WeChat ID kexueyougushi About Feature 比科学故事更重要的是科学精神 我今天继续来揭晓大洋底下的奥秘。在 19 世纪人们铺设海底电缆时，就已经意识到，在大西洋中部的某些山脉会妨碍电缆的走向，但山脉的连续性和规模之巨大是完全超出人们意料的。并且，还有一些物理反常现象无法解释。在位于大西洋中部山脊的中段，下面有一个巨大的峡谷，或者说一个裂缝，宽达 20 公里，长达 19000 公里（从中国的最东边到最西边也不过是 5000 公里），如果我们能从高空俯瞰这条裂缝，那看起来就像地球被一道裂缝劈成两半，仿佛一个坚果的壳爆裂开来一样，似乎有点荒谬，又让人有点儿心惊肉跳，但已出现的证据却又无法否认。 到了 1960 年，海底的岩芯样本显示，大西洋中间的海底山脉最年轻，然后向东西两侧依次变得越来越古老。赫斯仔细思考了这种情形之后，认为只能意味着一件事情：新的海底地壳正在中央裂缝两侧形成，然后又被下方新生成的地壳向两侧推开。大西洋底就像两条巨大而高效的传送带，一条把地壳传送到北美洲，另一条传送到欧洲。这一过程后来被称为海底扩张。 这种地壳运动的终点是在靠近大陆的边缘，地壳猛地下沉，落回地球的内部。这一过程被称为潜没。这就解释了所有沉积物的去向，它们正不断地被地球吞回。这也解释了为什么海底的岩石都相对比较年轻。人们从未在海底发现超过 1.75 亿年的岩石，这本来一直是个谜，因为大陆上的岩石动不动就是数十亿年。现在赫斯搞明白了，海底岩层的年龄只不过是从它们生成直到旅行到海岸的时间。这是一个漂亮的理论，成功地解释了许多东西。赫斯写了一篇论文详尽阐述了他的观点，但却几乎没有引起什么反响，有时候，不是观点不好，而是时机不到，因为违反大多数人直觉的事情总是需要一段漫长的过程，和足够多的证据才能让人们普遍接受。 大陆漂移的证据除了来自深深的海底，也来自陆地上的岩层中。早在 1906 年时，法国物理学家布吕纳（Bernard Brunhes）就发现，地球的磁场方向曾经在历史上数次逆转，这种逆转的证据被永久地保存在某种新生的岩石中。更详细点来说，就是在这种岩石内部有一些微小的铁矿石颗粒，在岩石形成之时，它们会指向地球的磁极方向，在岩石冷却和变硬的过程中，它们也不会改变方向。也就是说，它们“记住”了自己出生时地球磁极的方向。 很多年来，人们只是觉得这事挺有意思。但是，到了上世纪的 50 年代，有两位科学家各自在研究了固定在英国古老岩石中的磁场模式后，大吃一惊。他们是伦敦大学的布莱克特（Patrick Blackett）和纽卡斯尔大学的朗克恩（S. K. Runcorn）。他俩均发现在遥远过去的某个时刻，不列颠岛自转了一点，向北移动了一点点距离，就好像拴着它的缆绳松了一下。并且，他们还发现，如果你把同一时期的欧洲磁场模式图放到美国磁场模式图的旁边，它们契合得很好，如同两瓣撕开的信。但遗憾的是，就如同大洋底下的那些发现，他们的这个发现同样没引起世人的普遍重视。 历史最终选择了两个男人来集中所有的线索，剑桥大学的地质学家马修斯（DrummondMatthews）和他的研究生瓦恩（Fred Vine）。1963 年，他们利用大西洋海床的磁场研究成果有力地证明了海底就是在完全按照赫斯所论证的方式扩张，大陆的确在移动。相比之下，加拿大的地质学家莫雷（Lawrence Morley）就不走运了，他也几乎在同一时间得出了相同的结论，但却找不到人帮他发表论文。因为《地球物理研究杂志》（Journal of Geophysical Research）的编辑告诉他，“你的这些推测作为鸡尾酒会上的谈资会很有趣，但却不是那种可以在严肃的科学杂志上发表的东西。”莫雷的这次冷遇在科学史上还挺出名的。有一位地质学家后来把此事称为“很可能是地球科学研究史上被退稿的最重要的论文，没有之一。” 无论如何，对于地壳移动学说的一个重要时刻终于来临了。1964 年，在皇家学会的召集下，该领域的许多最重量级的人物齐聚伦敦开会，仿佛一夜之间，人人都转变了。与会者一致同意，地球就像一幅由很多相互关联在一起的碎片组成的镶嵌画，地球表面的众多现象正是由于这些碎片的持续推挤造成的。 而且人们现在已经认识到并不仅仅是大陆在移动，而是整个地壳都在移动，所以，说“大陆漂移”是不准确的，其实是地壳运动。不过，为每一块相对独立的碎片命名着实费了一番功夫。一开始，人们叫它们“地壳积木”，或是“铺路石”。直到 1968 年底，有三位美国地震学家在《地球物理杂志》发表了一篇文章，给这些碎片起了一个沿用至今的名称，也就是“板块”，这门新的学科就被称为“板块构造学”。 但是，旧有的观念也绝不是那么容易死掉的，也不是人人都能很快接受这个让人激动的新理论。甚至到了上世纪 70 年代，德高望重的杰弗里斯（Harold Jeffreys）撰写的一本影响很大且深受欢迎的地质学教科书《地球》（The Earth）还在极力坚持说板块学说在物理上说不通，与该书在 1924 年的初版保持一致。该书也否认地层对流和海底扩张。另外有一本 1980 年出版的《海洋与山脉》（Basin and Range），作者麦克菲（John Mcphee）称八个美国地质学家中就有一个依然不相信板块构造学说。可见，新观念的建立是多么不易。这种情况与进化论被逐步接受的过程非常相似，有些观点认为我们以后都应该将“进化论”修正为“演化论”，我挺同意，但是约定俗成的力量实在太过于强大。 今天，我们已经知道地表是由 8 到 12 个大板块（取决于你如何定义“大”）和 20 来个小板块组成。它们的移动方向和速度都各不相同。有一些板块很大但相对不活跃，另外一些虽然小却活力十足。它们与所在的大陆只是一种附带关系。例如，北美板块要比北美大陆面积大得多，它的最西边大致是沿着北美大陆的西海岸线伸展（这也是为什么这一地区地震活跃，因为板块边缘的磕磕碰碰），但它的最东边却与东海岸没什么关系，而是延伸了半个大西洋直至大西洋中部山脉。冰岛从中间一分为二，从板块上来说，一半属于美洲，一半属于欧洲。而新西兰，虽然远离印度洋，却是印度洋板块的一部分。实际上大多数板块都是这样一种情况，与海平面之上的大陆并不是对应的。 另外，人们还发现，今天的大陆块与古代的大陆块之间的关系远比人们想象的要复杂得多。哈萨克斯坦原来一度与挪威和新英格兰相连。斯塔滕岛的一个角，仅仅是一个角而已，原来属于欧洲，有一部分的纽芬兰也是这种情况。在马萨诸塞州的海滩随便拾起一块石头，它最近的亲属如今在非洲。现在的苏格兰高地和斯堪的纳维亚半岛的很多地区过去属于美洲。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拉巴契亚山脉。总之，岩石喜欢周游世界。不过，令我感到高兴的是，中国目前的几乎所有领土都是同一个板块的，自古以来就没有被分割过。 板块的这种持续动荡使得它们不可能结合成一块完整的大陆。假如目前的这种状况一直持续下去，大西洋会不断扩大，直到最后比太平洋大得多。加州的大部分地区将漂离大陆，成为太平洋中的马达加斯加群岛。非洲将会朝北向着欧洲推进，把地中海彻底挤压的消失不见，然后在巴黎和加尔各答之间隆起一座座雄伟的喜马拉雅山。澳大利亚会把北部的群岛均纳入自己的版图，隔着一些大峡谷与亚洲相望。以上这些都是未来的结果，而不是未来发生的事件。因为这些事件现在就正在发生。我们坐在此处，大地正在漂移，就好像池塘中的一片叶子。现在有了全球定位系统（GPS），我们可以清楚地看到欧洲和北美洲正在缓慢地远离，速度大约相当于人的指甲的生长速度，我们如果一辈子不剪，它们大约能长到2米。 只是因为人的寿命太短暂，所以我们感受不到大地的这种变化。我们现在所看到的地球外观其实只是一张快照，它代表的仅仅是整个地球 1000 张连续快照中的最后一张。 地球是在太阳系所有岩状行星中唯一具有板块构造的行星，这对科学家来说有一点儿神秘。显然不能简单地归因于地球的大小和密度，因为金星从这方面来说很像地球的孪生兄弟，但它却没有板块活动。或许，是构成地球的材料性质和地球的大小共同让地球保持了现在这种充满活力的状态。有一种观点认为，仅仅是一种观点，板块构造是地球产生有机生命的重要原因之一。正如物理学家、科普作家特雷菲尔（James Trefil）指出，“我很难相信地球的生命发展不受持续的板块运动影响。”他认为，为了应对板块运动而带来的挑战，例如，气候变化，正是生命智力发展的重要促进力。另一些人认为，大陆的漂移至少是导致地球上某些物种灭绝事件的原因之一。2002 年 11 月，剑桥大学的迪克森（TonyDickson）在《科学》杂志上发表了一篇报道，旗帜鲜明地提出地球的生命史与岩石的历史有着某种联系。迪克森确信，在过去的 5 亿年中，海洋中的化学成分在某些时间曾经发生过戏剧性的突然变化。而这些变化往往与生物史上的一些重要事件相关联。例如，英国南部海岸的白垩悬臂表示微生物的大量爆发；海洋中的贝类生物在寒武纪时期的突然繁荣等等。没人能说清为什么海洋中的化学成分会一次又一次地发生戏剧性的变化，但是海底山背的张合显然是一个可能的原因。 无论如何，地球的板块构造不仅解释了地表的运动，例如古代三趾马为什么从法国跑到了佛罗里达。而且还解释了许多地球的内部运动，例如地震、群岛的形成、碳循环、山脉的地理位置、冰川纪的出现等等。甚至生命的起源也或许能解释。总之，很难找到有什么事情可以不受它的直接影响。作为地质学家的麦克菲曾感叹：地质学家们一时间眼花缭乱，所有的事情突然都能讲得通了。 其实，史前大陆的分布问题并没有得到完美地解决，这一点与大多数非地质专业人士以为的不同。尽管我们的教科书上似乎很自信地给出了古大陆的全貌，例如劳亚古陆、冈瓦纳古陆、罗德尼亚大陆、泛大陆等等，但这其实是基于一些并不能完全站住脚的结论而得出的。辛普森（George Gaylord Simpson）在他的《化石与生命史》（Fossilsand the History of Life）一书中指出，远古的动植物似乎有一种习惯，它们在该出现的地方不出现，而不该出现的地方却偏喜欢出现。 冈瓦纳大陆，一度是一块非常大的大陆，连接着澳洲、非洲、南极洲和南美洲。我们之所以这么认为，很大的原因是基于一种叫石苇的羊舌属植物的分布，这种植物在那些大洲上都发现了。然而，后来人们又在世界其他一些地方也发现了石苇，这些地方据认为不与冈瓦纳大陆相连。但这种讨厌的矛盾却被人们选择性地忽略至今。另一个例子是一种叫水龙兽的三叠纪爬行动物，从南极洲到非洲的一路上都有发现。这支持了上述两大块大陆在史前相连的看法。但这种动物却又从未在南美洲和澳洲被发现过，而人们又相信这两块大陆在同一时期同属于一块古大陆。 除此之外，也还有许多地表特征是板块构造学说无法解释的。比如说美国丹佛这个地方，海拔有 1500 米之高，但它的隆起却是相对很近期的事情。在恐龙统治地球的时代，丹佛还处在几千米的海底深处。如果这地方的升起是由于板块之间的碰撞导致的话，那么，这里的岩石就不该没有磨损和挤压变形。其实丹佛远离板块的边缘，不可能受到板块运动的直接影响，就好像你在地毯的这头推一下，怎能指望在地毯的对面形成褶皱呢。但神秘的是，仅仅过了 100 多万年，丹佛就像一只烤面包一样隆了起来。同样的情况在非洲南部也多有发生。其中有一条长 1600 公里的区域，在 1000 万年的时间里抬升了 1500 米，不是因为任何已知的板块活动。与此同时，澳洲却正在倾斜和下沉。在过去的 1000 多万年的时间中，在它朝北漂向亚洲的过程中，它的主要边缘却下沉了将近 200 米之多。而印尼列岛就像一个溺水的人，正拖着澳洲一起慢慢地下沉。板块构造学说也无法解释这一现象。 魏格纳没有能活着看到他的观点被证明。1930 年，他去格陵兰岛考察，有一天，他私自外出去寻找掉落的补给品，却再也没有回来，那天恰好是他 50 岁生日。几天以后，他被发现冻死在冰原上，他被就地下葬，并长眠于此。今天，他比去世的那天离北美洲近了大约 1 米。 爱因斯坦也没能活着看到自己站在了错误的一方。事实上，在哈普伍德出版他那本乱批大陆漂移理论的书之前，也就是 1955 年，爱因斯坦便在普林斯顿去世了。 而另一位板块构造理论的主要奠基人之一赫斯，当时也在普林斯顿，并将在那里度过他的余生。他有一位非常聪明的学生叫阿尔瓦雷斯（Walter Alvarez）。他最终以一种完全不同的方式改变了科学界。 至于地质学本身，一场大事件才刚刚开始。正是这位年轻的阿尔瓦雷斯按下了启动按钮。预知后事如何，且听下回分解。 往期： 宇宙自然生命简史：27 漂移的大地 宇宙自然生命简史：26 超弦和宇宙年龄 宇宙自然生命简史：25 恼人的粒子物理学 宇宙自然生命简史：24 震惊，现代人血液中铅含量增加了625倍 宇宙自然生命简史：23 死磕地球的岁数 宇宙自然生命简史：22贝尔不等式的魔力 宇宙自然生命简史：21神奇的量子纠缠 宇宙自然生命简史：20 推开量子世界的大门 点击图片，看看汪洁老师要跟你讲点啥 信扫一扫赞赏作者 Reward   reward(s) Long-press QR code to transfer me a reward As required by Apple's new policy, the Reward feature has been disabled on WeChat for iOS. You can still reward an Official Account by transferring money via QR code. Go to "Discover" > "Top Stories" > "Wow" Posted Sending Scan with WeChat tofollow the Official Account