“思想与铁锤”

“思想与铁锤”（Mente et Malleo）：国际地质大会自1881年以来的铭文。

在所有地图中——地形图、历史地图、文化地图、生物地图、政治地图……地质图可能是最多彩、最漂亮的了。但我们要知道，只有极少数的人能解读地质图的意义，对于新手来说，符号、界线、颜色并不那么容易识别。地质图不单是一片花花绿绿的色彩，而是运动、碰撞、山脉和火山的历史，是我们星球的历史。我们试试揭开地质图的神秘面纱，一起来看看最大的这张——《世界地 质图》。

文／墨岩（Pierre Mauriaud） 、菲利普·布伊斯（Philippe Bouysse）  译者／王如菲    插图／岑骏

世界地质图委员会（CGMW）的前身是世界上最古老的地球科学组织——1878年成立于巴黎的国际地质大会（IGC）。成立委员会的想法最早在1910年第11届斯德哥尔摩国际地质大会上被提出，接着在1913年第12届多伦多国际地质大会上确立下来。此时，《欧洲地质图》初版刚刚完成，这部地质图早在1881年多伦多国际地质大会就已开始编撰。

世界地质图委员会的总部在巴黎，是依照法国法律成立的非营利性科学教育组织。委员会负责设计、宣传、协调、筹备和出版小范围主题性的全球、大洲、主要地区和海洋的地球科学地 图。

1966年，委员会成为国际地质科学联合会（1961年成立）的下属机构，后者与国际地质大会关联。作为众多地理科学联合会中的活跃成员和非政府组织，CGMW被联合国教科文组织划为“A类”NGO组织，接受其资助。世界各个国家和地区的地质学调查组织（或负责国家地质绘图的其他类似组织）都是CGMW的法定成员。

在探寻地质图的历史和意义之前，让我们先看一下地质图的制图基础：地形图或地理图。无地理学便无地质 学  。人类历史无不与地理相关，同样，地球这个星球的历史离开了地图也无法解 读。

世界地图自2500年前就已存在，尽管这个“世界”还是古希腊和罗马绘图者眼中的世界。地图总是反映产生它们的文明的主要特点：他们对地球、对商业、对政治和经济诉求的看法。

第一幅世界地图被认为是由阿那克西曼德在公元前6世纪中期绘制的，这幅地图以爱琴海为中心。

在公元前6世纪到5世纪 ，米利都的赫卡塔埃乌斯制作了一幅地图，在阿那克西曼德版本的基础上进行了修改和扩展，并将中心移到了地中海。

在公元前2世纪初，同样是在古希腊，埃拉托塞尼（公元前276-194年）又对地图进行了修改，将亚历山大大帝的战场绘入其中，那时亚历山大已抵达印度河流域。埃拉托塞尼是将经纬线引入地图的第一人，也是计算出相当精确的地球半径值的第一人，他因此扬名。

公元1世纪，在罗马帝国，泰尔的马利诺斯被认为是数学地理学的创始人，制作出了包括中国在内的世界地 图  。

托勒密绘制的世界地图的原图一直没有被找到，但他的著作《地理学》在一部古希腊手稿中被重新发现，并且在1406年被翻译为拉丁文 。书中数千条索引涉及世界上许多古老的地区，大部分都有地标记录。这本书对早期伊斯兰地图产生了影响，同时也让欧洲的绘图家们有机会重建托勒密的世界观。

在中国，地图的历史非常悠久。中国发展出了一系列精细复杂的绘图技术。通过蒙古帝国，古代中国人与穆斯林世界缔结协议，绘制地图时将中国置于中心，而欧洲则位于边缘。图中也包括非洲，并且范围已经延伸至好望角，数年后葡萄牙人到达了那里。

中国最早绘制的世界地图出现在1320年左右，但现在已经遗失。现存最早的地图是彩色的《大明混一图》，1389年为明朝第一位皇帝所制，细节详尽，画在17.2米长的丝绸上。

作为外国人客居南京，我常感到面临诸多困难，可想而知郑和率船队七下西洋（1405-1433），跨越太平洋和东南亚，是何等不易。

他的航海图发表于1628年，其中记录了郑和及早期航海者的足迹。虽然郑和的船队规模空前，但所行路途并非前所未有。郑和的船队所走的路线是自汉朝以来就存在于中国与阿拉伯半岛间的商路，建立已久，相关的地图也已十分完善。在第七次远航之末，舰队最终被摧毁，同时大规模的海上航行也从此遭禁。尽管小范围的商业活动和走私活动还在继续，中国欲扩大商业和政治影响力的努力却到此终止了。

有意思的是，在中国毁掉了自己的舰队的同时，欧洲的远洋探险开始了，公元15世纪成为欧洲探险的世纪。

发现，从西方中心主义的角度来看，基本上是由经济和商业需求驱使的。丝绸和香料、胡椒和桂皮，这些曾是欧洲中世纪最贵的商品 。宗教仪式、化妆、香水、食品添加和提味，处处都要用到它们。这些商品从亚洲或非洲通过陆路，或者由穆斯林水手通过印度洋海路进口到欧洲。

当商品到达地中海海岸时，威尼斯商人们将它们分销到欧洲各地，他们也因此变得极为富有。在中国最有名的异国旅行者马可波罗在忽必烈统治期间在中国度过17年（1274-1291），他便是一个威尼斯人，这一点并不是巧合 。

世界上并不是只有欧洲人和中国人是探险者。摩洛哥丹吉尔的一位学者伊本·巴图塔（Ibn Battuta）在1325到1354年间曾到达北非、南欧、中东和亚洲，甚至到达了中国。

在葡萄牙，所有异域商品的价格都是最高的，因为它处在中东—欧洲商业链条的最远端。因此葡萄牙人寻找通往东方的捷径的愿望最强烈。如果威尼斯人几乎绝对性地垄断着穆斯林商路，那么另一海上霸主，热那亚人则转向北非，开展小麦、橄榄油、金银等欧洲紧缺物资的贸易。热那亚社区在葡萄牙也同样有势力。

葡萄牙人于是从1418年开始对非洲的大西洋海岸进行系统的探索，在有“航海家”之称的亨利亲王的资助下开展。葡萄牙与热那亚人合作，因为后者也非常希望能找到通往印度的直接路线，从而打破威尼斯人对于亚洲商品的垄断。

在那时，欧洲航行都是遵循波多兰航海图指引的沿海航行。这些航海图被认为是国家机密 ，上面记载了有沿海地标指明的已证实的路线。水手们从一个已知地点出发，跟随罗盘指引，并根据沿岸的地标确定自己的位置。在第一次大洋探险中，他们使用了罗盘，这是绘图学和天文学上的一项突破性的新进展。人们使用阿拉伯航海工具如天体观测仪和象限仪，通过天文定位来确定纬度 。

1453年君士坦丁堡陷落，成为葡萄牙探险的强大动力。巴托罗梅奥·迪亚兹（Bartolomeo Diaz）在1488年沿非洲航行时到达印度洋。

1492年，西班牙国王完成了“收复失地运动”，结束了阿拉伯人在西班牙长达7世纪的统治，并开始仿效葡萄牙。在西班牙王室资助下，克里斯托弗·哥伦布——又一位热那亚人——起航驶向东方，寻找通往日本和中国的直接道路。但是他到达的是巴哈马群岛，后来也被称为“西印度群岛” ，从此开启了新大洲的地图。大错反而铸就了成功，这也成了现在对serendipity（意外好运）这个词的定义。

这个新大陆后来被称为“亚美利加”，这个名字来源于一位佛罗伦萨探险绘图家非常女性化的名字——亚美利哥·维斯普奇（Amerigo Vespucci）。他是第一个指出巴西和西印度群岛并不是如人们所想那样属于亚洲东部外围的 人。

设想一下，从政治的角度来看，一幅准确的地图是多么重要。

在新航路开辟的主要时期，为避免冲突，西班牙和葡萄牙在1494年签署《托尔德西里亚斯条约》。他们把世界简单分为两个探索区域，各自享有其中一个区域中新发现土地的专属权利。在条约中，葡萄牙“接受”欧洲外部、佛得角群岛（已属葡萄牙）以西370里格（2193公里）处一线以东的所有领土。西班牙则“接受”这条线以西的所有部分，包括哥伦布新发现的领土和大部分美洲西部地区外加太平洋岛屿。葡萄牙获得整个非洲、印度到太平洋。地球的另一边则没有划定界线。由于巴西东部的一片区域在这条线以东，因而它被划归葡萄牙所有，也成为今天拉丁美洲唯一讲葡萄牙语的国家。一些历史学家认为葡萄牙人当时就知道，所以葡萄牙国王约翰二世坚持把这条线尽可能向西移，但他的动机可能仅仅是想尽可能地扩大在大西洋的权利。这个条约也显示了当时欧洲人的心理，认为世界不仅属于自己一个国家，应当创造和共享商业机会，尽可能避免冲突，这种心理可能还延续了更长的时间。

到17世纪末，地球的关键地理特征已经为世人所知，至少在沿海地区是这样。人们开始探索大陆内部。世界绘图学、地形学需要充实新的信息，尤其是地质学内容的加入。

世界地质图从18世纪发展至今的过程值得我们花些时间来研究。这是科学史，更主要是科学合作和国家间竞争的历史，这种情况直到今天还常常存在。

让-艾蒂安·盖塔尔（Jean-Etienne Guettard ）1746年完成《矿物学地图：英国和法国岩石的自然特征和地点》（Carte minéralogique, Où l'on voit la Nature et la Situation des terrains qui traversent la France et l'Angleterre），堪称地质图绘制的先 驱。

在随后的数十年，地质学和矿物学经历了相当大的发展。这个过程与一系列地区性地图的出版联系在一起，包括乔治·菲克塞尔（Georg Füchsel）的《图林根州》（1761）和乔治·居维叶（Georges Cuvier）和亚历山大·布隆尼亚（Alexandre Brongniart）合著的《巴黎周边矿物地质学论文》（Essai sur la géographie minéralogique des environs de Paris, 1811），后者被认为是“未发表的第一幅现代地质 图”。

第一幅全国性的地图——威廉·史密斯（William Smith）的1英寸比5英里的 “大地图”——名为《英格兰、威尔士及苏格兰部分地区地质图，展示……》 ，在1815年出版。《法国地质图》于1841年出版，比例为1：500 000。

全世界的地质学调查成果已逐步建立起来，合作世界地质图的想法于是应运而生。（参见附文）

2010年的《世界地质图》分为两个部分：地形和地质。

要想理解地质图，首先得了解地质学的几条基本原则。地质学即讨论地球如何演化的学问。

在所有神话中，地球在最初被创造出来时就跟现在的样子差不多。也许是诸神的打斗使地球倾斜，导致河水东流；也许是某个邪神引发的洪水夺去了地球上所有的生命，就留下了几个人和他们船上那个动物园。但总的来说，地球一开始就和我们现在看到的相差 无 几。

第一个开始怀疑地球是否真的一成不变的人是古希腊哲学家亚里士多德。他观察到侵蚀作用和海岸线的变化，从而推断出一切都处在变化当中。如果没有这些变化，地球的历史也不复存在。那样的话，也不会有我们现在所知的地质学，而不过是另一种地理图的描述 方 式。

地质学可以用非常简单的方式来理解。对于外行来说，所有的石头看上去都很令人困惑。什么时候我们看太湖石的时候会去关注它的起源、年代、沉积物和演化过程？

但现在先让我们来根据起源看看石头的主要类型。

地球其实是一个相对较小的球体，半径只有6370千米，只比中国东西界线间的距离多1000千米。它的内部由许多熔化的岩石构成，也就是岩浆。地球的最外层因为与寒冷的太空接触，于是固化成为地壳。简单点来讲，岩浆可以到达地表，通过火山急速、剧烈地喷射出来，这种喷出火山岩主要是玄武岩。大洋底部大部分地壳就是由这种岩石构成。岩浆也可能缓慢上升，在漫长的上升过程中不断结晶（在炽热的岩浆中慢慢形成晶体结构）。这种是侵入性火成岩，主要是花岗岩。花岗岩在中国非常普遍，正是这种岩石构成了黄山最美丽的景色。花岗岩是构成大陆最主要的成分。玄武岩和花岗岩都被称为岩浆岩，因为它们都是由于岩浆活动形成的，在地图上也是这样标注。

一旦上升到地表，岩浆岩就会开始受到化学和物理性的侵蚀作用，最主要是水流侵蚀。水流会慢慢破坏岩石的结构。河流会对岩石产生搬运作用，或者当河水的力量不足以将它们带入湖泊或海洋时，就会形成沉积。这些沉积的岩石一层层堆积，慢慢就会形成一种新的岩石，叫做沉积岩。

沉积岩有三种类型：化学岩（如盐），碎屑岩（主要是砂砾、泥岩、粘土）以及生物化学岩（需要生物和钙共同作用形成的碳酸盐岩）。珊瑚礁就是就是一个很好的例子。

我们刚提到了岩浆岩，并又将它们转化为沉积岩。在某些特定条件下，沉积岩埋得太深，于是在融化和重新变为岩浆岩的过程中慢慢改变了结构。经历这种变化的岩石叫做变质岩，最好的例子就是所有类型的大理岩。

最初的地质绘图目的是对这三类岩石进行绘图，根据地质学家所称的“相”来进行进一步分类，而“相”主要是指化学构成和内部结构。

很快地质学家们就发现，岩石的类型，或“岩性”，并不是一种单一的特 点。

重构地球演化的历史需要确定沉积岩的年代。没有谱系便没有历史，这在中国是一个非常普遍的概念。因此地质学家在假设年代较新的岩层位于较老的岩层之上的前提下，开始测定整理岩层和地层。他们开创了一个新的学科：地层学，也就是地层组织学。岩石的每一层都由较老的和较新的共同组成。他们观察到每一个地层中都包含特定的化石，这些化石随着时间演进。生物地层学由此诞生了。根据所有生物种类的出现、进化和消失——藻类、无脊椎动物、鱼类、昆虫、两栖动物、爬行动物、恐龙和哺乳动物，地质学家们对全世界的地层进行了分类和整理，并根据四种主要分支对它们命名。比如说，浙江省江山以北10公里的碓边村西部有一片露出地表的岩石，目前已成为世界地层学中的一条索引——代：古生代；纪：寒武纪；世：芙蓉世；期：江山期 。所有同期的岩石都将命名为江山期岩石。

年代地层学根据不同的时期将地球上所有的地层连接起来，这是绘制所有岩石的基本方法。但是对于那些没有化石可以判定时期的岩浆和花岗岩，又应怎么办呢？答案是这些岩石通常夹在那些可以测定年代的沉积岩层当中，那么根据上下岩层的年龄就可以推断它们的年龄了。

现在，利用放射方法可以准确推定岩石的所属的时期（以百万年记）。比如江山期岩石形成于4.895亿年前，白垩纪终结于6600万年前，也就是孩子们特别喜欢的恐龙所处的时期。地质图的绘制已经到达了较为成熟的阶段，地质学家们用非常精确的比例将全世界所有同期的岩石根据其索引连接起来。

每一时期的岩石都由标准颜色表示，一目了然。比如，棕色和灰色代表古生代岩石，蓝色代表侏罗纪，橙色到黄色代表第三纪。喷出岩或火山岩则由特殊的红色标注，时期也会标出。

再讲得稍微复杂一点，地质学家还得考虑到地球一直处在运动中，不仅是自转和公转，还有板块的运动，形成了山脉、盆地、巨大的褶皱和断层。地质图上需要表现这些信息，地质学家要了解主要山脉的走向、地层倾斜，以及主要地层倾斜的方位角。这些数据叫做构造信息。

现在我们已经有了所有需要的材料：岩浆岩、沉积岩、变质岩，还有它们的相对年龄（年代地层学）和绝对年龄，以及它们的形态（褶皱、断 层）。

地质学至今依然是理解地球生命历史的关键 。自然选择理论的创始人达尔文就是一位正宗的地质学家，他正是在英国皇家海军前往南美的一次绘图航行中想到这个理论的。

为什么分两部分来呈现世界地质图呢？不了解地球地文学，是很难理解世界地质图的。

有趣的是，最初是对海洋地文学的了解促使地质学家和地球物理学家研究出地球表面演化的革命性理论。应了大家常说的那句话，一切来自海洋。

今天的地壳结构概念的先驱者是一位德国的极地研究员、地球物理学家和气象学家，阿尔弗雷德·魏格纳。他的大陆漂移假说早在1912年就已提出，原因是他观察到地球不同大陆的边缘似乎彼此契合，好像一个巨大的拼图一样。他的理论在当时争议颇多，并没有为大众所完全接受，原因主要是对漂移机制的解释并不十分令人信服，而且缺乏实证和预测 。总结起来，科学就是收集观察数据、经验、事实、证据，运用理性思考对事实进行解读和综合，形成理论，然后将之公布，以便其他科学家对这个理论进行测试、质疑、反对，直到所有的已知情况都可以得到解释，再无例外。或者就像爱德华·O.威尔逊定义的那样：“科学（science来源于scientia，意为“知识”）是以可证实的解释和对于宇宙的预测的形式建立和组织起来的一项系统性的事业。”有一点很重要：理论应当包含预测。

上世纪50年代初，一门新的科学——古地磁学，终于为板块漂移理论带来了事实证据。结合军用深海测深地图，科学家发现了海床扩张和俯冲带，而后发展出了今天的板块构造理论。形成机制最终被发现，新的地球演化理论形成，从而解释了大部分观察到的现 象。

让我们回到简单的概念和观察结果。我们之前提到地球内部由温度极高的液体状岩浆组成的地幔层和温度极低的宇宙空间之间形成的交互面，这个交互面就是固化的地壳。众所周知，当我们加热液体的时候，液体会在容器底部和表面之间循环运动，叫做“布朗运动”。当这种运动速度相对较慢的时候，便形成对流运动。这些运动会对地壳，也就是地表固化的部分产生影响，地壳便会随之移动、断裂，或形成褶皱。这种运动通过每天数千次的地震活动表现出来。运用今天的设备，可以估计出每年大约有500000次地震发生，但只有100000次会产生震感。一些地区会更容易受地震影响，这也是这个理论的证据之一。

让我们回到地质学上来。我们刚才讲到两种岩浆岩，一种是通过火山快速冲出地表的喷出岩，通常是玄武岩，另一种是缓慢入侵的结晶岩浆，叫做花岗 岩。

海洋地壳约10千米厚，主要是由火山玄武岩构成。大陆地壳约40千米厚，主要由深成花岗岩构成。

简单来说，尽管玄武岩和花岗岩矿物结构相似，结晶中的花岗岩比同等的处于液体状的玄武岩体积要大，因此花岗岩的密度（2.6-2.7）要略低于玄武岩（2.8-3）。但如果是浮在地球内部的液状岩浆上，密度上的这点小差别就变得重要了。较轻的地壳比较重的地壳沉得更低，因此较轻的大陆地壳平均海拔为+850米，相反，较重的海洋地壳平均深度为-3800米。

陆地高原 则处于二者之间，它依然是大陆地壳的一部分，但平均深度为-200米。在这200米深的陆地高原和3800米深的海底平原之间，是平均坡度为4度的大陆架。

地质构造图明确显示了这三大区域，但它同样显示了两种地壳间巨大的差别。海洋地壳显示出大片平坦的深海平原被巨大的断层和海底山脉割裂开，这与我们通常在陆地上看到的景观完全不一样。有些人认为这是因为我们还无法取得关于海洋的足够的细节性信息。

事实并非如此。等深图已覆盖全海，投入军用（海面和海底作战）和民用（跨海电缆）。海洋的图像就算还不够详细，但是已经非常精确。

在地质图中，这种差别更加明显。

海洋地壳和陆地地壳看上去完全不一样。你可以在脑海中设想一下，如果把太平洋合起来，那么你将看到100年前魏格纳所看到的东西——大陆彼此契合，就像一幅巨大的拼图。我们现在能够证明大西洋是从侏罗纪开始展开的（北大西洋1.7亿年前，南大西洋1.4亿年前），并且现在依然每年以5-10厘米的速度扩展。

海床自身也在运动并以一个中轴向两边扩张，这个想法是哈蒙德·赫斯（Hammond Hess）在1960年提出的。运动机制与大陆不同，是来源于海洋内部。原先的理论得到了发展，名称也从“大陆漂移理论”变为“海底扩张理 论”。

大西洋中脊（长4万千米的一个活跃火山脊）两侧同时期的沉积岩位置彼此对称，海底扩张理论因此得到证实。大西洋中脊早在1872年就被英国皇家海军舰艇“挑战者号”发现。大量平行的断层，称为“转换断层”，就是海洋地壳不断扩张造成的。不仅大西洋，太平洋中也能观察到海底扩张的现象。中间有一条粉色的线，两边从黄色到橙色再到绿色，呈现平行的带状。

但如果海洋地壳持续扩张，也就意味着地球一定像一个巨大的气球一样在膨胀，除非有其他的进程出现。事实上，就像人的个性分被动和主动，在板块构造中同样有被动边缘和主动边缘。被动边缘运动比较和缓，最好的例子是非洲西部边缘或者美洲东部边缘。主动边缘如太平洋的周边，又被称为“太平洋火圈”，它是由数千座火山组成的一条连续的线，地震活动十分频繁。如果运动中的海洋地壳遇到相反方向运动的大陆或海洋地壳，那么其中一个地壳就会陷入另一个地壳之下，这叫做板块俯冲。这种碰撞不会是平静温和的。在太平洋和美洲的碰撞中，产生了从智利火地岛一直延伸到阿拉斯加的漫长山系。大洋板块也可能俯冲到另一个大洋板块之下，比如太平洋西部。大洋板块俯冲时会融化，产生了火山岛，并带来一系列地震和海啸。因此海底某些地区不断扩张，另一些地区则产生俯冲和融化。

大陆地壳又是如何呢？大陆地壳也与海底扩张相关，它们也在不断运动，有时发生碰撞。看看这连续的山系就知道：从比利牛斯山、法国的阿尔卑斯山，到希腊、土耳其、伊朗、巴基斯坦，最后到中国最大的山脉——喜马拉雅山脉。这一系列绵延的山脉是由两组碰撞引起的（很重要的一点是，板块构造运动不仅限于地壳活动。地壳仅仅是岩石圈的表层部分，深层的软流圈较为粘滞，为运动创造了可能）：非洲板块和欧洲板块间的碰撞以及印度洋板块和亚洲板块间的碰撞。印度洋的海床依旧能看出印度洋板块向北运动的痕迹。四川遭遇的周期性大地震就与喜马拉雅山脉与持续向北运动的印度洋板块碰撞导致的造山运动直接相关。

大陆板块也可能产生断裂。想象一下大西洋的形成，这样的断裂现在依旧在发生，就像东非大裂谷的形成初期，深陷的火山裂谷开始被湖泊填充，红海形成的早期也是这样。

地球的演化史是地质学家根据岩石的性质、年龄和变形重构出来的历史。我们描述过的每一个阶段都留有痕迹，可以被解读，被重新整理到一幅宏大的画卷中，这就是世界地质图。

这不仅仅是一个科学问题。石油业和矿产业利用这些理论来探测哪些地区得天独厚，蕴含丰富的石油、天然气或其他矿产。最好的例子是对南大西洋沿岸不同岩石沉积次序的了解。开始是一个湖泊环境，这种环境非常有利于富含有机物的源岩和储集岩的发展。随着开放程度扩大，海水侵入，海洋沉积开始形成，但还处在有限范围内，主要是大量的盐类沉积。开放继续扩大，浅水碳酸盐和碎屑沉积逐渐出现。这对油气系统的产生非常有利（源岩产生碳氢化合物，储集岩将源岩上分离出来碳氢化合物收集起来，并将岩层封住，阻止碳氢化合物向上流失）。这就是南大西洋两侧富含油气资源的盆地形成的过程，东部有安哥拉、刚果和加蓬，西部是巴 西。

如果我们刚才讲的足够清楚，那么地质图就不再是一片花花绿绿的色彩，而是运动、碰撞、山脉和火山的历史，简单来说就是我们星球的历史。

这也是科学联合的象征。没有传统中国地质学，也没有传统西方地质学。地质学家就像其他科学家一样，运用相同的一套理性工具和语言，来观察、辨认、判定、整合事实数据，形成理论。他们共同合作，提出问题再解决问题，一步步将人类的认识向前推进。正如牛顿所说：“如果说我看得更远，那是因为我站在巨人的肩膀上。”科学，或者说此处的地质绘图学，就是帮助我们看得更远的一条捷径。