气候变迁背后的故事（廿五）
石和海
在随同法国远征队测量北欧纬度间距、证明地球确为牛顿所言的扁球体之前，初出茅庐的乌普萨拉大学天文教授摄尔修斯也独自考察过近在身边的地理。
瑞典人靠海吃海。皮毛和脂肪价值不菲的海豹（seal）喜爱躺平在岩石上晒太阳，是活脱脱的现成猎物。海豹体态丰腴，只能勉强爬上接近水面的石头。适合它们的“海豹岩”历历可数，被附近猎人瓜分私有，与耕地一样作为遗产传给子孙，也依法纳税。瑞典政府注意到猎户这一传家宝往往很快被后代遗弃，聘请摄尔修斯一探究竟。
1731年，正值而立的摄尔修斯前往离乌普萨拉不远的北部海边调查。他挨家挨户访谈，查阅纳税记录，很快找到海豹岩“寿命”不长的原因：波罗的海（Baltic Sea）的水面连年下降，岩石变得越来越高。望旧岩莫及的海豹“移居”新露出的石头，猎户只好跟着转移战场。摄尔修斯请当地数学教师帮忙绘图，详尽记录一尊被舍弃的海豹岩的故事。
图中的“EF”线是摄尔修斯在1731年见到的海面所在。这块岩石高高在上，不可能出现海豹。但它在近两个世纪前确是海豹岩，为一家猎户祖先的私产。海豹曾经栖息在岩石顶端“a”点，极易狩猎。摄尔修斯没能考证出具体年份，但标注那时的海面处于“AB”位置。档案显示猎户先辈在1563年时将岩石摧毁一部分，造成“d”处的缺口。因为海豹已经挪至较低的“b”处，高岩阻挡视线碍事。那年的海面因而应在“CD”位置。摄尔修斯实地测量出海面在168年间下降了2.37米，平均每年1.4厘米。
为方便后人继续追踪。摄尔修斯在一块只有尖头露出水面的岩石上刻下1731年的海平面位置。这块“摄尔修斯岩”今天已经巍然耸立于水面之上。
海平面的逐年下降在波罗的海沿岸尽人皆知。那里的渔村总在搬迁之中，否则会离水越来越远。渔民亲眼目睹新的岩石甚至岛屿从水里涌现。摄尔修斯第一次为这个自然现象赋予定量的测量。
也是在1731年，意大利博洛尼亚大学数学教授曼弗雷迪（Eustachio Manfredi）和威尼斯工程师曾德里尼（Bernardino Zendrini）应邀前往威尼斯南边海滨小城拉文纳（Ravenna）协助治水。与伽利略曾为之设计水车的威尼斯一样，拉文纳时常遭遇海水泛滥。他们年复一年地维修水坝和排水渠，依然每况愈下。
拉文纳历史悠久的大教堂凑巧在拆除重建。曼弗雷迪和曾德里尼好奇地观摩挖掘现场，惊见教堂最早在公元五世纪初建筑时的大理石地面被埋在地底。两人测量后确定其所在低于海平面好几十厘米。一千多年前的建筑师不至于愚蠢到将宏伟的大教堂建在水面之下，任凭潮水浸没。合理的解释是亚得里亚海（Adriatic Sea）彼时比现在低得多。拉文纳镇是在海平面的上升中不断垫高才具备现在的地势，也还难逃海水灾害。这也符合曾德里尼在威尼斯的体验。
曼弗雷迪推测河水冲刷的泥土在海边淤积造地，缩小海洋的面积。体积固定的海水受挤后只能上涨。他也定量地检验河水里的泥土含量，计算它们会导致亚得里亚海水在348年里上升至少16厘米。古时候没有人像摄尔修斯那样留下水位记号。不过威尼斯总督府（Doge’s Palace）的外墙常年浸泡在水里，留下很多水迹。曼弗雷迪借之核查，算出威尼斯的水位在宫殿落成的230年里已经上涨40厘米，远超泥土填海的估计。如此推算，拉文纳大教堂初建时的海平面比现在低两米多，确实不会对当年的教堂构成任何威胁。
无独有偶。荷兰的哈特苏克（Nicolaas Hartsoeker）那时也在为海水上涨发愁。荷兰的大城市与威尼斯同样地坐落在海滨低洼之地，需要不停地筑堤建坝。英雄所见略同。哈特苏克也通过测量河水里含土量估算出海水每百年会增高30厘米，悲观地预测荷兰所有耕地在一万年内被完全淹没，国将不国。
大江大河裹挟的泥土大多在出海口沉积，造就以其形状名曰“三角洲”（delta1）的新陆地。有些三角洲稳固、扩展后与坚实的大陆联为一体。伽利略的故乡比萨位于阿诺河的出海口，过去一度是古罗马的军港。但在他生长的年月，比萨的港口价值因阿诺河淤积一落千丈，现在已远离海边达万米之遥。曼弗雷迪和哈特苏克认为河水淤积致使陆地延伸、海面上涨，思路与古希腊历史学家希罗多德解释河边山上出现贝壳化石过程同出一辙。他们也都有定量测量的证据，结论却与摄尔修斯在瑞典海域所见截然相反。
那个年代，一部题为《泰利亚梅德》2的佚名手稿在法国隐秘地流传。其副标题声称该书“收录一位印度哲人与一位传教士就海平面下降、地球形成和人与动物起源的对话”3。泰利亚梅德（Telliamed）是书里的印度哲人，有着与法国传教士迥然相异的世界观。他主张地球在距离太阳很远时表面被“普大海洋”（universal ocean）完全覆盖，没有一丁点陆地。海水里的杂物逐渐沉积，在海底水流冲击下构造出不规则的“原始山脉”（primitive mountain）。那时的海洋过于深邃，这些山脉附近没有生命。随着地球趋近太阳，海水蒸发导致原始山脉露出水面。其表面在风吹雨淋日晒中缓慢分解，流失的泥土又在侧边浅海里堆积出“次级山脉”（secondary mountain）。当次级山脉从持续下降的海水里冒头时，它们带有浅海的生命体残骸，即化石。泰利亚梅德由此解释化石只会出现在临海的次级山脉之中。更进一步，他认定陆地上活着的动植物及人类也都源自海洋，是自然演化的结果。
《泰利亚梅德》的作者德麦耶（Benoît de Maillet）是法国贵族，在路易十四治下担任过驻埃及总领事。他在外交生涯里周游世界，广泛接触与西方宗教不同的东方文化。假托印度哲人之口，他在书稿里阐述地球和生命的自然起源，弃上帝如敝履。虽然为逃避教会追究隐姓埋名，德麦耶也故意留下明显的线索：“泰利亚梅德”即为“德麦耶”的反向拼写。
德麦耶的普大海洋是地球远离太阳时的常态，海平面因蒸发的下降也是一个非常缓慢的过程，至少历经几十亿年才有今天的地球外貌。这完全不同于《圣经》中诺亚洪水式的一时性灾难，也与根据《圣经》年月推算出的地球区区五千多年历史大相径庭。不仅如此，地球和太阳在德麦耶的世界里都是永久性的存在。地球反复接近、远离太阳；海水随之蒸发、凝聚。地球上的山河和生命也无休止地演化、轮回。
《泰利亚梅德》作于十七、十八世纪之交时，摄尔修斯才刚出生。德麦耶在1738年去世时多半没能获知摄尔修斯提供的海平面下降实证。《泰利亚梅德》直到作者离世十年后正式出版，轰动一时。这部离经叛道制作充斥离奇想象，与已经开始普及的科学方法相差甚远。一向狂放不羁蔑视神教的伏尔泰也将德麦耶归于欺世盗名之辈。
比伏尔泰年轻十来岁的布丰在《泰利亚梅德》正式问世一年后推出自己的《自然史》，认为地球由彗星从太阳中撞出的火球冷却而来。但布丰也认可冷却后的地球曾一度被普大海洋完全覆盖，海平面处于持续下降之中。他将意大利和荷兰的境遇归咎于地域性的特例。
1765年，全球第一所矿业学院在德国东部大山里的弗莱贝格（Freiberg）开张，显示采矿工艺日益显著的地位。矿工之子维尔纳（Abraham Gottlob Werner）在该校读书，又在1775年受聘回校任教。他年仅26岁，已是远近知名的矿石分类专家。苦于健康欠佳，维尔纳人到中年后放弃野外勘查转向抽象的理论思考，尤其是不同种类矿石的历史由来。
维尔纳也没有简单地排斥德麦耶的普大海洋。他摒弃德麦耶的宇宙运动及生命演化遐想，只将普大海洋当作地球原初的状态。海水里溶解着大量的矿物质，在水被蒸发时陆续沉积在海底。最先析出的是“原始岩”（primitive rock），以“花岗岩”（granite）为主。随后出现的是“砂岩”（sandstone）、石灰石等“过渡岩”（transition rock），扮演从原始山脉到由其水土流失再度堆积次级山脉之间的过渡角色。过渡岩上面覆盖着组成次级山脉的薄片状“层状岩”（floetz rock）、散沙碎石式的“冲击岩”（alluvial rock）和最后才在火山爆发中产生的“火山岩”（volcanic rock）。
一百年前，丹麦青年斯特诺在阿诺河谷搜集、研究化石和矿石，总结出以矿石平面夹角分类的斯特诺定律和地球崇山峻岭由淤泥而来的地层学。维尔纳的矿石分类和起源与之一脉相承，层次分明、井然有序的五类岩石也正是斯特诺地层按时间顺序堆积的“叠覆律”更具体的表述。岩石的形成有赖于水底和其上越来越厚重地层的压力，被埋在最深处的花岗岩因而最为坚硬。维尔纳也明白将泥土挤压成花岗岩需要长达百万年的时间，但明智地回避这个涉及地球年龄的棘手争议。
弗莱贝格矿业学院在十八世纪末一枝独秀，人才辈出。维尔纳的弟子毕业后走向世界，在高山大川应用并检验导师的思想。从斯特诺到维尔纳的岩石来源“水成论”伴随着一代年轻人的脚步传播欧洲各地，成为地质学名副其实的主流“话语”。摄尔修斯的海平面下降证据正当其时，意大利和荷兰人与之相悖的切身体会被漠然置之。
维尔纳回校任教的前一年，瓦特正从格拉斯哥搬家前往英格兰的伯明翰。他的朋友赫顿（James Hutton）一路相伴走完这段不足五百千米、却饱含历史性的路程。在踌躇满志的瓦特身旁，年长十岁的赫顿尚未意识到自己也已趋近改写历史的前夜。
赫顿于1726年出生于苏格兰的爱丁堡。父亲在他三岁时去世，留下丰厚遗产保障母亲和五个孩子的小康生活。赫顿十四岁时进入爱丁堡大学修习人文和法律，但更对麦克劳林（Colin Maclaurin）讲授的牛顿力学课程着迷。麦克劳林曾得到晚年牛顿的亲身教诲和赏识。为帮助麦克劳林获得教职，牛顿在推荐信里表示自愿承担他的部分工资。麦克劳林在爱丁堡也与欧拉、拉格朗日、拉普拉斯等名家交往甚密，以诠释、推广牛顿理论为己任。少年赫顿获益匪浅，深为其逻辑魅力折服。他毕业后很快厌倦律师生涯，回到学校从头再来。那时的爱丁顿大学还没有设立他喜爱的化学专业，赫顿选择与之最接近的医学。这次他时令不佳，因为苏格兰发生叛乱和个人的私生子麻烦远走巴黎和荷兰完成学业。
1749年，赫顿在荷兰的莱顿大学获得医学学位。他没有忘记心心念念的牛顿，在毕业论文里模仿行星绕太阳的公转讲述人体内的血液循环。生命与天体同样在无休无止的轮转中连绵不绝。赫顿也有更实际的收获，做化学实验时慧眼独具地发现从煤烟灰里提炼“卤砂”4（sal ammoniac）的诀窍。卤砂是昂贵的工业原料，煤烟灰则一钱不值。点石成金般的技术在一位好同学手里投产后盈利甚丰。赫顿分得一笔可观的稳定收入，加上父亲的遗产已是衣食无愁。他告别都市，一个人躲进父亲留下的农庄。
那是1752年，赫顿才26岁。他的偶像牛顿早年发奋读书上大学，摆脱一辈子在自家庄园务农的命运。赫顿反其道而行之，在两度求学，怀揣法律、化学和医学实用专长后回乡务农。为当好农民，他又专程前往英格兰农庄“留学”两年，为苏格兰带回高效的犁和交替种植不同种类庄稼的”轮作”（crop rotation）等先进技术。几年后，赫顿的农庄成为邻近农户纷纷仿效的样板。
闲暇时，赫顿或骑马或徒步考察山峦沟谷，思考更为深远的课题。让曼弗雷迪和哈特苏克忧虑的水土流失是农家更直接的大敌。赫顿经常眼睁睁地看着肥沃的表层土壤被暴雨冲刷进溪河、泄入大海一去不复返。他无暇担心海水因之上涨，也顾不上操心其对收成的影响。如是千载，陆地上应该只剩得坚硬的花岗岩，怎么还存有可耕种之地？
赫顿从小在宗教环境中长大，但在大学期间受麦克劳林等教授影响接受“自然神”（deism）信念：上帝只在原初时为人类安排好生存环境，其后不再插手。太阳系是活生生的例子：上帝安排好太阳和行星的格局，之后由它们自行依照牛顿发现的定律运行。地球表面的土壤也是上帝为生命准备的资源，被冲入大海后理应会有重归陆地、继续维持生命的机制。
1767年时，41岁的赫顿将平稳运作中的农庄租给佃户，自己返回爱丁顿寻求答案。他正赶上好时光。
十八世纪后期的爱丁堡是所谓“苏格兰启蒙运动”（Scottish Enlightenment）的中心所在。那里有休谟写作历史、宗教与伦理、亚当·斯密构建划时代的经济理论、布莱克探讨气动化学和热、瓦特摸索蒸汽机的改进……。富兰克林常驻伦敦时专程来此拜访逗留；老牌启蒙学者伏尔泰也在巴黎盛赞“我们仰仗苏格兰的文明思想”5。赫顿与亚当·斯密和布莱克几乎同龄，都是快乐的单身汉。他们风华正茂无忧无虑，白天专心各自的学问，傍晚与更年轻的瓦特和其他学者一起聚餐，高谈阔论。
英格兰和苏格兰也都在热火朝天地挖河修渠扩展运输。赫顿参与其中，四处勘察地势，搜集岩石样本每天在自家实验室里研究。1774年陪伴瓦特去伯明翰也是赫顿的调研之旅。他与瓦特分手后继续前往威尔士和英格兰西南山区勘探。
爱丁堡在1783年有了自己的“王家学会”（Royal Society of Edinburgh）。1785年3月7日下午，会员们在大学图书馆里济济一堂，准备聆听赫顿酝酿已久的报告。这是赫顿埋头苦干十多年所期待的一天，他却因为得病或怯场没能露面。精于课堂教学的布莱克声情并茂地为听众朗诵好友准备的讲稿前半部分。四个星期后，赫顿终于亲自登台讲完后半部。
上帝安排的家园要永久持续，被冲刷入海的泥土必须能够再度升出海面为生命体造福。这也无需再有劳上帝相助。赫顿在瓦特的蒸汽机里感受火和热的威力，找到他寻觅已久的谜底。地球内部宛如蒸汽机，储存着无与伦比的火和热。它像火山爆发那样将沉积海底的泥土推举出水面，营造新的陆地。正如太阳系的行星和人体内的血液，肥沃的土壤在被雨水冲进海里，淤积后又在地热推动下喷薄而出，为人类和动植物提供新的良田。泥土在循环往复中不停地更新，保证生命的世世代代繁衍。那正是作为自然神的上帝之初心。
赫顿在报告中开宗明义地表明他的目的在于阐述养育植物、动物生命地球的存在时间。土壤的循环是一个无穷无尽的流程。地球也因此“无始之痕，无终之望”6，是一个永恒的存在。
古希腊哲人也曾认定地球亘古长存。但因《圣经》所限，十八世纪欧洲学者相信地球只有五千多年历史。布丰依据自己的实验推算地球从炽热之初冷却需要至少十万年，也不得不以重新诠释《创世纪》里上帝“一天”的长度搪塞。赫顿旗帜鲜明地论证地球无始无终，比化名的德麦耶更为石破天惊。
思想解放的爱丁顿朋友们也没能接受赫顿的奇谈怪论。赫顿知道他需要更直观的证据。
那年夏天，赫顿和朋友克勒克（John Clerk of Eldin）一起登上苏格兰远离海岸的高地（Highlands）。他十年前曾与克勒克的哥哥来过这里，知道山谷里满是错综复杂的岩石脉络。两人这次攀爬到一个叫做格兰蒂尔特（Glen Tilt）的深谷顶部，看到很多花岗岩脉（granite vein）横七竖八地夹杂在其它层岩之中。
那显然不是维尔纳所述、依照斯特诺叠覆律以时间为序有条不紊地逐层堆积地貌。他们可以看出花岗岩脉是自下而上“侵入”其它岩石，与从海水中沉积的方向正相反。赫顿解释这些花岗岩不属于地球之初的“原始山脉”或维尔纳的“原始岩”。它们更为“新鲜”，从地下的高温中崛起时还是炽热的岩浆，流入已有岩石的裂缝将后者贯穿、截切。眼前的场景生动地表明坚实无比的花岗岩并不都在海底最深处压制，可以在猛烈的地火中锻造而出，比地表的岩石更为年轻。已达花甲之年的赫顿与只比他小两岁的克勒克兴致勃勃，后来又在苏格兰高地找到另外几处相似的实例。
由此，赫顿复活与斯特诺水成论针锋相对的基歇尔“火成论”。
地面可见的地质现象十分有限，更多的历史被深埋其下。好在水土流失也有益处，在大规模塌方中制造出悬崖，将隐藏地底的内情暴露无遗。与虎克的怀特岛类似，苏格兰的海岸布满高崖。赫顿知道自己农庄东边不远的海岸以“灰砂岩”（greywacke）为主，更为西北向的海岸却满是“老红砂岩”（old red sandstone）。两种岩石同属维尔纳理论里在花岗岩后出现的砂岩，只是颜色略有差别。奇怪的是它们的外观相当不同：老红砂岩是规规矩矩的一层又一层；灰砂岩却如立柱般地直列。赫顿觉得两种岩石相遇的结合部会很有意思。
1788年6月一个下午，62岁的赫顿带着不惑之年的数学教授普莱费尔（John Playfair）和27岁的新秀地质学家霍尔（Sir James Hall, 4th Baronet）在爱丁堡港口搭乘渔船，顺海岸向东南方向行进。他们一路上观享老红砂岩峭壁，期待着灰砂岩的现身。功夫不负有心人。在一个名为“西卡角”（Siccar Point）的海角，他们眼前的悬崖底部是直立的灰砂岩，上面倾斜地覆盖着一层层的老红砂岩。乍看之下，赫顿不禁手舞足蹈。
斯特诺和维尔纳水成论里的岩石按部就班地从海水中沉淀而出，都应该是水平的岩层。西卡角上灰砂岩和老红砂岩之间的接近九十度夹角因而极为突兀，难以理解。赫顿却胸有成竹。他指出这里的灰砂岩面世很早，最初在海底堆积时也是水平的层状。它们是在被地底的热推举出水面时因压力扭曲变形而成直立状。突出水面后，灰砂岩在某个时刻又沉入海底，上面积蓄起新的老红砂岩。两种岩石因而属于不同的时代，中间相隔至少一次陆地与海底的沧桑巨变。在赫顿的心目中，西卡角的峭壁证明泥土堆积、造山确为周而复始的循环过程。地球也因此“无始之痕，无终之望”。
面对这一目了然的岩壁和兴奋莫名中的老者，普莱费尔和霍尔均已折服。
没有亲临其境的学者却无法从赫顿带回的几幅绘图中领会大自然的神奇。伦敦的德吕克和王家学会地质专家坚持维尔纳水成论，纷纷对赫顿的奇谈怪论口诛笔伐。赫顿在余年里忙于辩解、反击，直至1797年3月26日去世时也没能完成分卷出版的《地球理论》7。
摄尔修斯1744年去世时以参与法国远征队考察和海平面下降为瑞典以外的人所知。他两年前发表的修改自德利尔，以水的沸点为零度、冰点为一百度的倒置温标则寂寂无闻。生前好友林奈（Carl Linnaeus）也是在他死后才读到论文。林奈是摄尔修斯植物学家叔叔的得意门生，在定量观测植物生长环境时对温度发生浓厚兴趣。他自作主张将摄尔修斯倒置的温标再颠倒过来，改为水在零度结冰、一百度沸腾。几乎同时，法国的天文学家克里斯廷（Jean-Pierre Christin）也做出同样改动。机缘巧合，他们“修正”的摄尔修斯温标在半个世纪后正合大革命中的法国人之意。
尽管温度计已经伴随富兰克林的洋流和查理的气球入海上天，它还只是学界精英的私家花园，尚未飞入寻常百姓家。大革命中的国民议会在大张旗鼓地改革度量衡、货币和钟表历法的两年后才在1795年姗姗来迟地注意到温度。由于单一固定点校准方式实在繁琐过时，法国通用的雷奥穆尔温标也已被加上第二个固定点：定为八十度的水沸点。其“八十分度”（octogesimal）显然有悖科学的十进制。
水在零度结冰、一百度沸腾的“摄氏温标”于是以“百分度”（centigrade）的名义获得青睐，被国民议会纳入以十进制为象征的“公制”（metric）单位。早已悻悻然退出国际协作的英国和美国没有理睬，继续推行自己熟识的“英制”（imperial），包括由卡文迪许校准的华伦海特温标，或“华氏温标”。
1795年是法国革命历的共和国3年。从敦克尔克到巴塞罗那的经线测量仍未能完成，轰轰烈烈大革命的局面又已大为改观。
（待续）
这个英文名字也出自三角洲的几何形状：三角形的希腊字母“Δ”。
Telliamed
Containing Discourses Between an Indian Philospher and a Missionary, on the Diminution of the Sea, the Formation of the Earth, the Origin of Men and Animals
即氯化铵（Ammonium Chloride）
We look to Scotland for all our ideas of civilisation.
no vestige of a beginning, no prospect of an end
Theory of the Earth