第十二章 大地在移动

第十二章 大地在移动

1955年,阿尔伯特middot;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middot;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quot;有些大陆 的形状显然吻合quot;。他接着说,似乎quot;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quot;。

哈普古德先生断然摈弃了任何这类观点,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middot;伯斯利middot;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middot;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quot;泛大陆 quot;,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middot;休伊斯提出的quot;云莓干quot;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middot;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middot;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quot;陆桥quot;,只要那里需要。当发现一种名叫quot;三趾马quot;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quot;充满了许多严重的理论问题quot;。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middot;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:quot;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。quot;

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middot;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middot;赫斯负责指挥一条攻击运输舰quot;约翰逊角quot;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,海底只有一层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middot;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middot;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。该学说还说明了那里的海底都比较年轻的原因。人们发现,那里的海底年龄都不超过1.75亿年。这是个谜,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,世界对好的见解确实缺乏思想准备。

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middot;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quot;记住quot;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middot;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middot;马修斯,另一位是他的一名研究生,名叫弗雷德middot;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middot;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:quot;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。quot;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quot;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quot;。

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,quot;大陆 漂移quot;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quot;地壳积木quot;,有时候还称其为quot;铺路石quot;。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quot;板块构造quot;。

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middot;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middot;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)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。奥地利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。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middot;特雷菲尔所说:quot;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。quot;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middot;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也许有联系。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,quot;整个地球突然之间都说得通了quot;。

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middot;盖洛德middot;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。在很大程度上,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,但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1 000万年里,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middot;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middot;哈普古德发表quot;胡说八道quot;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middot;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middot;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。

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