生命之所以能夠誕生,需要諸多不同的條件,比如:能源(太陽(yáng))、大氣層(原始大氣)、液態(tài)水(原始海洋)等等,但諸多條件最終要有一個(gè)載體,那就是地球。
作為生命的搖籃,地球也是我們最熟悉的所在。然而,人類認(rèn)識(shí)地球這件事情本身,卻也歷經(jīng)了艱辛。
因?yàn)闆](méi)有人知道熔巖遍布的原始地球真正的樣子,我們也無(wú)法想象長(zhǎng)達(dá)幾百萬(wàn)年的暴雨是一種什么場(chǎng)景,人類短暫的壽命在數(shù)十億年的時(shí)光面前幾乎無(wú)法跨越。
“滄海桑田”是如何實(shí)現(xiàn)的?陸地真的在移動(dòng)么?地球是如何演化至今的?
這些疑問(wèn)最終指向了三大科學(xué)核心范式之一:板塊構(gòu)造論。(另外兩個(gè)是:宇宙大爆炸理論、生物進(jìn)化論)
人類是如何認(rèn)識(shí)地球的?
在遙遠(yuǎn)的古代,人類對(duì)于地球本身的認(rèn)識(shí)是非常有限的。人們能夠探索的區(qū)域和工具都十分有限,以至于遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能揭示出地球的全貌。
15世紀(jì)末到16世紀(jì)初,大航海時(shí)代帶來(lái)的地理大發(fā)現(xiàn),人類終于開(kāi)始對(duì)整個(gè)地球逐漸認(rèn)識(shí)了起來(lái)。新的航線,新的大陸、海域以及物種,一下子涌入了人們的視野。于是人們開(kāi)始描繪整個(gè)世界。
那么,世界為什么是這個(gè)樣子的呢?
1596年,荷蘭繪圖師亞伯罕姆·奧特柳斯指出:美洲大陸可能是由于地震和大洪水而被迫與歐洲和非洲大陸相“分離”。1620年,英國(guó)哲學(xué)家弗朗西斯·培根指出:大西洋兩岸海岸線的完美契合絕對(duì)不是一種偶然。此后的200年中,陸續(xù)又有一些博物學(xué)家、地理學(xué)家提出相似猜測(cè)。
19世紀(jì)早期,德國(guó)地理學(xué)家亞歷山大·馮·洪堡證明了巴西的巖石與剛果是類似的。與此同時(shí),旅行在各個(gè)大陸的博物學(xué)家們也注意到了南美洲和非洲存在相同類型的海洋生物和爬新動(dòng)物,并且還有一些化石發(fā)現(xiàn)開(kāi)始揭示出歐洲與北美洲動(dòng)植物化石的相似性。人們開(kāi)始想象:會(huì)不會(huì)曾經(jīng)有若干連接幾個(gè)大陸的橋梁存在過(guò)呢(陸橋理論)?
1885年,奧地利地質(zhì)學(xué)家愛(ài)德華·瑟斯在《地球面貌》一書(shū)中,首次提出:在遙遠(yuǎn)的過(guò)去,地球上所有的大陸被擠壓成南北兩個(gè)超級(jí)大陸。然而這一理論由于缺乏足夠的證據(jù),被地質(zhì)學(xué)界拒絕接受。
1910年,德國(guó)氣象學(xué)家阿爾弗雷德·魏格納偶然發(fā)現(xiàn)大西洋兩岸的輪廓極為相似,進(jìn)而注意到了大西洋兩岸相同的動(dòng)植物化石發(fā)現(xiàn),他認(rèn)為,如果像中龍這樣的古代爬行動(dòng)物能夠橫穿海洋(無(wú)論是游泳還是通過(guò)“陸橋”),那么它們也會(huì)在更多的地方被發(fā)現(xiàn),而事實(shí)并非如此,那么發(fā)現(xiàn)中龍化石的兩個(gè)大陸肯定是曾經(jīng)結(jié)合在一起的。
作為一名氣象學(xué)家,魏格納通過(guò)梳理大量化石資料,發(fā)現(xiàn)了地質(zhì)歷史上氣候劇烈變化的證據(jù),這些證據(jù)表明如今的大陸是從更冷的緯度漂移到當(dāng)前位置的。由于北半球同期存在熱帶沼澤,全球氣候變冷的可能被消滅,那么可以推論:南方大陸曾經(jīng)聯(lián)結(jié)在一起,并且位于南極附近。1915年,魏格納在《大陸和海洋的起源》一書(shū)中提出了激進(jìn)的大陸漂移假說(shuō)(三部曲之一)。
遺憾的是,由于受當(dāng)時(shí)科技水平和認(rèn)識(shí)水平的限制,大陸漂移說(shuō)也未能正確說(shuō)明大陸漂移的動(dòng)力機(jī)制,未能提供大陸拼合的最佳方案。因此在發(fā)表之初并未受關(guān)注,繼而在當(dāng)時(shí)學(xué)術(shù)界引起很大爭(zhēng)議,并被視為是一種荒唐的臆想。1930年11月,隨著魏格納本人在尋求證據(jù)的科學(xué)探險(xiǎn)中獻(xiàn)身于格陵蘭雪原,大陸漂移說(shuō)一度陷于沉寂。
然而真理并不隨著偉人的逝世而消亡。
1928年,蘇格蘭地質(zhì)學(xué)家亞瑟·霍姆斯指出:大陸或許是由于地幔中熾熱的、半熔融的巖漿流動(dòng)而發(fā)生了移動(dòng)。隨后,美國(guó)地質(zhì)學(xué)家戴維·格里格斯證明,在足夠大的壓力和極端高溫下,固態(tài)的巖石會(huì)流動(dòng)。而瑞士地質(zhì)學(xué)家埃米爾·阿爾岡則認(rèn)為,或許可以用大陸之間的碰撞來(lái)揭示阿爾卑斯山區(qū)褶皺的地層。
20世紀(jì)50到60年代,大量發(fā)現(xiàn)促使大多數(shù)科學(xué)家承認(rèn):魏格納是正確的。
第一個(gè)證據(jù)來(lái)源于古地磁學(xué),研究表明,在地球歷史上,曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)不同的古地磁磁極,把北美的磁極移動(dòng)路線與歐洲的磁極移動(dòng)路線相比較,二者非常相似,只是緯度上相差30度,假如兩者曾經(jīng)結(jié)合在一起,那么磁極移動(dòng)就得到了最好的解釋。
第二個(gè)證據(jù)來(lái)源于聲吶技術(shù),二戰(zhàn)之后海洋學(xué)家利用聲吶來(lái)探測(cè)海底,繪制“海底地圖”,揭示出了橫貫地球海洋深處的巨大海嶺火山體系。其中發(fā)現(xiàn)最早的就是中央海嶺,它延綿58000公里,繼而在大西洋發(fā)現(xiàn)了一條巨大裂谷(海溝),其長(zhǎng)度與中央海嶺相當(dāng)(平行)。隨著更多的海嶺和海溝的發(fā)現(xiàn),表明了地殼在很深的地方曾經(jīng)被有力地撕開(kāi),同時(shí)發(fā)現(xiàn)的還有海底深處的強(qiáng)烈熱流和火山活動(dòng)。
1960年,美國(guó)地質(zhì)學(xué)家哈里·赫斯提出了海底擴(kuò)張理論(三部曲之二),他認(rèn)為:來(lái)自地幔的熔巖從板塊間涌出來(lái),形成新的海底,原先的海底逐漸遠(yuǎn)離海嶺,更遠(yuǎn)處的地殼則被吸入地球內(nèi)部,這也解釋了為什么從未發(fā)現(xiàn)比1.8億年更久遠(yuǎn)的海洋地殼。這一理論迅速引起大量的爭(zhēng)議。
1963年,英國(guó)科學(xué)家F.J.瓦因和D.H.馬修斯用地磁場(chǎng)極性的周期性倒轉(zhuǎn)的地磁反向周期特征,對(duì)印度洋卡爾斯伯格中脊和北大西洋中脊的洋底磁異常特征作了分析。他們認(rèn)為,如果海底擴(kuò)張理論屬實(shí),那么磁性顛倒現(xiàn)象就會(huì)建構(gòu)一種關(guān)于正常磁性帶和顛倒磁性帶(從海溝體系兩側(cè)向遠(yuǎn)處輻射)的模式,那么海嶺山脊兩側(cè)的磁性帶就會(huì)互為鏡像,而考察的結(jié)果展示出了非常對(duì)稱的交替磁極模式——與預(yù)測(cè)完全一致。
1965年,加拿大物理學(xué)家和地質(zhì)學(xué)家J.T.威爾遜提出了轉(zhuǎn)換斷層的概念,使巖石圈水平位移成為可能,為板塊構(gòu)造論提供了最后一塊拼圖。他的假說(shuō)對(duì)來(lái)自海洋學(xué)、地球物理學(xué)、地質(zhì)學(xué)和古生物學(xué)等領(lǐng)域貌似毫無(wú)聯(lián)系的大量觀察作出了統(tǒng)一解釋,1968年,這一假說(shuō)成為了今天著名的板塊構(gòu)造理論(三部曲之三),成為理解絕大多數(shù)基本地質(zhì)進(jìn)程的一把鑰匙。
板塊構(gòu)造理論認(rèn)為:地球的巖石圈不是整體一塊,而是被地殼的生長(zhǎng)邊界海嶺和轉(zhuǎn)換斷層,以及地殼的消亡邊界海溝和造山帶、地縫合線等一些構(gòu)造帶,分割成許多構(gòu)造單元,這些構(gòu)造單元叫做板塊。
全球的巖石圈分為亞歐板塊、非洲板塊、南美洲板塊、北美洲板塊、太平洋板塊、澳大利亞-印度洋板塊和南極洲板塊,共七大板塊。其中太平洋板塊幾乎完全是在海洋,其余六大板塊都包括有大塊陸地和大面積海洋。大板塊還可劃分成若干次一級(jí)的小板塊。這些板塊漂浮在“軟流層”之上,處于不斷運(yùn)動(dòng)之中。
一般說(shuō)來(lái),板塊內(nèi)部的地殼比較穩(wěn)定,板塊與板塊之間的交界處,是地殼比較活動(dòng)的地帶,地殼不穩(wěn)定。地球表面的基本面貌,是由板塊相對(duì)移動(dòng)而發(fā)生的彼此碰撞和張裂而形成的。在板塊張裂的地區(qū),常形成裂谷和海洋,如東非大裂谷、大西洋就是這樣形成的。在板塊相撞擠壓的地區(qū),常形成山脈。當(dāng)大洋板塊和大陸板塊相撞時(shí),大洋板塊因密度大、位置較低,便俯沖到大陸板塊之下,這里往往形成海溝,成為海洋最深的地方;大陸板塊受擠上拱,隆起成島弧和海岸山脈。太平洋西部的深海溝和島弧鏈,就是太平洋板塊與亞歐板塊相撞形成的。在兩個(gè)大陸板塊相碰撞處,常形成巨大的山脈。喜馬拉雅山脈就是印度板塊在向亞歐板塊碰撞過(guò)程中產(chǎn)生的。
板塊構(gòu)造理論已被用來(lái)解釋火山、地震的形成和分布,以及礦產(chǎn)的生成和分布等。而關(guān)于板塊運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力機(jī)制,一個(gè)傾向性的觀點(diǎn)是:由于早期地球所遭受的隕石撞擊、地球內(nèi)部放射性物質(zhì)發(fā)生衰變、引力導(dǎo)致內(nèi)部壓力等多種因素,導(dǎo)致了地球內(nèi)部熱量的分布不平衡,進(jìn)而作用在板塊上成為推動(dòng)板塊運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力。
不難看出,板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)是在大陸漂移學(xué)說(shuō)和海底擴(kuò)張學(xué)說(shuō)的理論基礎(chǔ)上,又根據(jù)大量的海洋地質(zhì)、地球物理、海底地貌等資料,經(jīng)過(guò)綜合分析而提出的學(xué)說(shuō)。因此有人把大陸漂移說(shuō)、海底擴(kuò)張說(shuō)和板塊構(gòu)造說(shuō)稱為全球大地構(gòu)造理論發(fā)展的三部曲。
于是,我們看到了今天的地球?!颈竟?jié)完】
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