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    小猎犬号再次回到蒙得维的亚，菲茨罗伊準备派3个火地岛人和1个英国人上火地岛传教。

    海军勘探船小猎犬号（beagle，又译為「贝格尔号」）进行了為期五年（1831－1836）的勘探活动。这期间达尔将三分之二的时间花在了陆地上。

    他仔细地记录了大量地理现象、化石、和生物体，并且系统地收集了许多标。它们中的许多是科学上的新物种。

    每隔一段时间，他将这些航行中收集的标与记录这些发现的信件寄予剑桥大学，很快他就成為了一个富有盛誉博物学家。达尔的这些详尽的勘探记录显现了一个理论开创者的惊人天赋，并成為了他后期作品的理论基础。

    他最初為家庭所写的游记，后以一书出版，详尽地从社会学、政治学、和人类学的视角描述与总结了航行所及的土著与殖民地的风土人情。

    航行旅途之中，达尔饱受疾病痛苦困扰。在阿根廷患上重烧。从安第斯山脉返回瓦尔帕莱索的途中，他再次倒下，并在病榻上度过一个月。

    在他们出发之前，罗伯特菲茨罗伊送给了达尔一卷查尔斯赖尔所著（在南美他得到第二卷）。该书将地形地貌解释為漫长歷史时间渐进演变的的结果。

    当他旅程的第一站抵达圣地亚哥维德角的时候，达尔注意到该地火山岩峭壁的高处有一条白色的沉积层内有许多裸露的珊瑚与贝壳碎片。

    这很好地解释了赖尔的理论，并给予了达尔思考岛屿地质史全新的视角，使他决定写一关於地质学的书。

    达尔在接下来的旅程中有著更多的发现，它们中的许多是戏剧性的。在巴塔哥尼亚，他看见次级而上的分布著圆石与海贝平原，它们其实是被抬高的海滩。

    在经歷了智利的地震后，他发现貽贝的床基高高地搁浅在潮汐之上，这显示陆地已经被抬高了。

    在安第斯山脉的高处，他发现化石树矗立在一片沙滩上，周围分布著海贝片。在小猎犬号勘探了科科斯（基林）群岛后，他推论这些珊瑚环岛，是形成在下沉的火山之上的。

    在南美，达尔发现并挖掘了一些已灭绝的巨型哺ru动物化石，其中相当一部分并不处於有剧烈天气变化与灾难发生跡象的地质层里。

    而一个动物的头盖骨在他看上去竟似乎是非洲犀牛的。此外，他判断一些动物甲片来自於该地区一种常见犰狳体积两至三倍大小的史前巨型犰狳身上，但受误导，转而相信是周围发现的大地懒属的遗骸的一部分。

    在赖尔的第二卷书中，万物的创生被归结為「」，而此时思想已经走在时代前方的达尔对此困惑不解。

    上一次小猎犬号来火地群岛的时候带上的三个印第安人（美洲土著人）被送回到了故乡，然后当上了传教士。
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