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查尔斯·达尔文发现的整个生物进化过程常常使人们忽略了一个事实：他也是一位一流的地质学家。在乘坐皇家海军“贝格尔号”进行航行时，他不仅一丝不苟地收集了沿途遇到的动植物样本，还深入研究了所到之处的地质情况。他发现了一些前人未曾发现的事物；理解了前人未曾理解的过程。如果他没有因为共同发现进化论而出名，他仍然会被认为是地质学之父之一。而加拉帕戈斯群岛仍然会是他科学发现的核心。
加拉帕戈斯群岛是一组相当年轻且仍然非常活跃的火山岛，对于一位热衷的年轻地质学家来说，是理想的游乐场。炎热干燥的气候，加上地质时间上相当晚近才喷发的熔岩流，呈现出植被稀疏、侵蚀轻微的岩石记录。对于像达尔文这样热爱破岩这种好科学的人来说，这真是令人着迷。他爬过几个岛屿，做笔记，采集岩石样本，并思考他所看到的事物的起源。在“贝格尔号”航行结束后不到十年，他发表了关于加拉帕戈斯群岛和其他岛屿的发现，收录于《在贝格尔号航行期间访问的火山岛地质观测》中。
请记住，现代地质学之父查尔斯·莱尔的《地质学原理》最后一卷在十年前才刚刚出版。西方科学家才刚刚开始了解地球的漫长历史。当达尔文开始他的旅行时，詹姆斯·赫顿和其他火成论者刚刚说服了大多数科学界，认为玄武岩是由火山沉积而成，而不是海水沉积。而且，当达尔文第一次看到加拉帕戈斯群岛时，火山学这门科学还没有真正诞生。然而，他看到了无人能看到的景象。
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他观察了沿着岩石海岸点缀的凝灰岩锥，看到了一种奇妙的玄武岩，直到他访问十年后才被命名：火山玻璃凝灰岩。但他不仅仅是观察这种迷人的岩石。他还看到了它是如何从玄武岩本身演化而来的，并认识到凝灰岩锥必定是在水下喷发的。他对这些独特的火山如何喷发和侵蚀的结论，后来被更多的研究证实。而且，早在岩石学家在薄片中研究这种物质并看到他看到的细微变化之前，他就理解了火山玻璃凝灰岩的基本原理。
我们很快就要在这里研究火山玻璃凝灰岩和凝灰岩环。我想不出比从达尔文自己的观察开始更好的地方了
查塔姆岛。由一种奇特的凝灰岩构成的陨石坑。
在这个岛屿的东端，出现了两个由两种凝灰岩构成的陨石坑；一种是易碎的，像略微凝固的灰烬；另一种是致密的，性质与我所描述的任何物质都不同。后一种物质，在它最有特色的地方，呈黄褐色，半透明，具有些微类似树脂的光泽；它易碎，具有棱角、粗糙且非常不规则的断口，有时，它也略微呈颗粒状，甚至是模糊的结晶状：它可以很容易地用刀划伤，但有些点足够硬，刚好能划破普通玻璃；它很容易融化成黑绿色的玻璃。该物质中含有许多破碎的橄榄石和辉石晶体，以及黑色和棕色的火山砾的小颗粒；它经常被钙质物质的薄缝隙所贯穿。它通常具有结核状或结核状结构。在手持标本中，这种物质肯定会被误认为是一种苍白而独特的沥青岩品种；但是，当以整体形式观察时，它的层理，以及许多棱角和圆形玄武岩碎片的层层堆积，立刻表明了它是在水下形成的。对一系列标本的检查表明，这种树脂状物质是由浅色和深色火山砾岩小颗粒的化学变化产生的；这种变化甚至可以在同一颗粒的边缘周围的不同阶段清晰地追踪到。所有由这种凝灰岩或灰渣岩构成的陨石坑都靠近海岸，并且处于破损状态，这表明它们都是在浸入海中时形成的；考虑到这种情况，以及整个群岛中明显缺乏大面积的灰烬层，我认为凝灰岩的大部分很可能是由海中陨石坑口的灰色玄武岩熔岩碎片研磨而成。有人可能会问，这些陨石坑内的热水是否导致了小的火山砾颗粒的这种奇异变化，并使它们具有了半透明的树脂状断口。或者，相关的石灰是否在这种变化中发挥了作用？我提出这些问题，是因为我在佛得角群岛的圣地亚哥发现，当一股巨大的熔岩流流过钙质底部进入大海时，最外层的薄膜，在其他地方类似于沥青岩，由于与碳酸钙的接触，已经转变成一种树脂状物质，与来自这个群岛的最好的凝灰岩标本完全相同。（我在阿森松岛描述的，在灰烬层中形成的含石灰的结核，与这种物质有一些相似之处，但它们没有树脂状断口。在圣赫勒拿岛，我也发现了一种类似的、致密的但非树脂状的物质的脉络，它出现在浮石灰烬层中，显然不含钙质物质：在这两种情况下，都不可能发生加热作用。）
回到这两个陨石坑：其中一个陨石坑距离海岸一里格，中间的区域由钙质凝灰岩组成，显然是海底形成的。这个陨石坑由一圈小山丘组成，其中一些完全分离，但所有的小山丘都具有非常规则的、在三十到四十度之间的倾斜度。较低的岩层，厚度达数百英尺，由含有嵌入熔岩碎片的树脂状岩石组成。上层岩层，厚度在三十到四十英尺之间，由薄层状、细粒、粗糙、易碎的棕色凝灰岩或灰渣岩组成。（那些将“凝灰岩”一词限制为由长石熔岩磨损产生的白色灰烬的地质学家，会将这些棕色地层称为“灰渣岩”。）一个没有任何层理的中心体，以前一定占据了陨石坑的空洞，但现在仅附着在一些外围山丘上，由一种性质介于树脂状断口和土状断口之间的凝灰岩组成。这个中心体含有小块的白色钙质物质。第二个陨石坑（高520英尺）一定一直存在到最近一次大熔岩流喷发之前，当时它是一个独立的岛屿；被海水侵蚀的精致剖面显示了一个巨大的漏斗状玄武岩体，周围环绕着陡峭的倾斜凝灰岩侧翼，这些凝灰岩部分具有土状断口，部分具有半树脂状断口。凝灰岩被几条宽阔的、垂直的岩脉所贯穿，这些岩脉具有光滑平行的侧面，我毫不怀疑它们是由玄武岩构成的，直到我真正打破了碎片。然而，这些岩脉是由类似周围地层的凝灰岩组成的，但更加致密，并且具有更光滑的断口；因此我们必须得出结论，在陨石坑内部被玄武岩的凝固水池占据之前，裂缝形成并被来自陨石坑的更细的泥浆或凝灰岩填满。后来又形成了其他与这些奇异岩脉平行的裂缝，这些裂缝只是被松散的碎石填满。从普通的火山砾颗粒到具有半树脂状断口的物质的变化，可以在这些岩脉的致密凝灰岩部分清晰地观察到。
凝灰岩陨石坑。
在班克斯湾以南大约一英里的地方，有一个精美的椭圆形火山口，深约五百英尺，直径为四分之三英里。其底部被一个盐水湖占据，湖中升起一些小的火山锥状凝灰岩小丘。下层由致密的凝灰岩构成，看起来像是水下沉积物；而上层，围绕整个周长，则由粗糙、易碎的凝灰岩构成，比重较小，但经常含有层状的岩石碎片。这种上层凝灰岩含有许多豌豆状的球体，大约像小弹珠那么大，它们与周围的物质不同之处仅在于稍微更硬、颗粒更细。地层在所有方向上都非常规则地倾斜，角度根据我的测量，在 25 度到 30 度之间变化。火山口的外部表面以几乎相似的倾斜度倾斜，并由略微凸起的肋状结构构成，就像扇贝的壳上的那些肋状结构一样，当它们从火山口的开口延伸到基部时，会变得更宽。这些肋状结构通常宽 8 到 20 英尺，但有时它们宽达 40 英尺；它们类似于旧的、抹灰的、非常扁平的拱顶，灰泥成片剥落：它们彼此之间被冲积作用加深的沟壑隔开。在它们上端和靠近火山口开口的狭窄端，这些肋状结构通常由真正的空心通道构成，类似于，但比熔岩流的表壳冷却时形成的通道要小一些，当内部部分继续流动时形成，我在查塔姆岛看到了许多这种结构的例子。毫无疑问，这些空心肋状结构或拱顶是以类似的方式形成的，即通过泥流从火山口上部流下时，表层凝固或硬化形成的。在这个火山口的另一部分，我看到了一到两英尺宽的开放凹陷水槽，这些水槽似乎是通过泥流的下表面硬化形成的，而不是像前一种情况那样是上表面硬化形成的。从这些事实，我认为可以肯定的是，凝灰岩一定是以泥浆的形式流动的。（这个结论有一些意义，因为杜弗雷诺先生在“回忆录”第4卷第274页中，根据凝灰岩的地层，似乎与这里描述的成分相似，以18度和20度之间的角度倾斜，论证了新山和南意大利的其他一些火山口是由隆起形成的。从上面给出的关于独立小溪的拱形特征的事实，以及凝灰岩没有以水平薄片的形式延伸到这些火山锥状小丘周围的事实来看，没有人会认为这里的地层是由隆起产生的；然而，我们看到它们的倾斜度在 20 度以上，而且通常高达 30 度。正如将立即看到的那样，内部坡积物的固化地层也以 30 度以上的角度倾斜。）这种泥浆可能是在火山口内部形成的，也可能是由沉积在其上部的火山灰，后来被暴雨冲刷下来的。在大多数情况下，前一种方法似乎更可能；然而，在詹姆斯岛，一些易碎类型的凝灰岩层如此连续地延伸在一个不平坦的表面上，因此它们可能是由火山灰的降落形成的。
在这个火山口内，粗凝灰岩层，主要由熔岩碎片构成，像固化的坡积物一样，紧靠内壁。它们上升到内部盐水湖表面以上一百到一百五十英尺的高度；它们向内倾斜，倾斜角度在 30 度到 36 度之间变化。它们似乎是在水下形成的，可能是在海水占据火山口空洞的时期。我惊讶地观察到，具有如此大倾斜度的地层，就其所能追溯到的范围而言，并没有在其下端加厚。
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