成也地球物理-败也地球物理

Success or failure is also caused by geophysics

梁光河

2014-9-30

首先声明：作者是地球物理专业，本文没有诋毁地球物理技术的意思，只是希望地质和地球物理密切结合，以整体观念代替局部观念。科学研究中不能随意夸大事实，更不能搞数据筛选，否则会误导其他科学家，将地球科学引向歧途。

一、成也地球物理

1912年阿尔弗雷德·魏格纳正式提出了大陆漂移学说﹐并在1915年他发表了专题论文《大陆和海洋的起源》（Die Entstehungder 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，包括地理学、地质学、生物学、古气象学、古生物学方面的论点和论据。

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原始大陆（Pangaea）。这块原始大陆后来的分裂、位移，逐渐形成了我们今天所处的各大陆的格局。他认为，大陆漂移的两个可能的原因是：月亮产生的潮汐力和“极地漂移”力，即由于地球自转而产生的一种离心作用。

魏格纳假说在诸多方面招致反对。这些人从懂事时起受到的一直就是旧有理论的教育，这种理论认定大陆是静止的，地表是固定不动的。大陆漂移说则认为，陆地之间存在一种相对的横向运动。这个大胆的设想就像伽利略时代的哥白尼学说一样，在世人眼中是荒谬的“异端“。正如地球物理学家哈·杰弗里斯等人很早就指出的，大陆漂移似乎需要巨大的、几乎无法想像的动力，它远远超过魏格纳本人提出的潮汐力和极地漂移力。

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（1962，1966）中写道，大陆漂移理论中的牛顿还没有出现。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”。

在科学史上，对新理论的提出者往往进行怀有偏见的指责，试图将已开始的科学革命扼杀在萌芽状态，不幸是一种普遍现象。不仅魏格纳的方法受到攻击，而且因为他没有专业文凭，不是地质学家，而是一位德国气象学家，因此，他被拒绝参加地质学会议，耶鲁大学古生物学名誉教授查理·舒克特（1982，p.140），把大陆漂移假说称为“德国理论”，而且，他以明显赞同的态度引用P．特迈（法国地质勘探局局长）的话说：魏格纳的理论仅仅是“一个漂亮的梦，一个伟大诗人的梦”，当人们试图拥抱它时，将发现“他得到的只是一堆泡沫和一缕清烟”。而且在舒克特看来，“魏格纳的归纳太轻率了，根本不考虑地质学的全部历史”（p.139），他只是一个局外人，一个在古生物或地质学领域中没有做过任何实际工作的人。舒克特断定：“一个门外汉把他掌握的事实从一个学科移植到另一个学科，显然不会获得正确的结果”。魏格纳被拒绝—至少部分是因为他不是地质学“俱乐部”的成员，这一点已经被文献所证实。哈·杰弗里斯在攻击魏格纳的理论，证据和科学方法时，宣称“魏格纳基本上是个气象学家。”1944年，切斯特·R郎格维尔在《美国科学杂志》（vol．242，p．229）上的一篇文章中虚伪地指出：“仁爱的评论家们指出”，魏格纳的前后不一致和种种疏忽“可以得到宽容，因为他不是地质学家”。更有甚者，直到1978年，乔治·伽罗德·辛普森（1978，272）还一再重复他早年的观点，认为“魏格纳的大部分古生物和生物学依据，要么是歧义的，要么是完全错误的。”他指责魏格纳（这个“德国气象学家”）竟然敢涉足他“没有第一手知识”的领域。

因此大陆漂移假说被慢慢冷落遗忘了数十年。直到60年代地球物理学中古地磁技术的出现才有了转机。古地磁测量表明，欧亚大陆和北美洲大陆的地磁极迁移轨迹在现代相交于一点，随着时代变老，两条轨迹偏离趋远；如果把欧亚大陆和北美大陆两条极移曲线叠合在一起，这时大西洋消失，欧美两大陆正好拼合在一起。这说明大陆板块的确发生过大规模水平漂移。大陆漂移假说才被重新得到重视。

上世纪60年代初，美国海洋地质学家H.H.赫斯（HarryHammond Hess，1906-1969）和海洋物理学家R.S.迪茨（RobertS.Dietz，1914-1995）在古地磁学研究的基础上分别独立提出了海底扩张说。赫斯1960年在普林斯顿大学非正式刊物上首次提出了海底扩张学说（路甬祥，2012）。明确指出地幔内存在热对流，大洋中脊正是热对流上升使海底裂开之处，熔融岩浆从这里喷出，遇水冷却凝固，将已存老洋壳不断向外推移造成海底扩张。在扩张过程中当其边缘遇到大陆地壳时受到阻碍，于是洋底壳向大陆地壳下俯冲重新插入地幔，最终被地幔熔融吸收，达到消长平衡，从而使洋底地壳在2-3亿年间更新一次。1962年他正式发表论文《海洋盆地历史》(Historyof Ocean Basins）。赫斯在论文的引言中说“我的这一设想可能需要很长时间才能得到完全证实，因此，与其说这是一篇科学论文，倒不如说是一首地球的诗篇”。迪茨是美国海军电子实验室的一名科学家，他曾参加过美国海军的海洋探测和海洋地磁填图工作，1961年他在《自然》杂志发表文章，也独立提出了海底扩张的观点。洋中脊区的磁异常呈条带状，正负相间平行于中脊的延伸方向，并以中脊为轴呈两侧对称，如磁带一般纪录了洋底扩张的过程，有力佐证了洋底是从洋中脊向外扩展的事实。

魏格纳的大陆漂移因为驱动力的问题得到地球物理学家的反对，而没有得到认可。数十年后又因为地球物理学家对古地磁的研究，大陆会大规模水平漂移才得到承认。同时为了解决驱动力的机制问题，提出了海底扩张这个假说。也就是说海底扩张是建立在洋中脊与磁异常条带平行这一铁的事实基础上的。

二、败也地球物理

   洋中脊与磁异常条带平行这一“铁的事实”是海底扩张假说的根本，图1中红色箭头所指的区域是位于北美洲西部沿岸太平洋洋中脊附近的磁异常条带。底图是法国2007年1比5000万全球磁异常图（法国地球科学研究居世界前列）。图2位于北大西洋洋中脊的磁异常条带特征。似乎都反映出磁异常条带与洋中脊平行，吻合非常好（其下部曲线歪曲对应的错误也很明显）。

图1全球磁异常图及太平洋洋中脊区域磁异常条带（据法国2007全球磁异常图及瓦因1966资料）

图2 北大西洋洋中脊磁异常条带特征（据Wolfgang Frisch et al,2014）

洋中脊与磁异常条带是否真的都平行？事实上，以上资料是以偏概全，以局部代替全局。全球大部分磁异常条带与洋中脊并不平行，多数是洋中脊切割磁异常条带。

图3展示的是太平洋中东部洋中脊磁异常条带特征，图中可以看出，很多地方磁异常条带和洋中脊没有平行关系，而是一种切割关系，洋中脊切割磁异常。特别提醒注意，在宽阔的大洋及洋中脊附近的磁异常往往呈现非常规整的条带，那并不是实测结果，而是根据海底扩张模型推测的理论结果，因为磁异常测量是按照线测量的，那些区域并没有很好覆盖。

图3 太平洋中东部洋中脊磁异常条带特征（据全球磁异常图，2007）

图4展示的是大西洋中南部区域洋中脊磁异常条带特征，从图中可以看出，大多数地方磁异常条带和洋中脊没有平行关系，而是洋中脊切割磁异常条带。这说明磁异常形成在先，洋中脊形成在后。

图4 大西洋中南部区域洋中脊磁异常条带特征（据全球磁异常图，2007）

图5展示的是红海和印度洋区域洋中脊磁异常条带特征，我们知道红海是新生代才形成的裂谷，传统的板块构造认为它是一个新生的海洋，洋中脊就在裂谷中央。从该图可以很清楚地看出，红海地区并没有出现洋中脊和磁异常条带平行的现象，而是洋中脊切割磁异常条带，这同样说明磁异常形成在先，洋中脊形成在后。亚丁湾地区磁异常条带呈现低频特征，和洋中脊呈现近似平行状态。

在印度洋地区，几乎所有的地方的洋中脊与磁异常条带都没有平行关系，也是洋中脊切割磁异常带。

图5 红海和印度洋区域洋中脊磁异常条带特征（据全球磁异常图，2007）

   总之，地球物理肯定了大陆会漂移，成就了大陆漂移学说。根据地球物理磁异常又诞生了海底扩张，但部分学者往往以偏概全，用局部的磁异常条带和洋中脊平行代替全球洋中脊都与磁异常条带平行，事实上不是这样的，而是洋中脊切割磁异常条带，因此地球物理又否定海底扩张。由此我们得出结论：成也地球物理，败也地球物理。

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