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从“大陆漂移说”到“板块构造学说”

曾被拒绝的“大陆漂移说”

  1910年有人第一次提出了这种疑问:位于大西洋两岸的南美大陆和非洲大陆的海岸线,为何如此相似?这个人就是德国地球物理学家、气象学家阿尔弗莱德·魏格纳,这个念头成为他提出“大陆漂移说”的契机。

  海洋阻隔的两岸具有相似海岸线的现象,很早以前就有人注意到了,魏格纳对这一事实从地质学、古生物学、气候学等角度进行了科学的推敲。他提出,根据造山带等的地质构造,以及不能越过大洋的羊齿类植物、蜗牛等小动物,在3亿年前的冰川时期曾广泛分布于南美大陆和非洲大陆,他得出结论:大约3亿年前,我们今天所知的南北美洲大陆、非洲大陆、欧亚大陆、南极大陆等统统属于一块“超级大陆”,后来这块“超级大陆”分裂为若干块大陆,经过漫长岁月的移动,终于形成了今天的大陆位置关系。

  魏格纳提出的“大陆漂移说”,后来发展成“板块构造学说”,并成为20世纪地球科学的主流。“大陆漂移说”之所以具有如此的生命力是因为,它是一种能够解答迄今为止包括古生物、古气候、地质构造、地形等广阔领域里,为数众多疑问的理论。然而,1915年出版的魏格纳的著作《大陆和海洋的起源》却没有轻而易举地被人接受,它虽然得到地质学家和古生物学家的首肯,但受到了大多数地球物理学家的不屑,有人提出了份量不轻的反驳。

  持反对论者的最主要的论据是:没有发现能让大陆在水平方向移动几千公里的原动力。地质学家阿尔萨·霍姆兹虽然考虑到地幔对流有可能是大陆漂移的原动力,但曲高和寡,随着1930年魏格纳在格陵兰探险中失踪,“大陆漂移说”遂渐趋冷落,以致到本世纪40年代时,人们把“大陆漂移说”忘诸脑后。“大陆漂移说”终于再沐春风

  进入50年代,“大陆漂移说”居然在完全不相干的领域里东山再起。这个完全不相干的领域就是研究古代地球磁场的学科———古地磁学。今天,地球的两个磁极———南磁极和北磁极几乎是固定不动的,但是随着时间的推移,在漫长的地质历史上其位置是移动的并发生过逆转。根据古地磁学,科学家复原了以往各个地质时期生成的岩石当初的磁场,由此推定了南北磁极的位置。磁极随时间推移而形成的移动轨迹,被称为“极移动曲线”。1950年,英国的基斯·兰卡恩和帕特里克·布兰科特等,根据对欧洲大陆和北美洲大陆各地质时期岩石中残存磁场的精确测定,成功地得到了“极移动曲线”。地球只存在南磁极和北磁极两个磁极,从各个大陆研究得来的南磁极或北磁极的“极移动曲线”理应是一致的。然而,兰卡恩等人求得的两条“极移动曲线”形状相似却沿经线偏离。要是把大西洋两边的北美大陆和欧洲大陆合在一起,那么对应的“极移动曲线”恰好能够吻合。这个事实正好说明了大陆漂移具有可能性。由于导致大陆漂移的动力问题没能解决,所有的地球科学家对“大陆漂移说”始终不予理会,不过“大陆漂移说”却因古地磁学的发现而峥嵘再现。“海洋扩大说”崭露头角

  50年代伊始,在第二次世界大战中开发的新技术被广泛用于海洋观测,比如采用声纳装置观测海底地形,利用海洋磁场仪探测海底磁场异常情况等。通过这些探测,科学家终于搞清全球海底被称为“海岭”的巨大海底山脉是彼此相连的。

  在海底山脉中位于大西洋中部的大西洋中央海岭,魏格纳在世时人们就不陌生。但是,类似的海岭存在于太平洋、印度洋、北冰洋等地球所有的海洋,像网络一样分布在海底。在大西洋中部南北走向绵延1万公里以上的中央海岭的中段,还存在一个“大规模的谷地”,科学家还发现,这个“中央谷地”与中央海岭并排相连。于是有科学家提出,大西洋正是地球的裂缝,海底也许就是在这里扩张的。随后科学家又测定出从地球内部涌流出的地壳热流量,也了解到从海岭之下的深处似乎正在喷涌出热物质。

  根据以上探测结果,科学家得出结论:中央海岭下的地幔对流升腾形成海洋地壳,海底由此扩大,这种结论支持了“海洋扩大说”,而“海洋扩大说”也解释了大陆的分裂和移动。构成大陆地壳的物质密度小,地幔就会上浮。根据“海洋扩大说”,大陆下的地幔对流升腾造成大陆分裂,进而地幔向水平方向的运动将大陆推开。

  此后,美国加利福尼亚大学斯克里普斯海洋研究所的科学家,观测了能够解释美国西海岸附近太平洋海底地壳形成原因的地磁异常情况,弄清了在20公里到30公里的宽度上存在百分之一的磁场异常,在南北几百公里范围内呈条纹状分布。此外,随着同时期岩石年代测定技术的进步,科学家弄清了以往数百万年间曾经多次反复的地磁场逆转历史。

  1963年,弗莱德·瓦因和德拉蒙多·马修兹提出了一个大胆的假说:加利福尼亚的地磁异常带是地球磁场逆转的反映。在中央海岭,由于高温岩浆的冷却生成了海底地壳,也就形成了具有当时地球磁场方向的磁场的岩石。瓦因等人认为,地球磁极曾多次逆转,具有各个地质时期磁场方向特征的海底地壳,在海底并列呈条纹状,这个事实为观测所确定。由于海底向海岭两侧扩张,如果瓦因等人的见解符合实际,那么观测得到的反映磁场异常的条纹,相对海岭两侧应当是对称的。这种对称性也被实际观测所确认。汇集来的有关观测数据都在支持“海洋扩大说”,而且根据海底磁场异常的数据,使迄今科学家掌握的只有几百万年的地球磁场的逆转史,一下子扩大至2亿年。板块构造学说

  由于“极移动曲线”和海底扩大等提供的证据,大陆漂移的确是正在发生的事实。1965年,科学家运用计算机使地球各个大陆以现有的形状恰好拼合在一起。再者,海地地形、地震位置、火山等活跃部位都连接成为带状,于是“板块构造学说”这一革命性的见解应运而生。

  1970年后,板块构造学说确立,根据这一新学说,地球表面覆盖着不变形且坚固的板块(地壳),这些板块确实在以每年1厘米到10厘米的速度在移动。由于地球表面积是有限的,地球板块分类为三种状态:其一为彼此接近的汇聚型板块边界;其二为彼此远离的分离型板块边界;其三为彼此交错的转换型板块边界。板块本身是不会变形的,地球表面活动便都在这三种状态下集中发生,比如海岭就是在分离型板块边界下形成的,海沟则是在海洋板块彼此碰撞,一个板块俯冲至另一板块的下方的汇聚型板块边界下形成的。沿北美大陆西海岸分布的圣安德烈斯断层,则是在太平洋板块和北美大陆板块间形成的很具代表性的转换型板块边界下形成的。

  由于与被称为“环太平洋带”的太平洋板块周围的状态相关,这个地区内的大地震、深源地震和火山活动等都十分活跃。由于印度次大陆与欧亚大陆间的碰撞,形成了喜马拉雅山脉和西藏高原。在大陆板块彼此碰撞的汇聚型板块边界下,形成了大陆与大陆间的冲突带,也造成了大褶皱山脉。

  由于板块构造学说的进展,迄今被视为不解之谜的地球活动大多得到了解释。70年代以来,以证实板块构造学说为目的的世界规模的地球观测蓬勃开展。通过这些观测,海底的年代分布被详尽确定,弄清了以往地质时期板块运动的过程,更由于空间观测技术的发展,就连每年一厘米的板块运动,也能够连续数年进行观测。解读整个地球的历史

  板块构造学说证实了魏格纳当年提出的“大陆漂移说”,由于“大陆漂移说”凭借板块运动,于是很长时间里被视为待揭之谜的“大陆漂移说”的原动力问题迎刃而解。然而板块构造学说并没有搞清所有的地球活动,板块构造学说证实的只是历经46亿年的地球历史中最近2亿年的事实,此前的地球活动仍然作为重要的研究课题留至今天,而且导致板块运动的地幔深处的活动,还需要进一步的观测和研究。

  对于地球的下部地幔和地核的活动,80年代以来,科学家采用被称为“地震学X射线断层摄影法”的技术,利用地震波研究了地球内部的不均匀构造,这种科学手段使研究得到进展。研究结果表明,曾被认为是板块运动原动力的地幔对流的实际状态似乎可以触摸了。对于地球板块构造是从地球演化史的哪一时刻开始形成的,科学家将对部分比2亿年前更古老的海底地壳进一步研究。

  20世纪初期德国科学家魏格纳提出的“大陆漂移说”就是在上述曲折的过程中探索并发展的,直到70年代被科学界首肯的板块构造学说问世。最新的地球观测获得的成果,为解开板块构造学说也颇感踌躇的地球深部地幔和地核的活动等待揭之谜,以及弄清长达46亿年的地球演化史提供了新的线索。

  回顾20世纪的地球科学发展史,魏格纳的“大陆漂移说”为研究地球活动创造了契机,同时,对我们综合理解已细划为地质学、古生物学、观测学、地震学等的地球科学领域,提供了良机。从以上意义说,“大陆漂移说”起到了开创性的作用。

 
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