大陸漂移和板塊構造說
最近發生的地球科學革命，由於具有一些表征科學革命全部性質的特點而引人注目。但這場革命也因顯示出我們這個時代科學所獨有的特性發人深思。從根本上講，這場革命包括拋棄大陸是在一個固定的基礎上形成、生長或發展這一傳統觀念，引進了大陸在地球表麵彼此之間以及相對於洋底“漂移”這一如此激進的概念。這場革命的一個特征是其板塊構造說，亦即：地球表麵被分成一個個剛性板塊，包括大陸和洋底，它們相互之間相對於地底在作非常緩慢的漂移運動。
大陸漂移說是阿爾弗雷德·魏格納（1880—1930）在1912年一篇重要的學術論文中提出來的，並且在幾年後（1915）出版的一部專著中加以發展和完善。人們幾乎立刻就意識到了這個假說潛在的革命性質，因為它要求對地理學的全部基礎進行重新修訂。20世紀20-30年代間，地理學家對大陸運動的觀念進行了廣泛的討論，結果，反對意見幾乎是同聲一片。因此，魏格納提出的地球漂移說長期以來處於我所說的理論革命階段，直到SO年代中期，不斷發現的新證據才越來越對大陸可能運動的假說有利。但直到本世紀60年代，一場地球科學革命才真正發生。
曆史分析表明，這場地球科學革命結束了長達半個世紀之久的理論革命狀態外僅僅是因為人們勉強接受了一整套已處休眠狀態或早先被摒棄的觀念或理論。這場科學革命伴隨著研究地球的新手段和傳播知識的新技術的產生而產生。不僅許多地球科學家沿著非傳統的路線思考，而且，有不少物理學家也投入了地球科學的研究之中，並做出了偉大的發現。因此，最終發生的地球科學革命並不僅僅是長期受到抵製的、作為傳統觀念的一次根本性轉變的大陸漂移說的簡單複活，而且還創立了新的板塊構造理論來描述大陸的漂移說的簡單複活，而且還創立了新的板塊構造理論來描述大陸的運動。從某種意義上說，魏格納的原始理論並未導致一場科學革命，但是，最終的科學革命確實體現了魏格納理論中大陸運動這一中心思想和把地表分成兩類地域（陸地和海底）的觀念。
這場革命的一個最突出的特點就是，處在學科工作中的地理學家普遍意識到他們正在經曆一場地球科學革命。許多科學家撰寫文章或專論都強調了考察大陸和地球的思維方式所發生變化的革命性質；他們寫出了標題醒目的著作，如《地球科學中的革命：從大陸漂移說到板塊構造說》（哈拉姆1973）或《地球科學革命的嚴峻年代》（格倫1982）。強調革命性不僅是後來曆史性或評論性文章和書籍的特點，也是地球科學革命年代中學術論文的特點。例如，《科學》雜誌中的一篇頗具新意的學術論文（奧普代克1966）的標題是“南海深海岩心的古磁研究”，它的副標題是“確定地球曆史事件發生時間的革命方法”。1970年，在討論“新的一類錯誤”期間，J.T.威爾遜聲稱最近關於地磁逆轉的發現構成了地球科學中的“革命”。在（國際科學聯合會理事會的）“上地幔計劃”（U.M.P.）的最終報告（1972）中，“U.M.P.實施期間提出的板塊構造的統一概念”被說成是地球科學中的一場“革命”（舒利文1974，343）。
20世紀7O年代發表的有關曆史評述和總結性著作（主要由母語是英語的科學家著述）所體現的革命意識在某種程度上反映了這一事實；20世紀60年代大陸漂移和板塊構造說為人們所接受是與庫恩1962年出版的《科學革命的結構》產生的巨大影響分不開的。因此，阿蘭·考克斯（1973）安東尼·哈拉姆（1973）、烏蘇拉·馬文（1973）和J.T.威爾遜（1973、1976）在討論和評述大陸漂移理論的最新發展時都特別提到了庫恩。這場科學革命還由於在其後的十幾年間出現了一係列出色的曆史著作而引人注目。這些著作有許多本身就是地球科學家撰寫的，其中一些科學家親自對這場革命做出了根本性的貢獻。
作為對最近這段曆史的考察結果，我們現在已經知道，弗蘭西斯·培根不是大陸運動觀的創立者（馬文1973）。他僅是指出非洲和秘魯西海岸之間有一種大致的吻合。幾乎兩個世紀之後的亞曆山大·馮·洪堡也沒有通過認識大西洋兩邊海岸線之間的相似，從而進一步提出兩個大陸曾經是連在一起，以後才分開的。但是，1859年，居住在巴黎的美國人安東尼奧·斯尼德－佩雷格裏尼用法文寫的名為《創世紀及其未解之謎》這本邊緣書中，首次提出了原始大陸分裂和組成部分移動的思想。有人還宣稱，奧地利地質學家愛德華·蘇斯是大陸漂移說的早期倡導者，正如馬文（1973）所指出的，這個看法是完全錯誤的。但是蘇斯在20世紀初確實曾提出最初有兩塊古生代大陸，“亞特蘭蒂斯”（位於北大西洋）和岡瓦納大陸（在南大西洋）。他把後者命名為岡瓦納，這是印度中部地區（鞏德人居住地）。蘇斯像19世紀一些先驅一樣，認為我們現在的大陸是更大的原始大陸的遺跡，其碎片已沉沒到海底盆地。但他並沒有提出原始大陸的分裂過程，因而也就沒有建立我們今天所理解的大陸漂移思想（馬文1973，58）。
一個更能說明問題的例子是美國地質學家F.B.泰勒。他在1910年發表了長篇論文，首次提出了一個具有內在邏輯性的、連貫一致的假說，這個假說包含了某種我們今天所理解的大陸漂移說的成份（哈拉姆1973，3）。這個假說最早是在1898年出版的一本小冊子中闡述的，但泰勒的理論主要是依據天文學，而不是地理學或地質學。他假設很久以前地球俘獲了一顆彗星，它後來成了今天的月亮。這場天文學事件增大了地球的旋轉速度，產生了更大的潮汐力，這兩種作用的合力將大陸從極地拉開。在他1910的論文中以及後來的出版物中，泰勒用地質學證據（愛爾德雷季1976，271）進一步完善了他的大陸運動的論點，但是這些沒有引起地質學界的普遍重視（馬文1973，63－64）。1911年，另一位美國人，H.B.貝克爾指出，存在一種由宇宙力包括太陽係行星的攝動引起的大陸移動（同上，65）。當魏格納出版他的著作時，他總結了許多前人的工作，有一段詳細討論了泰勒的貢獻。但是魏格納兩次宣稱他“僅僅是在漂移理論的基本輪廓已經形成時，才了解到泰勒所做的這些工作”（同上，8－10）。在這部著作的最後一版（1962中，魏格納在曆史回顧部分中又加上了一些新的人名。他在這一版中寫道：“我還在F.B.泰勒1910年的著作中發現了與我的理論非常相似的觀點”。
魏格納的大陸運動理論
地質學家和地球物理學家開始對大陸漂移假說進行認真的討論是在A.魏格納的著作出版以後。從所受的教育和個人職業看，魏格納並不是一個地質學家，而是天文學家和氣象學家（他的博士論文是天文學史方麵的），魏格納的學術生涯先是在馬爾堡謀得了一個天文學和氣象學的職位，後來在格蘭茲獲得了一個氣象學和地球物理學教授的職務（1924-1930），在二、三十歲時，他一直在格陵蘭進行氣象考察。1930年，在第三次探險時，他獻出了生命。按照曾與魏格納一起進行第一次考察的勞格·科赫的說法，大陸漂移思想是魏格納在觀察海水中冰層的分解時形成的。但是魏格納自己隻是說，大約是在1910年的聖誕節期間，他突然被大西洋兩邊海岸極度的相似和吻合所震驚，而這一點啟發他思考大陸橫向運動的可能性。
很明顯，魏格納當時並沒有認真地看待這一思想，反而認為“這是不可能的”而放棄了（魏格納1924，5；1962，1）。但他確實在第二年秋天開始建立他的大陸運動假說。他說他當時“相當偶然地”讀到了“一篇描述非洲和巴西古生代地層動物相似性的文獻摘要”（馬文1973，66）。在這篇摘要中，大西洋兩岸遠古動物化石的相同或相似被用來證明當時非常流行的、非洲和巴西之間存在陸橋的說法。例如，蛇很顯然不能渡過浩瀚的大西洋。因此，在南大西洋兩岸發現同樣的或十分相似的蛇化石，就證明很久以前的南美洲和非洲之間存在一條陸路通道的可能性是相當大的。如果換一種相反的解釋，即假設在這兩個地區的大部分土地上存在極其相似但又是相對獨立的生物進化過程，而這是完全不可能的。
魏格納對化石的相似性的印象非常深刻，但他不同意這兩塊大陸曾由某種形式的陸橋或由現已沉沒的大陸聯結起來的假說。因為這些假設需要進一步對這些陸地或陸橋的沉沒或崩解做出解釋，而對於這些不存在任何科學證據。當然，大陸之間確有陸橋存在，如巴拿馬地峽和曾存在過的白令地峽，但沒有真正可靠的證據證明古代跨越南大西洋的陸橋。作為一種替代性的理論，魏格納把他早年關於大陸漂移的可能性的思想重新發掘出來，並且按照他的說法，把原來純粹是“幻想的和非實際的”、“沒有任何地球科學意義的、隻是一種拚圖遊戲似的奇思異想，上升有效的科學概念。魏格納在1912年的一次地質學會議上，引用了各種支持證據，對他的假說作了進一步的發展，概括並總結了他的成果。他最初的兩篇論文在當年的晚些時候發表。1915年他發表了專題論文《大陸和海洋的起源》（DieEntstehungderkontinenteundOzeane）。魏格納在這部著作中，詳細羅列了他所發現的所有支持大陸漂移說的證據。該著作的修訂本於1920、1922和1929年陸續出版，並被譯成英文、法文、西班牙文和俄文。在譯自1922年德文第三版的英譯本（1924）中，魏格納的表述“DieVerschiebungderkontinente”被準確地譯為“大陸位移”，但很快就被普遍使用的術語“大陸漂移”所取代。
魏格納將自己的論點建立在地質學和古生物學論據的基礎上，而不僅僅是海岸的高度吻合，他著重強調大西洋兩岸地質學的相似性。在他的著作的最後一版中，他引用了來自古氣象學的證據。1924年，他還與科本合作撰寫了一部關於古氣象學的專著，並由此推論地球的極地始終是在遷移的（要詳細了解魏格納關於地理學、地質學、生物學、古氣象學、古生物學方麵的論點和論據，請參閱哈蘭1973年出版的著作的第2章）。魏格納認為，在中生代並一直延續到不太遙遠的過去。曾存在過一個巨大的總陸地或原始大陸，他將其稱為“龐哥”（Pangaea）。這塊原始大陸後來破裂，龐哥碎片的分裂、位移，逐漸形成了我們今天所處的各大陸的格局。他認為，大陸漂移（或稱運動、移動）的兩個可能的原因是：月亮產生的潮汐力和“極地漂移”力（pohlflucht），即由於地球自轉而產生的一種離心作用。但是，魏格納懂得，大陸運動的起因這一難題的真正答案仍有待繼續尋找。他在他的著作（1962，66）中寫道，大陸漂移理論中的牛頓還沒有出現。這話與當年居維葉、範托夫和其他一些人的心態是多麼的相似。他承認，“漂移力這一難題的完整答案，可能需要很長時間才能找到”。現在看來，魏格納最根本也是最富創造力的貢獻在於，他首次提出大陸和海底是地表上的兩個特殊的層殼，它們在岩石構成和海拔高度上彼此不同這樣一個概念。在魏格納所處的時代，大多數科學家認為，除了太平洋以外，各大洋都有一個矽鋁層海底。魏格納的基本思路後來為板塊構造說所證實。
盡管魏格納的大陸漂移理論長時間處於理論革命階段，但這並不意味著他的思想沒有引起注意或沒有追隨者。事實上，當時的情況遠非如此！20世紀20年代，國際科學界就此展開了一係列全球性的激烈論戰。1922年4月16日，在影響巨大的《自然》雜誌（vol.109，p.200）上，發表了一篇未署名文章，對魏格納著作的第二版（1920）進行了評論。這篇文章詳細概括了魏格納理論的基本觀點，並希望這部著作的英文本能早日麵世。“考慮到許多地質學家持強烈的反對意見”，文章的作者指出，如果魏格納的理論最終被證實，將會發生一場與“哥白尼時代天文學觀念的變革”相似的“思想革命’（P.203）。一位名叫O.巴辛的人，在聽了魏格納的一次演講後，在德國最重要的科學雜誌《自然科學》（1921，219－220）上的一篇文章中寫道，在柏林地理學會聽過魏格納演講的人，“都絕對地被征服了”，魏格納的理論得到了“普遍讚同”，盡管在隨後的討論中有過一些小心的反對意見和善意的警告。巴辛的結論是：“沒有反對魏格納的充分理由，但是，在理論得到毫無保留地接受以前，還必須找到更加堅實可靠的證據。”
在英國《地質學雜誌》1922年8月號的一篇評論中則出現了完全不同的聲音，在這篇文章中，菲利普·賴克直率地指出，魏格納“不是在探求真理，而是在為一種理由辯護，而對反對這一理論的事實和論點置之不理”。在美國，《地理學評論》1922年10月號上發表了H.F.雷德的文章，他尖刻地指出，他所了解的所有事實無不是對大陸漂移和極地遷移理論的致命打擊。在同一年秋天，大陸漂移說也成了英國科學促進會年會上探討和爭論的主題。公開發表的由W.B.懷特撰寫的年會報告將這一事件描述成“活躍的也是毫無結果的”。但是，1922年3月16日的《曼徹斯特衛報》發表了F，E.維斯教授的《大陸移動：新的理論》這一署名文章。維斯指出，魏格納的理論“對於地理學和地質學都是極為重要的”，“對於生物科學也大有禆益”。他最後總結說，這一理論“是一個極好的科學假說，它將大大激發進一步的探究”。
20世紀20年代有關大陸漂移的主要科學事件，是1926年由美國石油地質學家協會在俄克拉何馬州的圖爾薩召開的一次辯論會，會議論文集《大陸漂移理論：魏格納關於陸地起源和運動的論文集》於1928年出版。出席那次辯論會的有魏格納本人和F.B.泰勒，其他11位與會者中，有8位美國人和3位歐洲人。會議主席，荷蘭地質學家，馬蘭德石油公司副總裁W.格拉赫特為這本文集寫了支持大陸漂移說的長篇序言和駁斥反對意見的後記。這兩篇文章占據了該文集一半以上的篇幅。一些與會者（耶魯大學的C.R.郎格維爾，都柏林大學的J.喬裏，德爾夫特大學的G.A.F.莫蘭格拉夫，格拉斯哥大學的J.W.格利高裏，霍普金斯大學的小約瑟夫·T.辛格瓦爾德）對這個理論深表懷疑，但他們的態度是寬容的，而另一些人（斯坦福大學的貝萊·威利斯，芝加哥大學的羅林·T.錢伯林，美國海岸和大地測量局的威廉·玻維，霍普金斯大學的愛德華.貝利則極力堅持他們提出的相反的地質學論據，並且故意用一種偽科學的和錯誤的方法為他們自己進行辯護，他們還以嘲諷的口吻宣稱，他們的作法與魏格納的思維方式和著述風格是完全一致的。從今天占優勢的觀點反過來看，這些批評中充滿的仇視和惡意的情緒是耐人尋味的。很顯然，魏格納確實已經向地球科學和牢固的傳統信仰的基礎發起了正麵攻擊。