大陸漂移學說——一首偉大的地質之歌

2021-01-19 科技名家裡程碑

原標題:地質學現代革命的偉大奠基者——紀念A.魏格納誕辰一百周年(節選二)大陸漂移學說——一首偉大的地質之歌

 

 

魏格納的大陸漂移假說的提出,影響著20世紀地質學的現代革命。因此,有必要簡略地介紹一下它的科學內容。


地質學最本質的、有別於其他學科的個性是: 複雜性和層殼性,不可逆性和不可模擬性,其中最薄弱的是層殼性,這也就是物質的地質運動形式的基本特點。作為一個氣象學家,魏格納正是從地球物理—氣象學領域開始自己的科學研究工作的: 他研究大氣圈上層熱力學,研究了極地冷氣團的運動。在對陸地高度與海洋深度的平面分布曲線對照分析之後,魏格納第一次揭示出兩個階梯的成因性質,一個階梯是大陸平均高度,另一個是全球洋底的平均深度。他推斷,組成洋底的巖石與組成大陸的巖石原則上是各不相同的,前者重,以矽鎂為主,又叫「矽鎂層」,後者輕,以矽鋁為主,又叫「矽鋁層」。這種看法,在20世紀初葉具有非常大膽的創造性,它從地質學角度對洋殼和陸殼的不同成因給出了一個重要解釋。然而,關於物質的地質運動形式及其層殼性,魏格納的概念過於模糊,關於兩類地殼結構的概念,他又看得過於簡單。按照魏格納大陸漂移模式,輕而硬的矽鋁陸殼會像「冰山」那樣在具有塑性而又緻密的矽鎂層上進行漂移。


儘管在細節上很不完善,但大陸漂移假說的成功是不可避免的。魏格納從地貌學、地質學、地球物理學、古生物和生物學、古氣候學、大地測量學等各個不同的學科的角度,對他的大陸漂移假說作了嚴密的論證。


最簡單最明顯的證據,同時也是最有力的證據,便是大西洋兩岸大陸海岸線的相似性。魏格納將諸大陸的外形輪廓線進行比較,發現各海岸線能很好地拼合起來(近幾年有人取大陸架的輪廓線用電子計算機作出了最佳擬合,偏差真是微乎其微),於是他推測在古生代末期,所有大陸曾是一個統一的聯合古陸。聯合古陸包括兩部分: 北方勞亞古陸,由現代的北美,歐洲和亞洲(不包括印度)組成;南方岡瓦納古陸,包括南美洲,非洲,南極洲,澳洲和印度。由於任何一個大陸的古生代和早中生代的地層剖面,在兩大古陸相鄰部位都能一一對上,因而便能夠得出一幅大陸塊拼合結構圖。這些大陸第一次分離發生在中生代,通常只能給出一個平均年限,甚至是上限,即距今1億—1.8億年左右。在分裂時,發生了大規模的鹼性玄武巖漿噴出,從而形成一些獨具特色的金屬成礦帶,譬如非洲的安哥拉與南美的巴西的成礦帶,按現代大陸拼合後都在一個個條帶上。


古氣候的資料,始終是魏格納的有利論據。當時,就在澳洲、印度、南非和南美,發現了2.5億—3億年前的古冰川遺蹟。這些地質時期的冰川泥礫,後來在20世紀60年代居然在南極洲亦被發現。把這些古冰川遺蹟放在聯合古陸拼合圖上,發現竟然集中在一個不大的地區,即當時的極區;冰蓋的規模比現代南極洲面積略大。這段時間在歐洲,沉積的卻是富含珊瑚礁(暖海標誌)的石灰巖。距今2億多年前,在二迭海中,標誌暖海的珊瑚礁和巨厚鹽層,現在也在北極圈(北烏拉爾附近)找到了它們的蹤跡。這樣大規模的古氣候反常事件,在氣象學上是不好解釋的,若從大陸漂移的假說來看便是自然而然的事件了。


古生物學和生物學上也有很多證據。在南半球的南極、非洲、印度、南美洲和澳洲,到處都發現早古生代的同一種屬動植物化石,顯然這種同一的動植物群都曾經生活在同一大陸——即過去的南方岡瓦納古陸上。典型例子,動物有水龍獸,植物有同一門類的裸子植物。尤其是這些裸子植物,分布是那樣地廣泛,它們的種子不可能靠風的搬運遠涉重洋。在現代南半球的每一塊大陸上,特有的動植物種屬的形成是從中生代開始的,這就證明聯合古陸的分離正是從中生代開始的。更為有趣的是,魏格納旁徵博引,根據某一特定時間段的一些主要古生物學上的論證,通過形象思維加工出一幅幅古大陸聚合與離散的演化模式圖,適用於距今6億多年,包括了整個顯生宙。這件事會令數學家目瞪口呆,高度的想像力竟如此深刻地把握住了物質運動的地質形式,模式竟是如此之精確。難怪現代有人驚嘆魏格納是一位偉大的地質詩人,他的大陸漂移學說是震撼世界的偉大的地質之歌。


魏格納還提出了其他革命的思想,譬如巖石圈在冰蓋重壓下會發生撓曲的思想,離散的陸塊邊緣在原始塊體作用下將再度綻裂的思想。


一個學說的誕生、發展不會是一帆風順的,而總是克服艱難險阻曲折前進的。《海陸的起源》發表後,魏格納在很長一段時間並沒有獲得相應的學術地位。他的朋友寫道: 「我們許多魏格納的同事紛紛為這位偉大的學者鳴不平,為什麼德國沒有授予他正式教授頭銜?」直到1924年魏格納才接受了鄰國奧地利格拉茨大學授予他的氣象學和地球物理學正式教授頭銜。

 

本文出自北京大學出版社《海陸的起源》


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科學發現|大陸漂移曾遭質疑 40年靠古地磁學翻身

來源:《海陸的起源》

責任編輯:李浩

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