龄。我们可以断言,汝拉山脉的顶峰在比利牛斯山脉刚刚形成海底沉积层的时候就已经高耸入云了,而比利牛斯山脉山巅直入云霄的时候,阿尔卑斯山脉才刚刚开始在海底沉积。我们可以确定的是,汝拉山脉早于比利牛斯山脉,而比利牛斯山脉又早于阿尔卑斯山脉,而其他我们尚不能确定。现在,让我们来看看在我们贫乏的所知面前,这些重要信息是如何得到的。
在矿物质开始在海底沉淀的远古时代,这些物质经过几百万年的沉积慢慢变硬,逐渐紧实形成水平的岩石层。这些沉积层或者说地层,通常都相当厚,由各种不同的沉积物组成,一层接一层,有时是石灰石,有时是黏土或沙石,还掺杂着不同时期死去的海洋生物的石化物,就像陆地上的动物一样,随着时间的流逝,出现在不同时期的动物种类是完全不同的。让我们将说明简化,假设已经沉积形成的海底的地层是由3层构成的。很显然,位置最靠下的一层地质年代最久远,最上层的物质最靠近现在。而中间层(图5标号2)则是在1层沉积之后、3层沉积之前所沉积的。
想象一下这样的海底层曲折或隆起冒出水面形成的山脉。如图5中D图所示,3层地层弯曲程度一致,共同构成了山脉的框架。C图所示,为海底层发生早期隆起——即地层1和2已经沉积形成,而地层3还未沉积形成,稍早些形成的山脉只包含地层1和2。同样的,如果海底隆起发生得更早一些,在地层2形成之前便隆起,那么地层1就独自构成了山脉的构架,B图演示了这种情况下形成的山脉的横截面。这幅图示很清楚地说明了3种不同结构的山脉,形成时期最早的是B图所示的山脉,在缺少两层沉积岩的情况下就隆起突出海面形成山脉。次早期的山脉是C图所示的山脉,它比B图中多了一层沉积岩。最后形成的山脉是D图所示的山脉,由3层沉积岩共同构成。
图5通常,科学告诉我们某座山脉比另一座形成时期早的依据是构成它的沉积层缺少一种或几种。汝拉山脉比比利牛斯山脉山龄老的原因是因为它的覆盖层中缺少比利牛斯山脉中所包含的某种海洋化石,而断定比利牛斯山脉比阿尔卑斯山脉形成时间早的原因是我们没有在比利牛斯山脉中发现阿尔卑斯山脉的所有构成地层。采用这种方法,科学可以确定地壳发生变动形成陆地的几个主要历史时期。
以下按照年代排序列出了不同历史时期地壳活动所形成的山脉名称,它们都是法国的主要山脉。