本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
在自传笔记《查尔斯·罗伯特·达尔文》（1809年2月12日 - 1882年）中，他回忆起童年的愿望
"我开始收集石头后不久，也就是9或10岁的时候，我清楚地记得我渴望能够了解大厅门前每一块鹅卵石的一些知识——那是我当时最早也是唯一的地质学愿望。"
今天，达尔文主要与自然选择和进化等术语联系在一起，但他最初的科学成就和出版物却是在处理地质学——甚至违背了他自己的先入之见。
关于支持科学新闻业
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻业 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保未来能够持续产出关于塑造我们当今世界的发现和想法的有影响力的报道。
作为爱丁堡大学（1825-1827）的医学生，达尔文经常参加各种自然科学课程。在这里，他通过矿物学家罗伯特·詹姆逊教授的讲座接触到了地质学。达尔文认为詹姆逊的教学很枯燥，尽管他早年有收集矿物的雄心壮志，但在大学的剩余时间里，他再也没有积极参加过关于地质学的讲座。
后来的剑桥时光更富有成效；他参加了在城镇周边地区私下组织的各种地质植物学考察。1831年7月，他参观了Llanymynech洞穴，靠近他的家乡什鲁斯伯里，同年8月，从剑桥大学毕业后，在他的导师和朋友，植物学家约翰·S·亨斯洛的推动下，他陪同亚当·塞奇威克教授（1785-1873，被认为是英国地质学奠基人之一，《达尔文通信项目》讨论了这次旅行以及“达尔文地质学入门”）进行了一次北威尔士地质之旅。达尔文在这次旅行中做的二十页笔记今天保存在剑桥大学图书馆。在他的私人自传中，他后来回忆道：“这次旅行在教我如何弄清一个国家的地质情况方面确实很有用……”
当达尔文回到什鲁斯伯里时，罗伯特·菲茨罗伊船长的来信为他提供了一个在“小猎犬号”上担任绅士同伴的职位。菲茨罗伊本人是一位才华横溢的业余地质学家，他正在寻找一位有才华的博物学家，并具有额外的地质学知识，以支持他完成一项个人任务——尽管小猎犬号的航行改善了南美洲的航海地图，但也可以用来收集圣经洪水的地质证据，当时大多数地质学家都认为这是一个真实的世界性现象。作为欢迎礼物，菲茨罗伊向达尔文赠送了一本查尔斯·莱尔最近出版的“地质学原理”（第一版，1830-1832年）的副本。
达尔文将受到莱尔提出的“缓慢发生”的地质学的强烈影响。他在小猎犬号的第一个停靠站佛得角群岛（1832年1月16日至2月8日）观察到被熔岩流包裹并高于海平面的沉积物，但其中的化石与附近海域中的贝壳相似（这意味着环境在很长一段时间内没有发生实质性变化）。他应用了莱尔提出的原理，并确信地球表面随时间推移变化缓慢且逐渐，而不是当时许多博物学家所相信的那样，是由突然的灾难性事件（如“圣经洪水”）造成的。
在给姐姐们的信中，达尔文坦言他“真的因为思考我的[地质学]而睡不着觉”。
图1. 达尔文在1832年看到的圣地亚哥岛（今天的圣地亚哥）剖面图。达尔文是第一个研究佛得角群岛地质的人（来自达尔文，1876年）。达尔文识别出三个不同的岩层，一个下层系列，由火山角砾岩和岩浆岩脉组成的火山岩（水下沉积），一个带有化石的石灰岩，最后是一层玄武岩熔岩覆盖层。受塞奇威克训练的达尔文注意到先前炽热的熔岩和较早的冷石灰岩之间的接触变质作用。
有趣的是，达尔文采用了德国地质学家使用的地质术语来描述野外观察到的岩石，在这里，年轻的查尔斯阅读过的亚历山大·冯·洪堡著作的强大影响是显而易见的（公共领域图像）。
1835年2月20日，达尔文经历了一场强烈的地震，摧毁了智利的瓦尔迪维亚镇
"我当时碰巧在岸上，正躺在树林里休息。它突然来临，持续了两分钟，但时间似乎更长。地面的摇晃非常明显。"
地震后，达尔文注意到太平洋沿岸隆起的贝壳层，以及这些沉积物与在佛得角群岛悬崖上观察到的化石层相似。这些微小的垂直运动的总和是否有可能形成像安第斯山脉这样高耸的山脉？地球一定非常古老，这样无数次的地震才有足够的时间来改变整个地球的表面。
在航行期间（1831-1836），达尔文遇到了各种岩浆和火山产物的露头，他很快就被这些岩石迷住了。在加拉帕戈斯群岛，他仔细研究了熔岩流的粘度
"不同熔岩的流动性程度似乎与它们成分的任何明显的相应差异不符"
这是一个错误的结论，因为熔岩的粘度实际上取决于溶解的二氧化硅的量。然而，他正确地假设，通过重力分离矿物，岩浆的矿物学分异是可能的——这是解释地球上发现的不同熔岩类型的基本点
"如果我们可以相信，大多数深成岩体在一定程度上已经排出了那些相对较重且易于液化的元素，这些元素构成了辉绿岩和玄武岩系列的岩石，那么地质学家在比较火山岩和深成岩的成分时所经历的许多困难，我认为将会消除。"
当时，火山的力学和起源受到了激烈的讨论。杰出的德国地质学家利奥波德·冯·布赫认为，火山的形成速度非常快，就像地球地壳上的气泡：首先，地质力将地面向上推，形成山脉，然后山顶坍塌，熔融岩浆释放出来，造成灾难性的喷发。达尔文不同意这种火山隆起的观点；部分原因是模型提出了非常快的隆起速率，达尔文从他对与沉积物互层的熔岩流的观察中确信，火山是由间歇性的小规模喷发形成的。地质观测再次证明了两个重要的事实：缓慢而微小的改变，经过漫长的时间，可以完全重塑地球表面。
在小猎犬号航行的五年里，达尔文写了1383页关于地质学的笔记——相比之下，关于植物和动物的笔记只有368页。
回到英国（1836年）后，达尔文在皇家地质学会上发表了他关于安第斯山脉地质学的首次科学论述，并发表了一些关于在南美洲观察到的火山现象的初步结果。他对火山学的主要贡献是后来的两本书：“珊瑚礁的结构和分布”，于1842年出版，以及“火山岛的地质观测”，于1844年出版。第一本书涵盖了太平洋中缓慢下沉的火山岛周围珊瑚礁的分布、结构和形成，第二本书介绍了访问过的火山岛的描述，如阿森松岛、圣赫勒拿岛、加拉帕戈斯群岛，以及关于南非和澳大利亚地质的简短通知。
图2. 根据达尔文，1842年的环礁形成。达尔文提出，具有岸礁的火山岛、具有堡礁的岛屿和环礁（即没有火山岛的环状礁）是一个过程的不同阶段，受下沉和珊瑚礁生长的控制。这个著名的概念是基于对珊瑚礁的表面检查以及对不同发展阶段的岛屿和环礁的比较（公共领域图像）。
1846年，他出版了“南美洲观测”，这本书涵盖了达尔文探索和研究最多的那个大陆。
达尔文还发表了一些关于航行期间遇到的其他地质学主题的次要论文（更不用说“小猎犬号航行动物学”中专门介绍收集到的化石遗骸的卷册）。1846年，一篇关于福克兰群岛地质学的描述，1838年一篇关于南美洲火山现象的描述，1841年一篇关于在南美洲发现的漂砾和沉积物分布的描述，以及1845年一篇关于在横渡大西洋的船只上发现的、被风输送的尘埃的观测。
1838年7月，他参观了苏格兰的格伦罗伊，并发表了他对那里山坡上发现的平行阶地起源的看法。根据他在南美洲的观察，他提出了阶地的海洋起源，认为其是今天消失的古代海岸线。根据他的假设，在山谷底部发现的孤立的大型巨石是冰山运输的碎屑的遗迹。1833年1月，在小猎犬号对火地岛进行勘测期间，达尔文首次遇到了冰川。他将它们描述为美丽的“绿柱石蓝色”，并注意到从冰川末端落入海中的冰形成了冰山，这些冰山经常包含并运输岩石和碎屑。当冰融化时，碎屑被释放并沉积在被淹没的山谷底部。对于达尔文来说，火地岛的海峡是很久以前苏格兰山谷的现代等价物。
图3. 来自A.R.华莱士的“岛屿生命”（1880年）的“带有冰碛的冰川”，公共领域图像。
在“关于格伦罗伊平行道路以及苏格兰洛克哈伯其他地区的观测，并试图证明它们是海洋起源”出版两年后，一个关于冰河时代的新理论将阶地归因于古代冰川湖的岸线，这些冰川湖被古代冰川阻塞，就像当时在欧洲阿尔卑斯山观察到的例子一样。
在这些出版物之后，达尔文很快放弃了他的“地质学阶段”，并退出了积极的地质学研究。1842年，他参观了北威尔士的Cwm Idwal，这是他在疾病迫使他过上表面平静的乡村生活之前的最后一次地质考察。
地质学在达尔文的生活和科学工作中发挥了重要作用：火山的形成、珊瑚礁的缓慢下沉、地震使安第斯山脉隆起、南美洲现代物种的化石亲戚，这些地质观测使达尔文掌握了他的科学理论所需的两个基础：深邃的时间和地球本身缓慢但永恒的变化。
如果地质学能够在如此长的时间内进行如此深刻的改造，那么生物学也必须如此，才能适应并生存于不断变化的环境中。
参考文献
CHIESURA, G. (2010): A Santiago sulle orme di Darwin. Darwin - Bimestrale di Scienze No.40: 32-36
HERBERT, S. (2005): Charles Darwin, Geologist. Cornell University Press: 485
ROBERTS, M. (2001): Just before the Beagle: Charles Darwin's geological fieldwork in Wales, summer 1831. Endeavour Vol. 25(1): 33-37
SEWARD, A.C. (2006): Darwin And Modern Science. The Echo Library, Teddington: 489
TOSATTI, G. (2008): Charles Darwin geologo. Atti Soc. Nat. Mat. Modena 139: 205-219
ZAPPETTINI, O. & MENDIA, J. (2009): The first Geological Map of Patagonia. Revista de la Asociación Geológica Argentina 64 (1): 55 - 59
在线资源
伦敦达尔文项目 (2009): 查尔斯·达尔文：伦敦市中心的 genius。 (访问日期 2011年2月12日)
查尔斯·达尔文在线全集 (2010): 小猎犬号航行地质学。 (访问日期 2011年2月12日)