章節3
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。
海底磁性條帶被發現之後，引起世界各國地質學家的極大興趣。人們對海底磁性條帶的形成機理，提出過種種假說。在眾多假說中，最有代表性的是英國劍橋大學的兩位學者，一個叫瓦因，另一個叫馬修斯。這兩位學者提出的海底磁性條帶成因假說，直到今天仍為大多數地質學家們所接受承認。
從1963年開始，瓦因和馬修斯就對人們已經獲得的一大堆海底磁性條帶的資料進行研究，力求找到海底磁性條帶成因機理，和它存在的地學意義。在他倆從事這項研究之前，海底擴張說已在地學研究領域中初步形成，特別是著名地質學家赫斯提出的“蓋奧特”（即平頂海山）成因說理論對海底擴張說提出了有力證據。早先魏格納提出的大陸板塊說被冷落一段時間之後，又再度興起。在這種背景下，這兩位英國學者，把自己的研究和海底擴張說聯係在一起，力圖從古地磁學的角度來解釋海底擴張說。瓦因和馬修斯認為，海底磁性條帶的出現，不是由於磁化強弱不均引起的，而是由於某種原因，地磁場轉向的背景之下形成的。當新的海底岩石在大洋中脊形成之時，如果當時地磁場正處在正向時，那麼，就能獲得正向岩性磁性條帶；反之，則得到反向岩性磁性條帶。這就是說，由於海底發生擴張，具有正向的海底岩石將被後來形成的新岩石推向兩側；如果此時處在反向地磁場的地質時期，形成的岩石當然具有反向磁性。在地球的地質演化過程中，地磁場曾發生多次反複轉向，伴隨的是新洋殼沿作中脊不斷地形成，不斷擴張。這就在今天的洋殼上留下一係列磁化方向正反相間的磁性條帶。從海底磁性條帶分布的情況看，每次地磁場轉向，都在當時新形成的海底上留下磁向的標記。也就是說，海底磁性條帶實際上可以被看做是地球磁場不斷轉向的曆史記錄。
從另外一個方麵來講，假如世界上各大陸自古以來從來就未發生過移動的話，那麼地球上隻能留下一條磁極遷移線。但是，地質資料告訴人們的事實是許多條極向不同的磁性遷移線。通過技術手段，人們在北美洲和歐洲大陸上，分別測得北磁極的遷移線，盡管北美和歐洲相距遙遠，但磁極遷移線卻十分相似，而且幾乎是平行的。如果想把它們合並成一條線，隻要把北美大陸向東移動3000千米，使兩塊大陸連接起來，形成一個完整的大陸板塊。這個大陸塊正好占據了大西洋今天的位置。這種推理假說如果成立的話，不正好與半個世紀之前，魏格納提出的“大陸漂移說”不謀而合了嗎？
瓦因和馬修斯關於海底磁性條帶的解釋，又使“海底擴張說”得到一個有力的證據，人們有理由相信，地球上的大陸是在漂移的。
如果“海底擴張說”和瓦因、馬修斯的假說是正確的話，那麼，合乎邏輯的推理是，組成大西洋的岩石年齡不應該是均一的，而應該是有差異的。對此，加拿大地質學家威爾遜的研究小組，在1963年對大西洋洋底年齡進行了測定，通過豐富的資料分析，以及使用多種測年手段，果然印證了上述推理的存在。人們發現，在大西洋上，幾乎所有的島嶼都是火山島，它們的年齡相差十分懸殊。科學家們發現這樣一個規律，越是靠近大洋中脊的洋殼，年齡越輕；越是遠離大洋中脊的洋殼，年齡也越大。例如，地處大洋中脊上的揚馬延島的年齡隻有1000萬年，離洋中脊較遠的百慕大群島的年齡則是3600萬年，遠離大洋中脊快要靠近非洲西海岸的裴爾南多波島和普林西比島的年齡最大，有幾億年。威爾遜研究小組發現的大西洋火山年齡及其分布規律，是海底擴張說和瓦因、馬修斯假說的一個極有力的證據。這與大西洋是在侏羅紀（距今約1．5億年前）開始形成的說法相吻合。
假說畢竟是假說，今天，科學家們仍然在對海底磁性條帶進行研究探索。海底磁性條帶的許多未解之謎，仍然是科學家們研究的課題。例如，是什麼原因使地球磁場發生轉向和地球為什麼是一個巨大的磁性星體一樣，讓人們感到迷惑不解。地球發生磁場轉向的內在機理是什麼？是周期性的，還是非周期性的？今後地球的磁極還會轉向嗎？地磁場發生轉向對地球的影響是什麼？這種種問題，都是擺在科學家麵前的難題。