古詩詞大全網 - 字典詞典 - 大陸漂移學說

大陸漂移學說

解釋地殼運動和海陸分布、演變的學說。大陸彼此之間以及大陸相對於大洋盆地間的大規模水平運動,稱為大陸漂移。大陸漂移說認為,地球上所有大陸在中生代以前曾經是統壹的巨大陸塊,稱之為泛大陸或聯合古陸,中生代開始,泛大陸分裂並漂移,逐漸達到現在的位置。大陸漂移的動力機制與地球自轉的兩種分力有關:向西漂移的潮汐力和指向赤道的離極力。較輕矽鋁質的大陸塊漂浮在較重的黏性的矽鎂層之上,由於潮汐力和離極力的作用使泛大陸破裂並與矽鎂層分離,而向西、向赤道作大規模水平漂移。

泛大陸存在及大陸破裂、漂移的證據主要有:

①西洋兩岸的海岸線相互對應,特別是巴西東端的直角突出部分與非洲西岸呈直角凹進的幾內亞灣非常吻合。

②大西洋兩岸的美洲和非洲、歐洲在地層、巖石、構造上遙相呼應。例如北美紐芬蘭壹帶的褶皺山系與西北歐斯堪的納維亞半島的褶皺山系相對應,都屬早古生代造山帶;非洲南端和南美阿根廷南部晚古生代構造方向、巖石層序和所含化石相壹致。

③相鄰大陸,特別是大西洋兩岸古生物群具有親緣關系。如巴西和南非石炭-二疊系的地層中均含壹種生活在淡水或微鹹水中的爬行類——中龍化石,而迄今為止世界上其他地區都未曾發現。又如主要生長於寒冷氣候條件下的舌羊齒植物化石廣泛分布於非洲、南美、印度、澳大利亞、南極洲等諸大陸的石炭-二疊系中。而這些大陸所在的氣候帶卻不相同。

④石炭紀-二疊紀時在南美洲、非洲中部和南部、印度、澳大利亞都發生過廣泛的冰川作用。這些地區除南美洲和南極洲外,目前都處於熱帶或溫帶地區。與此同時,在北半球除印度以外的廣大地區並未找到確切的晚古生代冰川遺跡,相反卻見到許多暖熱氣候的生物化石。這表明上列出現古冰川的諸大陸在當時曾相連接,為壹個統壹的大陸。

⑤現代科學的發展為大陸漂移提供更直接的證據:精確的大地測量的數據證實大陸仍在緩慢地持續水平運動;古地磁的資料表明許多大陸塊現在所處的位置並不代表它初始位置,而是經過了或長或短的運移。

大陸漂移思想是壹種活動論,它的提出是對固定論的挑戰,並為板塊構造學的建立和發展奠定了基礎,對地球科學的發展起了很大的推動作用。但大陸漂移的機制問題至今依然沒有解決。

大陸漂移說是阿爾弗雷德·魏格納(1880—1930)在1912年壹篇重要的學術論文中提出來的,並且在幾年後(1915)出版的壹部專著中加以發展和完善。人們幾乎立刻就意識到了這個假說潛在的革命性質,因為它要求對地理學的全部基礎進行重新修訂。20世紀20-30年代間,地理學家對大陸運動的觀念進行了廣泛的討論,結果,反對意見幾乎是同聲壹片。因此,魏格納提出的地球漂移說長期以來處於我所說的理論革命階段,直到SO年代中期,不斷發現的新證據才越來越對大陸可能運動的假說有利。但直到本世紀60年代,壹場地球科學革命才真正發生。

歷史分析表明,這場地球科學革命結束了長達半個世紀之久的理論革命狀態外僅僅是因為人們勉強接受了壹整套已處休眠狀態或早先被摒棄的觀念或理論。這場科學革命伴隨著研究地球的新手段和傳播知識的新技術的產生而產生。不僅許多地球科學家沿著非傳統的路線思考,而且,有不少物理學家也投入了地球科學的研究之中,並做出了偉大的發現。因此,最終發生的地球科學革命並不僅僅是長期受到抵制的、作為傳統觀念的壹次根本性轉變的大陸漂移說的簡單復活,而且還創立了新的板塊構造理論來描述大陸的漂移說的簡單復活,而且還創立了新的板塊構造理論來描述大陸的運動。從某種意義上說,魏格納的原始理論並未導致壹場科學革命,但是,最終的科學革命確實體現了魏格納理論中大陸運動這壹中心思想和把地表分成兩類地域(陸地和海底)的觀念。

魏格納的大陸運動理論

地質學家和地球物理學家開始對大陸漂移假說進行認真的討論是在A.魏格納的著作出版以後。從所受的教育和個人職業看,魏格納並不是壹個地質學家,而是天文學家和氣象學家(他的博士論文是天文學史方面的),魏格納的學術生涯先是在馬爾堡謀得了壹個天文學和氣象學的職位,後來在格蘭茲獲得了壹個氣象學和地球物理學教授的職務(1924-1930),在二、三十歲時,他壹直在格陵蘭進行氣象考察。1930年,在第三次探險時,他獻出了生命。按照曾與魏格納壹起進行第壹次考察的勞格·科赫的說法,大陸漂移思想是魏格納在觀察海水中冰層的分解時形成的。但是魏格納自己只是說,大約是在1910年的聖誕節期間,他突然被大西洋兩邊海岸極度的相似和吻合所震驚,而這壹點啟發他思考大陸橫向運動的可能性。

很明顯,魏格納當時並沒有認真地看待這壹思想,反而認為“這是不可能的”而放棄了(魏格納1924,5;1962,1)。但他確實在第二年秋天開始建立他的大陸運動假說。他說他當時“相當偶然地”讀到了“壹篇描述非洲和巴西古生代地層動物相似性的文獻摘要”(馬文1973,66)。在這篇摘要中,大西洋兩岸遠古動物化石的相同或相似被用來證明當時非常流行的、非洲和巴西之間存在陸橋的說法。例如,蛇很顯然不能渡過浩瀚的大西洋。因此,在南大西洋兩岸發現同樣的或十分相似的蛇化石,就證明很久以前的南美洲和非洲之間存在壹條陸路通道的可能性是相當大的。如果換壹種相反的解釋,即假設在這兩個地區的大部分土地上存在極其相似但又是相對獨立的生物進化過程,而這是完全不可能的。

魏格納對化石的相似性的印象非常深刻,但他不同意這兩塊大陸曾由某種形式的陸橋或由現已沈沒的大陸聯結起來的假說。因為這些假設需要進壹步對這些陸地或陸橋的沈沒或崩解做出解釋,而對於這些不存在任何科學證據。當然,大陸之間確有陸橋存在,如巴拿馬地峽和曾存在過的白令地峽,但沒有真正可靠的證據證明古代跨越南大西洋的陸橋。作為壹種替代性的理論,魏格納把他早年關於大陸漂移的可能性的思想重新發掘出來,並且按照他的說法,把原來純粹是“幻想的和非實際的”、“沒有任何地球科學意義的、只是壹種拼圖遊戲似的奇思異想,上升有效的科學概念。魏格納在1912年的壹次地質學會議上,引用了各種支持證據,對他的假說作了進壹步的發展,概括並總結了他的成果。他最初的兩篇論文在當年的晚些時候發表。1915年他發表了專題論文《大陸和海洋的起源》(Die Entstehung der kontinente und Ozeane)。魏格納在這部著作中,詳細羅列了他所發現的所有支持大陸漂移說的證據。該著作的修訂本於1920、1922和1929年陸續出版,並被譯成英文、法文、西班牙文和俄文。在譯自1922年德文第三版的英譯本(1924)中,魏格納的表述“Die Verschiebung der kontinente”被準確地譯為“大陸位移”,但很快就被普遍使用的術語“大陸漂移”所取代。

哈裏·赫斯在闡述他的海底擴張說時,很清楚他的理論“與大陸漂移說並不完全相同”(1962,617)。按照大陸漂移說的思想,“大陸…受某種未知力的驅動,在海底殼層上漂移”,但他的理論的基本思想是,大陸“被動地浮在地幔之上,當地幔物質從海底海丘上流出時,大陸便橫向移動開來。”

前面曾談到,壹般人都認為:最初的純粹古磁學證據並不能完全說服大多數地球科學家放棄“大陸固定觀”。決定性的證據來自新的磁機制的研究,它戲劇性地證實了海底擴張說。船載磁測儀揭示出海底殼層條狀磁化區域的存在(休萊1959,61)。如果赫斯的解釋是正確的,那麽在海丘兩側就應該有對稱的條狀磁化區域。這項驗證性實驗是劍橋大學當時的研究生F.J.維恩和他的導師P.H.馬修斯提出的。實地測量很快證實,條狀磁化區域確有預期的那種對稱性。

按照這壹理論,當熾熱的熔融物質沿海底海丘流淌並固化時,它便感應了當時的地磁場。既然新的物質把它從海丘上推開,它仍將保持冷卻時所感應的磁性。因此,每壹條前後相繼固化的物質帶應該有記錄形成日期的磁性標誌,而海丘兩側同時對稱形成的物質帶也因此具有相同的磁性方向。1963年,維恩和馬修斯在《自然》雜誌上發表了這壹重要假說,這個假說翌年就通過了實驗(實測)檢驗。事實上,地球磁場演化的歷史不僅表現出壹些微小的變化,而且在目前已知的年代中還經歷過南北逆轉。所有這些,都是在實測和研究海底海丘兩側的條狀磁化帶過程中發現的。

雖然這個假說今天聽起來非常具有邏輯性,壹點也不令人驚奇,但在當時看來卻是異常激進而大膽的。維恩回憶說,當他第壹次把他的觀點告訴劍橋大學地球物理學家莫裏斯·希爾時,盡管希爾“很有禮貌的壹聲不吭,只是看著我並且談些別的事情,但他壹定在想我今天瘋了”(格倫1982,279)。維恩還把他的假說告訴了愛德華·布拉德爵士,即使布拉德爵士“這有點大膽猜測的味道”,但他卻對此持“非常積極的鼓勵和贊賞的態度”。維恩“非常渴望能和特迪(愛德華的愛稱)·布拉德***同發表這個觀點,”因為他覺得他們倆的名字並列在壹起,“布拉德和維恩看起來很了不起”。但特迪非常直率地拒絕了,他不想讓他的名字出現在這篇論文上。布拉德是地球物理學界壹位著名的革新家,他對地球熱流理論作出過重要的貢獻。他善於接受新思想,“以極大的熱情接受了這個假說並以高度贊賞的態度四處傳揚”。他只是不願意在壹開始就接受維恩的請求成為合作者(p.358)。

維恩和馬休斯提出的假說(加拿大的勞倫斯·莫雷也曾獨立地提出過,詳情見1982,271)“堪與本世紀地球科學中的任何成就相媲美”(p.271)。它不但能確定無疑地證實赫斯的海底擴張說,而且還能推算出擴張的速度。推算方法是基於壹種獨立的、由地磁場倒置所標定的精確的時間尺度。看來,人們普遍贊同這樣的看法:維思-馬休斯-莫雷假說的確證,觸發了地球科學的“革命”。在這些突破性成就的基礎上,下壹步要做的工作便是:“建立全球構造的新理論,重構地球知識的新體系”(哈拉姆1973,67)。

革命地位的確立

凡是研究過地球科學最近刀年發展史的人(如上述舒利文1974,特別是格倫1982)都會認識到,要最終完成這樣壹場革命,還有多少重要的工作有待完成。在前面的論述中,我只是介紹了幾位最著名人物的傑出貢獻。關於愛德華·布拉德、圖佐·威爾遜、莫裏斯·歐文以及其他壹些科學家的重要工作,我幾乎沒有提及。長期以來,許多著名的地球物理學家不但拒絕接受板塊構造理論,也拒絕接受海底擴張說的基本思想。被《自然》雜誌譽為“蘇聯最偉大的地球物理學家”的弗拉基米爾·貝洛索夫1970年宣稱:“海底擴張說沒有壹個方面能經得住批評”(舒利文1974,IOS)。12年後的1982年12月,年屆91歲高齡的哈羅爾德·傑弗裏斯爵士在《皇家天文學會地球物理雜誌》(vol。71,555-556)上發表文章,仍然以不屑壹顧的口吻,把“海底板塊的錯動”比作“用黃油做的刀切黃油”。60年來,傑弗裏斯壹直是反對大陸漂移說的主要代表人物。

地球科學界的保守主義除了托依特提到的之外,在權威性的《科學家傳記辭典))1976年版中也得到了印證。在該辭典中,魏格納的條目(vol.14,214-217)是澳大利亞悉尼大學的K.E.布倫撰寫的。他在這篇文章的結論部分,不大情願地提到了傾向於支持魏格納觀點的證據(來自古磁學和海底殼層研究)。但緊接著,他羅列了壹大堆“反對大陸漂移說”的新舊批評意見。布倫寫道:當“該理論的創立者們就這些批評意見作出答復後,這些答復也受到了質疑”(p.216)。1976年,也就是哈拉姆和馬文的歷史研究著作(二者都宣稱地球科學革命已經取得了成功並分析了它的結構)出版三年後,當時這篇最新的魏格納傳記的最後結論是:“大多數地球科學家的熱情,甚至是宗教式的狂熱,促使他們相信大陸漂移理論已建立起來了”(p.217)。

布倫使用“宗教式的狂熱”這種說法,是因為60年代觀念變化時期所使用的語言帶有很強的宗教隱喻色彩,在涉及到轉變問題時更是如此。庫恩通過研究發現,這壹點是科學革命過程中相當普遍的特點之壹。圖佐·威爾遜的經歷便是壹個典型的例子。威爾遜在1959年還是大陸漂移說的主要反對者之壹。但沒過幾年,他的觀念發生了轉變,並自稱是“改造了的反大陸漂移說者”(見威爾遜1966,3-9,談及了他的轉變過程)。後來,他不僅提出了壹些支持大陸漂移說的重要的地質學證據,而且還成為地球科學革命的主要先驅之壹。1963年,國際地質學和地球物理學聯合會第13次會議在美國伯克利舉行。在會後出版的關於“上地幔計劃”的文集中,威爾遜發表文章勇敢地宣布:“地球科學中已經在孕育壹場偉大的科學革命”(塔克奇1970,244)。他說,地球科學目前的情境正同“哥白尼和伽利略的觀念被接受前天文學的情境;分子和原子概念引入以前化學的情境;進化論建立之前生物學的情境;量子力學誕生前物理學的情境”壹樣。

60年代末70年代初,出現了大量關於大陸漂移說。古磁學和地磁學的論文集。1968年4月,美國哲學學會年會文集便是其中之壹,其標題為《重遊岡瓦納大陸:大陸漂移說的新證據》。該文集收錄了這樣壹篇文章:《靜止還是運動的地球:當前的科學革命》。文章作者威爾遜(1968,309;317)宣稱:“我們這個時代發生的這場偉大的科學革命應當稱作魏格納革命”,以紀念這場革命的“主要倡導者”。地球科學家們壹般都贊同威爾遜的意見,認為確實存在壹場科學革命,作為首先提出大陸漂移說的關鍵人物魏格納理應獲得這壹殊榮。可是,歷史上以個人名義命名革命的榮譽曾經賦予給哥白尼、伽利略、牛頓、拉瓦錫、達爾文和愛因斯坦,但至今仍未賦予魏格納。

正如我們已經看到的那樣,許多文獻的作者把魏格納開創的科學革命比作哥白尼革命。二者有壹點是極為相似的:地球科學中最後的革命與魏格納最初的假說已相去甚遠,而開普勒、伽利略和牛頓最終建立起的體系中,與哥白尼的理論壹樣大相徑庭。正如天文學革命直到哥白尼的著作1543年發表半個多世紀後才最終到來壹樣,地球科學革命也是在魏格納最初的論文與著作發表50年後才得以發生。最終發生的所謂哥白尼革命,實際上是牛頓革命,這場革命主要基於伽利略、開普勒的成就,而作為這場革命基礎的“哥白尼體系”最終成為了開普勒體系。與此相似的是,本世紀60年代發生的地球科學革命並沒有體現魏格納的理論,而只是體現了其學說所蘊含的基本思想,即在地球的全部演化史中,大陸並非壹直固定在現在其所處的位置上,在歷史上的某個時期,它們曾聚集在地球的兩極。魏格納的主要貢獻是首次提出了大陸運動的思想,它在地球科學革命中的地位正如哥白尼的主要貢獻——指出可以按照地球運動而非靜止的觀念構造壹個新的宇宙體系——在天文學革命中的地位壹樣。