地球科學之創始
地球的歷史應該先於地球上生物的歷史。
——孔德·德·布封（Comte de Buffon），
《自然史》（Natural History: General and Particular，1749—1788年）
當物理學和天文學發展得如火如荼時，對地球的研究大多停留在地理學領域。
希臘人（此乃當然）創立了地理學。早在古巴比倫王國時期，人們就開始繪製地圖；公元前4世紀時亞歷山大大帝入侵希臘，為希臘地圖繪製豁然開啟了嶄新的局面。百年後，亞歷山大圖書館管理員厄拉多塞（Eratosthenes）撰寫了第一部關於地球地形研究的學術報告，報告題為「地理學」（Geographika，迄今所知最早使用該詞的記錄），共有三卷，闡述了一種新的、覆蓋整個地球的經緯系統。隨後不久，希臘天文學家喜帕恰斯通過對月球的觀測，設計出了坐標方格，也就是我們所知的緯度和經度，這進一步提高了希臘人創建的地圖的準確性。1
地球科學從此開始。但是，古希臘的地理學只是簡單地觀察地球表面的現狀，並沒有對地球是如何演變至今，或地球為何如此運轉做出解釋。畢竟，根據亞里士多德學派的哲學，地球的歷史無窮無盡，其中時間循環往復，永無休止；但是，希臘人並沒有從中意識到研究地球起源的可能性，更不可能意識到瞭解地球起源對於瞭解其現狀的重要意義了。2
化學和物理學的發展使人們更深入地理解地表上所發生的客觀進程。但是，只有當關於恆星的科學研究日益成熟之後，地球才成了研究對象。（地球是與眾不同的，但當時只被視為眾多天體的一個成員；它與其他行星擁有相同的屬性，獨特之處在於，它是人類的家園。）查爾斯·范·海斯（Charles Van Hise）認為，地質學是天文學的產物。3
直到17世紀上半葉，地質學還沒有為成為一門新科學做好十足的準備。那時，地質學不過是自然哲學的一個分支，人們仍不知道地質學要研究的問題是什麼。首先提出地質學方面問題的不是天文學家和物理學家，而是神學家和哲學家。
1647年，自然哲學家約翰·萊富（John Lightfoot）根據《舊約全書》中的族譜，計算出了地球的年齡。他宣稱，地球是在公元前3928年9月被創造出來的。三年後，愛爾蘭主教、業餘天文學家詹姆斯·烏捨爾（James Ussher）將《聖經》中的族譜與他的天文觀測結合起來，推算出地球產生的時間，這個時間要比約翰·萊富的推測更早一些。「最初，上帝創造了天地，」烏捨爾在《世界編年史》（Annals of the World）中寫道，「根據我們的年表，時間開始於公元前4004年10月23日的晚上（午夜）降臨時。」4
這根本就不是科學。儘管如此，與希臘人的傳統觀點——無限的循環往復——相比，基督教和希伯來人認為地球的生命開始於創始時期的傳統觀點仍舊是一個進步。承認地球真正擁有縱向的時間和歷史意味著地球上的岩石和土壤、群山和山谷都帶著過去的痕跡。
在烏捨爾確立了地球年齡的19年後，丹麥牧師聖尼古拉斯·斯丹諾（Nicholas Steno）的第一篇關於地球過去的文章發表了——這是探索地球科學的首次真正嘗試。在被授予神職之前，斯丹諾分別在哥本哈根和阿姆斯特丹的大學中學習解剖學。
這篇文章《關於一個固體自然包裹於另一固體問題的初步探討》（「Preliminary Discourse to a Dissertation on a Solid Body Naturally Contained within a Solid」）探討了關於化石的疑問：化石是一些岩石組成物，多出現於遠離海洋的山體中，形似生物。公元1世紀的羅馬哲學家普林尼（Pliny）曾猜測，這些岩石是從天而降的。中世紀哲學家、醫師阿維森納（Avicenna）則認為，它們是由地球上一種「塑造力」神秘地塑造成的，這種塑造力將岩石塑造成了新的形狀。羅伯特·胡克通過顯微鏡觀察化石，發現化石是有機體殘骸石化後的產物，但他尚無法解釋為何化石都是在岩石中層被找到的。5
斯丹諾進一步發展了胡克的結論。1666年，斯丹諾仔細地解剖了一隻奇怪的鯊魚的頭部。這只鯊魚是在意大利海岸被捕捉到的，將它送給斯丹諾的是他的一位舉足輕重的朋友，斐迪南二世·德·美第奇（Ferdinando II de』Medici）。鯊魚的牙齒與斯丹諾及17世紀其他幾位自然哲學家所熟知的小型齒狀化石一致。這種小型化石被稱為「蛇石」（glossopetrae），形似蛇的小叉形舌。在歐洲各地都發現了大量蛇石。《初步探討》一文旨在：首先，證明形如鯊魚牙齒的蛇石曾是活動物身體的一部分；其次，解釋它們是如何被石頭包裹起來的。
斯丹諾關於後者的解釋因過分闡釋、限定、贅余的細節和冗長的語言而費解。但可將其歸納為三個基本原則：
1.斯丹諾的疊覆原理。當小塊岩石在水底沉積並被壓縮，岩石層就開始形成。因此，底部的岩石層和遺跡比上層的沉積得更早。
2.斯丹諾的原始水平律。岩石層總是水平的。如果某一地層傾斜或垂直，那是因為被後來的因素擠成目前的狀態的。
3.斯丹諾的原始側向連續律。地層是連續的，沒有終點的。所以，如果兩個鄰近的地層含有相同的礦物質、土壤和遺跡，即使二者現在是彼此分離的，但起初它們應該是同一地層，後因地殼活動而被割裂。
這三個定律都指向同一個深刻的、前所未有的觀點：地球的岩層，即地層（由岩石和泥土彼此層層累積構成的「厚的覆蓋層」），是沉積形成的，經年累月，每過一個時期就會沉積一層。在向下挖掘地層的過程中，自然哲學家就可以進行一次時光穿越。
此前並沒有所謂的地質學，斯丹諾使得這一科學的出現成為可能。他已經找到了原材料，以此為對象，自然哲學家們可以實施他們的培根主義哲學的實驗方法：原材料就是地層以及其中的化石，它們是觀察、分析的對象，並從中得出理論。
同時，原材料令人們開始質疑神學家和哲學家的結論。
斯丹諾本人並不覺得將地球的產生時間確定為公元前4004年有什麼問題。他確信化石就是生物沉積在水底的遺留物，但是，諸如貝殼和水生動物的螯（哪怕是石化的）這般脆弱的物體竟然可以存留數千年之久，這令人難以置信。在《初步探討》一文中，斯丹諾清楚地表露出了自己的擔憂：將地球的出現時間設定為公元前4004年可能有點兒太早了。6
但是，其他思想家對原材料有不同的看法。艾薩克·牛頓更關注地核，而非化石。他曾推測地球最初可能是一個熔化了的球體。這樣的話，就可以通過鐵冷卻的時間來計算出地球的年齡（始終記住，大球體與小球體的蓄熱能力不同，這是因為快速冷卻的表面與球體其餘的質量之間的比例關係因球體大小而變化）。牛頓斷定：
因此，一個與我們的地球等體積的紅色、發熱的鐵球，也就是說，它的直徑約有4000萬英尺，幾乎不可能與地球在相同的時間內冷卻下來，它大概需要5萬多年……正確的比例已經通過實驗得出，我應為此感到高興。7
換句話說，如果地球起初是熔化的，它就不可能只有6000歲了。但對牛頓而言，這不過是一個「虛構的」假說罷了，科學尚無途徑去證明該假說。
德國數學家戈特弗裡德·威廉·萊布尼茨（Gottfried Wilhelm Leibniz）是牛頓的同事，有時也是牛頓的對手。他提出了一個相似的假設——地球一度像金屬一樣被熔化，後來逐漸冷卻並凝固。這一過程產生了許多巨大的泡泡；其中一些鈣化後成為山體，其他的破裂分離形成了山谷。但萊布尼茨也對虛構的假設非常謹慎，他甚至拒絕提出自己對地球年齡的猜想。8
地球的年齡是多少，以及該如何理解地層以便瞭解地球的年齡，這兩個問題本來可能因得不到解決而留待人們公開真誠地討論。但是在1701年，溫切斯特主教威廉·勞埃德（William Lloyd）將詹姆斯·烏捨爾所預測的公元前4004的時間點作為旁注印刷在了於1611年出版的、被官方認可的最新版本《聖經》中（這是最為廣泛閱讀、影響力最大的印刷本英文版《聖經》）。這為烏捨爾的猜想添加了一分神聖的權威感；從此以後，提出地球年齡在6000歲以上就有譭謗否定《聖經》之嫌。
50年後，才有學者敢於提出一個更長的時間。但這個提議是以假想的形式出現的，並且還是秘密的假想。
18世紀20年代，法國自然哲學家貝諾依·德·馬雷（Benoit de Maillet）偷偷散播一篇對話性的故事，是印度哲學家特裡梅德（Telliamed）和一位法國傳教士之間關於地球年齡的對話。[1]依據幾個世紀以來的測量，特裡梅德認為地中海海平面一直在下降，整個地球曾一度被海洋覆蓋，海洋在不停地滲入位於地球中心的漩渦。從水體的下沉速度來看，地球至少有20億歲了。
但是這一猜想並不一定與《聖經》相牴觸。「你太重視（地球的年齡這一問題）因而認為它與宗教有必然聯繫。」特裡梅德對傳教士說，「依我看，前者與後者的差異太懸殊了。」他解釋說，對地球的研究不能帶著信仰的眼鏡去進行。對地球的研究必須要客觀，正如天文學家研究其他任何現象那樣：
讓我們不要再以自己的標準去衡量世界歷史的長度。讓我們仔細地思考宇宙真正展現在我們眼前的這廣闊的蒼穹，我們可以看見諸多閃亮的、如同地球一般的恆星……讓我們來想像一下，自望遠鏡被發明出來之後，最有可能發生的是什麼，借助望遠鏡我們可以看得很遠，如果我們真的處在離地球那樣遙遠的地方，我們也許會發現在我們頭頂上有許多世界，它們離我們依舊那樣遙遠。9
只有當人們承認了地球只是眾多天體中的一個，地質學才開始形成。只有當人們不再以人的年歲來衡量萬物，地質學的時間框架才最終形成。
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18世紀中葉，孔德·德·布封開始發展這一新科學。
布封原名喬治-路易斯·勒克萊爾（Georges-Louis Leclerc），是一位鹽稅官員的兒子。他的父親繼承了一大筆財產，並用這筆錢購買了一個名叫布封的鄰村，這使得他成了新貴族。年輕的喬治-路易斯對自己卑微的出身非常敏感，因此二十幾歲時就拋棄了自己的姓氏勒克萊爾，自那以後，他只稱自己是「布封」。10
富裕的家庭使他可以沉迷於自己廣泛的興趣中：數學、物理學、化學、顯微鏡學和生物學。他擺弄儀器，做調查，寫文章，授課，出書。三十幾歲的時候，他在多個領域都取得了驚人的成就，這引起了法國王室的注意。1739年，他被任命為皇家花園管理人，負責擴大並修繕花園和其中的動物園；此後，布封就一直在做這個工作。
花園管理人一職使得布封廣泛的興趣更加緊密地聚焦到了地球及其生物系統中。1740年，他宣佈開始撰寫一部恢宏的百科全書式著作，這就是共有55卷的《自然史》。亞里士多德曾撰寫過《動物誌》，而雄心勃勃的布封此舉是對前者的極大擴充，他的書不僅要包括動物，也要包括植物。當布封開始動筆時，卻發現這二者都不能作為開端。「地球的歷史，」他在這本書開頭寫道，「應該先於地球上生物的歷史。」11
因此，《自然史》第一卷探討的就是地球本身：它的內部結構，它的「形成和存在方式」，以及它的歷史。布封認為要運用科學的、歸納的、培根式的方法來思考這些問題。他反對僅憑過去發生的某一特別的事件就做出解釋，這種事件既無法觀察，也無法重複，這樣的解釋是「不穩定」並且「建立在搖搖欲墜的基礎上的」。〔這裡，布封暗示一條家喻戶曉的理論，由數學家威廉·惠斯頓（William Whiston）提出，即認為可以通過彗星尾巴與地球的原始碰撞來解釋地球的現狀。〕12
相反，布封堅持認為地球科學必須僅採用客觀存在的、可觀察的過程：水的流動、發熱物體的逐漸冷卻以及土壤的侵蝕。
在這裡，我所探討的原因並不會超出我們的知識範圍，我指的也不是自然災變——哪怕只有一絲災變，對地球也將是致命的打擊。彗星的接近、月球的消失以及將一顆新的星球引進系統中，在這一些猜想的基礎上，想像得以盡情翱翔。但這一類原因所產生的結果（不確定性太強）可以為我們隨意支配。對自然做出一個假設，就可從中衍生出一千個傳奇的故事，而杜撰這些故事的作者們往往會冠他們的故事以「地球理論」之美名……我非常反對這些愚蠢的推測：它們僅僅是一些推測而已，假如是真的，那一定會在宇宙中引起一場大災難，我們的地球就像一個匆忙逃命的微粒，逃離我們的視線，不再值得我們去關注。為了保證我們觀點的一致性，我們必須要承認地球的現狀，細緻地觀察地球的每一部分，並通過歸納，根據其現狀預測其未來。罕見的事件或迅疾而猛烈的變化不應被當作（地球產生的）原因，我們不應受到這樣一些原因的影響。這些原因在自然界的進程中不佔一席之地。但是那些一再重複的過程，那些接二連三、從不間斷的變化才可以成為我們進行推理的基礎。13
那麼，是哪些「一再重複」的過程可能塑造了地球呢？布封同意牛頓的觀點，認為地球起初是一個熔化了的球體，逐漸降溫至今。
的確，單憑自己的雙眼，他是看不到地球的這一小段歷史的。但是，將地表與地下深處礦床的溫度進行對比，清楚地顯示出地核比地表更熱，而這可以通過一個能反覆重複的客觀過程來解釋：布封加熱不同大小的球體直至它們發出白光，然後測量它們冷卻的時間。然後，他根據結果推測一個地球尺寸大小的球體，斷定地球的冷卻應該開始於74832年前。但他認為，這一時間可能還要更長一些——也許有30億年（這與我們現代所估計的45.7億年有些接近了）。14
《自然史》的第一卷中，布封陳述了上述理論，與此同時，也否定了神靈干預地球歷史的可能性，並駁斥了烏捨爾的地球年齡。這本書堪稱18世紀的暢銷書。法國、英國、荷蘭和德國所有受過良好教育的人的桌上都有一本《自然史》。但是法國科學院的一些重要人物一直在攻擊布封的結論。位於巴黎的神學院質疑布封對《創世記》的理解，並就此與布封開始了漫長的書信爭辯。15
讀了這些信件後，布封只是更加堅信自己的假設了。30年後，他對已經出版的《自然史》進行了一系列的更正與補充，其中包括對地球形成各階段更為詳細的解釋，他將其分為七個時期：
第一世 地球開始冷卻
第二世 土壤凝固
第三世 水覆蓋了地球
第四世 水開始退去以及火山活動開始
第五世 大象與「南方動物」在溫暖的北方定居
第六世 大陸分離
第七世 人類出現
這「自然界紀期」是第一個地球「深時」（deep time）時間表——幾個世紀後，約翰·麥克菲（John McPhee）創造了這一術語，用於描述在地質學研究中所使用的完全不同的時間尺度（100萬年被當作一天）。
這一自然界紀期的時間表使得該書英文版的譯者威廉·斯梅利（William Smellie）大吃一驚——太不符合英國人的標準——所以他在翻譯時有意刪節了第九卷的相關部分。「這一理論，也許在歐洲大陸上深得人心，但對於冷靜謹慎的英國人而言有些過於離奇，因而很難獲得他們的全面認可。」他在譯者注中解釋道，「譯者得到的建議是不要把這本書譯成英語。」16
但布封沒有為此道歉。他堅稱，絕不能用罕見的事件來進行解釋（地球的起源）——這是地質學的第一原則——而這自然引出了第二原則：地球的歷史恆久綿長。17
閱讀《自然史》相關節選，
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孔德·德·布封
《自然史》
（1749—1788年）
第一卷只有兩個主要章節：第一章「地球的歷史和理論」，闡述了布封所有關於地球形成的理論；第二章「地球理論之證據」，篇幅較長，分為19個「節」，對理論進行了詳細的論證，給予了實驗支持。第一章值得深讀細讀，第二章略讀即可。
第九卷對第一卷各個部分進行了大量的補充。你只需要閱讀標題為「孔德·德·布封的自然界紀期的事實與論證支持」（「Facts and Arguments in Support of the Count de Buffon』s Epochs of Nature: Of Giants, of the Glaciers, of the North-East Passage, concerning That Period When the Powers of Man Aided Those of Nature」）的一節。
威廉·斯梅利的譯文只有英文版本，可讀性很強，也非常有趣，但讀者需注意關於自然時期的那一部分是譯者的釋義。該譯本有許多免費的電子書版本，最容易找到的版本來自密歇根大學18世紀經典古籍在線資料庫（https://susanwisebauer.com/story-of-science）。
Georges-Louis Leclerc, Comte de Buffon, Natural History: General and Particular, trans.William Smellie, vol.1 (e-book, 1780, no ISBN).
喬治-路易斯·勒克萊爾，或孔德·德·布封，《自然史》，譯者威廉·斯梅利，第一卷（電子書，1780年，無ISBN）。
Georges-LouisLeclerc, Comte de Buffon, Natural History: General and Particular, trans.William Smellie, vol.9 (e-book, 1785, no ISBN).
喬治-路易斯·勒克萊爾，或孔德·德·布封，《自然史》，譯者威廉·斯梅利，第九卷（電子書，1785年，無ISBN）。
[1] 教會裡的權威人士也許注意到了「Telliamed」這個名字只不過是把「de Maillet」倒過來寫，但沒有任何記載表示教會對此採取了措施。