尽管哥白尼在1543年就出版了他的日心说天文学，但是，只是到了17世纪早期，新的宇宙哲学才对传统的自然观发出挑战。伽利略和开普勒以不同的方式开始探讨新观念（即日新说）的含义，并提供了辅助性的假说，这些假说使新观念成为一种合理的宇宙哲学。然而，是笛卡尔首次把新天文学和新物理学结合了起来，并在机械论原理的基础上形成了一种完整的世界观。太阳系，实际上是整个宇宙，成了一个大机器，一个其运动受力学定律控制的物质系统。当时人们越来越清楚地认识到，太阳本身只不过是一颗恒星，是广袤宇宙结构中的一个微小成份。伯尔纳·德·丰特涅在《众多的世界》（1688）一书中强调，在物质世界中，人类的家园显得多么微不足道，他还提出一个令人不安的前景：其他世界中可能也有人居住。丰特涅认识到，依据宇宙活动的大尺度，人类生命的年限也显得微不足道。恒星本身可能也有变化，只是变化的太慢，我们注意不到，所以才会设想宇宙是静止的。一旦承认物理力能够产生这样的变化，事件量值上的宏大则要求拓展时间的尺度，不再是原先设想的自创世以来才经历了几千年。到了18世纪中叶，有些学者，例如康德（Kant，1755；英译本，1969），猜想出是宇宙进化过程造成太阳系的形成，并且认为，在宇宙发展的巨大循环中，太阳系的形成只不过是一个很小的插曲。##新的宇宙哲学对于探讨地球的起源提供了一个明确的框架。如果行星系统的形成是一个物理过程，那么地球本身肯定也是按照类似的自然途径形成的。于是就有人会提出现在的地表结构是由于陆地变化造成的。但是导致地质变化概念产生的原因并不只是按照宇宙学猜想的模式。科学革命重新焕发了人们信赖观察的重要性，观察是一种获得信息的经验方法，弗朗西斯·培根相信人类可以通过观察获得知识。当那些遵循这种方法的人转而注意地球时，他们从大量的地球结构中发现了明显的问题。许多“化石”（化石最初的意思是挖掘出来的东西）看起来与现存生物的外形相似，但是变成了石头。这些东西在岩石中是怎么形成的？为什么有些岩石规则地存在于一定的岩层或地层中？为什么在一些地区存在火山活动过的迹象，但是在人类的历史中却没有记载过那里的火山活动？为了回答这些问题，1700年前后的几十年，博物学家集中寻找长时间决定地壳形状物理力。##理论和观察都要动摇静止的创世观。但是什么样的过程形成了地表？面对许多问题，有一个简单的解决办法，就是认为是《圣经》中记载的大洪水造成含有化石的岩石形成沉积层。利用地球与生物有着密切的联系、都经历生长和衰落时期这个信奉已久的观念，也可以解释其他的变化。例如，岩石的侵蚀可能就属于这个逐渐退化过程的一部分（Davies，1969)。新科学的机械观大概不会再接受这种活力论的类比，而且博物学家也开始越来越依据物理变化来把他们的观察整理成一种体系。虽然就物理变化的性质一直存在着激烈的争论，但是已经利用大量的信息和技术来搭建概念框架，并且在这个框架内形成了各种理论。18世纪并非猜想的世纪；相反，在这个世纪为后来出现的地质学的英雄时代奠定了基础(Porter，1977)。##当时在知识界存在着更大的趋势，对人类起源的传统解释产生了质疑，这种趋势有助于拓展地球的历史观（Rossi，1984)。有些学者开始认为《圣经》不能解释所有人类种族的历史，有些文明要比犹太教基督教文化悠久。这样反过来更容易相信世界本身经历了更长的发展时期。到了1700年，这些新的观点已经为基督教世界观造成麻烦。然而最初没有人相信要完全抛弃旧的规则。人们只是希望用科学来详细说明上帝是如何为人类创造了世界，不要去侵扰基本的图景。基督教至少作为绝大多数17世纪的科学家希望建造的知识结构中的一个有机部分保留下来，当然多数科学家在什么是与基督教协调的最佳途径的看法上含有分歧。《圣经》当然为他们提供了造物主的大致目的，但是对于如何解释《圣经·创世纪》故事的细节，这还是一个未决的问题。如果《圣经》是神的启示，是否意味着《圣经》中的所有细节都是真实的？伽利略在涉及《圣经》中的那些暗含太阳围绕地球运转的段落时，已经面临了这个问题。虽然他认识到教会在处理精神事物方面的权威，但是他仍然坚持认为福音的语言——主要涉及私人社会——不应该束缚后来的所有关于自然的思想。地质学家也认识到，对于《圣经》创世故事中的有些段落，不可能按字面的意思来接受。当然，新教徒更在意上帝说的话的含义，但是在这一复杂问题上，他们有自由提出自己的解释。如果恰当理解的话，《圣经》中的启示与自然现象并不矛盾。而且人们逐渐发展了将创世纪的故事与新科学的要求协调起来的技巧。##机械论哲学也带来了困难。有可能设想出上帝创造了的宇宙结构就是我们今天看到的样子，上帝赋予自然以有力的规律来保持自然的原初图景。但是笛卡尔通过研究提出，自然的结构已经发生了机械的演变，与它早期的状态不一样。只要相信宇宙最初的形态是上帝创造出来的，那么就有可能承认宇宙后来按照上帝的意愿在发生变化。但是笛卡尔的许多追随者却忽视了这一点，他们将注意力集中在机械过程本身上。很难想象上帝真的控制或关心世界上每天发生的琐事，因为他已经将所有责任转给自然规律。人们顶多会认为上帝勾勒出事物发生的一般轮廓，没有道理去相信自然活动的每一个细节都是神的预先安排。这样像钟表匠似的自然神论的上帝形象便出现了，而且人们越来越怀疑这样的上帝会干涉人类的事物。这种新科学只是一场更深刻革命中的一部分，这场革命最终清除了许多旧的神学观点（Hazard，1953；Wade，1971)。重要的是，笛卡尔和牛顿可能表述了科学与宗教之间的联系，但是对后人来说，他们的成就却标志着理性的力量向古代的偏见发出了挑战。18世纪的“启蒙哲学”就是建立在理性可以改变人类状况的信念基础上（Cassirer，1951；Gay，1966，1969)。新物理科学的胜利只是完全更新关于人和自然信念的先驱。在这种思想氛围中，注定要解除宗教强加给17世纪后期科学上的过时的枷锁。伴随开始以新的见解探讨上帝如何创造世界的，是那种认为凭人的能力去理解自然如何活动，并终结了造物主是多余的观点。
机械论的宇宙哲学
伽利略在主张思想自由时，想到的是哥白尼体系和利用数学研究物理学，后来正是根据这两者证明了地球运动的合理性。力学科学，尤其是融合到笛卡尔思想体系中的力学科学，很快呈现出更加广泛的意义。所谓的机械论哲学出现了，按照这种哲学的信念，可以将所有现象解释为物质运动的结果。死抱中世纪的思想根本就不可能像重视宇宙物理学那样开辟广泛的可能前景。按照传统的世界观，根本无法想到地球可能是由最初宇宙中广延的物质形成的。地心说的基础是亚里士多德对地球与天际的阶层体系划分，而且由于地球与天际的根本差异，不可能设想出由一方产生出另一方（Kelly，1969)。而宇宙的结构，要么像亚里士多德设想的肯定永恒存在，要么肯定在造物主建造时就是现在这个样子。但是机械论的哲学则认为分布在宇宙中的物质是一样的，这样地球与天际就不存在绝对的差别。因而有可能去设想地球或整个太阳系是以某些其他的方式由最初分布于宇宙的物质形成的。地球的“创造”可能就成了一个纯粹的物理过程，进而得出的地球起源理论便成为地质学思想的基础之一。
丰特涅通过指出恒星本身并非永恒存在——偶尔有的会暗淡，有的会发光——从而使人容易理解他提出的地球微不足道的观点。他只不过是在追随笛卡尔的思想。笛卡尔学派的自然哲学致力于从物理学的角度解释万物的起源，并不援引超自然的创世。上帝并不设计宇宙中个别事物的结构，他只是建立基本的自然法则，由自然法则控制以后的发展。笛卡尔认为，行星以旋涡状透明大气的形式围绕太阳旋转，而且他坚持认为，有的旋涡可能停止运转，并且消失，而在其他地方又形成新的旋涡。因此，在活动不息的物质宇宙中，可以形成单个的太阳和行星。
从新旋涡起源理论的出现，到解释诸如地球这样行星的形成，这一过程很短。笛卡尔在1644年出版的《哲学原理》一书中，的确提出了一种机制，按照这个机制，地球的形成是由于一颗恒星冷却成灰状的球，然后卷入到太阳的旋涡中。笛卡尔为了避开教会的批判，承认他的理论只是表明宇宙怎样才可能机械地形成，同时我们通过启示知道，实际上是上帝直接创造了地球。随着笛卡尔体系影响的增大，毫不奇怪，他的追随者坚持严格地使用机械论的解释。笛卡尔就这样确定了一个趋向，从而对地质学史带来重大的影响。后来的许多地球理论则有意地试图将机械论哲学扩展为一个完整的宇宙哲学，或宇宙的物理史。后来，笛卡尔物理学的细节被牛顿的物理学所取代了，但正如阿兰·瓦泰涅（Aram Vartanian，1953)指出的那样，笛卡尔学派的基本方案仍然是启蒙时期唯物论者设想的重要源泉。（关于早期的这些理论，见Haber，1959；Greene，1959a；Roger，1974；Jaki，1978b；以及Laudan，1987。并参见一些地质学史的论著：Adam，1938；Geikie，1897；以及von Zittel，1901。）
这种新趋势的肇始是试图从物理学的角度，而不是奇迹的角度，重新解释《创世纪》中的创世故事，实际上，有些最早的理论只不过提供了一些貌似合理的解释来为《圣经》中的事件打圆场。这从首次将笛卡尔体系详细地发展为一个完整的创世解释的尝试中可以看的更明显：托马斯·邦内的《地球的神圣理论》(Burnet，1691；Gould，1987)。邦内利用了笛卡尔本人设想出的一个古怪的观点：随着地球的冷却，在围绕地核的水上面形成一个固体层。邦内提出，外面这层曾经极为平滑，所以最初“创造”的地球为原本高贵的人提供了一个理想的居住场所。当人类最终远离上帝后，他便受到大洪水突然降临的惩罚。但是这时的大洪水纯粹是自然事件，是由于地球的外层塌落到内部水中的缘故。只有原来地表上的一些不规则的陆地碎块矗立在水上，形成了我们现在大陆上的山地。对人类的惩罚是永久性的，不仅有大洪水本身的悲剧，而且今天依然存在的崎岖而丑陋的群山表明，这是一个遭到毁坏的星球，只适合像我们这种罪孽深重的生灵居住。
邦内试图从物理学的角度解释《创世纪》中事件的做法，遭到了许多想保留这个故事本意的人的批评。但是他的工作也由于依赖于笛卡尔的旋涡理论而遇到麻烦，因为这个理论不久便被牛顿的万有引力体系所取代。牛顿本人曾试图避免按照机械论来探讨起源问题，以便维护他的理论，但是他在私下也禁不住要猜测地球是如何形成的（致邦内的信，引自Brew ster，1855)。瓦泰涅（Vartanian，1953）认为，尽管牛顿在公开场合驳斥这种猜想，他的物理学体系却很快被吸收到笛卡尔的基本方案中。18世纪多数关于地球起源的观点建立在牛顿物理学的基础上，而不是笛卡尔物理学的基础上，然而从另一方面看，他们又延续了笛卡尔所开创的按照机械论对起源问题的探讨。当然，牛顿公开发表的有关这种猜想可能造成的危险的警告被极大的地忽视了，而他自己私下关于地球形成的想法不久便出现在他的追随者们发表的文献中。
牛顿的这些宇宙哲学思想首次出现在威廉·惠斯顿（William Whiston，1696）的《地球的新理论》一书中。惠斯顿像邦内一样，采用牛顿的物理体系说明《创世纪》中的事件顺序，但他用牛顿的理论替代了笛卡尔的“神圣理论”。他提出，地球可能是由一颗彗星——一块尘云——在万有引力的影响下，凝结成固体后形成的。大洪水的形成则是由于另一颗彗星擦过地球时，将大量的水排到地表所致。埃德蒙德·哈雷已经这样解释过洪水的形成，只不过他的观点发表的较晚一些（Halley，1724-25）。惠斯顿详细阐释了这个观点，他认为经过地球的彗星不仅导致洪水的产生，而且造成地球偏离了原来围绕太阳运转的圆形轨道。像邦内理论中的看法一样，洪水的产生是一种纯粹的自然事件，与大洪水相伴的是地球的状态受到永久的摧毁，相应地，人类也不再高贵。
虽然邦内和惠斯顿渴望给《圣经·创世纪》的故事提供一个新的基础，但是他们著作中的含义对于宗教却有潜在的危险。随着科学的普及，以后的工作者会丢弃《圣经》的文字和精神，集中注意物质过程本身。协调《圣经·创世纪》与地质学的尝试被证明是一种暂时性的权宜之计，随着科学家要求自由地遵循他们自己系统的逻辑，这种协调不久也被打破。关于地球的年龄产生出一个严重的问题。邦内和惠斯顿局限于基督徒正式承认的有限的时间段中，依然信奉地球和人类的创造完全是突然性的。邦内至少认识到，风、雨、河流的侵蚀，如果经过长时间的作用，有可能磨损群山；但是按照他的理论，群山由单一的事件形成，并且形成以后不可能重建。群山依然在那里这一事实就证实它们是在以前的短时间内形成的。邦内不太注意对岩石和化石的经验性研究，没有认识到他的观点中带有人为的特点。其他人不久也会从事同样的研究，会对《圣经·创世纪》中所说的整个时间尺度提出挑战。
这种新理论的另一个危险的含义在于，它们要动摇相信神的干预的传统信念。基督徒一直相信上帝在创世后继续对这个世界感兴趣，甚至通过他所确立的自然法则，在一定程度上，奇迹般地干涉着这个世界。大洪水被解释为一个含有道德寓意的事件——人类由于背离上帝而受到惩罚，而且据认为，洪水是上帝愤怒的直接（即奇迹般的）效果。而按照新的理论，大洪水仅仅是一次物理事件，是自然界机械作用的必然产物。邦内已经提出，无所不知的上帝预见了人类的道德历史，因而设计的物质世界可以适时地发生剧变，以惩罚人类；但是他的观点代表了走向自然神论的第一步，自然神论相信，上帝自从创造出宇宙之后，无需再关心它。牛顿相信奇迹的作用，主要因为他相信存在着一个关心这个世界的上帝（Al exander，1956）。但是启蒙运动时期的自然神论者则将否定奇迹作为他们大规模反对基督教运动的一个组成部分（Torrey，1930）；在这种氛围中，毫不奇怪，博物学家不再对他们所研究的物质事件中的道德意义感兴趣了。
这种唯物论的含义在后来的笛卡尔学派的地球理论中已经显现出来。这就是德梅耶特（Benoit de Maillet)的《特耶梅德》，这本书出版于1748年，但是大概写于1692至1718年之间（英译本，1968；见Carozzi，1969)。德梅耶特勾画了一个由笛卡尔式涡旋组成的宇宙，但是他真正感兴趣的是太阳系中地球的形成。他并没有努力将他的体系与《创世纪》的故事协调起来，正因为如此，他想最好将这本书表现为一位印度哲学家的著作，这个哲学家的名字却是他自己的，只不过是倒着念。德梅耶特设想最初的地球上覆盖着很深的水。在古代海洋的洋底形成了群山现在的样子，随着水平面的逐渐降低，山的顶端最终显示出来，形成的最初的干燥陆地。海岸边海水的侵蚀逐渐冲刷着这些山峦冲下来的山体碎片落到海床上，形成沉积岩。随着海水的进一步退去，这些岩石暴露出来，形成更新的山峦。在德梅耶特的地球历史概念中，海平面的逐渐降低成了主要的定向因素。他提出，即使现在，海洋依然每年以缓慢的速度在退去。
海退理论在18世纪很流传，但是这个理论的支持者并不想像德梅耶特那样拒绝与《圣经》的故事协调。《特耶梅德》中没有讲到近代的大洪水，而是提到在人类文明出现之前，地球的历史经历了很长的时间。德梅耶特甚至提出生物自然起源的观点。单从信奉笛卡尔机械论哲学的角度，还无法解释为什么德梅耶特那样毅然决然地愿意与传统的时间尺度观决裂。笛卡尔、邦内和惠斯顿都构想出了物理机制，并根据人们日常熟悉的地球目前状态，来解释地球的起源，无需麻烦地引用其他因素。但是德梅耶特的关于岩石形成的观点似乎来自对于二手研究本身的研究，而正是这种经验基础，为他大胆地扩展传统时间尺度的界限奠定了基础。
经验传统
对于那些采纳了培根科学经验主义哲学的人来说，地表的岩石成了要研究的自然对象。但是一旦认真关注一些种类的岩石，就会发现一些不常见的特征。“沉积岩”位于相应的岩层，或者说地层表明它们实际上是由沉积在水中的物质形成的。这一点通过在典型的山峦中发现了含有化石海洋生物的层化岩石而得到了证实（Haber，1959；Rudwick，1972）。人们最初努力要说明化石不是生物的遗留物，但是进一步的观察不久就使多数博物学家相信这种看法站不住脚。尼古拉斯·斯台诺（Nicholas Steno，1669；英译本，1916）和约翰·伍德沃德（John Woodward，1695）进一步帮助确定了化石的确是有机体在岩石层中石化的遗迹。这就意味着现在的一些干涸的陆地地区曾经位于海洋下，而且形成层状岩石的物质是沉积而成的。解释这些岩石在形成之后陆地如何从海洋中隆起，成了18世纪多数关于地球理论的中心问题。
化石还从另一个角度对传统的观念构成了挑战。无论如何，化石表明地球上曾经存在过现在所不知晓的生物种类。原先创造出来的一些生命形式有没有可能灭绝了？宗教情感甚笃的博物学家，如约翰·雷，发现不可能相信一个智慧仁慈的上帝会让他所创造的生灵这么随便的灭绝。首先，雷给了一些希望，他认为依然可以在地球遥远地方发现那些未知的生物（John Ray，1692）。雷在其后来的生涯中更加关注这个问题，以致于完全怀疑化石来源于生物；他像他的朋友爱德华·勒威德一样，认为化石纯粹是矿物结构，只是可以在岩石中“生长”（Ray，1713）。他在这一点上背离了他的多数同代人所达成的共识，但是随着启蒙时期的博物学家愈加公开地向《圣经》观点发出挑战，雷所害怕的问题则变成了更加敏感的问题。
一旦认识到化石是真实存在的，将化石与《圣经》故事协调起来的唯一希望就是设想还有化石的岩石是由挪亚洪水时期的地表碎片形成的。伍德沃德在《论地球的自然史》（Wo odward，1695）中提出了这种解释。尽管伍德沃德对化石本身的描述很重要，但是他的理论缺乏说服力。很难叫人理解单独一次剧变事件就能形成广泛的地层序列。要产生我们今天看到的复杂地表状况，地球一定经历了一系列的发展。有了这种关于过去的更为动态的观点，最明显的问题则是：沉积岩如何裸露成为干燥的陆地？对于这个问题。只有两种可能的解决办法，或者是水平面降低了，或者是陆地一定抬升到露出海洋。伍德沃德的建议中暗含着第一种可能，伍德沃德提出，在大洪水期间，岩石保留了下来，但是这种观点必须作重大的调整，以便与更符合地层经历国长期、系列、复杂发展的观念相吻合。结果就出现了海退理论，这是德梅耶特在《特耶梅德》中首次提出的。海退理论认为，地球刚形成时，地表上覆盖了很深的水，有些水缓慢地蒸发到空气中。当整个地球被水淹没时，沉积岩也不可能显现出来，当水平面降低时，沉积岩才暴露成为干燥的陆地。
另一种办法就是认为水量保持不变，认为地球的运动能够从以前曾经是海床的地方抬升起新的干燥陆地。这个观点出现在斯台诺1669年出版的《预言》一书中，而且将地下的气体被当作造成陆地抬升的原因。斯台诺还提出，流水引起地下熔岩的侵蚀，并导致不堪重负的岩石塌落。地震的力量导致陆地抬升的观点也出现在罗伯特·胡克的“论地震”一文中（Robert Hooke，出版于1705）和约翰·雷的《诸论》中（John Ray，1692；关于雷的工作，见Raven.1942）。
无论接受了哪种理论，接着都会产生一个问题，即如何确定与这种深刻变化相匹配的时间尺度。斯台诺、胡克和雷都发现不可能摆脱传统的地球只有几千年长久的观点。在这种情况下，要承认观察到的结果，就要认为过去变化的程度比我们在近代所体验的变化程度要大。尤其是胡克和雷，不得不设想过去的地震要比我们今天经历的地震更剧烈，因为现代的地球运动在导致全部陆地抬升方面所起到的作用很微弱。胡克引用亚特兰蒂斯的沉没和其他古代的传说作根据，说明在遥远的过去，地球变化产生的效应的确很大。当然，《圣经》中的大洪水可以成为古代剧变的另一个依据。因此，由于早期博物学家不愿意延长《圣经》中的时间尺度，便产生了后来被称作剧变论的地球历史观。为了将所有必然的变化压缩到不太长的时间范围内，于是便设想过去事件发生的剧烈程度非今天所能观察的到。1691年，哲学家G·W·莱布尼兹出版了Protagaea，他从作用水平的角度解释这种衰落，并提出地球曾经很热，这是一种早期的观点，我们称之为地球冷却理论。在胡克看来，地震强度的下降表明地球已经进入了一个衰老期，但是莱布尼兹的观点却标志着用新的唯物论的方法研究这个问题的开始。
启蒙运动时期的地质学
对《圣经》故事越来越不感兴趣，是启蒙运动时期知识领域新的典型特征。新生代唯物论哲学家准备摆脱任何对人类理性力量的人为限制，至少是那些由基督教带来的限制。保守的思想家依然著书立说，认为可以根据《圣经》中的洪水来解决所有地质学问题，但是那些研究岩石本身的人却要求自由地依照他们思想（无论是什么思想）的逻辑。传统的影响依然存在，而且足以迫使布丰收回他的理论，布丰试图提出一种地球理论，向《创世纪》的观点公开发出挑战。但是在没有人将布丰收回他的观点这事当真后的若干年，布丰将他的理论作了修改后又重新发表了，其中只对正统观念作了表面上的让步。随着18世纪的推移，以及自然神论的传播和无神论的崛起，促使更多的博物学家对于创世和大洪水的传说采取了口是心非的态度。
牛顿科学的胜利，为地球起源的假说奠定了新的基础。惠斯顿的早期尝试只侧重于地球，但是对于许多人来说，某一特定的行星只是整个太阳系的一部分。对于太阳系最简单的解释认为，行星来源于太阳。这种提法出现在布丰1749年《自然史》的第一卷中。布丰假设从彗星中分离出太阳，并且向空间中甩出了一些致密的热物质。太阳的引力阻止了这些物〖TPJH1，15#〗〖TS(〗〖HT5”SS〗〖JZ〗图1.布丰的行星起源理论
一颗彗星碰撞到太阳的表面，将很多炙热的球状物体抛向空间。那些受太阳引力拉动的球体留在轨道上，并最终固化成为行星。在20世纪早期，有一个类似的理论曾一度很流行，该理论认为，在一个路径行星的引力作用下，一些行星被拉离太阳。这类理论的最大困难在于无法解释为什么在轨道上运行的行星具有可以观察到的偏心率。
质的逃离，使之冷却形成行星。不幸的是，这个理论与行星轨道相对低的偏心率不符，而且无法解释太阳本身的起源。在哲学家伊曼努尔·康德于1755年（英译本，1969）首次提出的“星云假说”中，这两个问题都得到了解决。康德提出，最初的太阳系为宇宙尘云，在其自身引力的作用下，宇宙尘云凝缩，并且逐渐获得旋转的趋势。小块尘云凝缩为固体，围绕一个大的中心旋转，这个中心是炙热的，形成了太阳。因为康德的书并不流行，因而他的观点没有引起太多的注意，但是后来，天文学家皮埃尔西蒙·拉普拉斯《世界的体系》（Lapl ace，1796；英译本，1830）中又提出了类似的观点。这种理论似乎得到威廉·赫歇尔望远镜观察的支持（Hoskin，1964）。赫歇尔利用经过重大改进的设备，可以观察到一些星云和夜间才能看到的模糊尘雾，它们是由气体或尘云组成的，显然凝缩成一个中心恒星，从而证明星云假说可以成立。
图2.太阳系起源的星云假说（1）一个星云，即由缓慢旋转的尘埃和气体组成的巨大的云，在其自身引力的吸引下开始塌陷。（2）多数物质开始凝缩成为一个中心体，但是轻的部分开始形成环，围绕着中心旋转，而且这时它们本身也开始凝缩。（3）迄今为止，中心体一直在塌陷，并释放出足以使其发出炙热的能量，形成了太阳。较小的物体固化成为行星，行星围绕着太阳持续地运行。
星云假说设想所有的恒星以相同的方式凝缩，所以，多数恒星都有行星围绕它们运转。因此行星的逐渐形成或“进化”成了一个完美的自然现象。这样一种信念并不一定要排除整个过程由上帝创造的可能，毕竟他可能创造最初尘云的方式决定了要形成一定种类的行星就要遵循他的自然法则。但是拉普拉斯认为，没有什么理由再保留旧思路的痕迹。如果宇宙是个物质体系，曾经在过去漫长的时间里按照某种途径发展过，那么再设想宇宙发展过程的细节是由造物主预先设计的，则毫无必要。因此，最终结束探讨完全机械论的宇宙哲学，也就是逐渐在降低神所起的作用，直至使神与宇宙的联系变得愈加不直接相关，甚至显然可以忽略不计。牛顿最恐惧的事终于清楚了：抛弃超自然的解释就必然要走向自然神论和无神论。
到了拉普拉斯重新修改星云假说时，在法国大革命的影响下，启蒙运动的精神已经衰微。布丰那包容性不太强的理论发展成为一个完整地质学体系的基础（《自然史》I和《自然的分期》，Buffon，1778；ed.Roger，1962）为了避开神学界的非难，布丰将地球史划分为6个时期，这样也可以认为是与创世的6天相对应，后来的许多地质学家也都用过这种计谋。他的真正意图是想按照完整的牛顿宇宙哲学，根据唯物论原理，来解释地球及地球上生物的整个历史。他的地球来源于太阳理论促使他确立了一个经典的“方向性”观点来解释地球起源后的发展。因为开始时的地球是热的，地球一定随着时间的推移而发生稳定的冷却，冷却成了地球发展中的关键阶段。最初的熔化状态是地球的第一个时期，在接下来的第二个时期，冷却使地球的外部成为固体状。像德梅耶特一样，布丰认为有必要援引一个巨大的古海洋来解释沉积岩的形成。在他所谓的第三时期，他因此而设想大量的水蒸气凝缩并以降雨的形成落到地表，形成了遍布广泛的海洋。在第四时期，随着海洋的退去，部分海床最终暴露出来。而这时的温度仍然比今天的温度热得多，因此在第五时期，甚至在北方也生居着热带生物。只有在最后一个时期，地球才变成它现在的样子，而且首次出现人类。
与后来地质学家所分化的学派相比，布丰的理论混杂得出奇。一方面，他的理论建立在地球冷却假说基础上，而这个假说又和“火成论”相连，火成论相信地下的热是地球变化的主要动因。另一方面，他并没有进一步拓展他的理论的这个方面。他认为火山喷发是由于煤的堆积物燃烧引起的，而不是由于地球原初熔化条件下剩余的热引起的。他并没有试图提出地球早期更高的内部温度会产生比今天更剧烈的地震。因此他并没有为后来的所谓剧变论奠定基础，相反，他却转向海退理论，结果，等于支持水成论，放弃火成论。
随着水量的减少，干燥陆地的暴露，发生了什么事？布丰知道地球很古老，他在已出版的论著中估计有7万年的历史，但是在私下却承认这个数值太低了。陆表一定裸露了相当长的时间，其间，侵蚀的力量在起作用。我们看到的地表可能在某种力量的长期作用下发生过完全的变化，我们知道这种作用依然在起作用。布丰通过提出这种可能性，从而部分地预见了后来被叫做“均一论”的观点，均一论相信，我们今天可以观察的动因，是唯一可以用来解释导致地球成为目前状态的动因，这种动因仍然在起作用。但是，他的关于地球起源的理论，防碍了他提出地球经过可观察原因的重塑，可能已经完全消除了它最初状态的痕迹。特别要指出的是，他认为花岗岩是早期岩石，是由于熔化地球的最初冷却形成的，并且不受后来变化的影响。
水成论与火成论
19世纪后期，在研究岩石和研究持续影响地表过程方面取得了很多进展。这些研究越来越独立于关于行星起源的详细理论。罗杰已经提出（Buffon，1962；引言），这时《自然的分期》已经问世，但是，由于人们重新对纯观察感兴趣，因而（布丰的）猜想式研究被视为过时。即使已经对地球最终起源的问题不太感兴趣，然而，依然在追问关于决定岩石形态的力量的问题。最后，这个问题导致地质学分化成两个阵营，每一个阵营侧重于有希望用来解释事实的两种主要力量中的一种。
当时，所有地质学理论所面临的根本问题是：曾经是水中沉积形成的沉积岩如何现在位于干燥的陆地上？对此问题，只出现过两种可能的解答，一种根据的是洋面的绝对降低，另一种根据的是地震导致陆地的隆起。有一种信念，相信所有的沉积岩沉积在广阔的古海洋底，这种古海洋已经消失，这就是水成论理论，水成论这个词来自古罗马海神的名字。
图3.18世纪晚期和19世纪早期提出的不同地质学理论
德梅耶特和布丰都采纳了水成论的观点，而且他们试图从他们的地球起源理论的角度为他们所信奉的古海洋普遍存在的观念辩护，但是18世纪后期的水成论者不再尝试性地去证实这种基本的假设，转而赞成经验性地研究岩石本身。沉积岩是在水下形成的，这已经成为不言自明的真理，这样海洋当然曾经覆盖过整个大地。由于放弃对事物原初状态的猜测性研究，真正对岩石进行科学研究的障碍也就清除了。这种做法在德国很流行，而且关注地质学的实用价值又对此起到了推动作用。约翰·勒曼和阿伯拉罕·格特勒堡·维尔纳都是矿物学校大教师，他们充分认识到矿物学和地层学对找矿的重要性。
1756年，勒曼发表了对山体结构的分析，将山体区分为最初形成的山，在生命出现之前从原初海洋沉积成的山，在《圣经》中记载的大洪水期间新形成的、岩石中含有化石的山，以及最近的或在大洪水以后时期形成的具有第三纪结构的山。勒曼利用大洪水作依据表明，他至少不太同情启蒙运动时期非常激进的精神。然而维尔纳却不是这样，他是水成论发展中的领袖，1775年起他在弗莱堡矿物学校教书。维尔纳主要是位矿物学家，对分类构成地壳的物质感兴趣。他通过构想出他的分类系统，作出了自然的假设，在地质序列底层发现的矿物质是先形成的。根据这一点，他根据由巨大的古海洋沉积成的不同的地层，精心设计了一个完整的水成论学说。
维尔纳只写了少量著作来解释他的系统（Werner，英译本，1971），但是他是一个出色的教师，他将欧洲各地的学生吸引到弗莱堡，启发他们在回到家乡以后运用水成论原理来研究他们祖国的岩石。一些历史学家一直对为什么海退理论能那么流行迷惑不解，在人们的印象中那显然是一个荒谬的理论，史学家很难理解为什么人们对这个理论还很在意（Geikie ，1897；Gillispie，1951）。然而正如亚利山大·奥斯波万特（Ospovat，1969）表明的那样，支持这个理论有一定的理由，最近出现了对此问题更合理的解释（如Hallam，1983）。因为维尔纳将海退理论与一个非常有用的矿物分类系统联系了起来，因此这个理论就给了地质学家们一个概念框架，以便他们把握所搜集到的大量数据。这个理论并不像有些史学家认为的那样简单。这个理论并没有认为在古海洋中沉积的一系列均一的岩石层包裹着地球，就像洋葱外面包裹着洋葱一样。通过承认原初的地表并不均匀，水的退去并不规则，维尔纳能够解释为什么在不同的地区形成的岩石不一样。他并没有期望在水平地层总是均匀地分布着同样的岩石。火山的广泛存在是主要的障碍，这一点最终要动摇水成论。在这期间，维尔纳的水成论起到了有价值的作用，它使地质学家认识到有大量的数据存在，这些数据可能会带来混淆。
后来反对水成论的人一直在追问，所有的水来自何方，如何消失的。维尔纳绕过了这些恼人的问题，他宣称，这些问题不属于科学地质学（或者按他的叫法，岩石学）范畴。没有证据表明地震可以使山隆起；因此我们必须设想整个地球曾经被水覆盖。我们通过研究现存的岩石无法得知这个星球本身是如何形成的，真正的科学家应该不考虑这些猜测性的问题，而应该去更加详细地研究我们所能观察到的地层中岩石的序列。
维尔纳对《圣经》中关于创世和大洪水的解释不感兴趣，他并不相信地球的历史才有几千年。然而，他的追随者却不得不面对18世纪末产生的新的保守氛围。特别是在英国，由于害怕法国大革命，人们不再相信启蒙运动时期的无神论哲学。地质学家重新关注能否将他们的系统与《圣经·创世纪》协调起来。在这方面水成论提供可能性，而维尔纳本人则没有预料到这一点。有人提出，地球历史的明确开始等同于创世，而利用远古的水可以解释《圣经》中的大洪水。于是，通过后来的水成论者，如让·安德雷·德鲁克，将维尔纳的理论与圣经地质学的复活联系了起来（Gillispie，1951）。
维尔纳及其学生提出了两个重要的假定。第一个假定是，在整个地质史上，火山的活动相对来说比较微弱。他们认为火山是地下煤床燃烧引起的区域效应。因此，大面积的岩石的起源不可能是火成的，整个地壳一定是直接来自水中的沉积。有人甚至提出，花岗岩和玄武岩也是在水中结晶形成的，尽管事实上这种岩石根本就不溶解。维尔纳理论的核心是，具有结晶的岩石一定来自于水中的溶解，因为熔化岩石（例如火山岩）冷却并不能导致结晶化的发生。到了18世纪末，越来越多的证据支持花岗岩的火成起源，甚至维尔纳的追随者也开始拒绝接受他们的导师在这一点上的教诲。如果花岗岩是火成岩石，随着冷却而结晶，构成现在地表的岩石中有多少可能是火成的起源，而不是水成的起源？
图4.维尔纳的理论：水成论（1）最初，广袤的海洋覆盖着地球，导致大量的物质悬浮或溶解。随着海平面的降低，原岩通过结晶化沉积在海床上。这种岩石的形成具有普遍性，覆盖了最初地球的整个表面。（2）经过一段时间之后，海平面的降低使最早的陆地暴露出来。从这时起，不再存在普遍性的地表形成。过渡岩石出现，部分来自于海洋结晶化产生出的物质，而且也来自陆表侵蚀形成的沉积层。（3）海洋继续退去，暴露出更大的陆地区域。过渡岩石这时暴露出来，但是山脉中还含有原岩。大面积的侵蚀将大量的沉积冲到海洋中，在那里形成了次级岩或弗洛茨岩。有时，存在着巨大的暴风雨，甚至海平面的暂时上升，二者都导致这些岩石的沉积不规则。最终，随着海平面的进一步降低，暴露出了一些次级岩，随着最近的冲积形成，进一步的侵蚀开始形成物质沉积。只是到了现在，海平面的进一步降低暴露出一些冲积岩，所以只能在深处发现冲积岩。
水成论的第二个假定是，没有什么力量能使地表隆起。现代的地震似乎不能引作这种力量，因为一旦地震最初的震荡平息了，岩石的位置并没有根本的改变。胡克已经提出，在过去可能有更剧烈的地震，也许能够隆起新的陆地。这对于沉积岩如何隆起形成新的干燥陆地提供了另一种解释，但是这种观点要求人们相信在地球深部有很强的力量在起作用。后来，有证据表明过去的火山活动更加广泛，从而为这种信念奠定了基础，因此将地震和火山视为同一种基本现象的体现。于是，火成论应运而生。
1740年，安东拉扎洛·莫洛形成到那时为止唯一完整的火成论学说。他认为，沉积岩地层是广泛的火山喷发期形成的火山灰层。少量岩石确实是这样产生的，但是无法解释为什么在许多沉积岩地层中发现石化的海洋生物遗迹。逐渐发展起来的一个更有效的火成论学派采纳了一种不太极端的观点：多数层化的岩石是在水中形成的，不过是由火山的力量抬升起来的。然而，首先必须要证明地球的中心确实非常热。这点最终得到了证明，途径是认识到火成（即曾经是熔化的）岩石在地壳上分布的程度。如果更加频繁地发现火成岩，超出了水成论者的预见，那么就不能将火山喷发仅仅地看成是一种局部现象，而应该视为是地球内部重要力量的显示。
在18世纪中叶，许多博物学家开始猜测火山喷发曾经对地球的大部分地区造成影响。据让埃迪恩·盖塔报告（Guettard，1752），在法国中部，许多山都呈现出火山的圆锥形状，虽然在人类历史时期尚无记载那里的火山活动。尼古拉·德马雷坚持认为，诸如爱尔兰的贾恩茨考斯韦角等地区圆柱形片岩，是从熔化状态固化的，因此起源于火山喷发。虽然德马雷准备承认地球的历史很悠久，但是他仍然不能相信过去时代的火山喷发是决定整个地壳形状的力量（Taylor，1969）。只是到了18世纪末，苏格兰地质学家詹姆斯·赫顿才创立了第一个真正完整的火成论学说。在这个学说中，他综合了各种证据，提出地球的内部非常热，而且他用这种热作为他的造山机制的基础。为了将这种地球中心非常热的学说与仅仅强调火成论区分开来，前者常又称作“深层论”（plutonism，是火成论的另一种叫法）。
赫顿理论的早期解释发表在1788年爱丁堡皇家学会的《学报》上，接着于1795年又出版了两卷本的《地球的理论》（Bailey，1967；Gerstner，1968，1971；Dott，1969；Gou ld，1987）。赫顿自己的著述非常繁冗，不过不久之后，约翰·普雷菲尔出版了一本非常通俗的《赫顿学说的简述》（Playfair，1802）。对于沉积岩是在水中形成的这一基本假设，赫顿的学说并没有予以挑战，但是对于那种认为所有形成沉积岩的物质都曾悬浮在广阔的原始海洋的看法，赫顿的学说却断然否定。赫顿坚持认为。陆地受到风、雨和河流的不断侵蚀，侵蚀下来的碎片被冲到大海中，并沉积在大洋底。赫顿假设这时地球中心的热穿透沉积物，使之变硬，形成岩层。新的岩石可能随后在地震力量的作用下，隆起形成干燥的陆地，而地震则一再受地核的热和压力的驱动。对火山喷发的解释则是假定地球内部的熔岩偶尔找到了通向地表的途径。赫顿通过发现在一些地区的沉积岩层中存在着花岗岩和玄武岩，从而证明证明这两种岩石是火成的。然而，在这种情况中，熔岩并没有达到地表，而是在地下深处慢慢地冷却了。在这种环境中，玄花岗岩和玄武岩依然可以获得结晶的性质，维尔纳曾经以结晶作为它们是从水中沉积的证据。詹姆斯·霍尔通过一系列熔岩实验的演示，支持了赫顿关于花岗岩和玄武岩性质的观点。
假如我们现在要求一个从来没有阅读过赫顿著作的人重新建立赫顿理论的可能基础，他的最符合逻辑的方法就是将地球中心热的观点与布丰的地球冷却理论结合起来。这样大概可以解释地表现在比地球内部冷得多这一事实，而且可能得出胡克的古代地震比现在的地震更有威力的看法。如果过去的地球内部温度更高，地壳更薄，地震的威力显然要更剧烈。然而这却不是赫顿方案的逻辑。相反，这是剧变论学说的基础，剧变论过了几十年后才开始流行。有一种悖论清楚地表明，科学并不呈现清晰的发展序列，赫顿的学说也来自不同的方向。他并不相信地球中心的热度是缓慢降低的，他也并不认为过去的地震就比现在的剧烈。相反，他将他的火成论与一种稳态的世界观联系了起来，因而建立的系统被查尔斯·赖尔在均一论的名义下作了修改。
赫顿在方法论的基础上维护了他的稳态观。的确有人提出他的学说是他的基本经验主义哲学的扩展（ORourke，1978）。他认为，科学的地质学家应该最大限度地通过他现在能够观察到其运行的原因的运作，来解释地球的结构。这就是自然均一性原理，或更恰当的叫法，“现实论”方法（Hooykaas，1970）。根据我们不可能再观察到的程度设想剧变，是不科学的，根据已知的原因以可观察到的强度在起作用，才能解释现象。因为我们现在观察到的缓慢变化，只有经过长时间的积累，才可以产生出明显的效果，因此赫顿要求地球的历史非常悠久。经过一定的时间，正常原因导致的侵蚀才能产生非常深的峡谷，或使一个大陆变得平坦。同样经过很长时间，一系列小的地震，虽然比今天的地震大不了多少，也能使山脉从海洋深处隆起。
图5.赫顿的学说：火成论或均一论（1）受席卷陆表的风、水和霜侵蚀；河流携带着流向大海，在海底沉积。来自地球深层的压力和热“烘烤”着地层，形成次级岩。注意，不同的岩层可以一层一层地形成，因为沉积的性质依赖于在陆地上受到什么样的侵蚀。（2）最终，通过一系列的地震，作用于海床上的压力使海床隆起，直至形成现在的干燥陆地，并暴露出次级岩。在这个过程中，这些岩石已经遭到了扭曲。地球深处的熔岩可能通过裂缝涌现出来。如果熔岩达到地表，可能会形成火山，但是当火成岩慢慢冷却，形成结晶状岩石时，如花岗岩，可能会挤入沉积岩地层。新形成的陆表还是要经受侵蚀。（3）这时，侵蚀可能会洗刷一些沉积岩，使花岗岩裸露出来。在海床正在形成新的沉积岩层；最终，由于地球运动，这些新形成的沉积岩层可能也会隆起，形成新的干燥陆地。注意，因为赫顿的体系是稳态的体系，所以（1〕中显示的最初陆地在低于海面时，会被形成的沉积岩所覆盖。
这种立场是一个重要的创新，而且因为现代地质学家依然倾向于怀疑剧变，所以赫顿被奉为这门科学之父。在许多方面，他确实预见到了现代的观点——唯一的不同是人们认识到陆地并不是从深深的海床隆起的，而是随着板块运动形成的，板块由相对较轻的岩石组成，附着在致密的物质上。然而通过赫顿体系的一个侧面，我们不能将他纯粹当作科学的地质学家。有一个问题可能会给现实论的方法带来挑战：我们怎能确定在岩石中没有地球最初形成时的痕迹？那时的条件与今天的相比可能有很大的不同。现代的地质学家的确相信他所获得的一些岩石属于远古时期。但是，在赫顿看来，不可能找到任何真正的“远古”岩石。他认为地球最初形成的问题不属于我们研究的范畴，我们只能发现类似事件的不定循环，“没有开始的痕迹，没有结束的征兆。”尽管维尔纳拒绝猜想地球的起源，但是他的理论的基础却是假设地球形成时的条件与现在的截然不同。赫顿为了用一种只是建立在可观察原因基础上的体系取代海退学说，不得不将地球起源假说完全放在科学地质学考虑范围之外。因此，赫顿放弃了既从传统角度又从唯物论的角度去设想“创世”。然而他却仍然相信，虽然我们无法确定地球历史的周期何时开始，但地球是由一个智慧和仁慈的造物主〖HT H〗设计的。地球不是由物质偶然堆积而成的，地球是一个结构严密的系统，永远能够自我更新，这正是地球造物主完美技巧的写照。地球所有活动的目的就是要为生物创造一个惬意的永久居住地，从中我们可以发现赫顿体系的神学基础。永远自我更新的地球概念并不很明白，现代地质学不接受这个概念。然而，虽然赫顿预见了许多现代地质学的细节，但是我们要想理解赫顿体系的形成，只有认识到这个体系不仅基于经验论的只利用可观察原因的欲望，而且基于有关上帝与自然之间相互关系的一个特定的假设。赫顿的学说具有自然神论的基础，而不是基督教的基础：信奉设计了这个世界、但是并不决定道德或物质史上一系列事件的上帝。其他自然神论者也有这样的观点，赫顿的同事斯各特、乔治·霍加特·图尔明更详细地阐明了这种观点（Hooykaas，1966；Porter，1978）。
赫顿相信地球非常古老，这导致他对18世纪后期英国新的保守氛围很怀疑（Gillispi e，1951）。新的信奉《圣经》观点的地质学家仍然接受维尔纳的体系，因为这个体系承认“创世”，它提到原始海洋的首次形成，而且可以用这个体系解释大洪水。然而赫顿的地球完全是永恒的信念可以被视为是对创世的否定，因而是一种无神论的迹象。这样看并不公平。德鲁克（Deluc，1790-91，1798）和理查德·科万(Kirwan，1799)从宗教和地质学的角度对赫顿的体系进行了攻击。特别需要指出的是，德鲁克修改了维尔纳的学说，以支持《圣经》故事，将沉积的六个时期与创世的六天和比较近的大洪水对应起来。在赫顿的故乡爱丁堡，这种水成论通过罗伯特·詹姆森（Jameson，1808）而得到进一步的发展。由于普莱菲尔的捍卫，赫顿的火成论才不至于被反对者所击溃。即使在水成论衰落之后，19世纪早期信奉剧变论的地质学家，至少部分是基于正统的立场，仍然坚持稳态的世界观。但是有些启蒙运动时期的地质学家所确立的观点实在是太牢固了，无法被抛弃。这个地球曾经是非常古老（并不像赫顿设想的那么古老），而且经历了许多变化。否定赫顿的方法并不意味着是完全的倒退：19世纪的剧变论在本质上是方向论者的框架，它像赖尔复兴的均一论体系一样，在现代地质学的兴起中，起到了自己的作用。