第一章海底探尋2
海底古老岩石之謎
科學家們在大西洋中脊一帶的海底發現，這裏的海底就像是一個被打破的雞蛋，到處都是像剛剛流出來的蛋黃一般的岩漿凝固而成的岩石，有的像鋼管，有的像薄板，還有的像繩子、棉紗，甚至像被擠出來的牙膏……這些岩石的表麵，還有一層恰似驟然冷卻的玻璃質外殼。他們還發現有許多切過裂穀底部、深不見底的裂縫。總之，種種跡象表明，正如海底擴張和板塊構造理論所認為的那樣，這裏是新生地殼的發源地，地幔物質正是通過那些深不可測的裂縫上升，並推擠著兩旁的海底向外擴張；證明這裏的岩石正像板塊構造理論所要求的那樣，其年齡值趨近於零。
然而，事物是複雜的，盡管有著這次實際觀察資料作為證據，但人們也發現一些與板塊構造理論不相符合的事實。其中最引人注目的也正是在另外一些大洋中脊發現的具有古老得多的岩石。
早在1947年，美國哥倫比亞大學所屬的拉蒙特一多爾蒂地質研究所的“阿特蘭蒂斯”號海洋考察船，就曾在北緯30度的大西洋中脊，采集到幾塊變質玄武岩樣品。經用鉀—氬法測定，這些岩石的年齡值為4800萬年。由於當時板塊理論尚未提出，人們也就沒有對這一年齡值提出懷疑。後來，雖然海底擴張和板塊構造理論問世了，但理論的倡導者們又完全忽略了這一事實。斷言大洋中脊是新生岩石誕生的場所。有人提出質疑，有些板塊構造的支持者則以年齡測定誤差來應付。
20世紀60年代後期，有人決定對這些變質玄武岩進行重新檢驗。為了防止鉀—氬法可能出現的誤差，他們采用了一種更先進更準確的氮—氬法。實測的結果使人們不禁嚇了一跳，因為其結果表明，這些變質玄武岩的年齡不是像板塊構造理論的支持者們所期望的那樣變小了，而是變得更大了，為1．7億年。
這個毋庸置疑的數據，使海底擴張和板塊構造理論的支持者們大傷腦筋。著名的板塊構造說的創立者之一勒皮雄不得不為此發表一個聲明，聲稱他很熟悉這些變質玄武岩的采掘情況，認為這一年齡值可能與樣品采集後混入的外界物質有關，不能代表岩石的真實年齡；他還認為這些岩石在海底的原始位置也值得懷疑。也就是說，這些岩石不是大洋中脊的原生岩石，而是來自陸地。譬如在高緯度地區，那裏的陸地岩石被冰川刻蝕下來後，會和冰塊一起墜入海洋成為冰山，隨著海水漂移，當冰山融化以後，岩石便沉入海底。
然而，人們很快指出，這些岩石的采樣位置位於北緯30度，冰山是不可能向南漂移如此之遠的，即是在第四紀冰期時也不存在這種可能。同時，岩石學研究也證明，這些變質玄武岩的岩石化學特征和岩石結構特征，都清晰地證明它們是一種海洋玄武岩，而非來自陸地。另外，也沒有證據表明，它們在采掘後遭到了什麼嚴重的汙染，相反卻可以說明，測定的年齡值是可靠的。何況，類似的情況，在大西洋中脊的其他地方也有發現，那裏，人們找到了不僅年齡老而且屬於淺水成因的沉積岩，甚至古老的陸殼殘餘——片麻狀花崗岩。
所有這些事實使研究者們不得不另尋解釋的途徑。曾對這些岩石進行氮—氬法測定的米諾路·奧茲瑪認為，這些岩石是大西洋破裂和擴張前存在的或初期形成的，以後盡管地幔物質上湧導致海底擴張，但這些岩石的部分破碎塊體卻可能因斷裂的關係，被保留在上湧帶的頂部，沒有受到擴張的影響。
有意思的是，不僅大西洋中脊有這種奇怪的岩石，同樣，在西印度洋海嶺上人們也采掘到年齡為5．15億年的古生代花崗岩。
如果說大西洋中脊和西印度洋海嶺上的這些古老岩石，還可以用奧茲瑪的理論來進行解釋，那麼，1982年前蘇聯“拉普捷夫”號考察船在太平洋中的發現，就使人們如墜霧中了。“拉普捷夫”號在太平洋中心用洋底鏟掘器從基岩露頭麵上采取到一大塊的岩石，竟然是代表古老陸殼的花崗片麻岩。大家知道，這裏不是太平洋中脊的所在地，當然無法用奧茲瑪的理論來解釋，那麼它又是怎樣來到這裏的呢？
海底深淵之謎
1960年1月23日，太平洋西緣馬裏亞納海溝的洋麵上，驚濤奔湧，狂風怒號。有兩位勇敢的科學家乘坐在美國“的裏雅斯特”號深潛艇裏。潛艇憑借著壓載鋼球的重量，就像天女下凡似的直向地球的深淵飄落下去。兩個多小時後，人類終於第一次到達海底的最深處。水壓計指示這裏的水深是11000米，這比珠穆朗瑪峰的海拔高度還要大2000多米。11千米高的水柱壓到了深潛艇身上，它的分量恐怕不下於當年壓在孫猴子身上的五行山。潛艇承受了大約15萬噸重的壓力。雖然潛艇的殼體由一種強度特高的合金鋼製成，它的直徑仍然被壓縮了1．5毫米。
海底的深溝，是由堅硬的岩石組成，海底上蓋著薄薄的一層泥沙。溝底的軟泥，有的來自繁殖於海麵上的微小生物的遺體。因為它們太小、太輕了，從海麵沉到海底，大約得一年光景。另外，溝坡上的泥沙偶爾也會崩落到溝底。海溝的上部比較開闊，越往下，漸漸縮窄，與長江三峽等陸上峽穀的情形相仿佛。可是，就規模大小來說，名揚中外的長江三峽，擺到深逾萬米的馬裏亞納海溝麵前，那就慚愧得很，隻不過是巨人麵前的侏儒罷了。
世界海洋的平均深度不到4000米，而全球19條海溝的水深卻都在7000米以上，是名副其實的海底深淵。多少年來，科學家們一直在苦苦思索：海溝為什麼會這樣深？難道它僅僅是海底上一種偶然的起伏不平？
在海底的深淵裏，終年暗無天日。這裏見不到海麵上的浪濤，也聽不見人世間的喧囂。它是如此的幽深，莫非已臨近傳說中的地獄冥城？
直到20世紀60年代，地球科學家才漸漸明白：就在這寂靜詭秘的世界裏，正發生著一樁驚心動魄的事情。
原來，海底的深淵，果然就是“地獄”的入口處——海底地殼就在這兒被一股瘋狂的無形的力拖進地底去了。
海底最深的地方，並不像某些人所想像的，是在大洋的中央。恰恰相反，19條海溝幾乎都處在大洋的邊緣。而且，絕大多數海溝環繞在太平洋的周圍地帶。海溝或者與大洋邊緣的群島配對，例如，日本海溝、琉球海溝和菲律賓海溝等就緊挨在日本群島、琉球群島和菲律賓群島邊上，海溝、群島形影相隨；海溝也可以與大陸邊緣的海岸山脈相伴，例如，與南美洲安第斯山平行排列的，是太平洋東南緣的秘魯—智利海溝。海底地殼在海溝底並不是直著身子被拖進地球的內部，而是傾斜地插入旁邊的群島或大陸底下。
現在我們可以明白，海溝之所以這樣深，就是因為海底在這兒向下彎曲，沉潛到相鄰大陸或群島之下的緣故。這情景很像水麵上的冰塊，一個冰塊斜插到另一冰塊之下，兩個冰塊相互重疊起來。在海溝附近，大陸地塊騎跨在海底地塊之上，陸塊向上仰衝，被高高地抬起來；海底則向下俯衝，深深地下陷。目前，南美洲的安第斯山上衝到六七千米的高度，旁邊的智利海溝卻沉於海麵下7000餘米，二者高差將近1．4萬米。這是地球表麵上最大的起伏不平。
當然，浩大的地殼塊體畢竟不是冰塊。我們粗略估算一下，太平洋地塊的重量大約有億噸。這樣一個龐然大物強行衝進大陸地塊之下，自然非同小可，必定會弄出些駭人的事變來。
1923年9月某日中午，鄰近日本海溝的東京、橫濱一帶，大地突然顫抖起來了，在幾秒鍾以內房屋紛紛倒塌。當時多數人家正在做午餐，火爐翻倒，許多地方騰起了熊熊大火。居民們掙紮著逃出屋外，每個人都在倉皇地奔逃，可是，誰也不知道要跑到哪裏去，許多人漫無目的地亂兜著圈子，街道上越來越擁擠不堪。終於，有人省悟過來了：要盡快逃離這坍塌和燃燒著的鬧市區。歇斯底裏的人群爭先恐後，一片混亂。在這場著名的關東大地震以及由它導致的大火中，大約55億日元的財產毀於一旦，傷亡人數達24萬。
事實上，全球80％的地震部集中在太平洋周圍的海溝以及它附近的大陸和群島區。這些地震每年釋放出的能量，足可以舉起整座喜馬拉雅山，或者說，可以與爆炸10萬顆原子彈相比擬。並且，陸地上的大多數火山也集中在環繞太平洋的周圍地帶，所以這一帶有“火環”之稱。
太平洋周圍火山地震特別多，這些地質學家早就知道。可是，其緣故過去一直說不大清楚。現在，總算真相大白了。太平洋周緣火山、地震的肇事者，就是海底地殼沿著海溝的俯衝作用。在海底地殼和大陸地殼相互衝撞的海溝鄰近地帶，有史以來地震災害大約奪走了幾百萬人的生命，他們實際上是死於地殼運行的“車禍”之中。
地震發生的深度也很有規則。在海溝附近，地震震源比較淺，向著大陸方麵，震源的深度逐漸變大。把這許多地震震源排列起來，剛好組成一個從海溝向大陸一側傾斜下去的斜麵。這個傾斜的震源麵實際上標出了海底地塊向大陸一側俯衝下去的蹤跡。
後來，地球物理學家還算出了各條海溝的海底俯衝速度，它們大多在每年7~8厘米左右。千島海溝、日本海溝、菲律賓海溝等仿佛是無底的陷阱，西北太平洋海底正以每年近10厘米的速度鑽入其中，於是，這些海溝兩側的地塊漸漸聚合靠攏。比如上海與太平洋中的夏威夷群島之間的距離就一直在縮短，夏威夷群島正隨著太平洋海底向西偏北方向移動。夏威夷群島的檀香山，如今是遊覽勝地，何等的繁華，但在幾千萬年後，檀香山連同整個夏威夷群島都將葬身於日本海溝，而被拖進“地獄”之中。
太平洋周圍的海溝好似一張張吞吃海底的大口。若幹億年後，整個太平洋閉合消失了，中國大陸有可能與美國大陸碰撞相遇，在兩國之間將會升起一座像喜馬拉雅山那樣高峻的山嶽。因為在1億多年前，印度與我國西藏之間就曾隔著一個遼闊的古地中海。在當時，古地中海北緣也有吞食海底的深溝。大約4000萬年前，古地中海合攏了，印度與我國西藏碰撞在一起，就仿佛汽車相撞使車頭變形一樣，印度和我國西藏之間猛烈地擠壓拱起來。高衝霄漢的喜馬拉雅山便是這樣形成的。
如此看來，海溝的存在，對於大陸漂移運動是不可少的。當一塊大陸向前漂移時，難免要蓋沒前方的海底。這部分海底正是通過海溝這張大口俯衝潛沒於相鄰大陸之下。所以在一塊漂移著的大陸的前緣，一般都展布著一列列的海溝。向西漂移的美洲大陸，其前緣是中美海溝、秘魯—智利海溝。隨著美洲大陸向西漂移，它前方的太平洋收縮了，後麵的大西洋則擴展開來。向東漂移的歐亞大陸，其前緣有日本、琉球、菲律賓、馬裏亞納等海溝。太平洋周圍的大陸（歐亞、澳大利亞和美洲大陸）的漂移方向，大體上都指向太平洋內部。
地球內部物質不停地沿著大洋中部的裂穀噴吐出來，一生成新的海底，並緩緩向兩側擴張推移，在大洋邊緣的海溝裏，老的海底被消滅，重新返回到地球內部。海底猶如不息的傳送帶，有生有滅，不斷地更新。有的大洋海底生的死多，滅的少，如缺少海溝的大西洋、印度洋，大洋不斷擴展；有的大洋海底生的少，滅的多，如太平洋，則漸漸萎縮。我們的地球表麵，就是由漂移著的大陸和變動著（擴張或收縮著）的大洋所組成。
海底磁性條帶成因之謎
19世紀末，著名科學家居裏在自己的實驗室裏，發現磁石的一個特性，就是當磁石加熱到一定溫度時，原來的磁性會消失。後來，人們把這個溫度叫“居裏點”。組成地殼的岩石含有鐵礦物質，在成岩過程中因受到地磁場的磁化作用，獲得微弱磁性；顯而易見，被磁化的岩石與當時的地磁場是一致的。人們還發現，無論地磁場怎樣改換方向，隻要它的溫度不高於居裏點，岩石形成的磁性是不會改變的。也就是說，隻要能測出岩石的磁性，也就能推知當時的地磁方向，這就是人們常說的化石磁性。正如地層中的生物化石一樣，化石磁性完全可以用來指示地層形成時的環境條件，可以用來指示岩石形成時的地磁場強度及其方向。研究地球曆史的地磁場變化規律的學說，叫做古地磁說。
為了尋找大陸漂移說的新證據，從20世紀40年代後期開始，古地磁學家把研究的重點轉向大洋底部。
第二次世界大戰結束之後，人們對海洋的探測技術有了很大提高，高靈敏度的磁力探測儀研製出來，並被運用到海洋調查中。首先進行這項研究工作的是美國哥倫比亞大學的拉蒙特地質研究所和斯克利普斯海洋研究所。這兩個研究所的地質學家共同合作，從1948年開始，用了近10年時間，使用拖曳式磁力儀，在大西洋中脊上的海麵上，往返航行近20個航次，進行古地磁調查。之後，另外一艘美國海洋調查船“先驅者號”在美國政府的資助下，使用全磁場磁力儀，以密集的測線和站位布點，對太平洋特定海域進行了古地磁測量。這兩次調查，使人們獲得了較為係統的大麵積洋殼岩石磁性資料。科學家把所獲取的古地磁資料進行對比分析，然後把磁力強度相同的洋底岩石用等值線的方式標繪在地圖上。結果人們驚奇地發現，這些等磁力線條帶，大都呈南北方向平行於大洋中脊兩側，而且磁性正負相間；每個條帶長約數百千米，寬度多在數十千米。磁化強度很高的海底磁性體，形成了正向磁性條帶，而相鄰近的磁化很弱的海底戳性體，則形成負向磁性條帶。分布在大洋底部的一條條磁性條帶，就像是海底岩石呈條帶狀被磁化後引起的。海底磁性條帶的發現，成為當時地學研究的一大奇跡，它的成因機理也是人們探討的課題。