1910年春，李四光在日本留学6年后回到了祖国。先在上海一家兵工厂 当工程师，随后又到武昌一所中等工业学校担任教师。他热情地参加了1911 年的辛亥革命，并于1912年以同盟会老会员的资格，被湖北军政府任命为实 业部部长。正当他实地调查制定实业规划、描绘振兴实业的宏伟蓝图时，辛 亥革命遭受严重挫折。李四光愤然辞去实业部部长职务，抱着再读10年书， 为祖国科学事业的崛起准备力量的目的，毅然作出去英国留学的决定。
到了英国，他经过短期的英语补习，第二年就考上了伯明翰大学预科， 学采矿专业。两年后入本科时，他根据祖国将来的需要，为开发中国的矿藏 而改学地质，兼学物理，立志要掌握勘探和开发祖国宝藏的本领。
李四光有明确的志向，学习异常刻苦勤奋，即使是暑假期间，他的假期 活动表也与众不同。他首先骑一辆租用的摩托车，东奔西跑去野外观察地形， 考察地质，参观地质标本展览。然后，他又背着行李到附近矿山，和矿工同 吃同住，同在黑暗、阴湿的矿井里劳动。
1919年李四光以优异成绩荣获科学硕士学位。他的导师鲍尔敦教授认为 中国在内战环境中难以搞科学，因此真挚地推荐他去印度接受高薪聘任，当 矿业工程师，或是留在他身边继续攻读博士学位。李四光却在感谢老教授的 培养时表示：“我要把科学知识尽早交给祖国，为祖国贡献自己的一份力量。” 便毅然决然地怀着赤诚的科学救国之心决意回国。
他取道苏联回到祖国，接受北京大学蔡元培校长的聘任，去地质系任教。 在那里他精心设计改造了理学院的庭院，主讲岩石学等课程，并吸取许多地 质科学的新成就来充实教学内容。他注重实地调查研究，根据我国大陆地质 构造的特点进行研究，提出自己的独到见解。他的真才实学和对学生的认真 负责态度，博得了人们的爱戴和尊敬。
认真考查、严谨治学
1921年以后，李四光除了在北大任课外，为了探究当时含煤地层年代的 问题，在祖国的大地上开始认真地考查北方石炭纪和二迭纪的含煤地层及矿 藏分布的情况。他把力学的理论引进了地质学领域，致力于一种叫“（tíng） 科”化石的研究工作。李四光为了用显微镜观察采集的化石的内部结构，必 须把它磨得像纸一样薄。磨化石时灰尘飞扬，手上出了血泡，他还是磨个不 停，直到清晰地看出化石的内部构造。
他从对化石的薄片观察中，确定了“科”出现和灭绝的时期及其与成 煤时期的关系。这个“”的命名，就是他根据古生物化石形状像筳（中国 古代纺棰）和日本把纺棰叫纺棰虫，因而在筳旁加个“虫”字而命名的。这 样可使化石既能区别地层年代又便于与国外标准的地层作对比。
李四光经过深入研究，终于写成了《中国北部之科》一书，指明了煤 矿分布的地层。我国北方地层的陆相沉积 （在陆地上沉积的物质）中间，夹 有海相沉积（在海洋中沉积的物质）的薄层，而南方地区则以海相沉积为主。 李四光进一步研究这一差异的缘由，提出“大陆车阀”（简言之，好比刹车 一样）自动控制地球自转速度的理论，肯定地球自转速度的变化是引起地球 表面形象变迁的主因，并进一步运用地质力学的观点分析地壳的结构，揭露 构造现象的内在关系。
为了使这一理论与实际相结合，李四光曾带领学生先后到秦岭和南岭考 察，发现并概括出“山”字型构造体系和“多”字型构造体系，用事实批判 了传统地质学中静止的、孤立的观点。其后，他又带领学生先后到太行山、 九华山，攀登历险，找到了一批冰川条痕石，以胜于雄辩的事实，打破了洋 人“权威”肯定中国没有发生过第四纪冰川的武断结论。
中国第四纪冰川的发现，博得了国内外正直科学家的赞扬。这个重大发 现的意义，远不止于证明了第四纪冰川在中国的存在，更主要的是对生产建 设事业，如开矿、筑路、建造水坝、电站等工程的施工有直接的关系。
在日本帝国主义侵华时期，李四光在动乱中奔波，仍然以顽强的毅力坚 持地质科学研究。他利用赴国外讲学的间隙完成了 《中国地质学》的专著， 在鄱阳湖畔的白石嘴建起一座地质标本陈列馆。在1939年第17届国际地质 会议上，他发表了题为 《中国震旦纪冰川》的著名论文，在1948年第18届 世界地质学会上，又宣读了题为《新华夏海之起源》的报告。
在这一时期，他正式提出了以“地质力学”命名的地质学的新的理论名 称，并在厦门大学和广西大学做了系统的学术报告。他的“地质力学”是在 我国地质构造基础上确立的。他把地质学和力学结合起来，使力学进入地质 学研究领域，为研究矿产的分布、工程地质、地震地质以及整个地壳运动的 规律，奠定了新的地质理论基础。
正如敬爱的已故总理周恩来所评价的：“它适合我国地质的实际。”“李 先生首创的地质力学，为地质科学建立了独具特色的理论，这是对国家和人 民作出的一个重大贡献啊！”
走向新中国
李四光在旧中国生活了60个年头，经历了清朝、北洋军阀和国民党政府 统治的几个时期，亲眼目睹了腐败的政客对科学事业的摧残。在北洋军阀统 治时期，他因每月只发1/10的工资不能养家糊口而愤然离开北京；在国民党 统治时期，反动派对科学事业横加摧残，地质界的当权人物又竭力排挤和刁 难他，致使他的科学著作在国内不能发表。
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