Hutton, Lyell i Smith: geologia staje się nauką

W 1788 r. 62-letni James Hutton, szkocki lekarz i przedsiębiorca, któremu stabilizacja finansowa umożliwiła poświęcenie czasu na podróże po świecie i studiowanie różnych formacji skalnych, opublikował dwie rozprawy, które położyły fundament pod narodziny geologii jako nauki. Przedstawił w nich teorię uniformitaryzmu, głoszącą, że zjawiska geologiczne zachodzą pod wpływem procesów, jakie można obserwować także współcześnie – takich jak sedymentacja, wulkanizm, erozja – które działają w bardzo długiej – geologicznej – skali czasu. Uniformitaryzm zakładał więc, że Ziemia istnieje o wiele dłużej niż sugerowałoby to dosłowne interpretowanie Biblii (oraz, oczywiście, że nie została stworzona w gotowej postaci).

Hutton nie był pierwszym, kto zasugerował, że Ziemia jest starsza niż sugeruje Biblia. Francuski naturalista Georges Louis-Leclerc de Buffon nieco wcześniej na podstawie eksperymentów ze stygnięciem żelaza oszacował, że nasza planeta nie może być młodsza niż 60-75 tys. lat. Procesy geologiczne zgodnie z ideą uniformitaryzmu potrzebowały jednak jeszcze dłuższego czasu na doprowadzenie do powstania wszystkich obserwowanych dzisiaj warstw i formacji skalnych. Naprowadziło to skądinąd kilkadziesiąt lat później Karola Darwina na trop idei ewolucji gatunków, wymagającej podobnych stopniowych zmian w olbrzymiej skali czasu.

Choć wielu nowożytnych uczonych odchodziło od traktowania Biblii jako źródła wiedzy o świecie przyrodniczym, w dziedzinie geologii biblijne mity długo znajdowały się w tle kluczowej debaty. Uniformitaryzm przeciwstawiono bowiem katastrofizmowi, rozpropagowanemu we Francji przez ojca założyciela anatomii porównawczej i paleontologii, Georgesa Cuviera, który był przekonany, że powierzchnia Ziemi ukształtowała się pod wpływem globalnych katastrof – na przykład takich jak biblijny potop (zdaniem Cuviera katastrofy miały także odpowiadać za wyginięcie gatunków, których skamieniałości na początku XIX w. zaczęto coraz częściej odkrywać).

Wiele twarzy uniformitaryzmu

Najważniejszym spadkobiercą poglądów Huttona (i człowiekiem, który od którego bezpośrednio Darwin bezpośrednio przejął koncepcję długiego czasu geologicznego) był kolejny Szkot – Charles Lyell. W fundamentalnej pracy „Principles of Geology” Lyell rozwinął ideę uniformitaryzmu, zwracając uwagę na kilka jej aspektów. W pierwszym znaczeniu uniformitaryzm głosi niezmienność praw natury – to znaczy, że te same procesy geologiczne, które występowały tysiące lat temu, obserwujemy także dzisiaj. Zakładanie, że Ziemia podlegała dawniej innym procesom, byłoby takim samym błędem jak zakładanie, że kiedyś obowiązywały inne zasady dynamiki Newtona. W tym sensie uniformitaryzmu jest fundamentalną zasadą w geologii, ustanawiającą ją jako samodzielną naukę. Lyell nie ograniczał się jednak do takiego rozumienia uniformitaryzmu. Twierdził również, że intensywność procesów geologicznych była w historii Ziemi stała (to tzw. gradualizm), co jest już nieuzasadnionym metafizycznym założeniem. Zdarzenia takie jak wybuchy wulkanów, trzęsienia Ziemi czy nawet uderzenia meteorytów mogły bowiem występować z różną intensywnością (i w istocie występowały) w poprzednich epokach geologicznych. Kolejne nieuzasadnione założenie Lyella dotyczyło cykliczności procesów geologicznych (tzw. nonprogresjonizm): twierdził on, że procesy kształtujące skorupę Ziemską następują po sobie w stałej kolejności – podczas gdy nie ma fizycznych powodów, by takie cykle miały się niezmiennie utrzymywać.

Lyell z takim zapałem zwalczał swoich przeciwników, że uniformitaryzm w jego wydaniu na długie dziesięciolecia stał się obowiązującą teorią geologiczną, całkowicie wypierając katastrofizm. Dziś jednak wiemy, że globalne katastrofy odegrały w historii Ziemi (i zasiedlających ją organizmów) znacznie większą rolę, niż sądzili zwolennicy uniformitaryzmu. Jak zauważa Micheal Benton w książce „Gdy życie prawie wymarło”, współczesne podręczniki geologii wychwalają Lyella i pomijają Cuviera, mimo że w kwestii katastrof to ten ostatni miał rację, a pierwszy głęboko się mylił. Ciekawe jednak, że niewielu geologów było gotowych otwarcie wystąpić przeciwko Lyellowi. Nawet Roderick Murchison, starszy o pięć lat o Lyella badacz wielu formacji skalnych (m.in. w okolicach Permu, na podstawie których wyróżnił permski okres geologiczny) nie skrytykował publicznie nonprogresjonizmu i gradualizmu Lyella, mimo że na podstawie swoich odkryć musiał wiedzieć, że te doktryny nie są do utrzymania.

Powstanie biostratygrafii

Podobnie jak w przypadku paleontologii (zobacz: „Biologia uprawiana młotkiem”), powstanie i rozwój geologii jako nauki był jednym z ubocznych efektów postępującej rewolucji przemysłowej. Poszukiwanie naturalnych minerałów – złóż węgla czy metali – a także budowa kanałów żeglugowych umożliwiały dokładne obserwacje kolejnych warstw skalnych

W taki sposób – jako pracownik odpowiedzialny za wytyczanie tras kanałów żeglugowych – swoich odkryć dotyczących kolejności warstw skalnych dokonał William Smith (1769-1839). Podstawowe zasady stratygrafii (m.in. zasada poziomego ułożenia warstw) sformułowane zostały jeszcze w XVII w. przez Nicolasa Steno, ale to Smith powiązał poszczególne warstwy z określonymi odnajdywanymi w nich skamieniałościami, co pozwoliło mu oszacować kolejne epoki geologiczne (to on oddzielił m.in. jurę od kredy). Do historii przeszła także jego dokładna geologiczna mapa Anglii i Walii, która pozwoliła ustalić, że podobny wzorzec geologiczny spotykany jest na całym świecie. Ustalenia Smitha pozwoliły także na znacznie skuteczniejsze poszukiwanie paliw kopalnych – dzięki zidentyfikowaniu warstw, w których mogą występować np. złoża węgla.

Od czasów Smitha skamieniałości stały się podstawowym czynnikiem pozwalającym datować poszczególne warstwy skalne, choć dopiero upowszechnienie się wiedzy o promieniotwórczości doprowadziło do znacznego zwiększenia precyzji datowania.