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诶,要说这个地球啊,它可不是个安分的主儿!
话说1955年,爱因斯坦老爷子,生前最后一件正经事儿,就是给一本书写了个序。这本书叫《移动的地壳》,作者是个地质学家,叫查尔斯·哈普古德。哎呦喂,这哈普古德可不简单,他在书里那是坚决反对大陆漂移的说法!他呀,还用一种逗大家笑的语气说,就那么一小撮人才觉得“有些大陆的形状明显吻合”。还说啥南美洲能跟非洲拼在一起,有人竟然还说大西洋两岸的岩石结构一模一样!
这哈普古德先生啊,一口咬定这些都是瞎扯,还说有俩地质学家,卡斯特和门德斯,在大西洋两岸考察过了,压根儿没这回事儿。天知道他们考察了哪些地方,因为大西洋两岸的岩石结构那可是真的一样啊!不仅像,简直是一模一样!可是啊,不管是哈普古德,还是那个年代的很多地质学家,就是听不进去,你说气人不气人?
其实,这个大陆漂移的理论啊,最早是一个叫弗兰克·伯斯利·泰勒的美国业余地质学家在1908年提出的。泰勒家里有钱,又没啥学术压力,所以能用一些特别的方法来研究。他突然发现,非洲海岸跟南美洲海岸的形状特别像。他就觉得,大陆肯定曾经到处滑来滑去。他还挺有先见之明地提出,说有些大陆撞到了一起,形成了山脉。可惜,他没啥证据,所以大家觉得他的理论不靠谱,没当回事儿。
但是啊,在德国,有个叫阿尔弗雷德·魏格纳的气象学家,那可是重视这个理论!魏格纳研究了很多动植物化石的反常现象,那些现象用当时的地球历史模型根本解释不通。他发现啊,同样的动物化石,在海洋两岸都有,这动物又游不过去!还有,有袋动物是怎么从南美洲跑到澳大利亚的?为啥斯堪的纳维亚半岛和新英格兰有一样的蜗牛?斯匹次卑尔根群岛那么冷的地方,咋会有煤层和其他亚热带的痕迹?
所以,魏格纳就提出了一个理论,说世界上的大陆原来是一块,他叫它“泛大陆”,动植物可以随便溜达。后来,这块大陆才裂成几块,漂到现在的位置。他还写了一本书,叫《海陆的起源》,来解释他的想法。
一开始,因为战争,大家没太注意魏格纳的理论。后来,他在1920年出了修订版,加了很多东西,这下可火了。大家都觉得大陆只会上下移动,不会左右移动。这种垂直移动,也就是地壳均衡,是当时地质学界的一个基本信念。虽然没人说得清它咋发生的,为啥发生。当时还有个“云莓干”理论,说地球冷却后,皱缩成云莓干的样子,就有了海洋和山脉。
可是啊,早就有科学家指出,地球内部热得很,根本不可能冷却皱缩。而且,如果真是这样,山脉应该分布均匀,但实际上山脉的年龄和分布都各不相同。所以,新的理论肯定要出现了。但是啊,地质学家们不想让魏格纳来完成这个任务,为啥呢?
首先,他的观点太激进了,挑战了他们学科的基础。而且,他不是地质学家!天呐,他是个气象学家!德国的气象员!这可不行。所以,地质学家们就想方设法地驳斥他的证据,贬低他的见解。为了解释化石分布的问题,他们就架起古代“陆桥”,哪儿需要就架哪儿。发现一种叫“三趾马”的古马在法国和美国佛罗里达州都有,就在大西洋上架一座陆桥。发现古代的貘在南美洲和东南亚都有,又架一座陆桥。没过多久,史前海洋地图上全是假想的陆桥,要啥有啥,把动物从一个大陆搬到另一个大陆,用完就扔,消失得无影无踪。你说这叫啥事儿啊!这完全是瞎编乱造!
但是啊,接下来的半个世纪里,这玩意儿成了地质学的正统观念,唉!
有些事情,陆桥也解释不了。比如,在欧洲很常见的三叶虫,在纽芬兰也发现了,但只在岛的一侧。谁也说不清,这三叶虫是怎么跨越3000公里的海洋,却绕不过300公里宽的岛角?还有一种三叶虫更奇怪,它出现在欧洲和美国西北部的太平洋沿岸,中间地带啥也没有。这需要的不是陆桥,而是立交桥啊!可是啊,直到1964年,《大英百科全书》还在说魏格纳的理论“充满了严重的理论问题”。
魏格纳确实犯过错误,他说格陵兰岛以每年1.6公里的速度向西漂移,这完全是瞎说。(更可能是1厘米。)而且,他也没能很好地解释大陆移动的原因。要相信他的理论,就得承认大陆像犁地一样被推过坚实的地壳,还没留下痕迹。当时,大家也没法解释是啥力量推动了这么大规模的移动。
英国地质学家阿瑟·霍姆斯对确定地球的年龄做出了很大贡献。这次又是他提出了一个看法。霍姆斯是第一个知道辐射热会在地球内部产生对流的科学家。理论上,这种对流力量很大,能使大陆平面滑动。在1944年,霍姆斯出版了一本很受欢迎的教材,叫《物理地质学原理》。在这本书里,他提出了大陆漂移学说,很多基本原则今天还在用。但是,当时这还是个很激进的观点,受到了很多人的批评,尤其是在美国。美国人抵制漂移学说的时间比别的地方都长。
在别的地方,新理论受到了坚决的支持。1950年,英国科学促进协会的年会上,有大约一半的代表接受了大陆漂移的观点。有意思的是,霍姆斯有时候对自己的看法也有点动摇。他说:“对于大陆漂移学说,我从来没有摆脱过一种不安的反感;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。”
在美国,也有人支持大陆漂移学说。哈佛大学的雷金纳德·戴利就为它辩护。但是,大家觉得他的看法有点华而不实,不值得认真考虑。所以,大多数美国学者坚持认为,大陆一直就在现在的位置。
有意思的是,石油公司的地质工作者早就知道,要找到石油,就得考虑板块构造的因素。但是,他们只找石油,不写学术论文。
地球理论还有一个问题,一直没人解决。那就是,这么多沉积物都去哪儿了?地球上的江河每年要把大量的侵蚀材料带进大海。如果把年数乘以沉积速度,海底应该有一层大约20公里厚的沉积物。可是,科学家们就当没看见,不予理会。
二战期间,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。舰上配了一台新型测深器,叫回声测深仪。赫斯发现这台仪器也能用于科学目的,所以即使到了远海,即使在战斗最激烈的时候,也不关掉。他的发现完全出人意料。海底只有一层又黏糊又平滑的古代泥沙,到处都是悬崖、沟壑和裂缝,还有星罗棋布的海底火山。他称其为盖约特,为了纪念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,他就把这些想法搁置脑后了。
战争结束后,赫斯回到普林斯顿,继续研究海底之谜。与此同时,海洋学家对海底的考察日渐深入。他们发现,地球上最雄伟的山脉,主要部分是在水下。它沿着世界的海床不断延伸,就像网球上的花纹。从冰岛开始,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,它斜里穿越太平洋,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。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,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。
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。赫斯觉得,只有一种解释: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。这个学说解释了那么多沉积物的去向。原来,它回到了地球的肚子里。这个学说还说明了那里的海底都比较年轻的原因。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。
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地球史实,获得了一些惊人的结果。1906年,法国物理学家贝尔纳·布吕纳发现,地球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。岩石里的铁矿石小粒子指向磁极,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。
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,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。而且,他们还发现,如果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。
最后,是剑桥大学的两个人把这些线头拢到一起。一个是地质学家德拉蒙德·马修斯,另一个是他的研究生弗雷德·瓦因。他们利用对大西洋海床的磁场的研究成果,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。”
1964年,该领域很多重要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,这些断片挤挤搡搡说明了地球表面的很多现象。
过不多久,“大陆漂移”这个名字就被弃之不用了,因为人们意识到,移动的不光是大陆,而是整个地壳。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”。
旧的思想很难改变,不是人人都马上接受这种新理论。直到20世纪70年代,一本教材,还坚持认为板块构造学说在物理上不能成立。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个大的板块组成的,它们都在以不同的速度朝不同的方向移动。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。冰岛从中间一分为二,一半属于美洲,一半属于欧洲。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。
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。斯塔腾岛的一角属于欧洲。部分纽芬兰也是。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。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。
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,事情现在已在发生。我们在这里坐着的时候,大陆正在漂动。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渐渐远离。
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。构造板块的移动对地球的生命发展是有影响的,构造地质学引发的挑战,对知识进步是个重要的促进。还有人认为,大陆漂移是地球上某些绝种现象的原因。岩石史和生命史也许有联系。海脊的张开和合拢,可能是海洋化学成分不时发生戏剧性变化的原因。
板块构造学不仅解释了地球的表面动力学,而且还解释了它的很多内部活动。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理论影响的。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。古代世界的很多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。
冈瓦纳大陆的版图在很大程度上是根据古代一种植物的分布确定的。然而,很久以后,世界的其他地方也发现了这种植物,那些地方跟冈瓦纳大陆并不相连。一种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。
还有很多地面特征构造地质学无法解释。比如,美国科罗拉多州丹佛,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。然而,丹佛底下的岩石没有磨损,没有变形。丹佛离板块的边缘很远,不可能受到它们的作用。在几百万年时间里,丹佛好像一直在神秘地上升。非洲南部的很多地区也是这样。澳大利亚却在渐渐倾斜、下沉。构造理论根本无法解释这些现象。
阿尔弗雷德·魏格纳没能活着看到自己的思想证明是正确的。1930年,他冻死在格陵兰岛。爱因斯坦也没能活着看到自己支持了错误的一方。他死于查尔斯·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,大变革才刚刚开始,年轻的阿尔瓦雷斯为启动这个过程发挥了作用。