大陆漂移学说

解释地壳运动和海陆分布、演变的学说。大陆彼此之间以及大陆相对于大洋盆地间的大规模水平运动，称为大陆漂移。大陆漂移说认为，地球上所有大陆在中生代以前曾经是统一的巨大陆块，称之为泛大陆或联合古陆，中生代开始，泛大陆分裂并漂移，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种分力有关：向西漂移的潮汐力和指向赤道的离极力。较轻硅铝质的大陆块漂浮在较重的黏性的硅镁层之上，由于潮汐力和离极力的作用使泛大陆破裂并与硅镁层分离，而向西、向赤道作大规模水平漂移。

泛大陆存在及大陆破裂、漂移的证据主要有：

①西洋两岸的海岸线相互对应，特别是巴西东端的直角突出部分与非洲西岸呈直角凹进的几内亚湾非常吻合。

②大西洋两岸的美洲和非洲、欧洲在地层、岩石、构造上遥相呼应。例如北美纽芬兰一带的褶皱山系与西北欧斯堪的纳维亚半岛的褶皱山系相对应，都属早古生代造山带；非洲南端和南美阿根廷南部晚古生代构造方向、岩石层序和所含化石相一致。

③相邻大陆，特别是大西洋两岸古生物群具有亲缘关系。如巴西和南非石炭－二叠系的地层中均含一种生活在淡水或微咸水中的爬行类——中龙化石，而迄今为止世界上其他地区都未曾发现。又如主要生长于寒冷气候条件下的舌羊齿植物化石广泛分布于非洲、南美、印度、澳大利亚、南极洲等诸大陆的石炭－二叠系中。而这些大陆所在的气候带却不相同。

④石炭纪－二叠纪时在南美洲、非洲中部和南部、印度、澳大利亚都发生过广泛的冰川作用。这些地区除南美洲和南极洲外，目前都处于热带或温带地区。与此同时，在北半球除印度以外的广大地区并未找到确切的晚古生代冰川遗迹，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，为一个统一的大陆。

⑤现代科学的发展为大陆漂移提供更直接的证据：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现在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。

大陆漂移思想是一种活动论，它的提出是对固定论的挑战，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推动作用。但大陆漂移的机制问题至今依然没有解决。

大陆漂移说是阿尔弗雷德·魏格纳（1880—1930）在1912年一篇重要的学术论文中提出来的，并且在几年后（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，因为它要求对地理学的全部基础进行重新修订。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，魏格纳提出的地球漂移说长期以来处于我所说的理论革命阶段，直到SO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。但直到本世纪60年代，一场地球科学革命才真正发生。

历史分析表明，这场地球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。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，有不少物理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、作为传统观念的一次根本性转变的大陆漂移说的简单复活，而且还创立了新的板块构造理论来描述大陆的漂移说的简单复活，而且还创立了新的板块构造理论来描述大陆的运动。从某种意义上说，魏格纳的原始理论并未导致一场科学革命，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。

魏格纳的大陆运动理论

地质学家和地球物理学家开始对大陆漂移假说进行认真的讨论是在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），魏格纳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、三十岁时，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。

很明显，魏格纳当时并没有认真地看待这一思想，反而认为“这是不可能的”而放弃了（魏格纳1924，5；1962，1）。但他确实在第二年秋天开始建立他的大陆运动假说。他说他当时“相当偶然地”读到了“一篇描述非洲和巴西古生代地层动物相似性的文献摘要”（马文1973，66）。在这篇摘要中，大西洋两岸远古动物化石的相同或相似被用来证明当时非常流行的、非洲和巴西之间存在陆桥的说法。例如，蛇很显然不能渡过浩瀚的大西洋。因此，在南大西洋两岸发现同样的或十分相似的蛇化石，就证明很久以前的南美洲和非洲之间存在一条陆路通道的可能性是相当大的。如果换一种相反的解释，即假设在这两个地区的大部分土地上存在极其相似但又是相对独立的生物进化过程，而这是完全不可能的。

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释，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，如巴拿马地峡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大西洋的陆桥。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年的一次地质学会议上，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年他发表了专题论文《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。该著作的修订本于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“大陆位移”，但很快就被普遍使用的术语“大陆漂移”所取代。

哈里·赫斯在阐述他的海底扩张说时，很清楚他的理论“与大陆漂移说并不完全相同”（1962，617）。按照大陆漂移说的思想，“大陆…受某种未知力的驱动，在海底壳层上漂移”，但他的理论的基本思想是，大陆“被动地浮在地幔之上，当地幔物质从海底海丘上流出时，大陆便横向移动开来。”

前面曾谈到，一般人都认为：最初的纯粹古磁学证据并不能完全说服大多数地球科学家放弃“大陆固定观”。决定性的证据来自新的磁机制的研究，它戏剧性地证实了海底扩张说。船载磁测仪揭示出海底壳层条状磁化区域的存在（休莱1959，61）。如果赫斯的解释是正确的，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．维恩和他的导师P．H．马修斯提出的。实地测量很快证实，条状磁化区域确有预期的那种对称性。

按照这一理论，当炽热的熔融物质沿海底海丘流淌并固化时，它便感应了当时的地磁场。既然新的物质把它从海丘上推开，它仍将保持冷却时所感应的磁性。因此，每一条前后相继固化的物质带应该有记录形成日期的磁性标志，而海丘两侧同时对称形成的物质带也因此具有相同的磁性方向。1963年，维恩和马修斯在《自然》杂志上发表了这一重要假说，这个假说翌年就通过了实验（实测）检验。事实上，地球磁场演化的历史不仅表现出一些微小的变化，而且在目前已知的年代中还经历过南北逆转。所有这些，都是在实测和研究海底海丘两侧的条状磁化带过程中发现的。

虽然这个假说今天听起来非常具有逻辑性，一点也不令人惊奇，但在当时看来却是异常激进而大胆的。维恩回忆说，当他第一次把他的观点告诉剑桥大学地球物理学家莫里斯·希尔时，尽管希尔“很有礼貌的一声不吭，只是看着我并且谈些别的事情，但他一定在想我今天疯了”（格伦1982，279）。维恩还把他的假说告诉了爱德华·布拉德爵士，即使布拉德爵士“这有点大胆猜测的味道”，但他却对此持“非常积极的鼓励和赞赏的态度”。维恩“非常渴望能和特迪（爱德华的爱称）·布拉德***同发表这个观点，”因为他觉得他们俩的名字并列在一起，“布拉德和维恩看起来很了不起”。但特迪非常直率地拒绝了，他不想让他的名字出现在这篇论文上。布拉德是地球物理学界一位著名的革新家，他对地球热流理论作出过重要的贡献。他善于接受新思想，“以极大的热情接受了这个假说并以高度赞赏的态度四处传扬”。他只是不愿意在一开始就接受维恩的请求成为合作者（p．358）。

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、由地磁场倒置所标定的精确的时间尺度。看来，人们普遍赞同这样的看法：维思-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：“建立全球构造的新理论，重构地球知识的新体系”（哈拉姆1973，67）。

革命地位的确立

凡是研究过地球科学最近刀年发展史的人（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·杰弗里斯爵士在《皇家天文学会地球物理杂志》（vol。71，555－556）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陆漂移说的主要代表人物。

地球科学界的保守主义除了托依特提到的之外，在权威性的《科学家传记辞典））1976年版中也得到了印证。在该辞典中，魏格纳的条目（vol．14，214-217）是澳大利亚悉尼大学的K．E．布伦撰写的。他在这篇文章的结论部分，不大情愿地提到了倾向于支持魏格纳观点的证据（来自古磁学和海底壳层研究）。但紧接着，他罗列了一大堆“反对大陆漂移说”的新旧批评意见。布伦写道：当“该理论的创立者们就这些批评意见作出答复后，这些答复也受到了质疑”（p．216）。1976年，也就是哈拉姆和马文的历史研究著作（二者都宣称地球科学革命已经取得了成功并分析了它的结构）出版三年后，当时这篇最新的魏格纳传记的最后结论是：“大多数地球科学家的热情，甚至是宗教式的狂热，促使他们相信大陆漂移理论已建立起来了”（p．217）。

布伦使用“宗教式的狂热”这种说法，是因为60年代观念变化时期所使用的语言带有很强的宗教隐喻色彩，在涉及到转变问题时更是如此。库恩通过研究发现，这一点是科学革命过程中相当普遍的特点之一。图佐·威尔逊的经历便是一个典型的例子。威尔逊在1959年还是大陆漂移说的主要反对者之一。但没过几年，他的观念发生了转变，并自称是“改造了的反大陆漂移说者”（见威尔逊1966，3－9，谈及了他的转变过程）。后来，他不仅提出了一些支持大陆漂移说的重要的地质学证据，而且还成为地球科学革命的主要先驱之一。1963年，国际地质学和地球物理学联合会第13次会议在美国伯克利举行。在会后出版的关于“上地幔计划”的文集中，威尔逊发表文章勇敢地宣布：“地球科学中已经在孕育一场伟大的科学革命”（塔克奇1970，244）。他说，地球科学目前的情境正同“哥白尼和伽利略的观念被接受前天文学的情境；分子和原子概念引入以前化学的情境；进化论建立之前生物学的情境；量子力学诞生前物理学的情境”一样。

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，美国哲学学会年会文集便是其中之一，其标题为《重游冈瓦纳大陆：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（1968，309；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赞同威尔逊的意见，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，历史上以个人名义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。

正如我们已经看到的那样，许多文献的作者把魏格纳开创的科学革命比作哥白尼革命。二者有一点是极为相似的：地球科学中最后的革命与魏格纳最初的假说已相去甚远，而开普勒、伽利略和牛顿最终建立起的体系中，与哥白尼的理论一样大相径庭。正如天文学革命直到哥白尼的著作1543年发表半个多世纪后才最终到来一样，地球科学革命也是在魏格纳最初的论文与著作发表50年后才得以发生。最终发生的所谓哥白尼革命，实际上是牛顿革命，这场革命主要基于伽利略、开普勒的成就，而作为这场革命基础的“哥白尼体系”最终成为了开普勒体系。与此相似的是，本世纪60年代发生的地球科学革命并没有体现魏格纳的理论，而只是体现了其学说所蕴含的基本思想，即在地球的全部演化史中，大陆并非一直固定在现在其所处的位置上，在历史上的某个时期，它们曾聚集在地球的两极。魏格纳的主要贡献是首次提出了大陆运动的思想，它在地球科学革命中的地位正如哥白尼的主要贡献——指出可以按照地球运动而非静止的观念构造一个新的宇宙体系——在天文学革命中的地位一样。