现代岩石学若干辩证问题探讨1998

第17卷　第63期大　自　然　探　索Vol.17,Sum No.63　1998年　第1期EXPLORA TION OF NA TU RE No.1,1998现代岩石学若干辩证问题探讨倪志耀(北京大学地质学系,北京　100871)摘　要　本文在回顾现代岩石学形成与发展的基础上,系统地探讨了现代岩石学研究中的若干辩证问题,内容涉及科学认识论和方法论两大主题。

对于我们运用马克思主义的辩证思维观从事现代岩石学中某些重大问题的研究具有一定的指导意义。

关键词　现代岩石学　辩证问题　科学认识论　科学方法论 现代自然科学与马克思主义哲学是两种不同的人类文化形态。

现代自然科学研究必须以马克思主义哲学为指导,这是因为自然科学发展,新的科学概念、科学理论和科学思想的提出,并不是简单地对科学事实进行归纳的结果,也不是从本学科原有的概念、理论及思想经逻辑推导的结果,而是从其他文化中,特别是从马克思主义哲学中有选择地引进的,是这些被引进的概念、思想完成了对新学科事实的说明,并构成新的科学理论大厦。

另一方面,马克思主义哲学作为现代自然科学的世界观,又必须以自然科学作为它概括总结的重要来源,并且它的基本原理也要随自然科学的发展而发展〔1〕。

因此,马克思主义哲学和现代自然科学是相辅相成的,在它们之间存在着相互依赖、相互影响的密切关系。

现代岩石学作为现代自然科学的一个分支,同样存在着这样那样的辩证法问题,深入探讨这些辩证问题,对于现代岩石学中某些重大问题的研究具有一定的指导意义。

1　现代岩石学的形成与发展岩石学是一门既古老又年轻的学科。

自D1Page (1865)在地质学中正式提出“岩石学”这一学科术语及F1Z irkel(1873)的《矿物和岩石的显微镜鉴定》一书问世以来,岩石学作为地质学的三大基础学科已走过了130年的历程。

岩石学最初研究的是岩石的矿物组成、结构构造、成岩作用等,至本世纪初,由于物理化学,特别是热力学在岩石学中的应用,使得岩石成因研究突飞猛进,取得了一系列实质性进展,从而有了岩类学(描述岩石学)和岩理学(成因岩石学)两大分支。

最近十余年来,随着国际岩石圈计划的具体实施,岩石学在地球科学中的作用越来越大,并且大大突破了原来岩石学涵义的束缚,其研究内容更为广泛,研究方法更为多样,研究手段更为高新,逐渐由单一的纯描述性学科演变成相互关联,结构比较完整的学科体系,反映出岩石学发展已进入了一个新的历史时期。

现代岩石学是在经典岩石学基础上发展起来的,它比传统的经典岩石学要深入得多,已从经验描述进到理论探索,从单一的野外观察进到采用现代技术方法的分析测试和模拟实验,从定性研究进到定量研究,从宏观研究进到微观研究,从静态进一步走向动态〔2〕。

其今后的发展目标围绕岩石学研究的构造化、系统化、定量化和实验化而开展研究工作。

在此过程中,岩石学研究必须遵循“看现象—找规律—查原因—追本质”这种循序渐进的研究方法,实现从现象到本质的飞跃。

2　现代岩石学的若干辩证问题科学认识论与方法论是以马克思主义哲学为指导,研究人们在认识自然与改造自然过程中的方法论与认识论问题〔3〕。

从科学认识论和科学方法论相统一的角度,探讨现代岩石学中的规律性问题并为现代岩石学研究提供方法论的指导,是十分有意义的。

因此,现代岩石学中的若干辩证问题探讨应包括科学认识论和方法论两大主题。

211　科学认识论上的辩证问题21111　高度综合和高度分化问题现代岩石学的高度综合和高度分化是辩证统一的,高度综合是在高度分化的基础上形成的,而高度综合的结果则促使进一步的高度分化。

岩石学早期的高度分化表现为一系列新的研究方法和研究领域的出现,如硅酸盐熔体结构热力学及反应动力学等,而早期的高度综合则表现为两个方面:一方面是岩石学本身分化出的新的研究方向的综合;另一方面是岩石学与其他学科的交叉、渗透形成一系列新的交叉学科,如变质岩石学与构造地质学的结合形成了变质地质学等,与此同时,产生了许多新概念、新方法和新理论,如变质作用的PTt轨迹等。

从高度综合的第一个内容来看,高度综合是在高度分化基础上进行的。

另外,现代岩石学的高度综合还表现在岩石和岩体作为岩石圈乃至整个地球这个大系统的一个组成部分,它的特征和演化过程必然受岩石圈乃至地球演化规律及历史的制约,岩石学研究要归属到整个岩石圈演化这一大体系高度上来,因而决定了现代岩石学是在高度分化基础上的高度综合,是为了更深入、更高层次、宏观上更完整、微观上更精确地认识岩石圈的组成及其演化。

同时,由于研究对象的整体化,必须需要各种学科的相互配合,导致一系列新的研究领域的出现,反映出现代岩石学的高度综合促进了进一步的高度分化。

现代地球科学三大前沿课题中的岩石圈研究及地球深部圈层研究〔2〕不是单一岩石学,也不是单一的古生物地层学或构造地质学一个学科所能解决得了的,因此,作为现代地质学三大支柱学科之一的现代岩石学的发展趋势一定也是既高度分化又高度综合,高度分化的目标是为了吸取近代自然科学中的新理论和新技术,开辟一系列新的学科生长点。

同时,在与其他学科相互渗透和交叉中实现高度综合。

21112　线性相互作用与非线性相互作用问题在自然科学和哲学上长期争论不休的一对重要哲学范畴———简单性与复杂性,在岩石形成演化过程中也是普遍存在的。

自组织科学理论的建立,极大地促进了人们对这对哲学范畴的认识,即复杂性的根源在于非线性相互作用,而简单性的根源在于线性相互作用,所以简单性与复杂性这对矛盾实际上是线性与非线性对立统一的辩证运动的外在表现与反映〔4〕。

非线性科学的精髓在于它揭示了事物的复杂性是如何由简单的因素演化而成的,揭示了现象上的混沌无序是如何蕴含微观有序的,而无序混沌又是如何形成更高层次有序的。

根据自组织科学理论,岩石和岩体形成演化的本质是非线性相互作用的结果,线性相互作用是非线性相互作用的特殊情况或简化。

如果将岩石学中客观存在的大量非线性相互作用问题,如矿物的溶解和结晶、岩浆或变质流体的运移等都按线性方法加以处理,其结果虽然对弱非线性问题有效,但对强非线性问题来说,偏差就十分巨大了。

因此,非线性科学理论使我们的认识能够更真实地反映岩石的形成及演化,更接近于真理。

现代岩石学中线性相互作用与非线性相互作用是对立统一的,它们之间的差异是相对的,而不是绝对的。

这就是说,任何岩石的形成演化都不是线性或绝对非线性的,它们在一定条件下是可以相互转化的。

由于岩石圈形成演化的复杂性,作为岩石圈组成部分的岩石和岩体的形成演化也大多是复杂的。

因此,在现代岩石学研究中必须考虑可能存在的线性相互作用和非线性相互作用,要根据具体情况和实际研究结果来建立相应的数学模型进行定量模拟,只有这样才能取得较佳的研究结果。

21113　静态和动态问题在岩石形成演化过程中,静态和动态问题是确实存在的,如动态重结晶和静态重结晶、动态熔融和静态熔融、动态平衡和静态平衡等。

岩石形成演化的基本过程就是从静态→动态→静态的多次反复的转化过程。

岩石中的静态和动态之间存在着明显的辩证关系,即静态和动态两者既有密切联系的一面,又有互相区别的一面。

由于静态和动态之间的相互联系,我们可以从静态性质推导出岩石。

形成过程中某些动态性质,并从中找到它的量变特征。

但是考虑到两者的差异性,必须注意到许多岩石学过程动态性质不能单靠静态性质来决定,还需通过动态过程自身特点和规律的研究来解决。

另外,在从静态→动态→静态的多次反复的转化过程中,静态(平衡)和动态(运动)之间存在着统一性。

这种统一性首先表现在岩石形成演化过程中静态和动态的不可分离大自然探索 1998年第1期(总第63期)性,它们之间有着静态中的动态和动态中的静态这样一种相对关系;其次这种统一性表现在岩石形成演化中,静态和动态是可以相互转化的,即个别动态趋向静态,而整体动态又破坏个别的静态。

如果我们对静态和动态这种辩证关系认识越深刻,对静态尤其是对动态性质的研究越深入,就越有利于我们掌握岩石形成演化的本质和规律。

在目前的岩石学研究中,动态研究相对较少,而静态研究则较多,应尽快改变这种趋势。

21114　物质转化和能量转换问题在岩石形成演化过程中,不仅发生着物质的转化,而且总伴随能量的转换,这是物质与运动不可分离的基本原理的一种具体体现。

研究岩石形成演化过程中物质和能量的关系无论在实践上还是在理论上都有重要意义。

岩石存在于岩石圈之中,在其形成演化过程中,与围岩之间一般均存在有物质交换和能量交换问题,如地壳物质的重熔、矽卡岩化及混合岩化等,能量的产生有它的物质基础,总是同一定的物质运动相联系,如引起地壳物质发生重熔、形成花岗岩浆就是地壳变形的结果。

因此,可以这样认为,物质的转化是能量转换的基础,而能量转换的结果又促进了物质的转化,,缺一不可。

21115　突变和渐变问题目前,在岩石形成与演化的成因观中,是渐变论起主导作用,还是突变论为主,岩石学家还在争论〔2〕。

从自然辩证法观点上来认识,渐变是反映地质过程中一种缓慢的、逐渐的、不显著的运动变化状态,一般时间跨度较长;而突变则是地质运动在地球结构的某种层次突然的剧烈的运动状态,这种状态的时间跨度比较短暂。

在两者的关系上,渐变为突变积累条件,而突变为新的渐变开辟了道路。

正是地质运动这两种运动状态交替出现才使岩石圈不停地变化和运动着。

因此,作为岩石圈组成部分的各种岩石和岩体,其形成演化中的突变和渐变是相互联系又相互制约的,例如,岩浆的发生首先是热状态逐渐积累上升,当外界压力突然降低时或水压力突然升高时,岩浆就会形成。

由于岩浆熔融体的密度一般小于围岩的固体岩石,岩浆本身就会产生浮力,当浮力积累到足以突破围岩压力的约束时,岩浆就会上升、侵位乃至喷发。

上述形成演化过程中包括了渐变—突变—渐变—再突变两个循环过程。

另外,风暴岩、浊积岩等的形成大致也是这样一种渐变—突变的转化过程。

212　科学方法论上的辩证问题21211　定性研究和定量研究问题定性研究和定量研究是两种基本的观察研究方法。

通过定性研究,人们可以对观察对象的性质、特征以及事物之间的联系有大致的、粗略的认识,这为进一步对这些研究对象作出精确的、细致而深入的认识提供条件;通过定量研究,能够把握事物现象量的规定性,能够对观察对象作出准确的反映和描述,从而提高观察事实的可靠性和观察陈述的可检验性〔5〕。

众所周知,任何事物都有质和量两个方面,是质和量的统一体。

如果没有对事物的定性研究,就不能对事物的研究对象进行定量研究;反之,如果没有定量研究,也就无法解释定性研究的成果。

因此,现代岩石学研究中的定量和定性研究是辩证统一的,缺一不可的。

现代岩石学的定性研究包括岩石的矿物组成、结构构造、产状和相等;而定量研究除基本的岩石地球化学数据获取外,还包括岩石定量模型化研究和岩石形成演化的物化状态参数的获得,后者包括温度、压力、氧逸度、运动学和动力学参数及岩石地球物理参数等。