科學發現 | 大陸漂移曾遭質疑 40年靠古地磁學翻身!

《三國演義》中第一句話寫到:「話說天下大勢,分久必合,合久必分。」這是對我國歷代封建王朝政治局面的寫照。其實,大陸漂移離合的過程,似乎也可概括為「分久必合,合久必分。」

大陸漂移是一個古老的話題。早在1620年,英國哲學家弗朗西斯·培根就在地圖中觀察到,南美洲和非洲相鄰一側的形狀可以完美的銜接在一起。然而可惜的是,他僅僅提出了想法而沒有科學地探究下去。

直到300年之後,年輕的德國氣象學家魏格納從地貌學、地質學、古生物學、古氣候學等多門學科不同角度進行了嚴格的論證和考察,發現了一批重要證據,並在1912年提出了革命性的大陸漂移學說。

魏格納留意到非洲大陸西岸和南美洲東岸的海岸線很相似,因此推測大陸原本是相連的。以此為起點,魏格納投入到大量的搜集、分析、整理證據工作中。1911年,魏格納在馬堡大學圖書館讀到一篇奧地利學者修斯(Eduard Suess)有關岡瓦納大陸(Gondwanaland)的文章,魏格納注意到這篇文章中列舉的一些反映古氣候信息的沉積物分布位置與現代全球氣候帶分布模式不符。從此開始,他收集和整理全球各地各種古生物化石、沉積物和地層資料,並進行古氣候分析,從中得出了對大陸漂移的認識。1912年1月,魏格納在一次學術報告上首次提出了「大陸漂移」的觀點。

在研究過程中,魏格納認為,在石炭紀以前,北方的勞亞古陸與南方的岡瓦納古陸原是連成一體的,它們組成了一個巨大的陸地,被稱之為聯合古陸或者泛大陸。後來,由於月球潮汐力和地球自轉離心力的影響,伴隨著地震和火山,聯合古陸發生破裂和漂移,日積月累,經過近3億年的漫長歲月,終於形成現代的海陸分布。

儘管該學說成功解釋了許多地理現象,如大西洋兩岸的輪廓問題;非洲與南美洲發現相同的古生物化石及現代生物的親緣問題;南極洲、非洲、澳大利亞發現相同的冰磧物;南極洲發現溫暖條件下形成的煤層等等。但它有一個致命弱點:動力。根據魏格納的說法,當時的物理學家立刻開始計算,利用大陸的體積、密度計算陸地的質量。再根據矽鋁質岩石(花崗岩層)與矽鎂質岩石(玄武岩層)摩擦力的狀況,算出要讓大陸運動,需要多麼大的力量。物理學家發現,日月引力和潮汐力很小,根本無法推動廣袤的大陸。因此,大陸漂移學說在興盛了十幾年後就逐漸銷聲匿跡了。

20世紀50年代,古地磁研究在英國可謂是盛極一時。有兩個研究小組分別由物理學家布萊克特以及地理物理學家朗科恩領導,他們通過精密的儀器,測定了一大批岩石的化石磁性。通常把測得的成果在幾千年或幾萬年期間加以平均,就可以得出某一時代的岩石標本所在地的古緯度和相應的古磁極的位置。

古地磁為研究大陸漂移提供有力的證據

曾有學者把岩石比作錄音機,地磁場比作歌唱家,岩石在形成的時候就記錄下了當時的地磁場的相對磁場強度和磁場方向,地磁場就如生物化石一樣被保存在岩石當中。通過對古地磁的研究,就可以恢復當時地磁場的相對強度和地磁場的方向,進而為研究大陸漂移提供有力的證據。

地磁場就如生物化石一樣被保存在岩石當中

根據歐洲大陸和北美大陸岩石測出的兩條磁極遷移軌跡。這兩條軌跡相交於一點,隨著時代變老,兩線偏離越遠。為了要把北美的極移軌跡挪移到歐洲那條軌跡上去,使他們重合在一起,必須把北美大陸隨著時代變老逐步地向東退,直到中生代初期要向東退回20多個經度。這時,北美大陸正好與歐洲大陸相互貼合,其間沒有大西洋的位置,這就恰恰恢復了魏格納漂移說所提出的聯合古陸的情況。因此,古地磁學為大陸漂移學說的提供了有力證據之一。

魏格納的漂移說認為非洲、南美洲、印度、澳大利亞和南極洲在古生代是連著一起的。所以如果把這些大陸拼合在一起,標出由這些大陸岩石所測得的古生代極移軌跡,這些極移軌跡大致是重合在一起的。根據南美洲和非洲等大陸岩石測出的古生代極移軌跡大致重合,證明它們在古生代期間確實屬於同一大陸地塊。中生代以來,隨著個大陸四散飄開,各大陸的極移軌跡也就分道揚鑣,各奔前程了。這就令人強烈的感到,魏格納並沒有錯,而正是那些反對他的人錯了。

至1960年,布萊恩特等已經掌握了相當多的古地磁資料。他們證明,近5億年來,大陸以不同的速度向南向北移動了頗大的距離,並轉動了較大的角度。據計算,大陸移到的速度可約達每年數厘米。1962年,朗科恩還編輯出版了一部題為《大陸漂移》的論文集,他希望該書能促使科學界對這個被遺棄的漂移論重新。

說來也有趣,魏格納的大陸漂移說首先是遭到了大批的地理學家的攻擊以致逐步凋落;而50年代末,恰巧是由於地球物理學家努力,長期跟岩石標本打交道,埋頭於化石磁性的測定和研究,讓大陸漂移說再度走回科學界的視野,用古地磁資料完全獨立的證實了大陸曾經漂移過。

值得一提的是,劍橋大學的地球物理學家布拉德,他不但在地磁研究上很有造詣,而且成功的完成了大西洋的兩緣大陸輪廓的電子計算機拼花,為驗證大陸漂移說提供了形象的證據。

文章來源: https://www.twgreatdaily.com/cat90/node1122865

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