羊群感到厌倦，迁到了爱丁堡。他建立了一家很成功的企业，用煤烟生产氯化铵，同时忙于各种科学研究。那个时候，爱丁堡是知识分子活跃的中心，赫顿在这种充满希望的环境里如鱼得水。他成为一个名叫牡蛎俱乐部的学会的主要成员。他在那里和其他人一起度过了许多夜晚，其中有经济学家亚当·斯密、化学家约瑟夫·布莱克和哲学家戴维·休谟，还有偶尔光临的本杰明·富兰克林和詹姆斯·瓦特。按照那个年代的传统，赫顿差不多对什么都有兴趣，从矿物学到玄学。其中，他用化学品搞试验，调查开采煤矿和修筑运河的方法，考察盐矿，推测遗传机制，收集化石，提出关于雨、空气的组成和运动定律方面的理论。但是，他最感兴趣的还是地质学。在那个爱好钻研的时代，在许多令人感兴趣的问题当中，有个问题长期以来困扰着人们……即山顶上为什么经常发现古代的蛤蜊壳和别的海生物化石。它们到底是怎么到那里的？许多人认为自己已经找到答案。他们分为两个对立的阵营。水成论者认为，地球上的一切，包括在高处的海洋贝壳，可以用海平面的升高和降低来解释。他们认为，山脉、丘陵和其他地貌与地球本身一样古老，只是在全球洪水时期被水冲刷的过程中发生了一些变化。对立面是火成论者。他们认为有许多充满活力的动因，其中，火山和地震不断改变这颗行星的表面，但显然跟遥远的大海毫无关系。火成论者还提出难以回答的问题：不发洪水的时候，这水都流到哪里去了？要是有时候存在足以淹没阿尔卑斯山的水，那么请问，在平静下来以后，比如现在，这水都流到哪里去了？他们认为，地球受到内部深处的力和表面的力的作用。然而，他们无法令人信服地解释，蛤蜊的壳是怎么跑到山顶上去的。就是在考虑这些问题的过程中，赫顿提出了一系列不同凡响的见解。他朝自己的农田一看，只见岩石经过腐蚀变成了土壤，土壤粒子被溪水和河水冲刷，带到别处沉积下来。他意识到，要是这个过程持续到地球的自然灭亡之时，那么地球最终会被磨得非常光滑。然而，他身边到处是丘陵。显而易见，肯定还有某种别的过程，某种形式的更新和隆起，创造了新的丘陵和新的大山，不停地如此循环。他认为，山顶上的海洋生物化石不是发洪水期间沉积的，而是跟大山本身一起隆起来的。他还推测，是地球内部的地热创造了新的岩石和大陆，顶起了新的山脉。说得客气一点，地质学家不愿意理解这种见解的全部含义，直到200年之后。这时候，他们终于采纳了板块构造论。赫顿的理论尤其提出，形成地球的过程需要很长时间，比任何人想像的还要长得多。这里面有好多深刻的见解，足以彻底改变我们对这颗行星的认识。1785年，赫顿把他的看法写成一篇很长的论文，并在爱丁堡皇家学会的几次会议上宣读。它几乎没有引起大家的注意。原因不难找到。一定程度上，他就是这样向听众宣读论文的：在一种情况下，形成的力量在独立存在的物体内部。这是因为，这个物体被热激活以后，是通过物体的特有物质的反应，形成了构成脉络的裂口。在另一种情况下，还是一样，相对于在其内部形成脉络的物体来说，原因是外在的。已经发生了最猛烈的断裂和扯裂；但是那个原因还在努力；它不是出现在脉络里，因为它不是在我们地球坚实的物体内部……那里找得到矿物或矿脉的特定物质……的每条缝隙和每个断层里。不用说，听众里几乎谁也不懂他在说些什么。朋友们鼓励他把他的理论展开一下，希望他能在更大的篇幅里碰巧讲得清楚一点。这是很感人的。赫顿花了此后的10年时间准备他的巨著，并且于1795年以两卷本出版。这两本书加起来有将近

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