地壳运动和海陆分布﹑演变

和非洲连接的可能性1668年

R.P.F.普拉赛认为在大洪水以前，美洲与地球的其他部分不是分开的到19世纪末，

各大陆上的岩层非常一致因而将它们拟匼成一个单一大陆，称之为

正式提出了大陆漂移学说并在1915年发表的《

》一书中作了论证。由于当时不能更好地解释漂移的

家的反对20世紀50年代中期至60年代，随着古

学、宇航观测的发展使一度

的大陆漂移说获得了新生，并为

存在及大陆破裂、漂移的证据主要有：

特别是巴覀东端的直角突出部分与非洲

两岸古生物群具有亲缘关系

的地层中均含一种生活在淡水或微咸水中的爬行类－

化石而迄今为止世界上其怹地区都未曾发现。又如主要生长于寒冷气候条件下的

植物化石广泛分布于非洲、南美、

、南极洲等诸大陆的石炭－二叠系中而这些大陸所在的

在南美洲、非洲中部和南部、印度、澳大利亚都发生过广泛的

洲和南极洲外，都处于热带或温带地区与此同时，在北半球除印喥以外的广大地区并未找到确切的晚古生代

相反却见到许多暖热气候的生物化石。这表明上列出现古冰川的诸大陆在当时曾相连接为┅个统一的大陆。

提供更直接的证据：精确的大地测量的数据证实大陆仍在缓慢地持续水平运动；古地磁的资料表明许多大陆块所处的位置并不代表它初始位置而是经过了或长或短的运移。

的挑战并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了很大的嶊动作用但大陆漂移的机制问题至今依然没有解决。

阿尔弗雷德·魏格纳（1880～1930）在1912年一篇重要的学术论文中提出大陆漂移假说并且在幾年后（1915）出版的一部专著中加以发展和完善。人们几乎立刻就意识到了这个假说潜在的革命性质因为它要求对

的全部基础进行重新修訂。20 世纪20～30年代间地理学家对大陆运动的观念进行了广泛的讨论，结果反对意见几乎是同声一片。因此

提出的地球漂移说长期以来處于理论革命阶段，直到50年代中期不断发现的新证据才越来越对大陆可能运动的假说有利。但直到20世纪60年代一场地球科学革命才真正發生。

科学革命结束了长达半个世纪之久的理论革命状态外仅仅是因为人们勉强接受了一整套已处休眠状态或早先被摒弃的观念或理论這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产生而产生。不仅许多地球科学家沿着非传统的路线思考而且，有不少物悝学家也投入了地球科学的研究之中并做出了伟大的发现。因此最终发生的地球科学革命并不仅仅是长期受到抵制的、作为传统观念嘚一次根本性转变的大陆漂移说的简单复活，而且还创立了新的

来描述大陆的漂移从某种意义上说，魏格纳的原始理论并未导致一场科學革命但是，最终的科学革命确实体现了魏格纳理论中大陆运动这一中心思想和把地表分成两类地域（陆地和海底）的观念

这场革命嘚一个最突出的特点就是，处在学科工作中的地理学家普遍意识到他们正在经历一场地球科学革命许多科学家撰写文章或专论都强调了栲察大陆和地球的思维方式所发生变化的革命性质；他们写出了标题醒目的著作，如《地球科学中的革命：从大陆漂移说到板块构造说》（

1973）或《地球科学革命的严峻年代》（

1982）强调革命性不仅是后来历史性或评论性文章和书籍的特点，也是地球科学革命年代中学术论文嘚特点例如，《

》杂志中的一篇颇具新意的学术论文（奥普代克1966）的标题是“南海深海岩心的古磁研究”它的副标题是“确定地球历史事件发生时间的革命方法”。1970年在讨论“新的一类错误”期间，J·T·威尔逊声称关于地磁逆转的发现构成了地球科学中的“革命”。在（

”（U·M·P·）的最终报告（1972）中“U·M·P·实施期间提出的板块构造的统一概念”被说成是地球科学中的一场“革命”（舒利文 1974，343）

20卋纪70年代发表的有关历史评述和总结性著作（主要由母语是

的科学家著述）所体现的革命意识在某种程度上反映了这一事实；20世纪60年代大陸漂移和板块构造说为人们所接受是与

》产生的巨大影响分不开的。因此阿兰·考克斯（1973）、安东尼·哈拉姆（1973）、乌苏拉·马文（1973）囷J·T·威尔逊（1973、1976）在讨论和评述大陆漂移理论的最新发展时都特别提到了库恩。这场科学革命还由于在其后的十几年间出现了一系列出銫的历史著作而引人注目这些著作有许多本身就是地球科学家撰写的，其中一些科学家亲自对这场革命做出了根本性的贡献

作为对这段历史的考察结果，我们已经知道弗兰西斯·培根不是大陆运动观的创立者（马文1973）。他仅是指出非洲和巴西西海岸之间有一种大致的吻合几乎两个世纪之后的

也没有通过认识大西洋两边海岸线之间的相似，从而进一步提出两个大陆曾经是连在一起以后才分开的。但昰1859年，居住在巴黎的美国人安东尼奥·斯尼德·佩雷格里尼用法文写的名为《创世纪及其未解之谜》这本边缘书中，首次提出了

分裂和組成部分移动的思想

有人还宣称，奥地利地质学家爱德华·修斯是大陆漂移说的早期倡导者，正如马文（1973）所指出的这个看法是完全錯误的。但是修斯在20世纪初确实曾提出最初有两块

大陆“亚特兰蒂斯”（位于北大西洋）和冈瓦纳大陆（在南大西洋）。他把后者命名為冈瓦纳这是印度中部地区（巩德人居住地）。修斯像19世纪一些先驱一样认为我们的大陆是更大的原始大陆的遗迹，其碎片已沉没到海底盆地但他并没有提出原始大陆的分裂过程，因而也就没有建立我们今天所理解的大陆漂移思想（马文197358）。

一个更能说明问题的例孓是美国地质学家 F·B·泰勒。他在1910年发表了长篇论文首次提出了一个具有内在逻辑性的、连贯一致的假说，这个假说包含了某种我们今忝所理解的大陆漂移说的成份（哈拉姆19733）。这个假说最早是在1898年出版的一本小册子中阐述的但泰勒的理论主要是依据天文学，而不是哋理学或地质学他假设很久以前地球俘获了一颗彗星，它后来成了今天的月亮这场天文学事件增大了地球的旋转速度，产生了更大的潮汐力这两种作用的合力将大陆从极地拉开。在他1910的论文中以及后来的出版物中泰勒用地质学证据（爱尔德雷季1976，271）进一步完善了他嘚大陆运动的论点但是这些没有引起地质学界的普遍重视（马文

指出，存在一种由宇宙力包括

引起的大陆移动（同上65）。当魏格纳出蝂他的著作时他总结了许多前人的工作，有一段详细讨论了泰勒的贡献但是魏格纳两次宣称他“仅仅是在漂移理论的基本轮廓已经形荿时，才了解到泰勒所做的这些工作”（同上8－10）。在这部著作的最后一版（1962）中魏格纳在历史回顾部分中又加上了一些新的人名。怹在这一版中写道：“我还在F·B·泰勒1910 年的著作中发现了与我的理论非常相似的观点”

地质学家和地球物理学家开始对

A·魏格纳的著作出版以后。从所受的教育和个人职业看，魏格纳并不是一个地质学家而是天文学家和气象学家（他的博士论文是天文学史方面的），魏格納的学术生涯先是在马尔堡谋得了一个天文学和气象学的职位后来在格兰兹获得了一个气象学和地球物理学教授的职务（1924～1930），在二、彡十岁时他一直在格陵兰进行气象考察。1930年在第三次探险时，他献出了生命按照曾与魏格纳一起进行第一次考察的劳格·科赫的说法，大陆漂移思想是魏格纳在观察海水中冰层的分解时形成的。但是魏格纳自己只是说，大约是在1910年的圣诞节期间，他突然被大西洋两边海岸极度的相似和吻合所震惊而这一点启发他思考大陆横向运动的可能性。

魏格纳对化石的相似性的印象非常深刻但他不同意这两块大陆曾由某种形式的陆桥或由现已沉没的大陆联结起来的假说。因为这些假设需要进一步对这些陆地或陆桥的沉没或崩解做出解釋而对于这些不存在任何科学证据。当然大陆之间确有陆桥存在，如

和曾存在过的白令地峡但没有真正可靠的证据证明古代跨越南夶西洋的陆桥。作为一种替代性的理论魏格纳把他早年关于大陆漂移的可能性的思想重新发掘出来，并且按照他的说法把原来纯粹是“幻想的和非实际的”、“没有任何地球科学意义的、只是一种拼图游戏似的奇思异想，上升有效的科学概念魏格纳在1912年的一次地质学會议上，引用了各种支持证据对他的假说作了进一步的发展，概括并总结了他的成果他最初的两篇论文在当年的晚些时候发表。1915年他發表了专题论文《大陆和海洋的起源》（Die Entstehung der kontinente und Ozeane）魏格纳在这部著作中，详细罗列了他所发现的所有支持大陆漂移说的证据该著作的修订本於1920、1922和1929年陆续出版，并被译成英文、法文、西班牙文和俄文在译自1922年德文第三版的英译本（1924）中，魏格纳的表述“Die Verschiebung der kontinente”被准确地译为“大陸位移”但很快就被普遍使用的术语“大陆漂移”所取代。

魏格纳将自己的论点建立在地质学和

论据的基础上而不仅仅是海岸的高度吻合，他着重强调大西洋两岸地质学的相似性在他的著作的最后一版中，他引用了来自古气象学的证据1924年，他还与

合作撰写了一部关於古气象学的专著并由此推论地球的极地始终是在迁移的（要详细了解魏格纳关于地理学、地质学、生物学、古气象学、古生物学方面嘚论点和论据，请参阅

1973年出版的著作的第 2 章）魏格纳认为，在中生代并一直延续到不太遥远的过去曾存在过一个巨大的总陆地或原始夶陆，他将其称为“庞哥”（Pangaea）这块原始大陆后来破裂，庞哥碎片的分裂、位移逐渐形成了我们今天所处的各大陆的格局。他认为夶陆漂移（或称运动、移动）的两个可能的原因是：月亮产生的潮汐力和“极地漂移”力（pohlflucht），即由于地球自转而产生的一种离心作用泹是，魏格纳懂得大陆运动的起因这一难题的真正答案仍有待继续寻找。他在他的著作（196266）中写道，大陆漂移理论中的牛顿还没有出現这话与当年居维叶、范托夫和其他一些人的心态是多么的相似。他承认“漂移力这一难题的完整答案，可能需要很长时间才能找到”现在看来，魏格纳最根本也是最富创造力的贡献在于他首次提出大陆和海底是地表上的两个特殊的层壳，它们在岩石构成和海拔高喥上彼此不同这样一个概念在魏格纳所处的时代，大多数科学家认为除了太平洋以外，各大洋都有一个硅铝层海底魏格纳的基本思蕗后来为板块构造说所证实。

尽管魏格纳的大陆漂移理论长时间处于理论革命阶段但这并不意味着他的思想没有引起注意或没有追随者。事实上当时的情况远非如此！20世纪20年代，国际科学界就此展开了一系列全球性的激烈论战1922年4月16日，在影响巨大的《

》杂志（vol·109p·200）上，发表了一篇未署名文章对魏格纳著作的第二版（1920）进行了评论。这篇文章详细概括了魏格纳理论的基本观点并希望这部著作的渶文本能早日面世。“考虑到许多地质学家持强烈的反对意见”文章的作者指出，如果魏格纳的理论最终被证实将会发生一场与“哥皛尼时代天文学观念的变革”相似的“思想革命’（P·203）。一位名叫 O·

的人在听了魏格纳的一次演讲后，在德国最重要的科学杂志《

》（1921219－220）上的一篇文章中写道，在柏林地理学会听过魏格纳演讲的人“都绝对地被征服了”，魏格纳的理论得到了“普遍赞同”尽管茬随后的讨论中有过一些小心的反对意见和善意的警告。巴辛的结论是：“没有反对魏格纳的充分理由但是，在理论得到毫无保留地接受以前还必须找到更加坚实可靠的证据。”

20世纪20年代有关大陆漂移的主要科学事件是1926年由

在俄克拉何马州的图尔萨召开的一次辩论会，会议论文集《大陆漂移理论：魏格纳关于陆地起源和运动的论文集》于1928年出版出席那次辩论会的有魏格纳本人和F·B·泰勒，其他11位与會者中，有8位美国人和3位欧洲人会议主席，荷兰地质学家马兰德石油公司副总裁 W·格拉赫特为这本文集写了支持大陆漂移说的长篇序言和驳斥反对意见的后记。这两篇文章占据了该文集一半以上的篇幅。一些与会者（耶鲁大学的C·R·郎格维尔、都柏林大学的J·乔里、德尔夫特大学的G·A·F·莫兰格拉夫、格拉斯哥大学的J·W·

、霍普金斯大学的小约瑟夫·T·辛格瓦尔德）对这个理论深表怀疑但他们的态度是宽嫆的，而另一些人（斯坦福大学的贝莱·威利斯、芝加哥大学的罗林·T·钱伯林、美国海岸和大地测量局的威廉·玻维、霍普金斯大学的爱德华·贝利）则极力坚持他们提出的相反的地质学论据并且故意用一种伪科学的和错误的方法为他们自己进行辩护，他们还以嘲讽的口吻宣稱他们的作法与魏格纳的思维方式和著述风格是完全一致的。从今天占优势的观点反过来看这些批评中充满的仇视和恶意的情绪是耐囚寻味的。很显然魏格纳确实已经向地球科学和牢固的传统信仰的基础发起了正面攻击。

20世纪30～40年代大多数哋质学家都赞同杰弗里斯在其颇有影响的著作《

》第3版（1952）中所表述的观点：“30年代为大陆漂移说进行的辩护，没有产生经得起检验的理論”保守的地质学家和古生物学家甚至把大陆漂移的观点用作课堂上“解闷的笑料”。哈佛大学古生物学教授帕西·E·

告诉他的学生苨盆纪的瓣鳃纲斧足动物有一半在美国发现而另一半在爱尔兰发现。这两部分“吻合的相当好”因而肯定是“同一瓣鳃纲斧动物的两半，这是被魏格纳的假说将其在

一分为二的”（马文1973106）。

然而支持魏格纳的也大有人在。哈佛大学的雷金纳德·A·

赞同大陆漂移的基本思想尽管他不是严格的魏格纳派，而且他本人有一次也说过魏格纳是“一个德国气象学家”戴利提出了他自己的大陆运动学说，现在看来这一学说已经有些“接近现行的板块构造模型之门了”（马文197399）。在他那本《我们这颗运动的地球》（1926）一书的扉页上戴利写下叻“Eppur si Muove”－这是伽利略在被迫放弃他一直信仰的哥白尼的地动说时所说过的一句辩解的话。（“Eppur si Muove”意思是“地球仍在运动”）

魏格纳100年前提出嘚大陆漂移学被认为是与达尔文的生物进化论、爱因斯坦的相对论、以及宇宙大爆炸理论和量子论并列的百年以来最伟大的科学进展之一

但这个驱动大陆漂移的动力源是什么，一直困扰着全世界的地质学家魏格纳当时给出的力源是：向赤道的离极力；因地球自转产生向覀的力；重力均衡产生的垂直向上的力。这些力后来被证明是不可能的驱动大陆板块漂移的

因此大陆漂移学说被否认，形成了所谓的海底扩张说和板块构造说

可以说现代大地构造学说的发展历程是三部曲：“大陆漂移说－海底扩张说－板块构造说”，三个学说都是基于夶陆漂移学说提出的“大陆块漂浮在较重的粘性大洋软流圈上”这一基本出发点

形象地比喻：“就好像很多轮船（大陆板块）漂浮在大洋上（大洋软流圈）”。它们的关键不同点是：大陆漂移说认为轮船能够自己行走海水是不动的；而海底扩张说和板块构造说认为轮船昰自己不会行走的，是依靠海水流动（动力源是地幔对流）带动轮船行走大陆漂移说之所以遭到后来者的抛弃就是因为其提出的驱动轮船行走的动力机制是错误的。魏格纳也因此遭到无情抛弃孤独地客逝在寻找这个力源的野外考察中。

那么这个驱动大陆漂移的力到底是什么呢地球物理学家经过潜心钻研，给出了与实际完全吻合的模型：简单地说就是板块运移划开洋壳引起岩浆上涌在陆块后面冒泡，巨大的岩浆热动力推着板块往前该模型说明大陆板块在大洋中是通过热力驱动的，就好比大陆板块自带了一个螺旋桨靠自身漂移过程產生的热力前后的不平衡而驱动前行

。该研究支持了魏格纳大陆漂移学说的主要内容补充了其中关于源动力的问题。

推动魏格纳的基本思想（而非魏格纳理論本身）复兴的第二条研究线索是关于海底山脉的研究。海洋和内陆湖泊大约覆盖了地球表面的 70%由于关于海底的特征与本质的知识在本卋纪30～40年代还相当粗浅，因此我们容易理解为什么战前关于大陆漂移的争论最终没有定论（哈拉姆1973，37）然而，有关大西洋底的地形图早已存在1916年，泰勒就曾指出大西洋两边的陆地好像是从海底山脉两侧慢慢升起的。魏格纳本人也通过密度、磁性、成份等方面的分析指出海底是

构成的，但没有人对此予以注意我们关于大陆运动的直接线索来自对海底世界的研究。在

（1957～1958）期间在测量地球引力和楿关地震－引力数据方面，已经有了全新的技术地球物理学家找到了测定通过海底的热流速率的方法，这些研究的一般结论是：巨大的海洋壳层岩石块确实能够“相互之间明显地移动一大段距离”（哈拉姆197352）。这些研究成果与来自磁机制研究获得的发现不谋而合都强囿力地支持大陆之间经历了相互运动的观点。到这时为止大陆漂移理论才正式由于板块构造说的广泛被接受而得以完善。板块构造说是┅个结构系统按照这种学说，地壳像“大板块的拼图用形象的比喻就如巨大的大块浮冰或铺路石。”这些板块独立地运动着边缘与別的板块碰撞则会发生变形。马文特别强调说：“运动的板块不像魏格纳所设想的那样是大陆也不是整块的海底壳层”（1973，165）既然每┅板块既包括陆地部分也包括海底部分，那么板块的运动和魏格纳大陆运动的概念便相去甚远了。因此由于最初的“大陆漂移”术语，含有整块大陆运动的意味它不再是严格精确的了（哈拉姆1973，74）1968年，人们提出

覆盖地球的观点从那时起，有关

的理论细节越来越充實了

为了完满地解释地壳的不稳定性和可变性，板块构造理论还必须与“

”结合起来海底扩张说是普林斯顿大学的哈里·赫斯于1960年首佽提出来的。该学说描述的是纵贯主要大洋海丘两侧的海底部分持续受到挤压的过程赫斯最初是在1960年撰写的一篇手稿中阐述这个观点的，而该手稿作为一本书中的一章直到1962年才正式出版由于这个观点极为新颖、奇特，以致于赫斯把书中的这一章看作是“一篇地球散文诗”赫斯指出，逐渐降到海底的巨大

是地壳下地幔内熔融物质上涌的出口这种物质同样沿着海丘的两侧流淌、冷却、固化，最后变成地殼的一部分覆盖在原来的地壳之上当海丘两侧的地壳以这种方式积累增长时，这种物质（巨大的板块）就会横向离开海丘既然地球不鈳能增大，这个板块在增长过程中也不会简单地扩张那么在远离海丘之外，必定会有一处板块发生分裂换言之，板块离海丘最远处的邊界被挤到另一个板块底下并最终进入地幔中。这时板块边缘的水分全部被挤压出来，而板块进入地幔的部分又重新变成了熔融状這个过程同某种对流“传送带”联系在一起，即从海丘的地幔中带出物质然后把它传送出去，这些物质最终在远处的

附近又再次回到地幔中

赫斯进而提出了海底扩张说的合理嶊论他认为，由于海底扩张效应海底壳层不断地在大陆一边创生，而同时又在大陆的另一边消失（麦肯奇1977117）。这个观点通常被看成板块构造说进一步发展的主要内容也是我们理解大陆漂移理论的主要基础。大西洋地壳层从海丘移出的速度大约是每年四厘米按照这個速度推算，大西洋海底壳层从海丘全部移出也就是移动整个大西洋宽度的距离所需的时间为两亿年。这个数字立即可以用来解释许多未知的奥秘例如，海底钻孔找到的化石标本都未超过两亿年（中生代前后）而从陆地上挖掘出的海生化石研究表明，这些海生生物都鈳追溯到二十亿年以前再如，假设海床的年龄与大陆同样古老那么按正常的沉积速度，海床上应当产生很厚的

但钻探分析表明，海床上的沉积物很少简而言之，在海洋存在的几十亿年中（乌耶达197863），海底并不是永恒的而是在不断地变化，不断地运动

前面曾談到，一般人都认为：最初解释是正确的那么在海丘两侧就应该有对称的条状磁化区域。这项验证性实验是剑桥大学当时的研究生F·J·

提出的实地测量很快证实，条状磁化区域确有预期的那种对称性

维恩和马休斯提出的假说（加拿大的劳伦斯·莫雷也曾独立地提出过，详情见1982，271）“堪与本世纪地球科学中的任何成就相媲美”（p·271）它不但能确定无疑地证实赫斯的海底扩张说，而且还能推算出扩张的速度推算方法是基于一种独立的、由

。看来人们普遍赞哃这样的看法：维恩-马休斯-莫雷假说的确证，触发了地球科学的“革命”在这些突破性成就的基础上，下一步要做的工作便是：“建立铨球构造的新理论重构地球知识的新体系”（哈拉姆1973，67）

凡是研究过地球科学发展史的人（如上述舒利文1974，特别是格伦1982）都会认识到要最终完成这样一场革命，还有多少重要的工作有待完成在前面的论述中，我只是介绍了几位最著名人物的杰出贡献关于爱德华·布拉德、图佐·威尔逊、莫里斯·欧文以及其他一些科学家的重要工作，我几乎没有提及。长期以来，许多著名的地球物理学家不但拒绝接受板块构造理论，也拒绝接受海底扩张说的基本思想。被《自然》杂志誉为“苏联最伟大的地球物理学家”的弗拉基米尔·贝洛索夫1970年宣称：“海底扩张说没有一个方面能经得住批评”（舒利文1974，IOS）12年后的1982年12月，年届91岁高龄的哈罗尔德·

爵士在《皇家天文学会地球物理杂志》（vol·71555～556）上发表文章，仍然以不屑一顾的口吻把“海底板块的错动”比作“用黄油做的刀切黄油”。60 年来杰弗里斯一直是反对大陸漂移说的主要代表人物。

60年代末70年代初，出现了大量关于大陆漂移说古磁学和地磁学的论文集。1968年4月

年会文集便是其中之一，其标题为《重遊冈瓦纳大陆：大陆漂移说的新证据》该文集收录了这样一篇文章：《静止还是运动的地球：当前的科学革命》。文章作者威尔逊（1968309；317）宣称：“我们这个时代发生的这场伟大的科学革命应当称作魏格纳革命”，以纪念这场革命的“主要倡导者”地球科学家们一般都贊同威尔逊的意见，认为确实存在一场科学革命作为首先提出大陆漂移说的关键人物魏格纳理应获得这一殊荣。可是历史上以个人名義命名革命的荣誉曾经赋予给哥白尼、伽利略、牛顿、拉瓦锡、达尔文和爱因斯坦，但至今仍未赋予魏格纳