两千多年前,秦始皇先后荡平六国,建立了统一的秦王朝。他自知积怨甚多,怕有人谋害他,因此设法防备。据说,阿房宫大殿的北门是用巨大的磁石(磁石,指富含磁铁矿等磁性矿物的岩石)做的,为的就是防备刺客。要是有人身穿铁甲或暗藏兵器潜至殿门的话,就会被磁石大门牢牢吸住,动弹不得。
魏格纳的大陆漂移说虽遭挫折,但是大陆漂移本来就是事实,地球上有许多可寻的证据,比如,古地磁资料就是很好的证据。随着现代科学技术的发展,科学家应用电子计算机技术成功地完成了大西洋两缘大陆轮廓的拼接,也为验证大陆漂移提供了最形象的依据。21世纪20年代,大陆漂移说以新的面貌开始东山再起。
可见,早在两千多年前,我国人民就已经了解磁石的特性。汉以前,磁石二字写作“磁石”,这是用慈母之爱比喻磁石吸铁的性质。当然,磁石的主要用途不在于防御荆轲一类义士侠客。战国时,一些能工巧匠利用磁石的另一个特性——指极性,制成了司南这种仪器用来辨别方向。至11世纪前后还进一步制成了指南针用于航海,并最早发现了磁偏角。大约到了12世纪末,指南针才由我国传到西方。
那么,指南针究竟为什么会指南呢?由于磁体有相互吸引的性质,所以曾有人设想,在南方或北方很远很远的地方有一座巨大的磁石山。有人则猜想磁体是有“灵魂”的东西。
公元1600年,英国学者吉尔伯特(W.Gilbert)在他写的一部古典名著《磁石》中首先提出,指南针之所以会指南,是因为地球本身就是一块巨大磁石的缘故。这位伊丽莎白女王的御医做了一个很简单的实验来证明这一点。他用一块巨大的磁石制成了一个大圆球,取名为“小地球”。然后,用一枚细小的磁针接近这个磁石球,根据吸力大小用粉笔在磁石球上画出了南北极和赤道。他发现,在赤道上,磁针与小地球的地面平行;在其他地方,磁针回向球面下倾,而且越近两极,倾角越大;在两极,磁针有垂直于小地球地面的趋势。这种磁针的动作几乎与磁针在地球各个地区的实际动作(表现为磁倾角随纬度增大而增大)一模一样。这就证明真正的地球与这个小地球一样存在着磁场。正是因为地球磁场的北极吸引着磁针的南极,地球磁针磁场的南极吸引着磁针的北极,才使磁针具备了指向的性能。吉尔伯特根据他实验曾预言磁针的下倾到了北极地区将会趋向垂直,1609年英国航海家哈德逊在去北美洲的航程中发现情况果然如此(哈德逊在1610年发现了北美洲哈德逊湾,并在这次探险中死去)。
地有多厚在今天已经知道得很清楚,地球的直径为12700多公里,从地面到地心的地球平均半径6371公里。
人类已经登上了月球,但深入却是如此的浅薄,可见,“上天”固然难,“如地”又谈何容易!《封神演义》中的许多幻想,在科学发达的今天,大多变成了现实,唯其土行孙的入地术,人们依然望尘莫及。
这样,整个地球可以分为地壳、地幔和地核三大圈层,这有点像蛋壳、蛋白和蛋黄。只是地球这只特大号鸡蛋煮的并不太熟,它的蛋黄还有一部分呈现为液体状态。
地壳与蛋壳不同,它的厚度很不均匀。一般可分为两种类型:大陆型地壳和大洋型地壳。地壳的平均厚度约35公里,不到地球半径的0.6%。
大陆型地壳至少可以划分为两层:上层富含硅、铝,叫硅铝层,又叫花岗岩层;下层富含硅、镁,通常称为硅镁层,又叫玄武岩层。硅铝层和硅镁层之间的分界面,叫做康拉德面。硅铝层之上,还经常被沉积岩层所覆盖。但在北美、非洲、亚洲和欧洲的斯堪的纳维亚半岛等地,有一些称为地盾的地方,硅铝层直接出露于地表。在平原地区,地壳厚约30-40公里,在高山地区厚度增大,最厚如青藏高原可达70公里。
大洋型地壳一般缺失硅铝层。50年代以来,根据地震波速度资料通常把大洋地壳分为三层:第一层即海底沉积层;第二层也叫火山岩层或基底层。近年来,第二层已为深海钻探所揭露,发现它主要由玄武岩组成;第三层也叫大洋层,主要是富含铁镁的基性岩(辉长岩等)。大洋型地壳平均厚度仅6.5公里,即相当于地球半径的千分之一,而最厚的大陆地壳约可达地球半径的百分之一。
大陆型地壳和大洋型地壳的分界不在海岸线。在海岸线外侧,通常是底部十分平缓的浅海区,叫做大陆架。大陆架向外洋方向,是坡度较陡的大陆坡。大陆坡向下逐渐延伸到深海平原地区。大陆型地壳和大洋型地壳的分界线一般就在大陆坡的坡脚。大陆架和大陆坡虽然都在海面以下,但通常归属于大陆型地壳(部分可归于所谓过渡型地壳)。大陆坡坡脚以外的深海大洋区才是典型的大洋型地壳。所以,大陆的面积虽然仅占全球总面积的29%,但包括大陆架,大陆坡在内的大陆型地壳的分布面积可占到全球总面积的40%。
地幔 当代最深的钻井还远没有钻到地幔。所以只能根据间接的手段推断地幔的物质组成。目前,大多数人都赞成橄榄岩是上地幔的主要组成成分。橄榄石是一种呈橄榄绿色的铁镁硅酸盐矿物,组成它的铁、镁、硅、氧都是地球组成物质中的常见元素。
地核一般认为主要由铁、镍物质组成。从宇宙太空落到地球上的铁陨石,含铁90%,镍9%。可见,铁是宇宙间最为普遍的重元素。这也补充证明了地核的化学组成应以铁、镍为主。
从地面到地心,温度、压力和物质密度均趋向增大。地球表层岩石的密度不超过3克∕厘米3,这个密度小于地球的平均密度(5.52克∕厘米3),这就说明地球内部的密度必定较大。据计算,在地心处,密度可达13克∕厘米3,温度约为3000-5000℃,压力大约是3546*108
除了应用地震学的方法以外,重力测量对于地壳结构的研究,也作出了一定的贡献。
现代板块构造说认为,并不是硅铝层漂浮在硅镁层之上,而是岩石圈漂浮在其下的地幔软流圈之上。岩石圈包括硅铝层和硅镁层(全部地壳)以及地幔的最上部。所以,洋底不是托浮起冰块的水,它本身也是“冰块”。包括洋底地壳和地幔最上部的洋底岩石圈,是坚硬的,它与大陆岩石圈一样,都漂浮在可以缓慢流动的软流圈上。
同样,魏格纳所提出的长期应力作用下地球物质会发生流变的观点,可以正确地用于地下深处高温的软流圈,而不是像他那样,把这种观点用在硅镁层上。
由于历史条件的限制,当年魏格纳对于地球内部结构的认识,还不免模糊而粗浅,这就使他不可能对大陆漂移机制作出准确的解释。
英国有一个叫杰弗里斯(H.Jeffreys)的著名地球物理权威,在地球内部构造的研究以及其他方面曾有过杰出的贡献。
凯尔文据他的计算,地球由凝固演化到现在所经过的时间,至多不超过2亿年。至1899年,他又把这段时间缩短为2000万到4000万年。按照当时所掌握的物理事实,他的计算并无大错,但地质学家无论如何不能接受他的意见。
其实,因热流质低,其下温度较低,而承受的俯冲压力和上覆岩层的压力却相当高,常出现高压低温变质作用,以蓝闪石、硬玉为代表。这里是印度板块与欧亚板块之间的一段近南北向碰撞缝合带,在印度次大陆碰撞上来之前,这里谅必发生过俯冲作用。当板块向下俯冲至一定距离,部分熔化导致岩浆上升,在较邻近地表处压力不高而温度较高,此时伴随着低压高温变质作用。
我们的大陆在哪一层上漂移,现代板块构造说认为,并不是硅铝层漂浮在硅镁层之上,而是岩石圈漂浮在其下的地幔软流圈之上。岩石圈包括硅铝层和硅镁层(全部地壳)以及地幔的最上部。所以,洋底不是托浮起冰块的水,它本身也是“冰块”。包括洋底地壳和地幔最上部的洋底岩石圈,是坚硬的,它与大陆岩石圈一样,都漂浮在可以缓慢流动的软流圈上。
同样,魏格纳所提出的长期应力作用下地球物质会发生流变的观点,可以正确地用于地下深处高温的软流圈,而不是像他那样,把这种观点用在硅镁层上。
由于历史条件的限制,当年魏格纳对于地球内部结构的认识,还不免模糊而粗浅,这就是他不可能对大陆漂移机制作出准确的解释。
在地球转动大陆漂移驱动力的探讨中,魏格纳提出了两种力:地球自转的离心力和潮汐摩擦力。这两种力无疑都是存在的,问题是它们能不能驱动大陆漂移。
在大多数地球物理学家看来,这两种力实在太小,并不足以驱使深厚、庞大的陆地作长途漂移。例如地球自转离心力所引起的离极漂移力,有人计算出它的最大值(在维度45°处),不过是重力大小的三百万分之一;潮汐摩擦力也相当有限,而一块比较小的澳大利亚大陆就有大约70亿亿吨,因此,一般人都不大相信这样小的力就是推动大陆漂移的原动力。
图形(一)
F=MG,F1代表潮汐力;F2代表重力。
事情好像是这样:从地质学方面,即从经验的证据(海岸形状、地质、古生物、古气候等方面)看来,大陆漂移应当是发生过的;但从地球物理学的角度,即理论的解释上却似乎难以成立。
地球越来越重,因为地球承载的东西太多太多。必然会影响它的自转速度。随着越来越多不符合自然规律与生态环境的做法,势必影响到地球。
大西洋两岸轮廓上的相吻合,曾使魏格纳受到启发,最后导致他创立了大陆漂移说。然而,反对漂移说的人注意到大西洋两边的海岸线实际上并不十分吻合。自从大陆漂移说在50年代末期再度复兴以后,有些人又开始追究各大陆之间到底能不能拼接得起来。坚持反对大陆漂移说的杰弗里斯,对于他的英国同行们使漂移说东山再起颇感不悦。1962年,这个剑桥大学的地球物理权威依然断言南美洲和非洲之间的拼接大约有15°的误差。他宣称:“凡不能用数字表达的东西都不是科学。”在剑桥大学曾传说,正是杰弗里斯的这番话,促使布拉德做出了他那有名的大西洋两缘的计算机拼接。(图3—7).
布拉德的拼合不是按照海岸线,而是按照大陆架外缘以下约1000米的等深线,这一深度在海底地貌上属于大陆坡的范围。布拉德这样处理的理由是显而易见的。前面说过,海岸线并不是陆块和洋底的真正分界线,它在地质历史时期,随着海面升降和侵蚀堆积作用,发生过很大的变迁。整个大陆地块实际上一直延伸到海面以下的大陆架和大陆坡的范围。大陆坡是地球表面形态中一个最显著的地貌单元。它坡度陡峭,环抱全球,长逾35万公里,高约3.5公里。整个大陆的周缘就是经过它直落到深陷的大洋盆地(图3-8)
1965年,布拉德和他的同伴根据最新的海深图,运用电子计算机技术终于做出了大西洋两缘几乎是完美无缺的拼接。拼接后其间剩下的空隙和重叠部分非常有限,一般平均误差不超过一度。这些空隙和重叠部分当然可以用大陆分离后所发生的一些变动来解释。例如,南美洲的直角凸出部与非洲凹入部的一处重叠,显然是由尼日尔河三角洲的向海扩展引起的。这一异常出色的“积木游戏”,多年来在世界上广泛流传,并为漂移说拥护者反复复制。这张拼接图给人的印象是相当深刻的,它令人十分信服地感到,这些大陆确曾连成一个整体。(3-9)
实际上,早在1958年,凯里就已经沿大陆坡中部深度做过南美洲和非洲之间的拼接。他所采用的方法可说是地道的玩具拼板拼接法。由于地球表面是一个球面,任何一种平面地
图都不免要使大陆的形状发生一个程度的畸变。所以,凯里的拼接是在一个精制的大型地球仪上进行的。他在球面的有机玻璃上绘制大陆的轮廓,然后把它放在地球仪上滑动,直至找到使两个大陆能最完美地拼接起来的位置为止。这种土办法得出的结果,与布拉德的电子计算机拼接非常相近。
非洲和南美洲作了这样的拼接以后,不仅前面已提到过的一些地层和构造可以相连接。晚古生代受古冰川作用的地区相连接,而且通过大量的岩石的放射性年龄的测定,发现老于20亿年的地层和6亿年左右的地层分布区和分界线也连接得极好。在非洲西部,以加纳的阿克拉附近为界,西面的撒哈拉地遁区,年龄老到20亿年(图3-7);东面的贝宁、尼日利亚等地区,岩石年龄约为6亿年。这一界线向西南没入大西洋。按照非洲和南美洲之间的拼接,预料这一界线应延入巴西东北岸的路易斯一带。美国马萨诸塞理工学院曾专门组织了一个考察队,深入巴西追索这一界线。通过岩石年龄的放射性测定,果不出所料,20亿年和6亿年岩石区之间的分界线正好就在圣路易斯附近。
其他各大陆同样可以沿大陆坡的某一等深线拼接起来。特别是澳大利亚南缘和南极洲之间,其吻合程度不亚于南美洲和非洲。图3-11就是整个联合古陆的一种拼接方案,它是沿大陆坡的中点等深线(水深2000米)拼接起来。
但是,直到六七十年代,仍然有人把这种拼接当做“积木游戏”看待。有人硬说,许多大陆轮廓之间都具有一定的相似性,例如,把澳大利亚东缘倒转过来,也可以喝北美东缘很好地拼接起来。还有人甚至从南美洲、非洲、澳大利亚、北美洲、印度、格陵兰等地截取、拼凑了十多条岸线,说它们都可以与日本岛岸线吻合。此外,在拼接。复原印度洋周缘大陆时,非洲东面马达加斯加岛的位置一直是个未解决的难题,究竟把它放在坦桑尼亚边上好,还是接在南面一点的莫桑比克东缘好,证据都不够充分。曾有人戏谑地提出,只有让马达加斯加岛像青蛙一样跃过西南亚,嵌进里海里去,才是一种绝妙的拼接(图3-10)。言下之意,大陆轮廓之间的吻合并没有丝毫的意义。
值得强调的是,布拉德把欧、非和美洲拼接起来后,各大陆的地层、构造以及不同年龄的岩石区等都可以连接的起来;联合古陆的接合也参照了地质构造和古气候的资料,特别是得到古地磁资料的印证。可见,这种拼接决非游戏,而是对各大陆位置科学的再现。无疑,海岸轮廓上偶然的巧合有时是存在的,例如,意大利的海岸轮廓很像一只长筒靴子,这当然是偶然的。但像布拉德拼接中所示非洲和美洲之间这样惊人的吻合(包括地质上的吻合),从概率论的偶然现象,并从中获得这些偶然现象所服从的规律的观点来考察,就绝对不可能是偶然的。正如,一位评论者指出,这种吻合如果不是统一大陆破裂的结果,那无疑是魔鬼所设的了。
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