儘管哥白尼在1543年就出版了他的日心說天文學，但是，只是到了17世紀早期，新的宇宙哲學才對傳統的自然觀發出挑戰。伽利略和開普勒以不同的方式開始探討新觀念（即日新說）的含義，並提供了輔助性的假說，這些假說使新觀念成為一種合理的宇宙哲學。然而，是笛卡爾首次把新天文學和新物理學結合了起來，並在機械論原理的基礎上形成了一種完整的世界觀。太陽系，實際上是整個宇宙，成了一個大機器，一個其運動受力學定律控制的物質系統。當時人們越來越清楚地認識到，太陽本身只不過是一顆恆星，是廣袤宇宙結構中的一個微小成份。伯爾納·德·豐特涅在《眾多的世界》（1688）一書中強調，在物質世界中，人類的家園顯得多麼微不足道，他還提出一個令人不安的前景：其他世界中可能也有人居住。豐特涅認識到，依據宇宙活動的大尺度，人類生命的年限也顯得微不足道。恆星本身可能也有變化，只是變化的太慢，我們注意不到，所以才會設想宇宙是靜止的。一旦承認物理力能夠產生這樣的變化，事件量值上的宏大則要求拓展時間的尺度，不再是原先設想的自創世以來才經歷了幾千年。到了18世紀中葉，有些學者，例如康德（Kant，1755；英譯本，1969），猜想出是宇宙進化過程造成太陽系的形成，並且認為，在宇宙發展的巨大循環中，太陽系的形成只不過是一個很小的插曲。##新的宇宙哲學對於探討地球的起源提供了一個明確的框架。如果行星系統的形成是一個物理過程，那麼地球本身肯定也是按照類似的自然途徑形成的。於是就有人會提出現在的地表結構是由於陸地變化造成的。但是導致地質變化概念產生的原因並不只是按照宇宙學猜想的模式。科學革命重新煥發了人們信賴觀察的重要性，觀察是一種獲得信息的經驗方法，弗朗西斯·培根相信人類可以通過觀察獲得知識。當那些遵循這種方法的人轉而注意地球時，他們從大量的地球結構中發現了明顯的問題。許多「化石」（化石最初的意思是挖掘出來的東西）看起來與現存生物的外形相似，但是變成了石頭。這些東西在岩石中是怎麼形成的？為什麼有些岩石規則地存在於一定的岩層或地層中？為什麼在一些地區存在火山活動過的跡象，但是在人類的歷史中卻沒有記載過那裡的火山活動？為了回答這些問題，1700年前後的幾十年，博物學家集中尋找長時間決定地殼形狀物理力。##理論和觀察都要動搖靜止的創世觀。但是什麼樣的過程形成了地表？面對許多問題，有一個簡單的解決辦法，就是認為是《聖經》中記載的大洪水造成含有化石的岩石形成沉積層。利用地球與生物有著密切的聯繫、都經歷生長和衰落時期這個信奉已久的觀念，也可以解釋其他的變化。例如，岩石的侵蝕可能就屬於這個逐漸退化過程的一部分（Davies，1969)。新科學的機械觀大概不會再接受這種活力論的類比，而且博物學家也開始越來越依據物理變化來把他們的觀察整理成一種體系。雖然就物理變化的性質一直存在著激烈的爭論，但是已經利用大量的信息和技術來搭建概念框架，並且在這個框架內形成了各種理論。18世紀並非猜想的世紀；相反，在這個世紀為後來出現的地質學的英雄時代奠定了基礎(Porter，1977)。##當時在知識界存在著更大的趨勢，對人類起源的傳統解釋產生了質疑，這種趨勢有助於拓展地球的歷史觀（Rossi，1984)。有些學者開始認為《聖經》不能解釋所有人類種族的歷史，有些文明要比猶太教拟基督教文化悠久。這樣反過來更容易相信世界本身經歷了更長的發展時期。到了1700年，這些新的觀點已經為基督教世界觀造成麻煩。然而最初沒有人相信要完全拋棄舊的規則。人們只是希望用科學來詳細說明上帝是如何為人類創造了世界，不要去侵擾基本的圖景。基督教至少作為絕大多數17世紀的科學家希望建造的知識結構中的一個有機部分保留下來，當然多數科學家在什麼是與基督教協調的最佳途徑的看法上含有分歧。《聖經》當然為他們提供了造物主的大致目的，但是對於如何解釋《聖經·創世紀》故事的細節，這還是一個未決的問題。如果《聖經》是神的啟示，是否意味著《聖經》中的所有細節都是真實的？伽利略在涉及《聖經》中的那些暗含太陽圍繞地球運轉的段落時，已經面臨了這個問題。雖然他認識到教會在處理精神事物方面的權威，但是他仍然堅持認為福音的語言——主要涉及私人社會——不應該束縛後來的所有關於自然的思想。地質學家也認識到，對於《聖經》創世故事中的有些段落，不可能按字面的意思來接受。當然，新教徒更在意上帝說的話的含義，但是在這一複雜問題上，他們有自由提出自己的解釋。如果恰當理解的話，《聖經》中的啟示與自然現象並不矛盾。而且人們逐漸發展了將創世紀的故事與新科學的要求協調起來的技巧。##機械論哲學也帶來了困難。有可能設想出上帝創造了的宇宙結構就是我們今天看到的樣子，上帝賦予自然以有力的規律來保持自然的原初圖景。但是笛卡爾通過研究提出，自然的結構已經發生了機械的演變，與它早期的狀態不一樣。只要相信宇宙最初的形態是上帝創造出來的，那麼就有可能承認宇宙後來按照上帝的意願在發生變化。但是笛卡爾的許多追隨者卻忽視了這一點，他們將注意力集中在機械過程本身上。很難想像上帝真的控制或關心世界上每天發生的瑣事，因為他已經將所有責任轉給自然規律。人們頂多會認為上帝勾勒出事物發生的一般輪廓，沒有道理去相信自然活動的每一個細節都是神的預先安排。這樣像鐘表匠似的自然神論的上帝形象便出現了，而且人們越來越懷疑這樣的上帝會干涉人類的事物。蕌這種新科學只是一場更深刻革命中的一部分，這場革命最終清除了許多舊的神學觀點（Hazard，1953；Wade，1971)。重要的是，笛卡爾和牛頓可能表述了科學與宗教之間的聯繫，但是對後人來說，他們的成就卻標誌著理性的力量向古代的偏見發出了挑戰。18世紀的「啟蒙哲學」就是建立在理性可以改變人類狀況的信念基礎上（Cassirer，1951；Gay，1966，1969)。新物理科學的勝利只是完全更新關於人和自然信念的先驅。在這種思想氛圍中，注定要解除宗教強加給17世紀後期科學上的過時的枷鎖。伴隨開始以新的見解探討上帝如何創造世界的，是那種認為憑人的能力去理解自然如何活動，並終結了造物主是多餘的觀點。
機械論的宇宙哲學
伽利略在主張思想自由時，想到的是哥白尼體系和利用數學研究物理學，後來正是根據這兩者證明了地球運動的合理性。力學科學，尤其是融合到笛卡爾思想體系中的力學科學，很快呈現出更加廣泛的意義。所謂的機械論哲學出現了，按照這種哲學的信念，可以將所有現象解釋為物質運動的結果。死抱中世紀的思想根本就不可能像重視宇宙物理學那樣開闢廣泛的可能前景。按照傳統的世界觀，根本無法想到地球可能是由最初宇宙中廣延的物質形成的。地心說的基礎是亞里士多德對地球與天際的階層體系劃分，而且由於地球與天際的根本差異，不可能設想出由一方產生出另一方（Kelly，1969)。而宇宙的結構，要麼像亞里士多德設想的肯定永恆存在，要麼肯定在造物主建造時就是現在這個樣子。但是機械論的哲學則認為分佈在宇宙中的物質是一樣的，這樣地球與天際就不存在絕對的差別。因而有可能去設想地球或整個太陽系是以某些其他的方式由最初分佈於宇宙的物質形成的。地球的「創造」可能就成了一個純粹的物理過程，進而得出的地球起源理論便成為地質學思想的基礎之一。
豐特涅通過指出恆星本身並非永恆存在——偶爾有的會暗淡，有的會發光——從而使人容易理解他提出的地球微不足道的觀點。他只不過是在追隨笛卡爾的思想。笛卡爾學派的自然哲學致力於從物理學的角度解釋萬物的起源，並不援引超自然的創世。上帝並不設計宇宙中個別事物的結構，他只是建立基本的自然法則，由自然法則控制以後的發展。笛卡爾認為，行星以漩渦狀透明大氣的形式圍繞太陽旋轉，而且他堅持認為，有的漩渦可能停止運轉，並且消失，而在其他地方又形成新的漩渦。因此，在活動不息的物質宇宙中，可以形成單個的太陽和行星。
從新漩渦起源理論的出現，到解釋諸如地球這樣行星的形成，這一過程很短。笛卡爾在1644年出版的《哲學原理》一書中，的確提出了一種機制，按照這個機制，地球的形成是由於一顆恆星冷卻成灰狀的球，然後捲入到太陽的漩渦中。笛卡爾為了避開教會的批判，承認他的理論只是表明宇宙怎樣才可能機械地形成，同時我們通過啟示知道，實際上是上帝直接創造了地球。隨著笛卡爾體系影響的增大，毫不奇怪，他的追隨者堅持嚴格地使用機械論的解釋。笛卡爾就這樣確定了一個趨向，從而對地質學史帶來重大的影響。後來的許多地球理論則有意地試圖將機械論哲學擴展為一個完整的宇宙哲學，或宇宙的物理史。後來，笛卡爾物理學的細節被牛頓的物理學所取代了，但正如阿蘭·瓦泰涅（Aram Vartanian，1953)指出的那樣，笛卡爾學派的基本方案仍然是啟蒙時期唯物論者設想的重要源泉。（關於早期的這些理論，見Haber，1959；Greene，1959a；Roger，1974；Jaki，1978b；以及Laudan，1987。並參見一些地質學史的論著：Adam，1938；Geikie，1897；以及von Zittel，1901。）
這種新趨勢的肇始是試圖從物理學的角度，而不是奇跡的角度，重新解釋《創世紀》中的創世故事，實際上，有些最早的理論只不過提供了一些貌似合理的解釋來為《聖經》中的事件打圓場。這從首次將笛卡爾體系詳細地發展為一個完整的創世解釋的嘗試中可以看的更明顯：托馬斯·邦內的《地球的神聖理論》(Burnet，1691；Gould，1987)。邦內利用了笛卡爾本人設想出的一個古怪的觀點：隨著地球的冷卻，在圍繞地核的水上面形成一個固體層。邦內提出，外面這層曾經極為平滑，所以最初「創造」的地球為原本高貴的人提供了一個理想的居住場所。當人類最終遠離上帝后，他便受到大洪水突然降臨的懲罰。但是這時的大洪水純粹是自然事件，是由於地球的外層塌落到內部水中的緣故。只有原來地表上的一些不規則的陸地碎塊矗立在水上，形成了我們現在大陸上的山地。對人類的懲罰是永久性的，不僅有大洪水本身的悲劇，而且今天依然存在的崎嶇而醜陋的群山表明，這是一個遭到毀壞的星球，只適合像我們這種罪孽深重的生靈居住。
邦內試圖從物理學的角度解釋《創世紀》中事件的做法，遭到了許多想保留這個故事本意的人的批評。但是他的工作也由於依賴於笛卡爾的漩渦理論而遇到麻煩，因為這個理論不久便被牛頓的萬有引力體系所取代。牛頓本人曾試圖避免按照機械論來探討起源問題，以便維護他的理論，但是他在私下也禁不住要猜測地球是如何形成的（致邦內的信，引自Brew ster，1855)。瓦泰涅（Vartanian，1953）認為，儘管牛頓在公開場合駁斥這種猜想，他的物理學體系卻很快被吸收到笛卡爾的基本方案中。18世紀多數關於地球起源的觀點建立在牛頓物理學的基礎上，而不是笛卡爾物理學的基礎上，然而從另一方面看，他們又延續了笛卡爾所開創的按照機械論對起源問題的探討。當然，牛頓公開發表的有關這種猜想可能造成的危險的警告被極大的地忽視了，而他自己私下關於地球形成的想法不久便出現在他的追隨者們發表的文獻中。
牛頓的這些宇宙哲學思想首次出現在威廉·惠斯頓（William Whiston，1696）的《地球的新理論》一書中。惠斯頓像邦內一樣，採用牛頓的物理體系說明《創世紀》中的事件順序，但他用牛頓的理論替代了笛卡爾的「神聖理論」。他提出，地球可能是由一顆彗星——一塊塵雲——在萬有引力的影響下，凝結成固體後形成的。大洪水的形成則是由於另一顆彗星擦過地球時，將大量的水排到地表所致。埃德蒙德·哈雷已經這樣解釋過洪水的形成，只不過他的觀點發表的較晚一些（Halley，1724-25）。惠斯頓詳細闡釋了這個觀點，他認為經過地球的彗星不僅導致洪水的產生，而且造成地球偏離了原來圍繞太陽運轉的圓形軌道。像邦內理論中的看法一樣，洪水的產生是一種純粹的自然事件，與大洪水相伴的是地球的狀態受到永久的摧毀，相應地，人類也不再高貴。
雖然邦內和惠斯頓渴望給《聖經·創世紀》的故事提供一個新的基礎，但是他們著作中的含義對於宗教卻有潛在的危險。隨著科學的普及，以後的工作者會丟棄《聖經》的文字和精神，集中注意物質過程本身。協調《聖經·創世紀》與地質學的嘗試被證明是一種暫時性的權宜之計，隨著科學家要求自由地遵循他們自己系統的邏輯，這種協調不久也被打破。關於地球的年齡產生出一個嚴重的問題。邦內和惠斯頓局限於基督徒正式承認的有限的時間段中，依然信奉地球和人類的創造完全是突然性的。邦內至少認識到，風、雨、河流的侵蝕，如果經過長時間的作用，有可能磨損群山；但是按照他的理論，群山由單一的事件形成，並且形成以後不可能重建。群山依然在那裡這一事實就證實它們是在以前的短時間內形成的。邦內不太注意對岩石和化石的經驗性研究，沒有認識到他的觀點中帶有人為的特點。其他人不久也會從事同樣的研究，會對《聖經·創世紀》中所說的整個時間尺度提出挑戰。
這種新理論的另一個危險的含義在於，它們要動搖相信神的干預的傳統信念。基督徒一直相信上帝在創世後繼續對這個世界感興趣，甚至通過他所確立的自然法則，在一定程度上，奇跡般地干涉著這個世界。大洪水被解釋為一個含有道德寓意的事件——人類由於背離上帝而受到懲罰，而且據認為，洪水是上帝憤怒的直接（即奇跡般的）效果。而按照新的理論，大洪水僅僅是一次物理事件，是自然界機械作用的必然產物。邦內已經提出，無所不知的上帝預見了人類的道德歷史，因而設計的物質世界可以適時地發生劇變，以懲罰人類；但是他的觀點代表了走向自然神論的第一步，自然神論相信，上帝自從創造出宇宙之後，無需再關心它。牛頓相信奇跡的作用，主要因為他相信存在著一個關心這個世界的上帝（Al exander，1956）。但是啟蒙運動時期的自然神論者則將否定奇跡作為他們大規模反對基督教運動的一個組成部分（Torrey，1930）；在這種氛圍中，毫不奇怪，博物學家不再對他們所研究的物質事件中的道德意義感興趣了。
這種唯物論的含義在後來的笛卡爾學派的地球理論中已經顯現出來。這就是德梅耶特（Benoit de Maillet)的《特耶梅德》，這本書出版於1748年，但是大概寫於1692至1718年之間（英譯本，1968；見Carozzi，1969)。德梅耶特勾畫了一個由笛卡爾式渦旋組成的宇宙，但是他真正感興趣的是太陽系中地球的形成。他並沒有努力將他的體系與《創世紀》的故事協調起來，正因為如此，他想最好將這本書表現為一位印度哲學家的著作，這個哲學家的名字卻是他自己的，只不過是倒著念。德梅耶特設想最初的地球上覆蓋著很深的水。在古代海洋的洋底形成了群山現在的樣子，隨著水平面的逐漸降低，山的頂端最終顯示出來，形成的最初的乾燥陸地。海岸邊海水的侵蝕逐漸沖刷著這些山巒衝下來的山體碎片落到海床上，形成沉積岩。隨著海水的進一步退去，這些岩石暴露出來，形成更新的山巒。在德梅耶特的地球歷史概念中，海平面的逐漸降低成了主要的定向因素。他提出，即使現在，海洋依然每年以緩慢的速度在退去。
海退理論在18世紀很流傳，但是這個理論的支持者並不想像德梅耶特那樣拒絕與《聖經》的故事協調。《特耶梅德》中沒有講到近代的大洪水，而是提到在人類文明出現之前，地球的歷史經歷了很長的時間。德梅耶特甚至提出生物自然起源的觀點。單從信奉笛卡爾機械論哲學的角度，還無法解釋為什麼德梅耶特那樣毅然決然地願意與傳統的時間尺度觀決裂。笛卡爾、邦內和惠斯頓都構想出了物理機制，並根據人們日常熟悉的地球目前狀態，來解釋地球的起源，無需麻煩地引用其他因素。但是德梅耶特的關於岩石形成的觀點似乎來自對於二手研究本身的研究，而正是這種經驗基礎，為他大膽地擴展傳統時間尺度的界限奠定了基礎。
經驗傳統
對於那些採納了培根科學經驗主義哲學的人來說，地表的岩石成了要研究的自然對象。但是一旦認真關注一些種類的岩石，就會發現一些不常見的特徵。「沉積岩」位於相應的岩層，或者說地層表明它們實際上是由沉積在水中的物質形成的。這一點通過在典型的山巒中發現了含有化石海洋生物的層化岩石而得到了證實（Haber，1959；Rudwick，1972）。人們最初努力要說明化石不是生物的遺留物，但是進一步的觀察不久就使多數博物學家相信這種看法站不住腳。尼古拉斯·斯台諾（Nicholas Steno，1669；英譯本，1916）和約翰·伍德沃德（John Woodward，1695）進一步幫助確定了化石的確是有機體在岩石層中石化的遺跡。這就意味著現在的一些乾涸的陸地地區曾經位於海洋下，而且形成層狀岩石的物質是沉積而成的。解釋這些岩石在形成之後陸地如何從海洋中隆起，成了18世紀多數關於地球理論的中心問題。
化石還從另一個角度對傳統的觀念構成了挑戰。無論如何，化石表明地球上曾經存在過現在所不知曉的生物種類。原先創造出來的一些生命形式有沒有可能滅絕了？宗教情感甚篤的博物學家，如約翰·雷，發現不可能相信一個智慧仁慈的上帝會讓他所創造的生靈這麼隨便的滅絕。首先，雷給了一些希望，他認為依然可以在地球遙遠地方發現那些未知的生物（John Ray，1692）。雷在其後來的生涯中更加關注這個問題，以致於完全懷疑化石來源於生物；他像他的朋友愛德華·勒威德一樣，認為化石純粹是礦物結構，只是可以在岩石中「生長」（Ray，1713）。他在這一點上背離了他的多數同代人所達成的共識，但是隨著啟蒙時期的博物學家愈加公開地向《聖經》觀點發出挑戰，雷所害怕的問題則變成了更加敏感的問題。
一旦認識到化石是真實存在的，將化石與《聖經》故事協調起來的唯一希望就是設想還有化石的岩石是由挪亞洪水時期的地表碎片形成的。伍德沃德在《論地球的自然史》（Wo odward，1695）中提出了這種解釋。儘管伍德沃德對化石本身的描述很重要，但是他的理論缺乏說服力。很難叫人理解單獨一次劇變事件就能形成廣泛的地層序列。要產生我們今天看到的複雜地表狀況，地球一定經歷了一系列的發展。有了這種關於過去的更為動態的觀點，最明顯的問題則是：沉積岩如何裸露成為乾燥的陸地？對於這個問題。只有兩種可能的解決辦法，或者是水平面降低了，或者是陸地一定抬升到露出海洋。伍德沃德的建議中暗含著第一種可能，伍德沃德提出，在大洪水期間，岩石保留了下來，但是這種觀點必須作重大的調整，以便與更符合地層經歷國長期、系列、複雜發展的觀念相吻合。結果就出現了海退理論，這是德梅耶特在《特耶梅德》中首次提出的。海退理論認為，地球剛形成時，地表上覆蓋了很深的水，有些水緩慢地蒸發到空氣中。當整個地球被水淹沒時，沉積岩也不可能顯現出來，當水平面降低時，沉積岩才暴露成為乾燥的陸地。
另一種辦法就是認為水量保持不變，認為地球的運動能夠從以前曾經是海床的地方抬升起新的乾燥陸地。這個觀點出現在斯台諾1669年出版的《預言》一書中，而且將地下的氣體被當作造成陸地抬升的原因。斯台諾還提出，流水引起地下熔岩的侵蝕，並導致不堪重負的岩石塌落。地震的力量導致陸地抬升的觀點也出現在羅伯特·胡克的「論地震」一文中（Robert Hooke，出版於1705）和約翰·雷的《諸論》中（John Ray，1692；關於雷的工作，見Raven.1942）。
無論接受了哪種理論，接著都會產生一個問題，即如何確定與這種深刻變化相匹配的時間尺度。斯台諾、胡克和雷都發現不可能擺脫傳統的地球只有幾千年長久的觀點。在這種情況下，要承認觀察到的結果，就要認為過去變化的程度比我們在近代所體驗的變化程度要大。尤其是胡克和雷，不得不設想過去的地震要比我們今天經歷的地震更劇烈，因為現代的地球運動在導致全部陸地抬升方面所起到的作用很微弱。胡克引用亞特蘭蒂斯的沉沒和其他古代的傳說作根據，說明在遙遠的過去，地球變化產生的效應的確很大。當然，《聖經》中的大洪水可以成為古代劇變的另一個依據。因此，由於早期博物學家不願意延長《聖經》中的時間尺度，便產生了後來被稱作劇變論的地球歷史觀。為了將所有必然的變化壓縮到不太長的時間範圍內，於是便設想過去事件發生的劇烈程度非今天所能觀察的到。1691年，哲學家G·W·萊布尼茲出版了𨧤Protagaea𨧤，他從作用水平的角度解釋這種衰落，並提出地球曾經很熱，這是一種早期的觀點，我們稱之為地球冷卻理論。在胡克看來，地震強度的下降表明地球已經進入了一個衰老期，但是萊布尼茲的觀點卻標誌著用新的唯物論的方法研究這個問題的開始。
啟蒙運動時期的地質學
對《聖經》故事越來越不感興趣，是啟蒙運動時期知識領域新的典型特徵。新生代唯物論哲學家準備擺脫任何對人類理性力量的人為限制，至少是那些由基督教帶來的限制。保守的思想家依然著書立說，認為可以根據《聖經》中的洪水來解決所有地質學問題，但是那些研究岩石本身的人卻要求自由地依照他們思想（無論是什麼思想）的邏輯。傳統的影響依然存在，而且足以迫使布豐收回他的理論，布豐試圖提出一種地球理論，向《創世紀》的觀點公開發出挑戰。但是在沒有人將布豐收回他的觀點這事當真後的若干年，布豐將他的理論作了修改後又重新發表了，其中只對正統觀念作了表面上的讓步。隨著18世紀的推移，以及自然神論的傳播和無神論的崛起，促使更多的博物學家對於創世和大洪水的傳說採取了口是心非的態度。
牛頓科學的勝利，為地球起源的假說奠定了新的基礎。惠斯頓的早期嘗試只側重於地球，但是對於許多人來說，某一特定的行星只是整個太陽系的一部分。對於太陽系最簡單的解釋認為，行星來源於太陽。這種提法出現在布豐1749年《自然史》的第一卷中。布豐假設從彗星中分離出太陽，並且向空間中甩出了一些緻密的熱物質。太陽的引力阻止了這些物【TPJH1，15#】【TS(】【HT5」SS】【JZ】圖1.布豐的行星起源理論𣿅
一顆彗星碰撞到太陽的表面，將很多炙熱的球狀物體拋向空間。那些受太陽引力拉動的球體留在軌道上，並最終固化成為行星。在20世紀早期，有一個類似的理論曾一度很流行，該理論認為，在一個路徑行星的引力作用下，一些行星被拉離太陽。這類理論的最大困難在於無法解釋為什麼在軌道上運行的行星具有可以觀察到的偏心率。
質的逃離，使之冷卻形成行星。不幸的是，這個理論與行星軌道相對低的偏心率不符，而且無法解釋太陽本身的起源。在哲學家伊曼努爾·康德於1755年（英譯本，1969）首次提出的「星雲假說」中，這兩個問題都得到了解決。康德提出，最初的太陽系為宇宙塵雲，在其自身引力的作用下，宇宙塵雲凝縮，並且逐漸獲得旋轉的趨勢。小塊塵雲凝縮為固體，圍繞一個大的中心旋轉，這個中心是炙熱的，形成了太陽。因為康德的書並不流行，因而他的觀點沒有引起太多的注意，但是後來，天文學家皮埃爾拟西蒙·拉普拉斯《世界的體系》（Lapl ace，1796；英譯本，1830）中又提出了類似的觀點。這種理論似乎得到威廉·赫歇爾望遠鏡觀察的支持（Hoskin，1964）。赫歇爾利用經過重大改進的設備，可以觀察到一些星雲和夜間才能看到的模糊塵霧，它們是由氣體或塵雲組成的，顯然凝縮成一個中心恆星，從而證明星雲假說可以成立。
圖2.太陽系起源的星雲假說（1）一個星雲，即由緩慢旋轉的塵埃和氣體組成的巨大的雲，在其自身引力的吸引下開始塌陷。（2）多數物質開始凝縮成為一個中心體，但是輕的部分開始形成環，圍繞著中心旋轉，而且這時它們本身也開始凝縮。（3）迄今為止，中心體一直在塌陷，並釋放出足以使其發出炙熱的能量，形成了太陽。較小的物體固化成為行星，行星圍繞著太陽持續地運行。
星雲假說設想所有的恆星以相同的方式凝縮，所以，多數恆星都有行星圍繞它們運轉。因此行星的逐漸形成或「進化」成了一個完美的自然現象。這樣一種信念並不一定要排除整個過程由上帝創造的可能，畢竟他可能創造最初塵雲的方式決定了要形成一定種類的行星就要遵循他的自然法則。但是拉普拉斯認為，沒有什麼理由再保留舊思路的痕跡。如果宇宙是個物質體系，曾經在過去漫長的時間裡按照某種途徑發展過，那麼再設想宇宙發展過程的細節是由造物主預先設計的，則毫無必要。因此，最終結束探討完全機械論的宇宙哲學，也就是逐漸在降低神所起的作用，直至使神與宇宙的聯繫變得愈加不直接相關，甚至顯然可以忽略不計。牛頓最恐懼的事終於清楚了：拋棄超自然的解釋就必然要走向自然神論和無神論。
到了拉普拉斯重新修改星雲假說時，在法國大革命的影響下，啟蒙運動的精神已經衰微。布豐那包容性不太強的理論發展成為一個完整地質學體系的基礎（《自然史》I和《自然的分期》，Buffon，1778；ed.Roger，1962）為了避開神學界的非難，布豐將地球史劃分為6個時期，這樣也可以認為是與創世的6天相對應，後來的許多地質學家也都用過這種計謀。他的真正意圖是想按照完整的牛頓宇宙哲學，根據唯物論原理，來解釋地球及地球上生物的整個歷史。他的地球來源於太陽理論促使他確立了一個經典的「方向性」觀點來解釋地球起源後的發展。因為開始時的地球是熱的，地球一定隨著時間的推移而發生穩定的冷卻，冷卻成了地球發展中的關鍵階段。最初的熔化狀態是地球的第一個時期，在接下來的第二個時期，冷卻使地球的外部成為固體狀。像德梅耶特一樣，布豐認為有必要援引一個巨大的古海洋來解釋沉積岩的形成。在他所謂的第三時期，他因此而設想大量的水蒸氣凝縮並以降雨的形成落到地表，形成了遍佈廣泛的海洋。在第四時期，隨著海洋的退去，部分海床最終暴露出來。而這時的溫度仍然比今天的溫度熱得多，因此在第五時期，甚至在北方也生居著熱帶生物。只有在最後一個時期，地球才變成它現在的樣子，而且首次出現人類。
與後來地質學家所分化的學派相比，布豐的理論混雜得出奇。一方面，他的理論建立在地球冷卻假說基礎上，而這個假說又和「火成論」相連，火成論相信地下的熱是地球變化的主要動因。另一方面，他並沒有進一步拓展他的理論的這個方面。他認為火山噴發是由於煤的堆積物燃燒引起的，而不是由於地球原初熔化條件下剩餘的熱引起的。他並沒有試圖提出地球早期更高的內部溫度會產生比今天更劇烈的地震。因此他並沒有為後來的所謂劇變論奠定基礎，相反，他卻轉向海退理論，結果，等於支持水成論，放棄火成論。
隨著水量的減少，乾燥陸地的暴露，發生了什麼事？布豐知道地球很古老，他在已出版的論著中估計有7萬年的歷史，但是在私下卻承認這個數值太低了。陸表一定裸露了相當長的時間，其間，侵蝕的力量在起作用。我們看到的地表可能在某種力量的長期作用下發生過完全的變化，我們知道這種作用依然在起作用。布豐通過提出這種可能性，從而部分地預見了後來被叫做「均一論」的觀點，均一論相信，我們今天可以觀察的動因，是唯一可以用來解釋導致地球成為目前狀態的動因，這種動因仍然在起作用。但是，他的關於地球起源的理論，妨礙了他提出地球經過可觀察原因的重塑，可能已經完全消除了它最初狀態的痕跡。特別要指出的是，他認為花崗岩是早期岩石，是由於熔化地球的最初冷卻形成的，並且不受後來變化的影響。
水成論與火成論
19世紀後期，在研究岩石和研究持續影響地表過程方面取得了很多進展。這些研究越來越獨立於關於行星起源的詳細理論。羅傑已經提出（Buffon，1962；引言），這時《自然的分期》已經問世，但是，由於人們重新對純觀察感興趣，因而（布豐的）猜想式研究被視為過時。即使已經對地球最終起源的問題不太感興趣，然而，依然在追問關於決定岩石形態的力量的問題。最後，這個問題導致地質學分化成兩個陣營，每一個陣營側重於有希望用來解釋事實的兩種主要力量中的一種。
當時，所有地質學理論所面臨的根本問題是：曾經是水中沉積形成的沉積岩如何現在位於乾燥的陸地上？對此問題，只出現過兩種可能的解答，一種根據的是洋面的絕對降低，另一種根據的是地震導致陸地的隆起。有一種信念，相信所有的沉積岩沉積在廣闊的古海洋底，這種古海洋已經消失，這就是水成論理論，水成論這個詞來自古羅馬海神的名字。
圖3.18世紀晚期和19世紀早期提出的不同地質學理論
德梅耶特和布豐都採納了水成論的觀點，而且他們試圖從他們的地球起源理論的角度為他們所信奉的古海洋普遍存在的觀念辯護，但是18世紀後期的水成論者不再嘗試性地去證實這種基本的假設，轉而贊成經驗性地研究岩石本身。沉積岩是在水下形成的，這已經成為不言自明的真理，這樣海洋當然曾經覆蓋過整個大地。由於放棄對事物原初狀態的猜測性研究，真正對岩石進行科學研究的障礙也就清除了。這種做法在德國很流行，而且關注地質學的實用價值又對此起到了推動作用。約翰·勒曼和阿伯拉罕·格特勒堡·維爾納都是礦物學校大教師，他們充分認識到礦物學和地層學對找礦的重要性。
1756年，勒曼發表了對山體結構的分析，將山體區分為最初形成的山，在生命出現之前從原初海洋沉積成的山，在《聖經》中記載的大洪水期間新形成的、岩石中含有化石的山，以及最近的或在大洪水以後時期形成的具有第三紀結構的山。勒曼利用大洪水作依據表明，他至少不太同情啟蒙運動時期非常激進的精神。然而維爾納卻不是這樣，他是水成論發展中的領袖，1775年起他在弗萊堡礦物學校教書。維爾納主要是位礦物學家，對分類構成地殼的物質感興趣。他通過構想出他的分類系統，作出了自然的假設，在地質序列底層發現的礦物質是先形成的。根據這一點，他根據由巨大的古海洋沉積成的不同的地層，精心設計了一個完整的水成論學說。
維爾納只寫了少量著作來解釋他的系統（Werner，英譯本，1971），但是他是一個出色的教師，他將歐洲各地的學生吸引到弗萊堡，啟發他們在回到家鄉以後運用水成論原理來研究他們祖國的岩石。一些歷史學家一直對為什麼海退理論能那麼流行迷惑不解，在人們的印象中那顯然是一個荒謬的理論，史學家很難理解為什麼人們對這個理論還很在意（Geikie ，1897；Gillispie，1951）。然而正如亞利山大·奧斯波萬特（Ospovat，1969）表明的那樣，支持這個理論有一定的理由，最近出現了對此問題更合理的解釋（如Hallam，1983）。因為維爾納將海退理論與一個非常有用的礦物分類系統聯繫了起來，因此這個理論就給了地質學家們一個概念框架，以便他們把握所搜集到的大量數據。這個理論並不像有些史學家認為的那樣簡單。這個理論並沒有認為在古海洋中沉積的一系列均一的岩石層包裹著地球，就像洋蔥外面包裹著洋蔥一樣。通過承認原初的地表並不均勻，水的退去並不規則，維爾納能夠解釋為什麼在不同的地區形成的岩石不一樣。他並沒有期望在水平地層總是均勻地分佈著同樣的岩石。火山的廣泛存在是主要的障礙，這一點最終要動搖水成論。在這期間，維爾納的水成論起到了有價值的作用，它使地質學家認識到有大量的數據存在，這些數據可能會帶來混淆。
後來反對水成論的人一直在追問，所有的水來自何方，如何消失的。維爾納繞過了這些惱人的問題，他宣稱，這些問題不屬於科學地質學（或者按他的叫法，岩石學）範疇。沒有證據表明地震可以使山隆起；因此我們必須設想整個地球曾經被水覆蓋。我們通過研究現存的岩石無法得知這個星球本身是如何形成的，真正的科學家應該不考慮這些猜測性的問題，而應該去更加詳細地研究我們所能觀察到的地層中岩石的序列。
維爾納對《聖經》中關於創世和大洪水的解釋不感興趣，他並不相信地球的歷史才有幾千年。然而，他的追隨者卻不得不面對18世紀末產生的新的保守氛圍。特別是在英國，由於害怕法國大革命，人們不再相信啟蒙運動時期的無神論哲學。地質學家重新關注能否將他們的系統與《聖經·創世紀》協調起來。在這方面水成論提供可能性，而維爾納本人則沒有預料到這一點。有人提出，地球歷史的明確開始等同於創世，而利用遠古的水可以解釋《聖經》中的大洪水。於是，通過後來的水成論者，如讓·安德雷·德魯克，將維爾納的理論與聖經地質學的復活聯繫了起來（Gillispie，1951）。
維爾納及其學生提出了兩個重要的假定。第一個假定是，在整個地質史上，火山的活動相對來說比較微弱。他們認為火山是地下煤床燃燒引起的區域效應。因此，大面積的岩石的起源不可能是火成的，整個地殼一定是直接來自水中的沉積。有人甚至提出，花崗岩和玄武岩也是在水中結晶形成的，儘管事實上這種岩石根本就不溶解。維爾納理論的核心是，具有結晶的岩石一定來自於水中的溶解，因為熔化岩石（例如火山岩）冷卻並不能導致結晶化的發生。到了18世紀末，越來越多的證據支持花崗岩的火成起源，甚至維爾納的追隨者也開始拒絕接受他們的導師在這一點上的教誨。如果花崗岩是火成岩石，隨著冷卻而結晶，構成現在地表的岩石中有多少可能是火成的起源，而不是水成的起源？
圖4.維爾納的理論：水成論（1）最初，廣袤的海洋覆蓋著地球，導致大量的物質懸浮或溶解。隨著海平面的降低，原巖通過結晶化沉積在海床上。這種岩石的形成具有普遍性，覆蓋了最初地球的整個表面。（2）經過一段時間之後，海平面的降低使最早的陸地暴露出來。從這時起，不再存在普遍性的地表形成。過渡岩石出現，部分來自於海洋結晶化產生出的物質，而且也來自陸表侵蝕形成的沉積層。（3）海洋繼續退去，暴露出更大的陸地區域。過渡岩石這時暴露出來，但是山脈中還含有原巖。大面積的侵蝕將大量的沉積衝到海洋中，在那裡形成了次級巖或弗洛茨巖。有時，存在著巨大的暴風雨，甚至海平面的暫時上升，二者都導致這些岩石的沉積不規則。最終，隨著海平面的進一步降低，暴露出了一些次級巖，隨著最近的沖積形成，進一步的侵蝕開始形成物質沉積。只是到了現在，海平面的進一步降低暴露出一些沖積巖，所以只能在深處發現沖積巖。
水成論的第二個假定是，沒有什麼力量能使地表隆起。現代的地震似乎不能引作這種力量，因為一旦地震最初的震盪平息了，岩石的位置並沒有根本的改變。胡克已經提出，在過去可能有更劇烈的地震，也許能夠隆起新的陸地。這對於沉積岩如何隆起形成新的乾燥陸地提供了另一種解釋，但是這種觀點要求人們相信在地球深部有很強的力量在起作用。後來，有證據表明過去的火山活動更加廣泛，從而為這種信念奠定了基礎，因此將地震和火山視為同一種基本現象的體現。於是，火成論應運而生。
1740年，安東拟拉扎洛·莫洛形成到那時為止唯一完整的火成論學說。他認為，沉積岩地層是廣泛的火山噴發期形成的火山灰層。少量岩石確實是這樣產生的，但是無法解釋為什麼在許多沉積岩地層中發現石化的海洋生物遺跡。逐漸發展起來的一個更有效的火成論學派採納了一種不太極端的觀點：多數層化的岩石是在水中形成的，不過是由火山的力量抬升起來的。然而，首先必須要證明地球的中心確實非常熱。這點最終得到了證明，途徑是認識到火成（即曾經是熔化的）岩石在地殼上分佈的程度。如果更加頻繁地發現火成岩，超出了水成論者的預見，那麼就不能將火山噴發僅僅地看成是一種局部現象，而應該視為是地球內部重要力量的顯示。
在18世紀中葉，許多博物學家開始猜測火山噴發曾經對地球的大部分地區造成影響。據讓拟埃迪恩·蓋塔報告（Guettard，1752），在法國中部，許多山都呈現出火山的圓錐形狀，雖然在人類歷史時期尚無記載那裡的火山活動。尼古拉·德馬雷堅持認為，諸如愛爾蘭的賈恩茨考斯韋角等地區圓柱形片巖，是從熔化狀態固化的，因此起源於火山噴發。雖然德馬雷準備承認地球的歷史很悠久，但是他仍然不能相信過去時代的火山噴發是決定整個地殼形狀的力量（Taylor，1969）。只是到了18世紀末，蘇格蘭地質學家詹姆斯·赫頓才創立了第一個真正完整的火成論學說。在這個學說中，他綜合了各種證據，提出地球的內部非常熱，而且他用這種熱作為他的造山機制的基礎。為了將這種地球中心非常熱的學說與僅僅強調火成論區分開來，前者常又稱作「深層論」（plutonism，是火成論的另一種叫法）。
赫頓理論的早期解釋發表在1788年愛丁堡皇家學會的《學報》上，接著於1795年又出版了兩卷本的《地球的理論》（Bailey，1967；Gerstner，1968，1971；Dott，1969；Gou ld，1987）。赫頓自己的著述非常繁冗，不過不久之後，約翰·普雷菲爾出版了一本非常通俗的《赫頓學說的簡述》（Playfair，1802）。對於沉積岩是在水中形成的這一基本假設，赫頓的學說並沒有予以挑戰，但是對於那種認為所有形成沉積岩的物質都曾懸浮在廣闊的原始海洋的看法，赫頓的學說卻斷然否定。赫頓堅持認為。陸地受到風、雨和河流的不斷侵蝕，侵蝕下來的碎片被衝到大海中，並沉積在大洋底。赫頓假設這時地球中心的熱穿透沉積物，使之變硬，形成岩層。新的岩石可能隨後在地震力量的作用下，隆起形成乾燥的陸地，而地震則一再受地核的熱和壓力的驅動。對火山噴發的解釋則是假定地球內部的熔岩偶爾找到了通向地表的途徑。赫頓通過發現在一些地區的沉積岩層中存在著花崗岩和玄武岩，從而證明證明這兩種岩石是火成的。然而，在這種情況中，熔岩並沒有達到地表，而是在地下深處慢慢地冷卻了。在這種環境中，玄花崗岩和玄武岩依然可以獲得結晶的性質，維爾納曾經以結晶作為它們是從水中沉積的證據。詹姆斯·霍爾通過一系列熔岩實驗的演示，支持了赫頓關於花崗岩和玄武岩性質的觀點。
假如我們現在要求一個從來沒有閱讀過赫頓著作的人重新建立赫頓理論的可能基礎，他的最符合邏輯的方法就是將地球中心熱的觀點與布豐的地球冷卻理論結合起來。這樣大概可以解釋地表現在比地球內部冷得多這一事實，而且可能得出胡克的古代地震比現在的地震更有威力的看法。如果過去的地球內部溫度更高，地殼更薄，地震的威力顯然要更劇烈。然而這卻不是赫頓方案的邏輯。相反，這是劇變論學說的基礎，劇變論過了幾十年後才開始流行。有一種悖論清楚地表明，科學並不呈現清晰的發展序列，赫頓的學說也來自不同的方向。他並不相信地球中心的熱度是緩慢降低的，他也並不認為過去的地震就比現在的劇烈。相反，他將他的火成論與一種穩態的世界觀聯繫了起來，因而建立的系統被查爾斯·賴爾在均一論的名義下作了修改。
赫頓在方法論的基礎上維護了他的穩態觀。的確有人提出他的學說是他的基本經驗主義哲學的擴展（O'Rourke，1978）。他認為，科學的地質學家應該最大限度地通過他現在能夠觀察到其運行的原因的運作，來解釋地球的結構。這就是自然均一性原理，或更恰當的叫法，「現實論」方法（Hooykaas，1970）。根據我們不可能再觀察到的程度設想劇變，是不科學的，根據已知的原因以可觀察到的強度在起作用，才能解釋現象。因為我們現在觀察到的緩慢變化，只有經過長時間的積累，才可以產生出明顯的效果，因此赫頓要求地球的歷史非常悠久。經過一定的時間，正常原因導致的侵蝕才能產生非常深的峽谷，或使一個大陸變得平坦。同樣經過很長時間，一系列小的地震，雖然比今天的地震大不了多少，也能使山脈從海洋深處隆起。
圖5.赫頓的學說：火成論或均一論（1）受席捲陸表的風、水和霜侵蝕；河流攜帶著流向大海，在海底沉積。來自地球深層的壓力和熱「烘烤」著地層，形成次級巖。注意，不同的岩層可以一層一層地形成，因為沉積的性質依賴於在陸地上受到什麼樣的侵蝕。（2）最終，通過一系列的地震，作用於海床上的壓力使海床隆起，直至形成現在的乾燥陸地，並暴露出次級巖。在這個過程中，這些岩石已經遭到了扭曲。地球深處的熔岩可能通過裂縫湧現出來。如果熔岩達到地表，可能會形成火山，但是當火成岩慢慢冷卻，形成結晶狀岩石時，如花崗岩，可能會擠入沉積岩地層。新形成的陸表還是要經受侵蝕。（3）這時，侵蝕可能會洗刷一些沉積岩，使花崗岩裸露出來。在海床正在形成新的沉積岩層；最終，由於地球運動，這些新形成的沉積岩層可能也會隆起，形成新的乾燥陸地。注意，因為赫頓的體系是穩態的體系，所以（1〕中顯示的最初陸地在低於海面時，會被形成的沉積岩所覆蓋。
這種立場是一個重要的創新，而且因為現代地質學家依然傾向於懷疑劇變，所以赫頓被奉為這門科學之父。在許多方面，他確實預見到了現代的觀點——唯一的不同是人們認識到陸地並不是從深深的海床隆起的，而是隨著板塊運動形成的，板塊由相對較輕的岩石組成，附著在緻密的物質上。然而通過赫頓體系的一個側面，我們不能將他純粹當作科學的地質學家。有一個問題可能會給現實論的方法帶來挑戰：我們怎能確定在岩石中沒有地球最初形成時的痕跡？那時的條件與今天的相比可能有很大的不同。現代的地質學家的確相信他所獲得的一些岩石屬於遠古時期。但是，在赫頓看來，不可能找到任何真正的「遠古」岩石。他認為地球最初形成的問題不屬於我們研究的範疇，我們只能發現類似事件的不定循環，「沒有開始的痕跡，沒有結束的徵兆。」儘管維爾納拒絕猜想地球的起源，但是他的理論的基礎卻是假設地球形成時的條件與現在的截然不同。赫頓為了用一種只是建立在可觀察原因基礎上的體系取代海退學說，不得不將地球起源假說完全放在科學地質學考慮範圍之外。因此，赫頓放棄了既從傳統角度又從唯物論的角度去設想「創世」。然而他卻仍然相信，雖然我們無法確定地球歷史的週期何時開始，但地球是由一個智慧和仁慈的造物主【HT H】設計的。地球不是由物質偶然堆積而成的，地球是一個結構嚴密的系統，永遠能夠自我更新，這正是地球造物主完美技巧的寫照。地球所有活動的目的就是要為生物創造一個愜意的永久居住地，從中我們可以發現赫頓體系的神學基礎。永遠自我更新的地球概念並不很明白，現代地質學不接受這個概念。然而，雖然赫頓預見了許多現代地質學的細節，但是我們要想理解赫頓體系的形成，只有認識到這個體系不僅基於經驗論的只利用可觀察原因的慾望，而且基於有關上帝與自然之間相互關係的一個特定的假設。赫頓的學說具有自然神論的基礎，而不是基督教的基礎：信奉設計了這個世界、但是並不決定道德或物質史上一系列事件的上帝。其他自然神論者也有這樣的觀點，赫頓的同事斯各特、喬治·霍加特·圖爾明更詳細地闡明瞭這種觀點（Hooykaas，1966；Porter，1978）。
赫頓相信地球非常古老，這導致他對18世紀後期英國新的保守氛圍很懷疑（Gillispi e，1951）。新的信奉《聖經》觀點的地質學家仍然接受維爾納的體系，因為這個體系承認「創世」，它提到原始海洋的首次形成，而且可以用這個體系解釋大洪水。然而赫頓的地球完全是永恆的信念可以被視為是對創世的否定，因而是一種無神論的跡象。這樣看並不公平。德魯克（Deluc，1790-91，1798）和理查德·科萬(Kirwan，1799)從宗教和地質學的角度對赫頓的體系進行了攻擊。特別需要指出的是，德魯克修改了維爾納的學說，以支持《聖經》故事，將沉積的六個時期與創世的六天和比較近的大洪水對應起來。在赫頓的故鄉愛丁堡，這種水成論通過羅伯特·詹姆森（Jameson，1808）而得到進一步的發展。由於普萊菲爾的捍衛，赫頓的火成論才不至於被反對者所擊潰。即使在水成論衰落之後，19世紀早期信奉劇變論的地質學家，至少部分是基於正統的立場，仍然堅持穩態的世界觀。但是有些啟蒙運動時期的地質學家所確立的觀點實在是太牢固了，無法被拋棄。這個地球曾經是非常古老（並不像赫頓設想的那麼古老），而且經歷了許多變化。否定赫頓的方法並不意味著是完全的倒退：19世紀的劇變論在本質上是方向論者的框架，它像賴爾復興的均一論體系一樣，在現代地質學的興起中，起到了自己的作用。
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