大陸漂移和板塊構造說(2 / 3)

魏格納假說在諸多方麵招致反對。首先,它直接反對幾乎所有地質學家和地理學家的傳統思想。這些人從懂事時起受到的一直就是舊有理論的教育,這種理論認定大陸是靜止的,地表是固定不動的。大陸漂移說則認為,陸地之間存在一種相對的橫向運動。這個大膽的設想就像伽利略時代的哥白尼學說一樣,在世人眼中是荒謬的“異端”’“。其次,新的假說認為,對於最膚淺的觀察者來說,地球顯然是剛性的,而事實並非如此。不過,魏格納的假說也由此帶來了新的問題,正如地球物理學家哈·傑弗裏斯等人很早就指出的,大陸漂移似乎需要巨大的、幾乎無法想像的動力,它遠遠超過魏格納本人提出的潮汐力和極地漂移力。爭論的焦點似乎可以用形象的語言加以描繪:“脆弱的陸地之舟,航行在堅硬的海床上”(見格倫1982,5),一般人都認為,這顯然是不可能的。

在科學史上,對新理論的提出者往往進行懷有偏見的指責,試圖將已開始的科學革命扼殺在萌芽狀態,不幸是一種普遍現象。不僅魏格納的方法受到攻擊,而且因為他沒有專業文憑,不是地質學家,而是一位德國氣象學家,因此,他被拒絕參加地質學會議,耶魯大學古生物學名譽教授查理·舒克特(1982,140),把大陸漂移假說稱為“德國理論”,而且,他以明顯讚同的態度引用P.特邁(法國地質勘探局局長)的話說:魏格納的理論僅僅是“一個漂亮的夢,一個偉大詩人的夢”,當人們試圖擁抱它時,將發現“他得到的隻是一堆泡沫和一縷清煙”。而且在舒克特看來,“魏格納的歸納太輕率了,根本不考慮地質學的全部曆史”(p.139),他隻是一個局外人,一個在古生物或地質學領域中沒有做過任何實際工作的人。舒克特斷定:“一個門外漢把他掌握的事實從一個學科移植到另一個學科,顯然不會獲得正確的結果”。

魏格納被拒絕——至少部分是因為他不是地質學“俱樂部”的成員,這一點已經被文獻所證實。哈·傑弗裏斯在攻擊魏格納的理論,證據和科學方法時,宣稱“魏格納基本上是個氣象學家。”1944年,切斯特·R。郎格維爾在《美國科學雜誌》(vol.242,p.229)上的一篇文章中虛偽地指出:“仁愛的評論家們指出”,魏格納的前後不一致和種種疏忽“可以得到寬容,因為他不是地質學家”。更有甚者,直到1978年,喬治·伽羅德·辛普森(1978,272)還一再重複他早年的觀點,認為“魏格納的大部分古生物和生物學依據,要麼是歧義的,要麼是完全錯誤的。”他指責魏格納(這個“德國氣象學家”)竟然敢涉足他“沒有第一手知識”的領域。

20世紀30-40年代,大多數地質學家都讚同傑弗裏斯在其頗有影響的著作《地球》第3版(1952)中所表述的觀點:“30年代為大陸漂移說進行的辯護,沒有產生經得起檢驗的理論”。保守的地質學家和古生物學家甚至把大陸漂移的觀點用作課堂上“解悶的笑料”。哈佛大學古生物學教授帕西·E。雷蒙德,告訴他的學生,泥盆紀的瓣鰓綱斧足動物有一半在美國發現而另一半在愛爾蘭發現。這兩部分“吻合的相當好”,因而肯定是“同一瓣鰓綱斧動物的兩半,這是被魏格納的假說將其在更新世一分為二的”(馬文1973,106)。

然而,本世紀20-30年代,支持魏格納的也大有人在。哈佛大學的雷金納德·A.戴利讚同大陸漂移的基本思想,盡管他不是嚴格的魏格納派,而且他本人有一次也說過魏格納是“一個德國氣象學家”。戴利提出了他自己的大陸運動學說,現在看來這一學說已經有些“接近現行的板塊構造模型之門了”(馬文1973,99)。在他那本《我們這顆運動的地球》(1926)一書的扉頁上,戴利寫下了“EppursiMuove”——這是伽利略在被迫放棄他一直信仰的哥白尼的地動說時所說過的一句辯解的話。(“EppursiMuove”意思是“地球仍在運動”)。

20年代,魏格納觀點的主要支持者之一是瑞士諾伊夏特地質學院的創始人和院長埃米爾·阿崗德。1922年,在第一次世界大戰結束後的第一次國際地質學會議上,阿崗德勇敢地站出來支持魏格納提出的“亞洲板塊構造”的基本思想,阿崗德不僅收集並整理了大量支持魏格納學說的論據,而且在劃分魏格納的“運動說”和傳統的“固定說”的界限方麵作了有益的工作。他宣稱,“固定說不是一種理論,而是對幾種粗糙理論的消極拚湊”(阿崗德-卡洛茲1977,125)。盡管阿崗德確定無疑地讚成“運動說”並列舉了支持這個學說豐富且詳細的證據,但他不得不承認:“對產生大陸漂移的力,目前我們還一無所知”(p.162)。

為年代魏格納的兩個主要支持者是亞瑟·霍爾姆斯(許多人認為他是“本世紀英國最偉大的地質學家”)(哈拉姆1973,125)和南非地質學家亞曆山大·杜·托依特。1928年那部美國大陸漂移論文集出版時,霍爾姆斯接受了大陸漂移說,並在1928年9月號的《自然》雜誌上發表了一篇評述該論文集的文章。他在文章中指出:“所有反對意見……主要是針對魏格納本人而不是他的基本觀點”。他還指出,“當人們似乎發表完了所有觀點之後,接著又出現了比泰勒和魏格納已提出的更強有力的證據支持大陸漂移說。”霍爾姆斯不但接受了大陸運動的一般觀點並成為大陸漂移說在英國的主要辯護人,而且,他還提出了新的產生漂移運動的力學原因。按照他的見解,地幔(地球緊臨地殼下的那一部分)中熔岩的對流運動會導致山脈的形成和大陸的漂移(馬文1973,103;哈拉姆1973,26)。杜·托依特生活於約翰內斯堡,像烏蘇拉·馬文(1973,107)提醒我們的那樣,“生活在古代岡瓦納大陸的中心,那片大陸的漂移證據最為充分,”他在一本名為《我們奇妙的地球》(1973)(副標題是“大陸漂移假說”)的書中總結了自己的觀點。這本書的獻辭是,“紀念魏格納及其他對我們地球地質學作出的卓越貢獻”,在這部書中,杜·托依特提出了一個於魏格納學說略有不同的地球理論(見馬文1973,107-110;哈拉姆1973,3O-36),例如,杜·托依特提出,原始大陸並非像魏格納所說的隻有一個——龐哥,而是有兩個,即北半球的“勞洛細亞和南半球的岡瓦納”。

杜·托依特把反對魏格納假說的原因歸結為兩個因素:一是缺乏令人滿意的產生漂移的力學機製;二是“頑固的保守主義”,他認為後者是整個地質學史中的一個特點。然而,杜·托依特十分清楚,接受大陸漂移說意味著要“重修我們全部的教科書,不僅是地質學的,而且還包括古地理學,古氣象學和地球物理學的教科書”(P.5)。他說,毫無疑問,“漂移說體現了一個偉大而又根本的真理”,而泰勒和魏格納提出了一個“革命性”的假說(p.Vii)。

杜·托依特並不是唯一將魏格納的理論看作是“革命性”的人。1921年《自然科學》雜誌上的撰文者,1922年《自然》雜誌上未署名的評論者,1922年F.E.維斯,1926年,凡·德·格拉赫特以及其他一些朋友和敵手,都使用過這一術語。戴利(1926,260)把大陸漂移理論說成是“新的令人驚異的解釋”,許多地質學家認為它過於離奇,甚至是驚人的,是一個“革命性的觀念”。菲利普·賴克也暗示過魏格納觀點的新奇性和革命性,他曾指出,“陸地運動對於我們來說,猶如地球運動對於我們的祖先一樣不可思議”(1922,338)。在《地質學雜誌》1928年發表的一篇評述《圖爾薩論文集》的文章中,賴克明確地使用了魏格納的“革命性理論”這樣的用語。

魏格納自己十分清楚,他的新觀念具有潛在的革命性。1911年,也就是在他公開發表他的新觀點的前一年,魏格納寫信給他的同行、教師W.科本。他寫道,為什麼我們“猶豫不決,不願放棄舊觀點?”“為什麼人們極力阻止新的觀念達十年甚至三十年之久?也許就因為它是革命性的?”接著他為他的反問附上了大膽而又簡單的答案:“我認為舊觀念的壽命不會超過十年了”!

由於大陸漂移說的革命性質,必須有比通常更為有力的證據才能使得這一理論獲得科學家共同的支持。要使任何根本性的或徹底的變革為科學界所接受,要麼必須有無懈可擊或無可辯駁的證據,要麼必須有超過一切現有理論的明顯的優越性。顯然,在本世紀20-30年代,魏格納的理論尚不具備上述兩個條件。事實上,直到50年代以後才找到了這種“無懈可擊”的證據。而且,接受魏格納的觀點就意味著必須對全部的地質科學進行徹底的重構。顯然,在缺乏無可辯駁的證據的情況下,人們當然不願意這樣做。芝加哥大學地質學家R.T.錢伯林在1926年美國石油地質學家協會會議論文集中寫道,在美國地質學會1922年召開的一次會議上,他曾經聽到這樣的說法:“如果我們接受魏格納的假說,我們就必須忘掉過去七十年中的全部知識並且一切從頭開始。”現在看來,這種說法是完全正確的。我們應當注意到,錢伯林的話在四十年後又在不同的意義上被重新提了出來。1968年,圖佐·威爾遜(1968a,22)在一部著作中寫道:“既然地球確實是以緩慢的方式運動著的活躍的天體,而我們非要把它看作是基本上靜止不動的,那麼我們就必須徹底修改我們以往的全部理論和全部教科書,從全新的觀念開始,建立一門全新的科學。”

哈拉姆(1973,110)在試圖解釋為什麼魏格納沒有為大陸漂移說提供令人滿意的力學機製——這普遍被認為是“接受魏格納假說的最大障礙”——時指出“引力理論、地磁學和電學在得到滿意的解釋以前很長一段時間就為人們普遍接受了。”他又說,在地質學中,盡管對“潛在原因”沒有得到共識,但這並沒有妨礙“前冰川時期存在”這一假說為人們普遍接受。然而,J.T.威爾遜(1964,4)爭辯說,“人們在滿意地解釋某種現象(如地磁場)或過程(如暴風雨)之前,並不總是樂於承認這些現象或過程的存在的。”關於這一點,應當進一步作些說明。R.勞丹明智地指出,大陸漂移的“力學機製”問題與“引力理論、地磁學和電學”或“暴風雨的存在”有很大的不同。在大陸漂移說中,問題“並不僅僅在於缺乏力學機製或原因,”(勞丹19782;古廷1980,288)而是“全部可以想像得出力學機製都嚴重地衝擊著物理學的理論。”而且,目前已經建立了有關地球及其內部自然現象的理論且為人們廣為接受,它們能夠完善而合理地解釋大部分已經觀察到的現象。

S.K.郎肯(1980,193)通過研究發現,盡管在50年代或更早的時候,“人們普遍認為,缺乏力學機製是大陸漂移說的地質學或古生物學證據被接受的主要障礙,”然而在今天,“板塊構造理論卻在沒有普遍認可的物理學機製的情況下被人們接受了。”他在1980年前後指出,“板塊運動的力學本質問題,”是“當代地球物理學家們麵臨的最重要的挑戰。”

魏格納理論的改造

現在看來,由於我們親眼目睹了這場革命的全過程,因而很容易發現,把理論革命與現行革命兩個階段區分開來的是兩個根本性的突破。第一個突破是,積累了大量新的、令人信服的表明大陸和海底確實存在著相對運動的證據。這些證據比海岸線的吻合。甚至比大洋兩岸地質學和生態學的符合,以及植物和動物化石的相似要優越許多許多。第二個突破是,理論的根本性的重構,致使基本觀念發生了重大變革,並由此產生了這樣一個問題:這場最終完成了的革命是否可以公正地看作就是那場企求了近半個世紀而一直沒有成功的革命?這一情形與所謂的哥白尼革命有許多相似之處。這場在伽利略和開普勒的推動下,最後由牛頓完成的革命,僅僅保留了哥白尼最一般的天文學觀念,即地球運動而太陽靜止的觀念,而摒棄了哥白尼宇宙學的基本特征。同樣,地球科學革命僅僅保留了魏格納的最一般的思想,即大陸之間可以有相互運動,而放棄了魏格納理論的基本特征——由矽組成的大陸單獨或分開在海洋地殼上運動,而海洋地殼密度更大的殼層則固定不動。

目前的最新觀點是這樣的:覆蓋在地球表麵的巨大板塊在運動著,其中有的板塊會帶動大陸或部分大陸和海底一道運動。因此,整塊大陸運動的理論被另一種不同的理論所取代。新的理論指出,陸地運動不過是地殼內部劇烈運動的表觀現象。在這種因果聯係過程中,魏格納假說中列舉的“極地漂移力”和“潮汐力”變得毫無意義了。

50年代的新證據首先來自古磁學和地磁學的研究。古磁學研究的是“殘留花”岩石中的磁性,即研究殘留在固化的熔岩樣品中的磁性。這種磁性由於地球磁場的影響而留在含有氧化鐵的岩石中。倫敦的P.M.S.布萊克特和劍橋大學的S.K.郎肯以及其他人所作的研究表明,地球的磁場從來不是恒定的而是變化的,甚至還經曆過南北倒置。其變化的方式與時間有密切的關係,而這種關係是可以確定的(這些研究因高靈敏度的地磁儀的出現而成為可能,布萊克特就是這種儀器的主要發明人)。當仔細描繪出磁極位置移動的路徑後,會從中發現磁極的移動和變化情況各個地域彼此不同,這表明每塊陸地各自在獨立地運動著。相關證據還揭示出地球南部各陸地聚集在南極地區形成一個原始大陸——岡瓦納大陸的時間,因此,這些組成部分說明我們現在的各個大陸肯定存在著某種橫向運動(見麥肯奇1977,114-117)。

沿著這條研究線索所獲得的第一批成果,地球科學界沒有立即接受大陸移動的存在;無疑,關於地球磁場演化史的細節尚有太多的沒有解決的難題。而關於磁機製的見解“過於複雜深奧,其中還存有許多未經檢驗的假說”(麥肯奇1977,116)。但是,主要是在地球物理學家中對此產生了極大的興趣。1956年,地學一本以大陸漂移為主題的論文集出版了,澳大利亞國立大學的E.埃爾溫對過去幾年的磁機製研究作了回顧與評述,最後他總結道:“各種證據對此後的結果,傾向於對地球磁軸相對於地球本身發生過位置變化的觀念以及各大陸相互之間有‘漂移’運動的觀念有利”(埃爾溫1953;1958,見馬文1973,150-152)。

推動魏格納的基本思想(而非魏格納理論本身)複興的第二條研究線索是關於海底山脈的研究。海洋和內陸湖泊大約覆蓋了地球表麵的70%。由於關於海底的特征與本質的知識在本世紀30-40年代還相當粗淺,因此,我們容易理解為什麼戰前關於大陸漂移的爭論最終沒有定論(哈拉姆1973,37)。然而,有關大西洋底的地形圖早已存在,1916年,泰勒就曾指出,大西洋兩邊的陸地好像是從海底山脈兩側慢慢升起的。魏格納本人也通過密度、磁性、成份等方麵的分析,指出海底是玄武岩構成的,但沒有人對此予以注意。我們目前關於大陸運動的直接線索來自對海底世界的研究。在國際地球物理年(1957-1958)期間,在測量地球引力和相關地震-引力數據方麵,已經有了全新的技術。地球物理學家找到了測定通過海底的熱流速率的方法,這些研究的一般結論是:巨大的海洋殼層岩石塊確實能夠“相互之間明顯地移動一大段距離”(哈拉姆1973,52)。這些研究成果與來自磁機製研究獲得的發現不謀而合,都強有力地支持大陸之間經曆了相互運動的觀點。到這時為止,大陸漂移理論才正式由於板塊構造說的廣泛被接受而得以完善。板塊構造說是一個結構係統,按照這種學說,地殼像“大板塊的拚圖,用形象的比喻就如巨大的大塊浮冰或鋪路石。”這些板塊獨立地運動著,邊緣與別的板塊碰撞則會發生變形。馬文特別強調說:“運動的板塊不像魏格納所設想的那樣是大陸,也不是整塊的海底殼層”(1973,165)。既然每一板塊既包括陸地部分也包括海底部分,那麼板塊的運動和魏格納大陸運動的概念,便相去甚遠了。因此,由於最初的“大陸漂移”術語,含有整塊大陸運動的意味,它不再是嚴格精確的了(哈拉姆1973,74)。1968年,人們提出六大板塊和十二個小板塊覆蓋地球的觀點。從那時起,有關板塊構造學說的理論細節越來越充實了。