大陆漂移

解释地壳运动以及陆地和海洋的分布和演变的理论。大陆之间和大陆之间相对于海洋盆地的大规模水平运动称为大陆漂移。大陆漂移学说认为,地球上各大洲在中生代以前都曾是一个统一的巨大陆块,称为泛大陆或联合古陆。中生代以来,泛大陆分裂漂移,逐渐达到现在的位置。大陆漂移的动力机制与地球自转的两个分量有关:向西漂移的潮汐力和指向赤道的离心力。较轻的硅铝大陆块漂浮在较重的粘性硅镁层上,泛大陆由于引潮力和离心力的作用,与硅镁层破碎分离,向西和赤道方向大规模水平漂移。

1620年,英国人f·培根提出了西半球曾经与欧洲和非洲相连的可能性。1668法国人R.P.F .普拉赛特认为美洲在大洪水之前并没有与地球的其余部分分离。到19年底,奥地利地质学家Theseus,e .注意到南半球各大陆上的岩层非常一致,于是提出它们是一个单一的大陆,称为冈瓦纳古陆。1912年,魏格纳正式提出了大陆漂移学说,并在1915年出版的《陆地和海洋的起源》一书中进行了论证。因为它不能更好地解释漂移的机制,所以遭到了当时地球物理学家的反对。从20世纪50年代中期到60年代,随着古地磁、地震学和空间观测的发展,一度沉寂的大陆漂移学说重获新生,为板块构造学的发展奠定了基础。

泛大陆存在和大陆断裂漂移的证据主要有:

①大西洋两岸的海岸线相互对应,尤其是巴西东端的直角凸出部分与几内亚湾非常吻合,几内亚湾向非洲西海岸呈直角凹陷。

②大西洋两岸的美洲、非洲、欧洲在地层、岩石、构造上相互呼应。如北美纽芬兰的褶皱山系对应欧洲西北部斯堪的纳维亚的褶皱山系,两者都属于早古生代造山带;非洲南端和南美洲阿根廷南部的晚古生代构造方向、岩石序列和化石是一致的。

③相邻的大陆,特别是大西洋两岸的古生物群有联系。例如,巴西和南非的石炭纪-二叠纪地层中都含有一种爬行动物——中龙化石,它生活在淡水或半咸水中,但迄今为止在世界其他地方尚未发现。再如,主要生长在寒冷气候中的化石蕨类广泛分布于非洲、南美、印度、澳大利亚、南极洲等大陆的石炭-二叠系中。但是这些大陆位于不同的气候带。

④石炭纪-二叠纪,南美洲、非洲中部和南部、印度和澳大利亚发生大规模冰川作用。除了南美洲和南极洲,这些地区目前都在热带或温带地区。同时,在北半球除印度以外的广大地区,没有发现确切的晚古生代冰川遗迹,反而看到了许多气候温暖的生物化石。这说明有古冰川的大陆在当时是连在一起的,成为一个统一的大陆。

现代科学的发展为大陆漂移提供了更直接的证据:精确的大地测量数据证实大陆仍在缓慢持续地水平运动;古地磁数据表明,许多大陆的当前位置并不代表它们的初始位置,而是经历了或长或短的迁移。

大陆漂移说是一种活动理论,它挑战了固定的理论,为板块构造学的建立和发展奠定了基础,对地球科学的发展起到了巨大的推动作用。然而大陆漂移的机制至今未解。

大陆漂移理论的发展历程

大陆漂移学说是阿尔弗雷德·魏格纳(1880-1930)在1912的一篇重要学术论文中提出的,并在几年后出版的一部专著(1915)中得到发展和完善。几乎立刻,人们就意识到了这一假设潜在的革命性,因为它需要对地理学的所有基础进行修正。在20世纪20-30年代,地理学家广泛讨论了大陆运动的概念,结果,反对意见几乎是一致的。因此,魏格纳的地球漂移学说长期处于理论革命阶段,直到年代中期才发现越来越有利于大陆可能移动假说的新证据。但直到20世纪60年代,地球科学才真正发生了一场革命。

历史分析表明,地球科学革命结束了长达半个世纪的理论革命,只是因为人们不情愿地接受了一套早先已经休眠或被抛弃的思想或理论。这场科学革命伴随着研究地球的新手段和传播知识的新技术的出现。不仅许多地球科学家沿着非常规路线思考,而且许多物理学家也投身于地球科学的研究并取得了重大发现。因此,最终的地球科学革命不仅仅是作为传统观念的根本改变而被长期抵制的大陆漂移理论的简单复活,而是描述大陆漂移理论的简单复活的新的板块构造理论和描述大陆运动的新的板块构造理论。从某种意义上说,魏格纳最初的理论并没有导致一场科学革命,但最终的科学革命确实体现了魏格纳理论中大陆运动的中心思想和将地表分为两类区域(陆地和海底)的概念。

这场革命最突出的一个特点是,从事学科研究的地理学家普遍意识到,他们正在经历一场地球科学的革命。许多科学家撰写文章或专著,强调大陆和地球思维方式变化的革命性;他们写的书都有醒目的标题,比如《地球科学革命:从大陆漂移到板块构造》(Haram 1973)或者《地球科学革命的严峻时代》(Glen 1982)。强调革命性不仅是后来的历史或批判性文章和书籍的特点,也是地球科学革命时代学术论文的特点。比如《科学》杂志上的一篇创新性学术论文(Opdycke 1966)的标题是“南海深海岩芯的古地磁研究”,副标题是“确定地球历史事件时间的革命性方法”。1970年,在讨论“一种新的错误”时,J.T .威尔逊声称最近发现的地磁倒转构成了地球科学的一场“革命”。在上地幔计划(U.M.P .)的最终报告(1972)中,将“U.M.P .在实施过程中提出的板块构造统一概念”描述为地球科学的一次“革命”(Sullivan 1974,343)。

在20世纪20年代,魏格纳观点的主要支持者之一是位于纳沙泰尔的瑞士地质研究所的创始人和主席Emile Argander。1922年,在第一次世界大战后的第一次国际地质大会上,阿甘德勇敢地站出来,支持魏格纳的“亚洲板块构造”的基本观点。阿冈德不仅收集和整理了大量支持魏格纳理论的论点,而且在划分魏格纳的“运动论”和传统的“固定论”之间的界限方面做了有益的工作。他宣称“固定理论不是理论,而是几个粗糙理论的消极拼凑”(Argande-Karoz 1977,125)。虽然阿甘德肯定地赞同“运动论”,并引用了丰富详实的证据来支持这一理论,但他不得不承认:“目前,我们对造成大陆漂移的力量一无所知”(p.162)。

魏格纳在20世纪30年代的两个主要支持者是阿瑟·霍姆斯(很多人认为他是“本世纪最伟大的英国地质学家”)(Haram 1973,125)和南非地质学家亚历山大·杜托伊特(Alexander Du Toit)。1928年美国大陆漂移论文集出版时,霍姆斯接受了大陆漂移理论,并在1928年的《自然》9月刊上发表了评论该文集的文章。他在文章中指出:“所有的反对意见...主要是针对魏格纳本人,而不是他的基本观点”。他还指出,“当人们似乎已经发表了他们所有的观点时,那么来自布特勒和魏格纳的更有力的证据就出现了,以支持大陆漂移学说。”霍姆斯不仅接受了大陆运动的普遍观点,成为英国大陆漂移理论的主要捍卫者,而且提出了漂移运动的新的力学原因。根据他的观点,地幔(紧挨着地壳下面的那部分地球)中熔岩的对流运动导致了山脉的形成和大陆的漂移(马文1973,103;哈拉姆1973,26)。杜托伊特生活在约翰内斯堡,正如乌苏拉·马文(1973,107)提醒我们的,“生活在古老的冈瓦纳大陆的中心,其漂移的证据是最丰富的,”他在一本题为《我们奇妙的地球》(1973)的书中写道(副标题是本书的献词是“纪念魏格纳和其他对我们地球地质学的杰出贡献”)。在这本书中,杜托伊特提出了一个与魏格纳的理论略有不同的地球理论(见马文1973,107-110;Haram 1973,3o-36)例如,杜托伊特提出,原始大陆并不像魏格纳所说的那样只有一个——彭哥,而是两个,即“北半球的劳罗西亚和南半球的冈瓦纳”。

杜托伊特把反对魏格纳假说的原因归结为两个因素:一是缺乏令人满意的漂移力学机制;二是“顽固保守主义”,他认为这是整个地质学史上的一个特点。但是,杜托伊特很清楚,接受大陆漂移学说意味着“重建我们所有的教科书,不仅是地质学,还有古地理学、古气象学和地球物理学”(P.5)。他说,毫无疑问,“漂移理论体现了一个伟大而根本的真理”,而泰勒和魏格纳提出了一个“革命性的”假设(p.Vii)。