从人类探索地球奥秘的历史中可以得到哪些启示

从人类探索地球奥秘的历史中可以得到哪些启示
2009-07-13  杏华 发布
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    baolizhongxue

    魏格纳以倡导大陆漂移学说闻名于世,他在《大陆和海洋的形成》这部不朽的著作中努力恢复地球物理、地理学、气象学及地质学之间的联系——这种联系因各学科的专门化发展被割断——用综合的方法来论证大陆漂移。魏格纳的研究表明科学是一项精美的人类活动,并不是机械地收集客观信息。在人们习惯用流行的理论解释事实时,只有少数杰出的人有勇气打破旧框架提出新理论。但由于当时科学发展水平的限制,大陆漂移由于缺乏合理的动力学机制遭到正统学者的非议。魏格纳的学说成了超越时代的理念。
       魏格纳去世30年后,板块构造学说席卷全球,人们终于承认了大陆漂移学说的正确性。由此可见到:一种正确的理论在其初期阶段常常被当作错误抛弃或是被当作与宗教对立的观点被否定,后期阶段则被当作信条来接受。但无论如何,人们至今还纪念魏格纳的,不是他生前冷遇与死后热闹,而是他毕生寻求真理、正视事实、勇于探索和不惜献身的科学精神。

    早期的世界地图已清楚地表明非洲和南美洲相对海岸线的“锯齿状拟合”。远在1801年,洪堡(A.Humboldt)及其同时代的著名科学家们已经提出,大西洋两岸的海岸线和岩石都很相似。魏格纳首先提出,应该用深海中的大陆坡边缘进行大陆拟合。凯里(S.W.Carey )证明,两个大陆的外形在海面以下2000米等深线几乎完全可以拟合。布拉德(E.Bullard)等人借助计算机计算,发现无论用1000米或2000米等深线拟合的结果差别不大。复原拟合工作证明,各大陆可以通过复原形成一个超级大陆,即魏格纳所命名的“泛大陆”。泛大陆是由冈瓦纳大陆(南方各大陆加上印度)和劳亚大陆(北美和欧亚)组成的复合古大陆。

    古气候学

    魏格纳首次提出大陆漂移观点时,许多证据来自他对古气候的研究。他注意到,各大陆上存在某一地质时期形成的岩石类型出现在现代条件下不该出现的地区:如在极地区分布有古珊瑚礁和热带植物化石;而在赤道地区发现有古代的冰层。运用将今论古的原则,魏格纳把冰川活动的中心放在当时的旋转极附近,而珊瑚礁和蒸发岩分布的地带放在赤道附近,用这种方法确定了各大陆当时的古纬度。对古纬度和现代纬度的比较,魏格纳得出了大陆漂移的结论。

    古生物学

    魏格纳认为,大陆漂移对现代由海洋分隔的各大陆上动物群和植物群的显著相似性提供了最好的解释。使魏格纳和以后的调查者们获得深刻印象的一些例子有:南美和非洲都能见到的具有类似蝾螈的骨骼构造的淡水爬行动物中龙(Mesosaurus),它不可能游过大洋;大西洋两岸的古生代海相无脊椎动物化石组合很相似;南极洲三叠系中有许多陆生爬行动物的化石在其它大陆上同样存在;二叠纪舌羊齿植物群(一个独特的植物组合)的种子蕨化石,见于南方的各个大陆和印度。古生物学的证据曾引起过人们众说纷纭的争论,迪茨(R.S.Dietz)在1967年就人们争论的证据发表了一篇评论,其中有霍尔登(J.C.Holden)所作的若干饶有趣味的图群。

    如今,这些争论都已是历史的陈迹,从这里我们可以见到,以旧框架收集新事实只是徒劳,用旧理论去解释事实又往往导致荒谬。

    地质学

    南美、非洲、印度和澳大利亚的地层两两相似,使魏格纳获得了深刻的印象。大西洋两岸所共有的地质现象更加证明这两块大陆曾经是连在一起的。
       在北大西洋两岸的两块大陆,有一条非常重大的古山系,被称为加里东山脉。如今在大西洋东岸的挪威看到的是山系的西段,这条山系通过爱尔兰以后似乎淹没在大西洋下。可是在加拿大的纽芬兰则有一个古山系仿佛从大西洋里爬上来,它和欧洲的加里东山脉有许多相同之处。这个在北美出现的山系被称之为老阿巴拉契亚山脉。魏格纳认为北美的阿巴拉契亚山脉曾一度和欧洲的加里东山脉相连。如果把大陆拼合在一起,就形成一条连续的山系。

    古地磁迁移

    岩石中含有磁性矿物,在地球磁场的影响下,岩石形成时就受到磁化,从而保存了它们形成时间和地点的地球磁场方向的古地磁记录。通过对岩石所记录的古磁场的倾向和倾角的测量,可以计算岩石形成时地球磁极的位置。
       人们从各个大陆不同时代的地层里测出几千个古磁极的位置,连接任一大陆不同时期的古磁极的线,就是那个大陆的视极移曲线。将各大陆视极移曲线比较,调整的结果表明,在2亿年前的所有大陆曾是一块共同的大陆——泛大陆。

    2.7.2海底扩张

    50年代的海洋科学园地犹如百花盛开,海洋学家除了海底热流测量外,还进行了海底地形测量。这些资料和地震分布、海底火山和深海沉积的研究结果,被普林斯顿大学的哈雷·赫斯(Harry Hess)综合成海底扩张的模式。
       赫斯用地幔对流机制来解释海底的地形标志,他设想大洋中脊是热流上升而使海底裂开的地方,熔融岩浆从这里喷出,推开两边的岩石形成新的海底。赫斯舍弃了早期大陆漂移模型中大陆排开洋底物质进行运动的方式,而认为大陆是被动地受到地壳下部对流作用的推动,好像被放置在一条活动传送带上运动。这一充满想象力的思想于1962年发表在论文《海洋盆地历史》中。赫斯在论文的引文中说“我的这一设想需要很长时间才能得到证实,因此,与其说这是一篇科学论文,倒不如说是一首地球诗篇。”事实上仅时隔一年,弗雷德里克·瓦因(Fredrick Vine)就把海底扩张的思想与海底地磁的新资料圆满结合在一起,奠定了板块构造学说的基础。又过了几年之后,格洛玛·挑战者号(Glomar Challenger)的深海勘探成果圆满地验证了科学家提出的假说。

    海底热流值

    地球内部是一个巨大的热量库,它的热量主要来源于地球内部放射性元素衰变。热量不断地流出地表,这种微小热量是可测量的,这种热量称为热流,以每秒流过每平方厘米面积上的微卡数HFU来表示。50年代,爱德华.布拉德(Edward Bullard)发明了一种热流探针,这种探针可以下到海底,穿入海底层测量温度梯度。测量的结果令人吃惊,通过太平洋洋壳由地球内部释放的热流比预期值高10倍,几乎与大陆热流相当。而大洋中脊的热流值更高,海沟处则比正常值低,这种热流分布体制表明,热流应是从大洋中脊上升,在海沟处下降。
       由温差导致的热应力引起对流是常识,但人们习惯中很难想象地幔内的固态物质也能像液体一样对流。然而实验表明,固态物质在高温高压或长时间的应力作用下,也具有塑性。冰川期后的地壳均衡调整就是固体地球内部蠕变的实例。地球内部的地核温度高于4000摄氏度,赫斯认为高温熔融核心的热发散必将在地幔内导致热对流。

    早在本世纪初,人们通过声纳测深发现大西洋中央存在一个宽阔的洋中脊。1956-1960年间,美国和英国的海洋考察队用深部记录仪探索这个海洋中脊系统,发现它不仅正好位于大西洋和印度洋的中央,并且在大洋洲和南极洲之间与太平洋西部的洋中脊相连。科学家发现洋中脊中部为裂谷,而且洋中脊系统的整个脉络都和一些长达数十至数百千米的地表断裂带彼此交错。 

    岩石圈不是一个密闭的球壳,地球表面有许多大断层和破裂带。全球表面震中分布表明,地震成带状沿板块边界分布。震源边10~20千米深度的浅源地震主要发生于大洋中脊转换断层和海沟处。是这类浅源最先向人们揭示了大西洋中脊和印度洋中脊的地理分布。这一分布特征后来得到海底测深资料的证实。
       围绕太平洋边缘还有大量的深源地震,其深度可达700千米。加利福尼亚理工学院的雨果·本尼奥夫(Benioff)发现这些地震的震源大多局限在一条很窄的带内,从地表以不同的角度向下延伸。这条地震带被称为本尼奥夫带(Benioff Zone)以纪念发现者的功绩。

    2009-07-14 | 添加评论 | 打赏

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