什么是地层

　　如果你去过山区，稍稍留意一下就会发现这样的景象：很多山或悬崖看上去就像被切开的千层蛋糕，表面有层叠的纹路，而且每层的厚度不同，颜色不一。这些成层岩石被称作“地层”。
　　在地质学中，地层是指一层或一组具有某种统一特征和属性，并和上下层有着明显区别的岩层。地层是各种沉积物一层一层堆积而成的，有时候它的分布面积可达几十万平方千米，有时候地层痕迹又可能出现在一块很小的石头上。
　　岩层经常出现在悬崖峭壁、河岸或修建公路时的挖掘地段。地层有的只有几毫米厚，有的却厚达几千米，其中各层所含有的岩石、化石、矿物及其物理、化学成分都可能有明显的差异。这样一来，科学家就抓住了研究大地的重要线索。如果说切开蛋糕能让我们知道里面的口味，那么切开大地就可以让我们了解地球的过往。
　　地層如此明显，科学家们应该早就注意到了。但可能是因为“熟悉的地方没有风景”，人们关注更多的是地震、火山这样惊天动地的变化或是岩石、矿物这样与生活息息相关的自然资源，而关于地层的信息反而鲜见于古籍中。直到欧洲文艺复兴之后，随着工业的发展，人们需要从地下获取越来越多的矿产资源，大家才发现，地层与各种矿产的埋藏、道路的开辟、河道的挖掘、建筑的稳定都有关系，于是地层这本大地史书才逐渐被翻开。

地层学的开创者

　　第一个翻开这本“书”的人是丹麦科学家尼古拉斯·斯坦诺。他出生于1638年，3岁时患病险些丧命，于是他与医学结下了不解之缘。当时，医生的主要工作就是做外科手术，因此1660年，22岁的斯坦诺前往阿姆斯特丹学习人体解剖。事实证明，斯坦诺是一位优秀的医生，几年之后就出版了专著——《腺的解剖学发现》。他发现了今天被我们称为“斯坦诺管”的腮腺管。1665年，斯坦诺获得医学博士学位，他本想在哥本哈根大学当老师，但却没有成功。无奈之下，他离开丹麦来到意大利名城佛罗伦萨，成为费迪南德二世公爵的私人医生。
　　1666年10月，费迪南德二世公爵收到两位渔民捕获的一条鲨鱼。因为斯坦诺是医生，公爵就把鲨鱼头送给斯坦诺解剖。当斯坦诺检查鲨鱼的牙齿时，他发现这些牙齿很像人们在岩石中发现的生物化石——“舌形石”。当时，人们对于舌形石的解释五花八门，有的人说这是从天上或月亮上掉下来的石头，还有人认为它是从石头里长出来的。而凭借扎实的医学功底，斯坦诺断定“舌形石”就是鲨鱼牙齿的化石。
　　确定了“舌形石”是鲨鱼牙齿的化石，但是新的问题来了：鲨鱼牙齿怎么会跑到岩石中去呢？
　　于是，斯坦诺到处搜集化石，观察岩石结构。通过观察，斯坦诺发现，岩石里不仅有动物的牙齿，还有矿物、晶体、岩脉等。由此他大胆推测：组成岩石的一些物质形成于水中，这些物质在水中沉淀的时候会呈现一层一层的状态，所以要是在这样的沉积物中发现一个被包裹住的东西，那这个东西一定是先于岩石形成的，绝不是从岩石中长出来的。

　　斯坦诺还提出：盖在上面的地层的形状往往受到下面地层的影响。因此，从时间上看，最上面的一层是最年轻的，最下面的一层是最古老的。这个定律被称为“地层层序律”，是后人研究地层学的基础。斯坦诺第一个认识到地壳中记录了各个年代的地质事件，他认为通过对地层和化石的研究可以破译地球历史，他也因此被后人称为“地层学的开创者”。
　　不过，遗憾的是，斯坦诺虽然成为开拓者，但是在时代的局限下，越是深入研究， 他发现用当时的科学知识解释不了的问题就越多，最终这些现实与思想的矛盾把他推向了神学的一端，他成为一名虔诚的天主教士，并以此身份过完了自己的一生。

用古生物化石测量地层的人

　　虽然斯坦诺有了自己的选择，但是大地史书既然已经翻开就一定会有人继续“阅读”。下一个接棒的奇才是英国的河道测量员威廉·史密斯。史密斯出生于一个普通的农民家庭。年少时的史密斯并没有显示出什么过人的才能，但是他有一个爱好：搜集各种石头。于是他的叔叔建议他学习一些测量、几何学的知识，未来可以做一名测量员。
　　当时，英国的工业革命正在如火如荼地进行。英国的煤炭工业蓬勃发展，挖出的煤需要运输，因此各种运河纷纷开挖，这就需要大量的测量员对运河途经地区的地形地貌进行测量。史密斯成为一名河道测量员后，参与了萨默塞特煤运河工程的测量工作。在此期间，他发现这一地区的岩层呈现一种非常有规律的倾斜状态。在随后的日子里，他跟随测量团队东奔西跑，同时扩大了自己的科学观察范围，搜集到大量的化石标本。 　　我们刚才说到了斯坦诺的“地层层序律”，但是这个定律只对辨识那些非常规整的地层有效。但其实很多地层早就被几万年的地质运动弄得支离破碎。此时，史密斯发现，虽然地层乱了，但是地层之中埋藏的化石不会乱，每一种古生物化石都会对应不同的地层，比如三叶虫大量出现在寒武纪，所以某些三叶虫化石所对应的就是寒武纪地层，而菊石对应的就是侏罗纪地层。发现了这样的对应关系，史密斯就有了一把研究地层的标尺。
　　此时，史密斯还发展出一个本领——用化石证据把那些支离破碎的地层重新组合起来，并且排列成序。掌握了方法的史密斯決心画出整个英国的地质图。之后，他足足在野外勘测了14年，最终在1815年实现了自己的目标。一份长2.4米、宽1.8米、注释厚达50页的英国全彩地质图横空出世，这是世界上第一份现代地质图。大地史书终于被破译出新篇章，但这份地质图也耗尽了史密斯的家产，因为欠债，他还遭受了10个月的牢狱之灾。在此期间，有人剽窃了他的地质图。幸好在经历了诸多不幸之后，他的付出得到了世人的认可，伦敦地质学会将首枚渥拉斯顿奖章授予了史密斯，国王威廉四世为他颁发了终生养老金。

启发了达尔文的地质学家

　　通过对地层的研究，人们对于大地的认识进入了一个新的阶段。英国地质学家查尔斯·莱尔与前两位出身寒门的地质学家不同，莱尔出身于书香门第，他的父亲是一位小有名气的植物学家，因此他自小就接触到很多自然知识。19岁时，他进入大名鼎鼎的牛津大学学习古典文学和数学，后来又改学法律和地质学。毕业后，莱尔开始专攻地质学。
　　当时，关于地质变化，有一种理论叫作“灾变论”，开创了古生物学的法国科学家居维叶就很支持这种理论。灾变论是说地球在很短的时间内曾发生多次巨变，而且每次都是沧海桑田：陆地上升、洪水泛滥、物种被大面积毁灭，因此形成了今日的地球面貌。对此，莱尔有不同的看法。1828年到1833年，经过在意大利、法国、西班牙、德国等地的考察之后，莱尔完成了他的巨著《地质学原理》。在这本书中，他提出了“均变论”，他认为地质的变化是缓慢而匀速发生的，虽然其间有火山、地震这样的突发事件，但是过去发生的一切地质作用和现在正在进行的方式相同，所以研究现在正在进行的地质作用，就可以了解过去的地球历史。
　　莱尔的“均变论”使人们多了一种认识大地的方法，且这个方法被沿用至今。同时代的达尔文在乘坐“小猎犬号”进行环球航行的时候随身就带着这本《地质学原理》，这本书启发他写出了《物种起源》。后来，莱尔被世人誉为“现代地质学之父”。
　　当然，翻阅了大地史书的人远不止斯坦诺、史密斯和莱尔这三个人，还有许许多多的地质学家、生物学家甚至物理学家、化学家为人类透析地球历史做出了贡献。地层这本大地史书由那些伟人开启，而今我们依然在学习、翻阅。