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海底扩张与板块构造学说的建立 【漫谈地球物理】之一
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副标题：知识创新的主力？
引子：我在“纪念人类发现地壳100周年”一文中说到，西方科学家们对于地球物理学方面的贡献，大而化之到对整个现代科学的贡献，不须赘述。这从我们教科书上，比比皆见的动辄以某某西方科学家命名的现象，例如牛顿三定律之类，便可一目了然。
这是一个客观的事实，虽然最近若干年来，这种情况已有部分改变，例如我们近邻一些科学家们的名字，也已经数次出现在教科书上：对于地球潮汐问题进行开拓性研究的竹内均，与贝里奥夫共同发现板块俯冲地震带的和达清夫，深入研究了地球自由振荡规律的志田顺，以及对板块运动动力驱动机制作出了原创性贡献的上田诚也等等。
反观我们，迄今尚无受到学界公认，可写在教科书中的模型、公式与基本概念，能够以中文的名字出现。我在讲授“地球物理学基础”一课之时，偶尔与研究生们言及此类问题，便顿生怅然若失之感。
重回正文！
海底扩张与板块构造的重要支撑之一，便是对于岩石层（一说岩石圈）的定义。关于岩石层的概念，基于其物理化学性质的不同，迄今已有如下数种不同的定义：（1）力学定义，与对流的软流层（一说软流圈）完全隔离的地球最外层刚性部分；（2）地震学定义，位于低速软流层之上的高速盖层；（3）热定义，地表向下的热传导地温线与地幔绝热地温线（一般为1300℃）相交的深度；（4）弹性定义，百万年时间尺度上可视为完全弹性的地球外部圈层；（5）化学定义，较软流层轻、缺水且相对稳定的具有低流变性的地球外壳；此外还有岩石学与电性等方面的岩石层定义。
这些定义分别针对岩石层的不同特征而提出，因而给出的岩石层基底深度各有差异，有些定义之间的差异较大。不过总体而言，大洋岩石层厚度随海洋板块的年龄增加而变厚，直至达到100km或更厚一些，而大陆岩石层的厚度一般大于100km，最厚处可以超过200km的观点，几乎成为上述这些定义的共识。
这里给出关于岩石层的地震学定义：岩石层包括地壳和软流层之上的固态上地幔部分，软流层物质是固态，不过其强度非常小，仅能承受很小的应力作用，其与岩石层的强度之差高达100倍或以上。
岩石层这样的定义意味着，大陆实际上不能发生漂移，但确实能够随板块的运动而运动。如果我们将软流层比喻为浩渺无边的大洋，岩石层板块就是一艘航行在大洋的集装箱货轮，而一个个大陆就是那些个装在货轮上的集装箱。这也就是为什么由我的本家魏格纳（Wegener，左图）先生提出的大陆漂移学说，一开始没有受到地球物理学界的吹捧，导致魏格纳后半生的时光一直处于无限郁闷状态的主要原因。事实上，魏格纳先生也是一位非常严肃的科学家，他虽然于上世纪20年代以前，根据地图上海岸线的形状悟出了大陆漂移学说。不过，这位魏先生还是做足了功课，试图支撑他的这一学说：包括拟合大陆的外形、古气候、古生物、地质及古地磁极等等的大量证据。他认为，中生代地球表面存在一个泛大陆（Pangea)，这个超级大陆后来分裂开来，再经过漫长的二亿多年的漂移，最终形成了现在的海陆分布。
相比较气象学家魏格纳，固体地球物
理学家们相对固执一些，也显得略为有些呆板。打一开始，固体地球物理学家们就顽强地抵御魏氏的大陆漂移学说，尤以地震俯冲带发现者之一的Jeffreys（右图）为代表。时至现在，我们思考这种问题都很有意思，因为地震俯冲带正是板块边界的重要证据之一。
理学家们相对固执一些，也显得略为有些呆板。打一开始，固体地球物理学家们就顽强地抵御魏氏的大陆漂移学说，尤以地震俯冲带发现者之一的Jeffreys（右图）为代表。时至现在，我们思考这种问题都很有意思，因为地震俯冲带正是板块边界的重要证据之一。这种情况渐渐发生了一些改变。到了1954年，Hess发现太平洋水底至少存在160个海底平顶山（Guyot），就是说大洋底下也并不是一坦平阳，也存在大陆上高山一样的隆起。又过了几年，年仅24岁的研究生Morgan，于1959年发表了他的著名的关于描述板块运动雏形的一篇论文，在此基础上Hess（1962年）提出了他关于海底扩张的理论，非常有趣的一个现象是，这篇如此震撼地学界的重要论文，不是发在Science、Nature或JGR等顶级杂志上，而是发表在一个纪念文集中。按照我们现在一般性的规定，这篇论文甚至连核心期刊论文都不是。
如果事情仅仅停留在Hess对于其论文观点的阐述程度，我估计Hess的遭遇会与魏格纳的情况很类似。但比较幸运的是，几乎是紧接着，Vine和Mathews（1963年）从海洋磁异常、Wilson从热点（1963年）及转换断层（1965年），各自通过不同的途径，进一步寻找到了完善Hess海底扩张理论的一系列新证据；此后,Karig（1968年）从弧后盆地与边缘海成因、Le Pichon（1968年）及McKenzie和Parker（1971）比较系统地描述了全球板块的相对运动、Morgan（1971年，是年36岁）进一步从地幔柱角度等丰富与发展了海底扩张与板块构造的理论。
到了1971年的年末，应该可以说，海底扩张与板块构造成为一个重要的学说，构建了我们现今的新地球观而屹立于地学界，已经成为铁板钉钉的事实。非常遗憾的是：中国人对此几乎没有任何贡献。
我这里进一步统计了一下，这些科学家发表他们具有重要影响力的第一篇论文的年龄分布：除了Morgan当时非常年轻之外，其他如Vine也是刚刚24岁，Karig仅为26岁，McKenzie为29岁，Le Pichon为31岁，Mathews为32岁，一些人当时正处于研究生阶段。所以我说：
青年学者包括研究生才是知识创新的主力。
但Wilson与Hess俩人的岁数多大？我将在以后专文说说他俩，他们可以称得上我们地学界的两位牛人。
附件：应鲍得海先生要求，粘贴上有关全球板块运动的动画演示，请下载附件。友情提示：图中的年龄数字大部分以百万年为一个时间单位。
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