科学中的革命-第64章

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uove”意思是“地球仍在运动”）。　　　　
　　20年代，魏格纳观点的主要支持者之一是瑞士诺伊夏特地质学院的创始人和院长埃米尔·阿岗德。1922年，在第一次世界大战结束后的第一次国际地质学会议上，阿岗德勇敢地站出来支持魏格纳提出的“亚洲板块构造”的基本思想，阿岗德不仅收集并整理了大量支持魏格纳学说的论据，而且在划分魏格纳的“运动说”和传统的“固定说”的界限方面作了有益的工作。他宣称，“固定说不是一种理论，而是对几种粗糙理论的消极拼凑”（阿岗德…卡洛兹1977，125）。尽管阿岗德确定无疑地赞成“运动说”并列举了支持这个学说丰富且详细的证据，但他不得不承认：“对产生大陆漂移的力，目前我们还一无所知”（p．162）。　　　　
　　为年代魏格纳的两个主要支持者是亚瑟·霍尔姆斯（许多人认为他是“本世纪英国最伟大的地质学家”）（哈拉姆1973，125）和南非地质学家亚历山大·杜·托依特。1928年那部美国大陆漂移论文集出版时，霍尔姆斯接受了大陆漂移说，并在1928年9月号的《自然》杂志上发表了一篇评述该论文集的文章。他在文章中指出：“所有反对意见……主要是针对魏格纳本人而不是他的基本观点”。他还指出，“当人们似乎发表完了所有观点之后，接着又出现了比泰勒和魏格纳已提出的更强有力的证据支持大陆漂移说。”霍尔姆斯不但接受了大陆运动的一般观点并成为大陆漂移说在英国的主要辩护人，而且，他还提出了新的产生漂移运动的力学原因。按照他的见解，地幔（地球紧临地壳下的那一部分）中熔岩的对流运动会导致山脉的形成和大陆的漂移（马文1973，103；哈拉姆1973，26）。杜·托依特生活于约翰内斯堡，像乌苏拉·马文（1973，107）提醒我们的那样，“生活在古代冈瓦纳大陆的中心，那片大陆的漂移证据最为充分，”他在一本名为《我们奇妙的地球》（1973）（副标题是“大陆漂移假说”）的书中总结了自己的观点。这本书的献辞是，“纪念魏格纳及其他对我们地球地质学作出的卓越贡献”，在这部书中，杜·托依特提出了一个于魏格纳学说略有不同的地球理论（见马文1973，107－110；哈拉姆1973，3O－36），例如，杜·托依特提出，原始大陆并非像魏格纳所说的只有一个——庞哥，而是有两个，即北半球的“劳洛细亚和南半球的冈瓦纳”。　　　　
　　杜·托依特把反对魏格纳假说的原因归结为两个因素：一是缺乏令人满意的产生漂移的力学机制；二是“顽固的保守主义”，他认为后者是整个地质学史中的一个特点。然而，杜·托依特十分清楚，接受大陆漂移说意味着要“重修我们全部的教科书，不仅是地质学的，而且还包括古地理学，古气象学和地球物理学的教科书”（P．5）。他说，毫无疑问，“漂移说体现了一个伟大而又根本的真理”，而泰勒和魏格纳提出了一个“革命性”的假说（p．Vii）。　　　　
　　杜·托依特并不是唯一将魏格纳的理论看作是“革命性”的人。1921年《自然科学》杂志上的撰文者，1922年《自然》杂志上未署名的评论者，1922年F．E．维斯，1926年，凡·德·格拉赫特以及其他一些朋友和敌手，都使用过这一术语。戴利（1926，260）把大陆漂移理论说成是“新的令人惊异的解释”，许多地质学家认为它过于离奇，甚至是惊人的，是一个“革命性的观念”。菲利普·赖克也暗示过魏格纳观点的新奇性和革命性，他曾指出，“陆地运动对于我们来说，犹如地球运动对于我们的祖先一样不可思议”（1922，338）。在《地质学杂志》1928年发表的一篇评述《图尔萨论文集》的文章中，赖克明确地使用了魏格纳的“革命性理论”这样的用语。　　　　
　　魏格纳自己十分清楚，他的新观念具有潜在的革命性。1911年，也就是在他公开发表他的新观点的前一年，魏格纳写信给他的同行、教师W．科本。他写道，为什么我们“犹豫不决，不愿放弃旧观点？”“为什么人们极力阻止新的观念达十年甚至三十年之久？也许就因为它是革命性的？”接着他为他的反问附上了大胆而又简单的答案：“我认为旧观念的寿命不会超过十年了”！　　　　
　　由于大陆漂移说的革命性质，必须有比通常更为有力的证据才能使得这一理论获得科学家共同的支持。要使任何根本性的或彻底的变革为科学界所接受，要么必须有无懈可击或无可辩驳的证据，要么必须有超过一切现有理论的明显的优越性。显然，在本世纪20…30年代，魏格纳的理论尚不具备上述两个条件。事实上，直到50年代以后才找到了这种“无懈可击”的证据。而且，接受魏格纳的观点就意味着必须对全部的地质科学进行彻底的重构。显然，在缺乏无可辩驳的证据的情况下，人们当然不愿意这样做。芝加哥大学地质学家R．T．钱伯林在1926年美国石油地质学家协会会议论文集中写道，在美国地质学会1922年召开的一次会议上，他曾经听到这样的说法：“如果我们接受魏格纳的假说，我们就必须忘掉过去七十年中的全部知识并且一切从头开始。”现在看来，这种说法是完全正确的。我们应当注意到，钱伯林的话在四十年后又在不同的意义上被重新提了出来。1968年，图佐·威尔逊（1968a，22）在一部著作中写道：“既然地球确实是以缓慢的方式运动着的活跃的天体，而我们非要把它看作是基本上静止不动的，那么我们就必须彻底修改我们以往的全部理论和全部教科书，从全新的观念开始，建立一门全新的科学。”　　　　
　　哈拉姆（1973，110）在试图解释为什么魏格纳没有为大陆漂移说提供令人满意的力学机制——这普遍被认为是“接受魏格纳假说的最大障碍”——时指出“引力理论、地磁学和电学在得到满意的解释以前很长一段时间就为人们普遍接受了。”他又说，在地质学中，尽管对“潜在原因”没有得到共识，但这并没有妨碍“前冰川时期存在”这一假说为人们普遍接受。然而，J．T．威尔逊（1964，4）争辩说，“人们在满意地解释某种现象（如地磁场）或过程（如暴风雨）之前，并不总是乐于承认这些现象或过程的存在的。”关于这一点，应当进一步作些说明。R．劳丹明智地指出，大陆漂移的“力学机制”问题与“引力理论、地磁学和电学”或“暴风雨的存在”有很大的不同。在大陆漂移说中，问题“并不仅仅在于缺乏力学机制或原因，”（劳丹19782；古廷1980，288）而是“全部可以想像得出力学机制都严重地冲击着物理学的理论。”而且，目前已经建立了有关地球及其内部自然现象的理论且为人们广为接受，它们能够完善而合理地解释大部分已经观察到的现象。　　　　
　　S．K．郎肯（1980，193）通过研究发现，尽管在50年代或更早的时候，“人们普遍认为，缺乏力学机制是大陆漂移说的地质学或古生物学证据被接受的主要障碍，”然而在今天，“板块构造理论却在没有普遍认可的物理学机制的情况下被人们接受了。”他在1980年前后指出，“板块运动的力学本质问题，”是“当代地球物理学家们面临的最重要的挑战。”　　　　
　　魏格纳理论的改造　　　　
　　现在看来，由于我们亲眼目睹了这场革命的全过程，因而很容易发现，把理论革命与现行革命两个阶段区分开来的是两个根本性的突破。第一个突破是，积累了大量新的、令人信服的表明大陆和海底确实存在着相对运动的证据。这些证据比海岸线的吻合。甚至比大洋两岸地质学和生态学的符合，以及植物和动物化石的相似要优越许多许多。第二个突破是，理论的根本性的重构，致使基本观念发生了重大变革，并由此产生了这样一个问题：这场最终完成了的革命是否可以公正地看作就是那场企求了近半个世纪而一直没有成功的革命？这一情形与所谓的哥白尼革命有许多相似之处。这场在伽利略和开普勒的推动下，最后由牛顿完成的革命，仅仅保留了哥白尼最一般的天文学观念，即地球运动而太阳静止的观念，而摒弃了哥白尼宇宙学的基本特征。同样，地球科学革命仅仅保留了魏格纳的最一般的思想，即大陆之间可以有相互运动，而放弃了魏格纳理论的基本特征——由硅组成的大陆单独或分开在海洋地壳上运动，而海洋地壳密度更大的壳层则固定不动。　　　　
　　目前的最新观点是这样的：覆盖在地球表面的巨大板块在运动着，其中有的板块会带动大陆或部分大陆和海底一道运动。因此，整块大陆运动的理论被另一种不同的理论所取代。新的理论指出，陆地运动不过是地壳内部剧烈运动的表观现象。在这种因果联系过程中，魏格纳假说中列举的“极地漂移力”和“潮汐力”变得毫无意义了。　　　　
　　50年代的新证据首先来自古磁学和地磁学的研究。古磁学研究的是“残留花”岩石中的磁性，即研究残留在固化的熔岩样品中的磁性。这种磁性由于地球磁场的影响而留在含有氧化铁的岩石中。伦敦的P．M．S．布莱克特和剑桥大学的S．K．郎肯以及其他人所作的研究表明，地球的磁场从来不是恒定的而是变化的，甚至还经历过南北倒置。其变化的方式与时间有密切的关系，而这种关系是可以确定的（这些研究因高灵敏度的地磁仪的出现而成为可能，布莱克特就是这种仪器的主要发明人）。当仔细描绘出磁极位置移动的路径后，会从中发现磁极的移动和变化情况各个地域彼此不同，这表明每块陆地各自在独立地运动着。相关证据还揭示出地球南部各陆地聚集在南极地区形成一个原始大陆——冈瓦纳大陆的时间，因此，这些组成部分说明我们现在的各个大陆肯定存在着某种横向运动（见麦肯奇1977，114…117）。　　　　
　　沿着这条研究线索所获得的第一批成果，地球科学界没有立即接受大陆移动的存在；无疑，关于地球磁场演化史的细节尚有太多的没有解决的难题。而关于磁机制的见解“过于复杂深奥，其中还存有许多未经检验的假说”（麦肯奇1977，116）。但是，主要是在地球物理学家中对此产生了极大的兴趣。1956年，地学一本以大陆漂移为主题的论文集出版了，澳大利亚国立大学的E．埃尔温对过去几年的磁机制研究作了回顾与评述，最后他总结道：“各种证据对此后的结果，倾向于对地球磁轴相对于地球本身发生过位置变化的观念以及各大陆相互之间有‘漂移’运动的观念有利”（埃尔温1953；1958，见马文1973，150…152）。　　　　
　　推动魏格纳的基本思想（而非魏格纳理论本身）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世纪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，指出海底是玄武岩构成的，但没有人对此予以注意。我们目前关于大陆运动的直接线索来自对海底世界的研究。在国际地球物理年（1957－1958）期间，在测量地球引力和相关地震…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1973，52）。这些研究成果与来自磁机制研究获得的发现不谋而合，都强有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。板块构造说是一个结构系统，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，边缘与别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）。既然每一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，人们提出六大板块和十二个小板块覆盖地球的观点。从那时起，有关板块构造学说的理论细节越来越充实了。　　　　
　　海底扩张说　　　　
　　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“海底扩张说”结合起来。海底扩张说是普林斯顿大学的哈里·赫斯于1960年首次提出来的。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海丘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，最后变成地壳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。既然地球不可能增大，这个板块在增长过程中也不会简单地扩张，那么在远离诲丘之外，必定会有一处板块发生分裂。换言之，板块离海丘最远处的边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。这个过程同某种对流“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海沟附近又再次回到地幔中。　　　　
　　于是，大西洋底便产生了一股巨大的、持续的压力，它把载有南美洲和非洲的两大板块推离大西洋中的海丘。大约在1．8亿年以前，南美洲和非洲是连在一起的，这就是冈瓦纳大陆。两块大陆的分裂线与导致海底扩张的，并且现在仍很活跃的大西洋底海丘线十分吻合。每当发生地震时，这条海丘线便清楚地显现出来，目前，它与南美洲和非洲的大西洋海岸线的距离大致上是相等的。　　　　
　　赫斯进而提出了海底扩张说的合理推论。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1977，117）。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。按照这个速度推算，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，这些海生生物都可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沉积层，但钻探分析表明，海床上的沉积