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“地球表面远比任何无生命的星球更加美丽和复杂。我们的星球因生命而充满生机，而生命的独特之处在于其复杂性。”
卡尔·萨根，《宇宙 - 记忆的持久性》
1791年7月，法国贵族、冒险家和博物学家迪耶多内-西尔万-居伊-唐克雷德·德·格拉泰·德·多洛米厄发表了一篇短文，描述了他在阿尔卑斯山旅行期间观察到的一种奇特的石灰岩。这种白色岩石与普通的石灰岩非常相似，但构成这种不寻常岩石的矿物颗粒几乎不与酸发生反应，这与方解石或文石（石灰岩的主要矿物）晶体不同，后者会剧烈反应。三年后，博物学家理查德·基尔万将白云石作为一种新矿物引入；这个名字从此被用来命名白云岩，并最终赋予了多洛米蒂山脉——过去简称为“淡色山脉”——它们现在的名字。
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在19世纪，多洛米蒂山的成因是伟大的地质谜团之一。化石提供了线索，表明构成山脉的岩石曾经是由海洋中的生物形成的，但在地质学的早期，人们对海底和海洋中发生的沉积作用几乎一无所知。
图1.珊瑚化石 - Margarosmilia sp.
1770年6月11日，探险家詹姆斯·库克（并非完全自愿地，“HMS Endeavour”号撞上了它）发现了地球上最大的生物构造之一——澳大利亚的大堡礁。显然，巨大的石灰岩山脉在海面下形成——但究竟是如何形成的？这些山脉如何从海底升起，形成世界上最迷人的景观之一？
关于珊瑚礁的最早描述之一来自一位名叫斯特拉坎先生的人，他在1704年向伦敦皇家学会提交了一篇三页的论文，推测这些结构的形成
“这里有大片的珊瑚礁，它多孔，并且像直立的珊瑚一样坚硬或光滑，后者以小分支生长。如果我们所说的珊瑚礁完全长大，其他的珊瑚会在它之间生长，然后还会有其他的珊瑚生长，直到整个结构像岩石一样坚硬。”
这个想法可能没有在实地验证，但基于当时从印度洋和太平洋探险归来的船只带回的少量旅行记录。
1772年至1775年，德国博物学家格奥尔格·福斯特（1729-1798）在詹姆斯·库克的一次探险中担任博物学家。他们访问了太平洋的环礁和火山岛。福斯特观察到珊瑚生活在水柱的最初几米，但珊瑚礁上升到海平面以上300-600米。他提出了两种假设来解释这一观察结果。珊瑚从海底缓慢生长，直到到达海面，在那里侵蚀将珊瑚礁夷为平地，形成环礁的平坦表面；或者，另一种情况是，剧烈的火山爆发将成片的珊瑚推到海面。
大约半个世纪后，另一位博物学家对珊瑚和环礁之间神秘的联系产生了兴趣。在乘坐“HMS Beagle”号（1831-1836）的航行中，年轻的地质学家C.达尔文研究了莱尔的《地质学原理》以及关于太平洋珊瑚礁的章节，这激发了他的想象力。1835年2月20日，在智利，达尔文经历了一次非常强烈的地震，不久之后，他注意到该地区有几米抬升的证据。根据莱尔的观点，达尔文想象山脉可以在地质时期通过许多类似的事件上升和下沉。
仅基于书中对环礁的描述，并假设地球表面的缓慢运动，达尔文提出了一个初步假设来解释海洋中央环礁的形成。他在1887年的自传中承认：
“我没有其他任何作品像这部作品那样以如此演绎的精神开始；因为整个理论是在我看到真正的珊瑚礁之前，在南美洲西海岸构思出来的。因此，我只需要通过仔细检查活珊瑚礁来验证和扩展我的观点。但应该注意到，在前两年里，我一直在不断关注南美洲海岸间歇性陆地抬升以及沉积物的剥蚀和沉积的影响。这必然导致我对沉降的影响进行深入思考，并且很容易在想象中用珊瑚的向上生长来代替沉积物的持续沉积。做到这一点就形成了我对堡礁和环礁形成理论的理解。”
达尔文认识到，形成珊瑚的动物需要阳光，因此珊瑚无法在黑暗的海底生长。因此，达尔文想象，靠近海面的死火山峰顶（他访问过的海洋中的常见特征）会经历缓慢的沉降。这些运动足够缓慢，使珊瑚能够补偿向下运动，并保持在海平面上生存，那里有充足的光照和养分。
图3.环礁形成和珊瑚礁生长（根据达尔文1842年）。达尔文提出，具有岸礁的火山岛、具有堡礁的岛屿和环礁（即没有火山岛的环形珊瑚礁）是一个过程的不同阶段，受时间、火山核的沉降和珊瑚礁生长的控制。这个著名的概念基于对珊瑚礁表面的检查以及对不同发展阶段的岛屿和环礁的比较。当时几乎没有关于斜坡和盆地的数据。
达尔文的假设非常具有推测性，仅基于肤浅的观察——当时根本无法研究珊瑚礁的形状和底部。尽管如此，莱尔还是将达尔文的理论纳入了他后来的《原理》版本中，而美国地质学家詹姆斯·德怀特·达纳（1813-1895）在1838-1842年访问太平洋后，证实了达尔文的大部分观察结果。
1868年，当德国动物学家卡尔·森珀（1832-1893）在帕劳岛描述了三种不同珊瑚礁类型的同时出现时，对这个三阶段珊瑚礁理论进行了重要的修改，这与达尔文提出的时间顺序相矛盾。1878年和1880年，海洋学家约翰·默里（1841-1914）发表了他在挑战者号探险（1872-1876）期间对帕劳岛和斐济群岛的观察。他假设珊瑚礁在任何类型的水下高地上都会生长，只要它们足够高，而不仅仅是火山。
这个新理论得到了地质学家亚历山大·阿加西斯和其他人的大力支持和修改。环礁从各种起源的浅水下高地向上生长。由于水循环减少，珊瑚礁中间的珊瑚会死亡，然后礁石建造生物的钙质骨骼会被侵蚀剂溶解。最终形成泻湖和环礁的特征形状。
对热带海洋中活珊瑚礁的这些观察为解释多洛米蒂山脉的地质关系提供了新的动力。1860年，奥地利地质学家费迪南德·F·冯·李希霍芬男爵（1833-1905）参观并研究了多洛米蒂地区。他发现，包围着孤立白云岩山峰的砂岩和凝灰岩沉积物中含有大型石灰岩砾石，其中一些仍然可以辨认出珊瑚化石。基于达尔文提出的珊瑚礁演化理论，李希霍芬认为，这些孤立的山峰是古代珊瑚礁的完整遗迹，仍然被古代海洋盆地的碎屑沉积物所包围，在古代海洋盆地中，不时地，来自陡峭珊瑚礁斜坡的滑坡沉积了大量的珊瑚砾石。
图4. & 5.“李希霍芬礁”，三叠纪珊瑚礁的一部分，前水下滑坡的舌状物（从左到右）进入盆地的沉积物（圣卡西安组；文根组，主要是砂岩和泥灰岩），作者：MOJSISOVICS，1879年。
图6.石灰岩砾石（来自珊瑚礁的前碎屑）的特写，称为Cipit-Kalkblöcke，夹在文根组中。
年轻的地质学家埃德蒙德·莫伊西索维奇·冯·莫伊斯瓦尔（1833-1905）进一步发展了这个珊瑚礁假说，详细绘制了单一相（一个描述岩石外观和相关沉积环境的术语）之间的关系，范围从环礁的泻湖到公海。巨厚的、数千米厚的白云岩珊瑚礁突然转变为在中央浅泻湖中沉积的层理良好的碳酸盐岩。珊瑚礁的前斜坡由珊瑚礁碎屑的舌状物组成，这些舌状物夹在海底沉积的砂岩、页岩和玄武岩中。
图7.多洛米蒂碳酸盐岩台地外部的斜坡层理示例（根据MOJSISOVIC 1879年）。碳酸盐岩台地侧翼的层理方案以及来自Sciliar/Schlern台地的侧翼和盆地沉积物的示例。注意盆地沉积物中丰富的石灰岩砾石。
如此强烈的沉积相变化在当时被认为是不可思议的。将多洛米蒂山脉重建为古代环礁景观似乎非常激进，以至于莫伊西索维奇不得不为他的革命性著作寻找私人出版商（MOJSISOVIC 1879）。
参考文献
AGASSIZ, A. (1903): Reports on the Scientific Results of the Expedition to the Tropical Pacific, the Marshall Islands. Mem. Mus. Comp. Zool. Harvard College 28: 271-329
DARWIN, C. (1837): On certain areas of elevation and subsidence in the Pacific and Indian oceans, as deduced from the study of coral formations. Proceedings of the Geological Society of London 2: 552-554
DARWIN, C. (1842): The Structure and Distribution of Coral Reefs. D. Appleton & Co., New York: 214
DARWIN, C. (1898): The Structure and Distribution of Coral Reefs. 3th edition, D. Appleton & Co., New York: 214
DARWIN, F. ed. (1887): The life and letters of Charles Darwin, including an autobiographical chapter, Volume 3. John Murray: London.
DOBBS, D. (2005) Reef Madness: Charles Darwin, Alexander Agassiz and the meaning of coral. Pantheon Books: New York
FISCHER, A.G. & GARRISON, R.E. (2009): The role of the Mediterranean region in the development of sedimentary geology: a historical overview. Sedimentology 56: 3-41
MOJSISOVIC, E.v. (1879): Die Dolomit-Riffe von Südtirol und Venetien: Beiträge zur Bildungsgeschichte der Alpen. Alfred Hölder, Vienna: 551
SCHLAGER, W. & KEIM, L. (2009): Carbonate platforms in the Dolomites area of the Southern Alps - historic perspectives on progress in sedimentology. Sedimentology 56: 191-204