大地会移动的理论是怎么产生的?
这要先说海的形成。一般指约在46亿年前刚从太阳星云形成的地球。初形成的地壳较薄,而地球内部温度又很高,因此火山爆发频繁,从火山喷出的气体,构成地球的还原性大气。
水是原始大气的主要成分,原始地球的地表温度高于水的沸点,所以当时的水都以水蒸气的形态存在于原始大气之中。地表不断散热,水蒸汽被冷却又凝结成水。以后地球内部温度逐渐降低,地面温度终于降到沸点以下,于是倾盆大雨从天而降,降落到地球表面低凹的地方,就形成了江河、湖泊和海洋。科学家称那时的海洋为原始海洋。原始海洋盐分较低,而有机物质却异常丰富。当时由于大气中无游离氧,因而高空中也没有臭氧层阻挡,不能吸收太阳辐射的紫外线,所以紫外线能直射到地球表面,成为合成有机物的能源。此外,天空放电、火山爆发所放出的能量、宇宙间的宇宙射线,以及陨星穿过大气层时所引起的冲击波等,也都有助于有机物的合成。但其中天空放电可能是最重要的,因为这种能源所提供的能量较多,又在靠近海洋表面的地方释放,在那里它作用于还原性大气,所合成的有机物质,很容易被雨水冲淋到原始海洋之中,使原始海洋富含有机物质,成了“生命的摇篮”。
高起来的地区变成陆地。原始地球 原始海洋
原始地球:大约在50亿年前的原始地球,天空烈日似火,电击雷轰;地面熔岩滚滚,火山喷发。这种自然现象成了生命起源的"催生婆"。巨大的热能,促使原始地球各种物质激烈地运动和变化,孕育着生机。
原始海洋:原始地球由于不断散热,灼热的表面逐渐冷却下来,原来从大地上跑到天空中去的水,凝结成雨点,又降落到地面,持续了许多亿年,形成了原始海洋。在降雨过程中,氢、二氧化碳、氨和烷等,有一部分带入原始海洋;雨水冲涮大地时,又有许多矿物质和有机物陆续随水汇集海洋。广漠的原始海洋,诸物际会,气象万千,大量的有机物源源不断产生出来,海洋就成了生命的摇篮。最早出现的地壳,应该与现代海洋底部的岩石相似,是硅镁质的。人
们这样推断,理由是月球的月壳就是如此。地壳一出现,似乎就不是完整的圆球
壳体,而是像碎裂的鸡蛋壳一样,分成了几个板块。由于当时的地壳很薄,因此
板块的边缘非常脆弱。科学家们猜测,形成陆地硅铝层的物质,就是从那里涌出
的。两个板块相互碰撞,其中的一方难以力敌,便俯冲下降,到达地幔附近时,
板块在高温下熔化,熔融的产物轻者上浮,重者下沉。上浮到地表的物质主要是
硅铝质的,冷却后又变成地壳的一部分。当板块继续挤压时,比重轻的硅铝质地
壳不会被带到地下,于是便褶皱成为山脉的雏形。长期产生的硅铝质物质积累在
某个位置,就形成了最早高过海面的陆地。
地壳运动
地壳运动(crustal movement)
【概述】
由内营力引起地壳结构改变、地壳内部物质变位的构造运动叫地壳运动。
地球表层相对于地球本体的运动。通常所说的地壳运动,实际上是指岩石圈相对于软流圈以下的地球内部的运动。岩石圈下面有一层容易发生塑性变形的较软的地层,同硬壳状表层不相同,这就是软流圈。软流圈之上的硬壳状表层包括地壳和上地幔顶部。地壳同上地幔顶部紧密结合形成岩石圈,可以在软流圈之上运动。
【地壳分类】
按运动方向可分为水平运动和垂直运动。水平运动指组成地壳的岩层,沿平行于地球表面方向的运动。也称造山运动或褶皱运动。该种运动常常可以形成巨大的褶皱山系,以及巨形凹陷、岛弧、海沟等。垂直运动,又称升降运动、造陆运动,它使岩层表现为隆起和相邻区的下降,可形成高原、断块山及拗陷、盆地和平原,还可引起海侵和海退,使海陆变迁。地壳运动控制着地球表面的海陆分布,影响各种地质作用的发生和发展,形成各种构造形态,改变岩层的原始状态,所以有人也把地壳运动称构造运动。
按运动规律来讲,地壳运动以水平运动为主,有些升降运动是水平运动派生出来的一种现象。
【地球表层的大规模移动】
传统地质学最早发现了地球表层的垂直升降运动,证据是在高山上发现海相的沉积岩,并且有海中特有的贝类化石。这表明某些大陆地区的地壳在过去的地质年代中曾经是海洋。地质学中有所谓海进和海退之说,表明局部地壳是有升降变化的。但是传统地质学否认地球表层曾有过大尺度的水平运动。
20世纪60年代以后总结了一系列的地学研究成果,证明地球表层在地球的历史中曾经有过大规模的水平位移 ,各大陆的相对位置曾有过显著的变化。最主要的证据是:① 全球地震带勾画出6大板块的轮廓,证明地球表层的岩石圈不是完整的一块。②古地磁学的研究表明,由各大陆岩石磁性所得到的古地磁极位置不相重合,而根据各大陆不同地质年代的岩石磁性所绘制的极移曲线,在近代趋向重合于今地磁极位置。③大洋中脊两侧的磁异常条带,表明海底地壳在不断从中脊向两侧扩张,各板块所负载的大陆岩石圈随之而发生水平漂移。
【地球表层的垂直运动】
由于 6大板块和其他小板块的互相镶嵌式拼合,板块的水平向移动必然在板块边界和板块内部产生次生的竖直向运动:①板块消减带上海洋板块向地幔中以一定倾角下沉;②相邻的大陆板块边缘受消减运动的影响有牵连地下沉,地震时产生回跳;③大陆内部由于横向的推挤压力产生地壳的抬升或岩石圈的加厚,地质上产生岩层的褶皱,形成山脉和河谷。
另外,由于地幔物质的上涌在某些地区的岩石圈中可能产生拉伸的张应力,形成张性的裂谷或断陷盆地。从地壳均衡的方面说,地球表层的竖直向运动从根本上还受着地球重力的制约。
【地壳运动的形成】
地壳运动使沉积岩层发生弯曲,产生裂缝、断裂,并留下永久形迹,这样就形成了地质构造。所谓地质构造就是地壳运动引起的岩层变形和变位的形迹(结果)。地壳运动是形成地质构造的原因,地质构造则是地壳运动的结果。
【用证据能证明地壳运动】
自地球诞生以来,地壳就在不停运动,既有水平运动,也有垂直运动。地壳运动造就了地表千变万化的地貌形态,主宰着海陆的变迁。人们可用大地测量的方法证明地壳运动。例如,人们测出格林尼治和华盛顿两地距离每年缩短0.7米,像这样发展下去,1亿年之后,大西洋就会消失,欧亚大陆就会和美洲大陆相遇。化石也是地壳运动的证据。在喜马拉雅山的岩层里,找到了许多古海洋生物化石,如三叶虫、笔石、珊瑚等,说明这里曾经是汪洋大海。文化遗迹也是很好的证据。意大利波舍里城一座古庙的大理石柱离地面4~7米处,有海生贝壳动物蛀蚀的痕迹,可见该庙自建成以后曾一度下沉被海水淹没,以后又随陆地上升露出了水面。另外,火山、地震、地貌及古地磁研究等都能提供大量的地壳运动的证据。地壳运动引起的地壳变形变位,常常被保留在地壳岩层中,成为地壳运动的证据。在山区,我们经常可以看到裸露地表的岩层,它们有的是倾斜弯曲的,有的是断裂错开的,·这些都是地壳运动的“足迹”,称为地质构造,形成的地貌,称为构造地貌。
(一)褶皱
当岩层受到地壳运动产生的强大挤压作用时,便会发生弯曲变形,这叫做褶皱。地壳发生褶皱隆起,常常形成山脉。世界许多高大的山脉,如喜马拉雅山、阿尔卑斯山、安第斯山等,都是褶皱山脉。它们是由地壳板块相互碰撞、挤压,在板块交界处发生大规模褶皱隆起而形成的。
褶皱有背斜和向斜两种基本形态。背斜岩层一般向上拱起,向斜岩层一般向下弯曲。在地貌上,背斜常成为山岭,向斜常成为谷地或盆地。但是,不少褶皱构造的背斜顶部因受张力,容易被侵蚀成谷地,而向斜槽部受到挤压,岩性坚硬不易被侵蚀,反而成为山岭。
(二)断层
壳运动产生的强大压力或张力,超过了岩石所能承受的程度,岩体就会破裂。岩体发生破裂,并且沿断裂面两侧岩块有明显的错动、位移,这叫做断层。
在地貌上,大的断层常常形成裂谷或陡崖,如著名的东非大裂谷、我国华山北坡大断崖等。断层一侧上升的岩块,常成为块状山地或高地,如我国的华山、庐山、泰山;另一侧相对下沉的岩块,则常形成谷地或低地,如我国的渭河平原、汾河谷地。在断层构造地带,由于岩石破碎,易受风化侵蚀,常常发育成沟谷、河流。
了解地质构造规律,对于找矿、找水、工程建设等有很大帮助。例如,含石油、天然气的岩层,背斜是良好的储油构造;向斜构造盆地,利于储存地下水,常形成自流盆地。在工程建设方面,如隧道工程通过断层时必须采取相应的工程加固措施,以免发生崩塌;水库等大型工程选址,应避开断层带,以免诱发断层活动,产生地震、滑坡、渗漏等不良后果。
【为什么地壳会运动?】
(一)收缩说:
核心思想:地球最初是熔融体,逐渐冷却。冷却是从外表开始的。地壳最先冷却形成,而后地球内部逐渐冷却收缩后,体积变小,这时地壳就显得过大而发生褶皱。(如同干苹果一样,外皮皱)。存在问题:按这种理论,地壳上的褶皱分布应是随机的,但实事上褶皱的分布有一定的规律。尤其是放射性元素的发现,说明地球并非由热变冷却。否定了收缩论的观点。
(二)膨胀说
核心思想:地球曾有很高温的时期,同时在地壳下部有一个膨胀层,由于膨胀层受热膨胀,使地壳裂开,解释了一些深大断裂、洋脊、裂谷的成因。存在问题:无法解释大规模挤压褶皱,逆掩断层的形成。而且膨胀性应具有宇宙性,其它星球尚无发现。
(三)脉动说
核心思想:由于地球内部冷热交替,导致地壳周期性的振荡运动(脉动)受热隆起,冷却地区坳陷。存在问题:忽视了水平运动。同时没有冷、热交替的证据。
(四)地球自转速度变化说
李四光提出:地球自转速度的变化导是致地壳运动的重要原因。核心思想:地质构造可分为走向东西向的纬向构造带。走向南北向的经向构造带。当地球自转加快时,由于离心力作用,地壳物质向赤道集中,相当于受到南北向的挤压,形成纬(东西向)构造带。相反地球自转减慢时,地壳物质从赤道向两极扩散,形成经向(南北向)构造带。
(五)地幔对流说
板块构造理论所畅导的,最早由英国的霍尔姆斯提出。核心思想:地幔物质热对流,带动驮在其上的岩石圈水平运动。存在问题:地幔物质能否热对流?对流的范围和规模有多大?以上这些论点我就不详细评述了,简而言之,这些观点只分析到了部分情况并没能分析到全部。以上这些观点长期共存正说明了一个问题,那就是人类没有找到真正的造山运动和海底扩张的原因。如果找到了,就不可能有多个相互矛盾的理论共存。希望本文的出现能结束混乱的局面。
1955年,阿尔伯特·爱因斯坦办了生前最后一件专业方面的事——为一本书写了个短小而生动的前言。该书的题目是《移动的地壳:解答地球科学中的一些问题》,作者是一位名叫查尔斯·哈普古德的地质学家。哈普古德在书里坚决驳斥了关于大陆在漂移的观点。他以逗大家与他一起发笑的口气指出,少数容易上当受骗的人认为“有些大陆的形状显然吻合”。他接着说,似乎“南美洲可以和非洲拼在一起,如此等等,有人甚至声称,大西洋两岸的岩石结构完全一致”。
哈普古德先生断然不接受任何这类观点,并且指出,地质学家K.E.卡斯特和J.C.门德斯已经在大西洋两岸进行了大量实地考察,毫无疑问地确定这些相似之处压根儿就不存在。天知道卡斯特和门德斯两位先生考察了哪些地方,因为大西洋两岸的许多岩石结构确实是一样的——不仅非常类似,而且完全一样。
无论是哈普古德先生,还是那个年代的许多别的地质学家,这个观点怎么也听不进去。哈普古德提到的理论,最初是由一位名叫弗兰克·伯斯利·泰勒的美国业余地质学家在1908年提出来的。泰勒出生于一个富裕家庭,既有足够的财力,又不受学术约束,可以按照不同寻常的办法来从事研究。他突然发现,非洲海岸与对面的南美洲海岸的形状十分相似。根据这个观察结果,他提出了大陆曾经到处滑动的见解。他提出——结果证明很有先见之明地提出——几块大陆轰然撞在一起,形成了世界上的山脉。不过,他没有拿出多少证据,该理论被认为不切实际,不值得予以重视。
然而,在德国,有一位理论家接受了泰勒的观点,而且予以高度重视。他就是马尔堡大学的气象学家阿尔弗雷德·魏格纳。魏格纳考察了许多植物和化石的反常现象,那些现象无法纳入地球历史的标准模型。他认识到,要是用常规的方法来加以解释,那简直说不通。动物化石不断在海洋两岸出现,而海洋很宽,动物显然是游不过去的。他心里转念,有袋动物是怎么从南美洲跑到澳大利亚去的?为什么同样的蜗牛出现在斯堪的纳维亚半岛和新英格兰?你怎么说明煤层和其他亚热带残迹会出现在斯匹次卑尔根群岛这样的寒带地区,如果它们不是以某种方式从气候较热的地方迁移过来的话?
魏格纳提出了一种理论,认为世界上的大陆原先属于一个陆块,他称其为“泛大陆”,植物群和动物群可以混杂在一起;只是到了后来,联合古陆才裂成几块,漂移到现在的位置。他写了《海陆的起源》一书来阐述他的观点。1912年,该书以德文出版——尽管两年后爆发了第一次世界大战——三年以后又出版了英文本。
由于战争,魏格纳的理论起初没有引起多大注意。但是,他在1920年出版了修订本,并进行了扩充,它很快成了人们讨论的话题。大家都认为,大陆在移动——不是左右移动,而是上下移动。垂直移动的过程,即所谓的地壳均衡,是几代人地质信念的一个基础,虽然谁也提不出令人信服的理论来解释它是怎么发生的,或为什么发生。有一种见解直到我上小学时还在教科书里出现过,那就是在世纪之交由奥地利人爱德华·休伊斯提出的“云莓干”理论。该理论认为,随着灼热的地球冷却下来,它皱缩成云莓干的模样,创建了海洋和山脉。且不说詹姆斯·赫顿早就说过:真是这样一种静止的安排的话,由于侵蚀作用夷平了凸处,填平了凹处,地球会成为一个毫无特色的球体。卢瑟福和索迪在20世纪初还指出了另一个问题:地球蕴藏着巨大的热量——巨大得根本谈不上休伊斯所说的冷却和皱缩。无论如何,要是休伊斯的理论真是正确的话,山脉就会在地球表面上分布得很均匀,而实际情况显然不是那样的;年龄也会差不多一样,而到20世纪初,情况已经一清二楚,有的山脉(比如乌拉尔山脉和阿巴拉契亚山脉)要比别的山脉(比如阿尔卑斯山脉和落基山脉)古老几亿年。提出一种新的理论的时机显然已经成熟。不幸的是,地质学家们不希望把这个任务交给阿尔弗雷德·魏格纳来完成。
首先,他的观点很激进,对他们学科的基础提出了质疑,不大可能在听众中产生多大热情。这样的一种挑战即使来自一位地质学家,也会是相当痛苦的,而魏格纳没有地质学的背景。天哪,他是一位气象学家,一名气象员——德国的气象员。这个缺陷是无法弥补的。
所以,地质学家们想方设法要驳斥他的证据,贬低他的见解。为了回避化石分布的问题,他们就架起古代“陆桥”,只要那里需要。当发现一种名叫“三趾马”的古马同时生活在法国和美国佛罗里达州的时候,一座陆桥就在大西洋上架起来了。当发现古代的貘同时存在于南美洲和东南亚,他们又架起了一座陆桥。过不多久,史前海洋的地图上几乎到处都是假想的陆桥——从北美洲到欧洲,从巴西到非洲,从东南亚到澳大利亚,从澳大利亚到南极洲。这种鬈须状的连接物出现得很快,只要需要,把一种生物从一个大陆搬到另一个大陆,消失得也很快,最后就无影无踪了。当然,这种东西没有一丝一毫的根据——是大错特错的。然而,在此后的半个世纪里,它是地质学的正统观念。
有的事情,即使陆桥也无法解释。人们发现,有一种在欧洲很著名的三叶虫在纽芬兰也生活过——但只是在该岛的一侧。谁也无法令人信服地解释,三叶虫怎么能跨越3000公里的汹涌大海,却又绕不过那个300公里宽的岛角。另一种三叶虫的情况更是反常,它出现在欧洲和美国西北部的太平洋沿岸,而在中间地带却不见踪影。这与其说需要一座陆桥,不如说需要一座立交桥。然而,直到1964年,《大英百科全书》在讨论各种不同的理论时,倒是把魏格纳的理论说成是“充满了许多严重的理论问题”。魏格纳犯过错误,这点不假。他断言格陵兰岛在以每年大约1.6公里的速度向西漂移,这完全是胡说八道。(更可能是1厘米。)尤其是,他对大陆移动不能作出有说服力的解释。若要相信他的理论,你不得不承认大陆不知怎的像农犁耕地那样被推过坚实的地壳,而又没有在后面留下犁沟。根据当时的认识,无法解释是什么力驱动了这样大规模的移动。
英国地质学家阿瑟·霍姆斯曾为确定地球的年龄作出了很大贡献。这次又是他提出了一种看法。霍姆斯是知道辐射热会在地球内部产生对流的第一位科学家。从理论上说,这种对流可能力量很大,能使大陆平面滑动。1944年,霍姆斯首次出版了一本深受欢迎、很有影响的教材《物理地质学原理》。在这本书里,他提出了大陆漂移学说。该理论的许多基本原则今天依然盛行。它在当时仍是一种很激进的见解,受到了许多人的批评,尤其在美国。美国人抵制漂移学说的时间比别处要长。有一位美国评论家发愁地说,霍姆斯论点清楚,令人信服,学生们慢慢会信以为真。他的话毫无挖苦之意。然而,在别处,新理论受到了坚决的同时又是谨慎的支持。1950年,英国科学促进协会在年会上进行了一次表决,表明大约半数代表现在已经欣然接受了大陆漂移的观点。(过不多久,哈普古德引用了这个数字作为一个证据,证明英国地质学家已经多么可悲地误入歧途。)有意思的是,霍姆斯本人有时候对自己的看法也有点动摇。1953年,他承认:“对于大陆漂移学说,我从来没有摆脱过一种令人不安的反感;在作为地质学家的骨子里,恕我直言,我觉得这个假设是个荒唐的假设。”
大陆漂移学说在美国不是完全无人支持。哈佛大学的雷金纳德·戴利就为它辩护。但是,也许你还记得,他就是提出月球是由一次宇宙撞击形成的那位先生。人们往往认为他的看法很有意义,甚至很有价值,但有点儿华而不实,因此不值得认真考虑。因此,大多数美国学者坚持认为,大陆向来就在现在的位置,它们的表面特征可以归因于侧向移动之外的原因。
有意思的是,石油公司的地质工作者多年来已经知道,要想找到石油,你不得不考虑的正是板块构造所必然包含的这种表面移动。但是,石油地质工作者不写学术论文。他们只找石油。
地球理论还有一个谁也没有解决过的,或接近于解决过的问题。那就是,这么多沉积物都上哪里去了?地球上的江河每年要把大量被侵蚀的材料——比如,5亿吨钙——带进大海。要是你把这一过程的年数乘以沉积速度,你就会得出一个惊人的数字:海底应该有一层大约20公里厚的沉积物——或者换一种说法,海底现在应该远远高出海面。科学家们以最简单的办法来对付这个不可思议的问题——不予理会。但是,终于到了一个时刻,不理会已经不行了。
第二次世界大战期间,普林斯顿大学的矿物学家哈里·赫斯负责指挥一条攻击运输舰“约翰逊角”号。舰上配有一台高级的新型测深器,名叫回声测深仪,以便在海滩登陆过程中操作更加方便。但是,赫斯意识到,这台仪器也可以用于科学目的,因此即使到了远海,即使在战斗最激烈的时候,也从不关掉。他的发现完全出人意料。如果海底像大家认为的那样很古老,那么就该有一层厚厚的沉积物,就像河底或湖底的淤泥那样。但是,赫斯的测量结果表明,海底根本没有又黏糊又平滑的古代泥沙。那里到处都是悬崖、沟壑和裂缝,还有星罗棋布的海底火山,即平顶海山。他称其为盖约特,以纪念早年普林斯顿大学的地质学家阿诺德·盖约特。这一切都是个谜,但赫斯的任务是打仗,他便把这些想法搁置脑后了。
战争结束以后,赫斯回到普林斯顿,主要从事教学工作,但海底之谜仍在他的脑海里占有一席之地。与此同时,在整个20世纪50年代,海洋学家对海底的考察日渐深入。在此过程中,他们发现了一件更加出人意料的事:地球上最雄伟、最大的山脉是在——主要部分是在——水下。它沿着世界的海床不断延伸,犹如网球上的花纹。要是从冰岛开始向南进发,你顺着这山脉可以抵达大西洋的中心,然后绕过非洲底部,越过印度洋和南太平洋,进入澳大利亚下方的太平洋;接着,它从斜里穿越太平洋,仿佛要去加利福尼亚半岛,实际上突然隆起,成为美国本土到阿拉斯加的西海岸。偶尔,它的山峰戳出水面,形成海岛或群岛——比如,大西洋上的亚速尔群岛和加那利群岛、太平洋上的夏威夷群岛,但大部分淹没在几公里深的海水下面,无人知晓,无人想到。如果把所有的支脉加在一起,该山脉总长达75000公里。
在一段时间里,人们对这些知之甚少。19世纪铺设海底电缆的人已经发现,大西洋中部有山脉妨碍电缆的走向,但山脉的连贯性质和整体范围完全出乎人们意料。而且,它的形状很不规则,难以解释。在大西洋中部那座山冈的中段,下面有个峡谷——一条裂缝——宽达20公里,全长19000公里。这似乎表明,地球在沿着裂缝裂成两半,就像果仁爆裂出壳那样。这种看法荒诞不经而又扰乱人心,但那种迹象是不可否认的。
接着,1960年,岩心样品显示,大西洋中部海底的山脊还相当年轻,但由此向东或由此向西,却变得越来越古老。经过考虑,哈里·赫斯觉得那种情况只有一种意思:新的海底地壳正在中央裂缝的两侧形成,然后被后面随即产生的更新的地壳向外推开。大西洋洋底实际上是两条大的传送带,一条把地壳传向北美洲,一条把地壳传向欧洲。这个过程后来被称之为海底扩展。
地壳抵达与大陆交界处的终点以后,又突然折回地球内部,这个过程称之为潜没。该学说解释了那么多沉积物的去向。原来,它源源不断地回到了地球的肚子里。该学说还说明了哪里的海底都比较年轻的原因。人们发现,哪里的海底年龄都不超过1.75亿年。这在过去是个谜,因为大陆上的岩石年龄往往有几十亿年。现在,赫斯终于明白了,海底岩石的存在时间,只是它来到海边所花的时间。这是一种美好的理论,解释了不少事情。赫斯在一篇重要的论文里阐述了他的观点。但是,这些观点几乎没有引起广泛的重视。有时候,世界对好的见解还完全缺乏思想准备。
与此同时,有两位独立开展工作的研究人员,正利用几十年前已经发现的一个有意思的地球史实,获得一些惊人的结果。1906年,法国物理学家贝尔纳·布吕纳发现,这颗行星的磁场不时自行逆转,逆转的情况永久记录在某些正在形成的岩石里。具体来说,岩石里的铁矿石小粒子指向磁极,无论在它们形成之时磁极恰好在哪里,然后在岩石冷却和凝固的过程中永远指着那个方向。实际上,岩石“记住”了自己形成之时磁极的方向。多年来,人们只是觉得这很有意思。但是,在20世纪50年代,伦敦大学的帕特里克·布莱克特和纽卡斯尔大学的S.K.朗科恩研究了凝固在英国岩石里的古代磁场模式,说轻一点也是感到非常吃惊地发现,那些岩石表明,在遥远过去的某个时候,英国曾发生自转,向北移动了一段距离,仿佛是不知怎的脱了缆绳。而且,他们还发现,要是你把一幅欧洲的磁场模式图放在同一时期的美国磁场模式图旁边,二者完全合拍,就像是一封被撕成两半的信。这有点儿怪。他们的发现也没有引起注意。
最后,是剑桥大学的两个人把这些线头拢到一起。一位是地质学家德拉蒙德·马修斯,另一位是他的一名研究生,名叫弗雷德·瓦因。他们利用对大西洋海床的磁场的研究成果,很有说服力地表明,海床正以赫斯所推测的方式不断扩展,而且大陆也在移动。加拿大地质学家劳伦斯·莫雷很倒霉,他在同一时间得出了同一结论,但找不到人发表他的论文。《地球物理研究杂志》的编辑对他说:“这些推测拿到鸡尾酒会上去当做聊天资料倒还挺有意思,但不该拿到一份严肃的科学杂志来发表。”这件事成了一个冷落他人的著名例子。有一位地质学家后来把它描述成“很可能是有史以来被拒绝发表的最有意义的地球科学论文”。
无论如何,提出地壳移动的观点的时刻终于来到了。1964年,该领域许多最重要的人物出席了由英国皇家学会在伦敦主办的研讨会。突然之间,好像人人都改变了观点。会议一致认为,地球是一幅由互相连接的断片组成的镶嵌画。它们挤挤搡搡的样子说明了地球表面的许多现象。
过不多久,“大陆漂移”的名字便被弃之不用,因为人们意识到,在移动的不光是大陆,而是整个地壳。但是,过了一段时间才为那些断片确定了名字。起先,人们称其为“地壳积木”,有时候还称其为“铺路石”。直到1968年末,三名美国地震学家在《地球物理研究杂志》发表了一篇论文,那些断片才从此有了现在的名字:板块。同一篇文章称这种新断片为“板块构造”。
旧的思想很难咽气,不是人人都马上接受那种激动人心的新理论。直到20世纪70年代,一本深受欢迎而又影响很大的、由德高望重的哈罗德·杰弗里斯撰写的地质学教材,还像1924年初版时那样,坚持认为板块构造学说在物理上不能成立。它同样不承认对流理论和海床扩展理论。在1980年出版的《海洋与山脉》一书中,约翰·麦克菲指出,即使到了那个时候,每8名美国地质学家中仍有1名不相信板块构造学说。
今天,我们知道,地球表面是由8—12个大的板块(取决于你怎么界定大小)和约20个较小的板块组成的;它们都在以不同的速度朝不同的方向移动。有的板块很大,不大活跃;有的很小,但能量很大。它们与所在陆块只有一种附带关系。比如,北美板块比跟它有关的大陆要大得多。它大致沿着该大陆的西海岸伸展(由于板块边界上的磕磕碰碰,因此那个地区经常发生地震),但与东海岸完全没有关系,而是越过大西洋的一半路程,抵达大西洋中部的山脊。冰岛从中间一分为二,在板块上一半属于美洲,一半属于欧洲。与此同时,新西兰是巨大的印度洋板块的组成部分,虽然这个国家远离印度洋。大多数板块都是这种情况。
人们发现,现代陆块和古代陆块之间的关系,比想像的要复杂得多。哈萨克斯坦原来一度与挪威和新英格兰相连。斯塔腾岛的一角,仅仅是一角,属于欧洲。部分纽芬兰也是。在马萨诸塞州的海滩拾起一块石头,你会发现它最近的亲属如今在非洲。苏格兰高地以及斯堪的纳维亚半岛的很多地区,有相当部分属于美洲。据认为,南极洲的沙克尔顿山脉的有些地区可能一度属于美国东部的阿巴拉契亚山脉。总之,岩石是会来来往往的。
由于连续不断的动荡,这些板块不会合成一个静止的板块。如果大体上按照目前的情况发展下去,大西洋最终会比太平洋大得多。加利福尼亚州的很大一部分将漂离大陆,成为太平洋里的马达加斯加岛。非洲将朝北向欧洲推进,把地中海挤出局去,在巴黎和加尔各答之间隆起一座雄伟的喜马拉雅山脉。澳大利亚将与北面的海岛连成一片,隔着一条狭长的地峡与亚洲相望。这些都是未来的结果,不是未来的事情。事情现在已在发生。我们在这里坐着的时候,大陆正在漂动,就像池塘里的一片叶子那样。多亏有了全球定位系统,我们可以看到欧洲和北美洲正以指甲生长的速度——大约以人的一生两米的速度——渐渐远离。要是你愿意久等的话,你可以从洛杉矶一直乘到旧金山。只是因为人的寿命太短,我们才无法享受这种变化。要是你看一眼地球仪,你看到的其实只是一张快照,记录着大陆在地球史的千分之一时间里的状态。
在岩质行星中,只有地球才有板块。为什么是这样,这多少是个谜。这不仅是个大小或密度的问题——在这些方面,金星几乎是地球的孪生兄弟,但它没有板块活动——而我们也许恰好有这种材料,恰好有这么多量,使地球永远充满生气。据认为——真的仅仅是认为——板块是地球机体的重要组成部分。正如物理学家兼作家詹姆斯·特雷菲尔所说:“如果说构造板块的移动对地球的生命发展没有影响,这是难以想像的。”他认为,构造地质学引发的挑战——比如气候变化——对知识进步是个重要的促进。还有人认为,大陆漂移至少是地球上某些绝种现象的原因。2002年11月,剑桥大学的托尼·迪克森在《科学》杂志上写了一篇报道,强烈认为岩石史和生命史很可能有联系。迪克森确认,在过去的50亿年里,世界海洋的化学结构时常突然发生戏剧性的变化;这些变化往往与生物史上的重大事件有关联——比如,大批微生物突然出现,后来形成了英格兰南部海岸的白垩悬壁;寒武纪贝类动物在海洋生物中突然增加;等等。谁也说不清什么原因导致了海洋化学成分不时发生戏剧性的变化。但是,海脊的张开和合拢显然可能是个原因。
无论如何,板块构造学不仅解释了地球的表面动力学——比如,古代三趾马是怎么从法国跑到了佛罗里达,而且还解释了它的许多内部活动。地震、群岛的形成、碳循环、山脉的位置、冰期的到来、生命本身的起源——几乎没有一样不是受这种了不起的新理论的直接影响的。麦克菲指出,地质学家们觉得眼花缭乱,“整个地球突然之间都说得通了”。
但是,只是在某种程度上。以往年代的大陆分布并不像大多数非地球物理学界人士认为的那样已经得到很好解决。虽然教科书上好像很有把握地列出了古代的陆块,什么劳拉古陆呀,冈瓦纳大陆呀,罗迪尼亚大陆呀,泛大陆呀,但它们有时候是以不完全能成立的结论为基础的。乔治·盖洛德·辛普森在《化石与生命史》中指出,古代世界的许多种动植物出现在不该出现的地方,而却没有出现在该出现的地方。
冈瓦纳大陆一度是一块很大的陆块,连接澳大利亚、非洲、南极洲和南美洲。它的版图在很大程度上是根据古代一种名叫石苇的舌羊齿属植物的分布确定的。石苇在该发现的地方都有发现。然而,很久以后,世界的其他地方也发现了舌羊齿属植物,那些地方跟冈瓦纳大陆并不相连。这个令人不安的矛盾过去——现在仍然——很大程度上被忽略了。同样,一种名叫水龙兽的三叠纪爬行动物从南极洲到亚洲都有发现,证明了这两块大陆过去曾经相连的看法,但在南美洲或澳大利亚却从来没有发现过,而据认为这两个地方在同一时间曾经属于同一大陆。
还有许多地面特征构造地质学无法解释。以美国科罗拉多州丹佛为例。大家知道,这个地方海拔1500米,但那个高度是近来才有的事。在恐龙漫步地球的年代,丹佛还是海底的组成部分,在几千米深的海水底下。然而,丹佛底下的岩石没有磨损,没有变形。要是丹佛是被互相撞击的板块托起来的话,情况不该是这样。无论如何,丹佛离板块的边缘很远,不可能受到它们的作用。这就好比你推一下地毯边缘,希望在对面的一端产生一个褶皱。在几百万年时间里,丹佛好像一直在神秘地上升,就像烤面包那样。非洲南部的许多地区也是这样。其中有一片1600公里宽的地方,在1000万年里隆起了大约1.5公里,而据知没有任何有关的构造活动。与此同时,澳大利亚却在渐渐倾斜、下沉。在过去的1000万年里,它一方面朝北向亚洲漂移,另一方面它的主要边缘下沉了将近200米。看来,印度尼西亚在慢慢地没入水中,而且拖着澳大利亚一起下去。构造理论根本无法解释这些现象。
阿尔弗雷德·魏格纳没有活到看到自己的思想证明是正确的。1930年,他在50岁生日那天独自一人出发去格陵兰岛探险,检查空投的补给品。他再也没有回来。几天以后,有人发现他冻死在冰面上。他被埋在那里,至今还在那里长眠,只是比他死的那天离北美洲近了大约1米。
爱因斯坦也没有活着看到自己支持了错误的一方。他1955年死于新泽西州的普林斯顿,实际上是在查尔斯·哈普古德发表“胡说八道”的大陆漂移理论之前。
提出构造理论的另一个主要人物哈里·赫斯当时也在普林斯顿,将在那里度过他的余生。他的一位学生是个聪明的年轻人,名叫沃尔特·阿尔瓦雷斯,他最终将以完全不同的方式改变科学界。
至于地质学本身,大变革还刚刚开始,年轻的阿尔瓦雷斯为启动这个过程发挥了作用。
大地会移动的理论是怎么产生的?视频
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