一块被“冰流弯曲”的砾石？ 李四光错了？

 

《一块弯曲的砾石》（A bent pebble）的故事见诸官方出版的《李四光传》与《李四光画册》以及语文课本， 说的是中国著名地质学家的李四光（1889-1971， 字仲揆）上世纪40年代科学研究的事情。

有一天在广西桂林良丰雁山村山沟里的第四纪砾石沉积物中，有个叫张更的学生发 现了一块大约一寸多长、形状类似马鞍的砾石，他拿着这块标本去请教 李四光，李四光手拿放大镜仔细端详这块发育有纹（面）理与线理的弯曲的砾石，想了想，然后对大家解释说：“这块小砾石弯曲成马 鞍形，我想它可能是这样形成的：一端被紧紧夹在坚硬的石缝里，另一端长期地被冰流推压着，渐渐地就成了这个形状。它证明岩石并非只会碎裂；在 一定条件下，它也是具有可塑性的。”

 

李四光的宝贝砾石

李四光1946年的Nature论文

李四光把这块弯曲的小砾石视为中国南方亚热带曾经出现冰川或气温变化的地质证据，特意请木工做了一个精致的小木盒，将它存放起来作为科学研究的宝贵标本。他还为此撰写一篇半页纸的短文《A bent pebble》（李四光是唯一作者，张更不是共同作者），于1946年5月4日出版的英国《Nature》杂志上发表(那个时候《Nature》还不像现在这样有名)。该短文写道：“毫无疑问，这块砾石是在冰川的荷载下，以某种方式变形的”。“变形是由于砾石的一半被固紧，比方说塞在一个基岩的裂缝中，或者塞在一个满载岩石碎块的冰川中，而另一边受到冰流的前推作用形成的”。

1941年7月7日下午，广西大学在大礼堂举行第八届学生毕业典礼暨新舍落成典礼，特邀李四光教授作一个学术报告，他健步走上讲台说： “今天我要讲的是地质构造中关于岩石变形的问题。这个问题，首先要注意岩石力学性质，然后要考虑各种岩石对应力作用的响应。例如岩石的弹性、塑性、弹塑性、滞弹性等需要进一步结合地质现象做出岩石力学方面的实验，把各种岩石试样放在不同的条件下进行实验，可以了解各种岩石在不同的压力条件下试样变形、蠕变或破裂的反映。” 这时他高兴地从口袋里掏出一个精致的小木盒，取出一个一寸多长、紫红色、中间弯曲成近直角和纹（面）理-线理皆清楚的小砾石，向大家介绍： “请大家看，在这方面，大自然替我们做了丰富的实验，这块小砾石就是自然界遗留的珍品”。坐满礼堂的听众顿时蠕动起来，目光全部集中到台上。 “我搞了这么多年地质，还没见过这么好的标本呢。这块弯曲的砾石是大自然冰川的杰作。在第四纪冰川覆盖的山谷中，一块小砾石非常偶然地插在石缝中，巨大冰川在以极其缓慢的速度向下滑动时，压力作用于小砾石上，使得砾石逐渐发生塑性弯曲， 形成那么个马鞍形状。所以，这块标本具有重大的科学意义，它比宝石还要宝贵得多”。 听了李四光兴致勃勃的神侃，学生们拥上来争着恐后观看标本，李四光便把小石头放到木盒里递给台下的学生，让大家轮流观看，但万没想到，当报告结束时，送到李四光手中的竟是一个空盒，小砾石不翼而飞！这可急坏了李四光，他向台 下询问，但人们你看看我，我看看你，不吱一声， 不知谁暗自“收藏”了砾石。当天晚上，李四光愁得饭也吃不下，广西大学校方也深感不安，于是在校园张贴公告，声明这块小砾石只有学术价值，并无经济价值，为了不使李先生的研究工作受到影响，希望拿走这块小石头的君子，立即放回校园那棵大榕树的树洞里”。两天之后，大榕树的树洞有个报纸包着的东西， 打开一看，正是那块弯曲的小砾石。从此之后， 这块弯曲的砾石成为李四光先生的一生至宝，经常随身携带（直到他1971年去世）， 给人讲它的“科学意义”以及他那篇Nature论文， 以致磨破多件衣服口袋。据说，这块弯曲的砾石现已成为李四光故居博物馆（地科院地质力学所院内）的镇馆之宝。

李四光纪念馆一角

李四光先生曾创建中华人共和国地质部，并长期任部长，在反右与文革中皆奇迹般地没有受到任何冲击，是党的少数几个红色大科学家之一。上世纪50年代，李四光就曾在《人民日报》发表文章说：“因为解放后的语言与解放前大不相同”，他“发奋学习，学毛主席的著作以及报纸上的文章。慢慢地他从思想上和文笔上都有了较大的进步”；“三反、五反、思想改造以及以后党领导的历次政治运动，仲揆都积极地参加了。……他认真地清理和检查了自己从旧社会带来的旧思想；更明确地认识到必须认真改造世界观，逐步建立无产阶级思想才能跟上党和人民前进的步伐”。1970年，李四光在《红旗》杂志（第11期）发表了《运用毛主席的哲学思想发展科学技术》一文，向不同的学术观点的学者宣战：“传统地质学，在形而上学世界观的束缚下，已经走进了死胡同，在很多重大问题上，不能自圆其说，漏洞百出。坚持传统观点的人，也感到了这一点，但他们跳不出形 而上学的旧圈子，企图制造一些名词来弥补已经出现的漏洞，如什么优地槽、冒地槽、准地槽，这个地台，那个地台之类。近年来，还有人提出什么地台“活化” 说，把一个地区看作永恒稳定的地块——“地台”看待，这完全是主观唯心的假设，根本谈不上活化不活化。也有人提出什么构造运动的多轮回性和成矿作用的多轮 回性。这种观点，实质上就是形而上学的循环论”。

 

正因为如此， 李四光那个“弯曲砾石”的故事在中国更广为流传。

 

李四光，1913年赴英国伯明翰大学先学采矿，后转学地质学， 1919年获硕士学位。同年回中国，任北京大学地质系教授兼系主任。后再赴英国深造，于1927年（38岁）获伯明翰大学博士学位，同年回中国。上世纪20-40年代， 欧美地质学家（例如， Peach et al., 1888, 1907; Chamberlin, 1910; Adams, 1910; Adams and Williamson, 1923; Argand, 1924; du Toit, 1937; Leith, 1937; Grigg, 1939; Holmes, 1944; Cloos, 1947; Anderson, 1951 等）对岩石的塑性变形与力学性质已经有了许多较为深刻的研究，李四光那时代能用塑性变形解释岩石构造，说明当时中国北京大学的地质学教授还是与世界接轨的。

 

现在看来，李四光先生对这块“弯曲砾石”的成因的解释却是错的，因为大量的岩石流变学研究表明，那块由长石与石英组成的岩石在地表冰川存在的温度下是不可能发生塑性变形的，即使如他所假说的那样——“一端被紧紧夹在坚硬的石缝里，另一端长期地被冰流推压着”（一边说岩石“坚硬”，另一边又说岩石发生塑性变形，本身就自相矛盾），只会发生脆性破裂，而不会发生大塑性变形，使得长英质岩石弯曲了近90°，而不发生任何破裂。对此，中科院院士施雅风教授经研究后就撰文质疑李四光的解释：“庐山的砾石群全是泥石流作用的结果，快速下滑的泥石流是无法让砾石变成弯曲形状的”。

那么，李四光的那块弯曲的砾石又是如何形成的呢？第一种可能性是，那块砾石原先处于一个褶皱的转折端，在地下深处高温低应变率情况（绿片岩相或角闪岩相）下慢慢的弯曲，后来岩石抬升至地表。第二种可能性是，“弯曲”只是一种假象，是岩石发生选择性风化、剥蚀或研磨造成的凹凸形态。许多原先李四光及其追随者定为冰川形成的“马鞍石”与“灯盏石（压弯石、压痕石）可能都是这种成因。

变形的砾石，注意褶皱转折端的弯曲了的砾石

自然界中的褶皱

 

自然界中的褶皱

自然界中的褶皱

 

自然界中的褶皱 

 

 自然界中的褶皱

 

自然变形的褶皱标本

 

 

研磨造成的岩石弯曲的假象

 

研磨造成的岩石弯曲的假象

研磨造成的岩石弯曲的假象

 

 研磨造成的岩石弯曲的假象

研磨造成的岩石弯曲的假象

 

差异性风化剥蚀造成的"弯曲“假象。

带石子的流水冲刷出来的壶穴造成的"弯曲“假象。