海底地质学家 -海洋地质科学家

超级爸爸 · 发表于地质类 2023-10-30 10:11:58

夏季的格陵兰岛，太阳围绕着天边打转，岛中央高原上年复一年降落的雪花层层压实，形成晶莹的蓝冰，在阳光照耀下，显得格外洁净。蓝冰之下，一个躯体安静地沉睡着。

格陵兰岛的蓝冰洞

他的名字叫阿尔弗雷德·魏格纳。90年前，为了验证自己提出的地学理论，魏格纳第四次远赴北极的格陵兰岛考察，不幸在返程途中遭遇暴风雪遇难。

■热爱探险的气象学家

1880年11月1日，德国柏林，一个婴儿降生。孩子的父亲，一位传教士兼孤儿院院长，给他起名为阿尔弗雷德·魏格纳（Alfred Lothar Wegener）。

幼年的魏格纳体弱多病，耐久力差，但却非常向往去北极探险。在同龄的孩子们摆弄锡兵玩偶的时候，魏格纳却把精力花在了阅读探险家的故事上，英国探险家约翰·富兰克林成了他心中崇拜的偶像。为了达成去北极探险的目的，他努力学习滑雪、登山、极地探险，以此强健体魄。然而，高中毕业后参加探险队的机会因父亲的阻止而作罢。此后，他进入海德堡大学和柏林大学求学，由于数学、物理水平并不突出，他的表现平平。

年轻时的魏格纳

直到大学毕业，魏格纳遇到了他的伯乐——柯本教授。

在柯本的门下从事高空气象学研究，魏格纳表现出了惊人的学习力，短短数年时间，他便攻读完全部课程，取得博士学位。此时的他年仅25岁。

完成学业的魏格纳，进入气象界工作。起初，他研究气象学，在大气圈上层热力学和极地冷气团方面颇有造诣，数年后亲自编写的《大气圈热力学》更是成为当时德国大学通用的气象学教材。然而，虽身为气象学者，魏格纳从未忘记自己早年的夙愿——赴极地考察。在1906-1908年，他便两次参加丹麦远征格陵兰考察的探险队，到冰天雪地的格陵兰北部探险。这次探险，为他的气象学研究提供了大量第一手资料，也为他日后的跨界打下了坚实基础。

格陵兰岛。格陵兰岛位于北极地区，是世界第一大岛，岛南北长2574㎞，东西宽1290㎞，面积216.6万㎞²。全岛气候酷寒，除沿海外，夏季气温均在0℃以下，岛中央高地冬季气温可降至-65℃，是北半球最寒冷的地方。岛大部被巨厚冰层覆盖，冰盖平均厚度2300m，倘若全部融化，可使全球海平面上升7m

■偶然的发现，激起大胆设想

1910年春天，温暖的南风又一次吹绿了黑森州的山毛榉森林。自从两年前从格陵兰探险归来，魏格纳便一直在德国中部的马尔堡大学任教。一天，正在家中养病的魏格纳，抬头看了看挂在墙上的世界地图，忽然大吃一惊：

“为什么非洲和南美洲的大西洋岸线，轮廓如此吻合？”

非洲和南美洲的轮廓图。可以看出，如果把这两大洲拼凑起来，它们各自的海岸线惊人地吻合：南美洲东北部凸出部分可以很好地嵌入西非几内亚湾凹进部分

魏格纳比划着，把两个大洲拼凑到一起。但他并未深入思考下去。直到一年后，他在一部论文集里看到了这句话：

“根据古生物学的论据，巴西和非洲通过一片陆地彼此相连。”

仿佛老天爷开了一扇窗，一个大胆的想法突然从魏格纳心头涌出：在遥远的过去，非洲大陆和南美洲大陆是连在一起的，后来，二者逐渐分裂并漂移开，逐渐运动到当前的位置。

这样的设想在当年着实大胆。要知道，在那个年代，地球的大陆如铁板一样纹丝不动——才是普世观点。

兴奋的魏格纳开始着手搜集资料并深入研究，力图寻找证据去证明他的这一设想。

然而，他面临的阻力很大。首先，他的尊师柯本教授就不同意。

柯本，德国杰出的气象学家和植物地理学家，既是魏格纳的老师，又是魏格纳的岳父。他提出的气候分类法则，被世界各国采用，直至今日依然有非常重要的参考价值

这是因为，在当年地质学权威们占据绝对话语权的欧洲学界，身为外行——气象圈新人的魏格纳，提出这样一个惊世骇俗的观点，不但难以得到业内肯定，还很有可能因此葬送自己的学术前途。自从魏格纳做柯本的学生起，这位老教授就对他偏爱有加，也难怪，谁舍得让自己未来的女婿为了一个难以实证的假说赴汤蹈火呢？

同时，在当时的地学界，已经有了广为接受的海陆理论。魏格纳如果提出他的观点，就算自己不被卷入明争暗斗的学术争论洪流，其假说本身也很难站住脚。

面对困难的魏格纳，没有放弃。这位气象学者看样子是要啃下这块硬骨头了，也难怪，这种执拗才符合他一贯的风格。

1912年1月6日，在莱茵河畔的法兰克福举办的地质协会演讲上，32岁的魏格纳以“在地球物理学的基础上论地壳轮廓的生成”为题，第一次将他的大陆漂移设想公布于众；4天后，他又在马尔堡科学协进会上做了题为“大陆的水平移位”的演讲。这一年，他的两篇演讲稿都被刊出。

此刊一出，顿时在地学界激起轩然大波。

面对巨大的质疑声，魏格纳明白，他必须寻找到足够的证据去支持自己提出的假说。

■投身地学，三赴北极

1912年，抱着寻找证据目的的魏格纳，加入了科赫——格林贝格探险队，横贯格陵兰冰盖。科赫是当年极地冰川的资深研究者，和他共事的魏格纳在考察过程中发现，格陵兰岛多处海岸的地质结构和相隔数百乃至数千公里的诸多岛屿存在相似之处。

在1912年的格陵兰考察过程中，魏格纳发现，格陵兰岛西北岸和加拿大埃尔斯米尔岛的地质构造可以解释二者发生过大规模平移；格陵兰东北角N81°处的海岸出露沉积物和斯匹次卑尔根群岛上发现的沉积物所处年代相同；格陵兰N75°东岸的片状玄武岩和在冰岛、外赫布里底群岛、爱尔兰发现的岩样高度相似

格陵兰巨大的沿岸冰川。即使在夏半年的极昼期，格陵兰岛的天气也十分恶劣，狂风、暴雪、沿岸的冰崩，严重威胁着探险者的生命

返回德国后，魏格纳开始着手整理他的第一手资料，1913年，他和柯本教授的女儿——埃尔斯·柯本喜结连理。可这平静的生活并没有持续多久，一年后，一战爆发，魏格纳也被征召入伍。

就在魏格纳战斗在前线的时候，1915年，他整理的资料结合他的学说，汇集成册、出版发行了。这本影响后世的著作，名为《海陆的起源》。

全书共三章，从地质学、古生物学、古气候学的角度，详细阐述了大陆漂移设想，同时通过对地球岩石圈的解读，解释了大陆漂移的机理。

魏格纳发现，在南美洲、非洲、大洋洲这些热带大陆都存在冰川大规模活动的遗迹。他认为，遥远的过去，这些大陆原本处在高纬度，后来逐渐漂移到了现在所处的位置

在南美和南非，都发现有石炭纪爬行动物中龙化石；在巴西和中非，都发现有同属的中生代两栖动物化石；在南美、非洲、南极洲、澳洲，都发现有舌羊齿化石；在非洲、印度、南极洲，都发现有同属的中生代爬行动物化石。魏格纳认为，在过去，这几块大陆合并在一起，后来大陆裂解，这些古生物遗迹随之分散各洲

在古生代地质资料中，南美洲、非洲、大洋洲这些热带大陆都发现有冰川大规模活动的遗迹。当时地学界对此的解释是，在古生代，全球有过一段气候持续寒冷的时期，在这一时期冰川扩展到了低纬地区并留下大量印记，但魏格纳在查阅在大量资料后否定了这一观点。由于在热带其他地区发掘出了只有在温暖气候条件下才能形成的成煤木本沼泽遗迹，魏格纳认为，全球气候变冷无法解释热带的一个地区发育大规模冰川、另一个地区却形成郁郁葱葱的丛林的事实。只有大陆漂移——发现冰川的那些地区，在古生代处于高纬度地区，后来逐渐移动到现在所在的低纬度地区——才可以很好地解释地质观测事实。

在另一个论证中，魏格纳对当时古生物学界讨论热烈的同属化石发现在不同大洲这一现象，提出了自己的独到观点。在当时，中龙这一石炭纪（距今约3.6亿年）水生爬行动物化石在南美洲和非洲南部均有发现。当时学界的主流观点是，在古生代，有一座陆桥横跨大西洋，把南美和非洲联系在一起，两大洲的动物可以自由迁徙。但魏格纳认为，陆桥说从地质角度分析难以成立，他认为，两大洲在过去是相连的，后来逐渐分裂开了，化石遗迹自然也跟着各自所在的大洲分离开来。类似规律的舌羊齿等化石遗迹分布，魏格纳也用同样的说法予以了解释。

魏格纳设想的大陆漂移示意图

正如魏格纳一开始担心的那样，随着《海陆的起源》付梓出版，他的观点随即传遍了当时的学界，批评乃至诋毁声便不绝于耳。

法国地质勘探局局长P·特迈说：“大陆漂移学说只是一个‘伟大诗人的梦’。”

美国古生物学、历史地质学家和古地理学家查理·舒克特称，魏格纳的大陆漂移假说只是“德国理论”，他认为，魏格纳下结论不够谨慎，根本没有从地质学历史来看，正如他所言“他生硬地将已掌握的一个学科的知识移植到另一个学科上，显然不会得到正确的结果”。

乔治·伽德罗·辛普森则强调，“大陆漂移学说中的那些古生物和生物学论据，要么存在歧义，要么是完全错误的”，他同时谴责魏格纳涉足“没有第一手知识”的领域。

……

也有一些学者支持魏格纳的假说，但在主流学界反对大陆漂移理论的大背景下，这样的声音实在太微弱了。

魏格纳之所以受到如此严重的批评，一方面是因为他自身的气象学背景使他难以得到地质学界的普遍认同，更重要的是，他无法很好地给出大陆漂移的动力机制。

在对大陆漂移原动力的解释上，魏格纳引入了潮汐概念。受月球引力影响，地球朝向和正背向月球的两面会突起，和月球连线垂直的两面则会凹陷。魏格纳认为，潮汐力的作用，可以让地球大陆在亿年的时间尺度上，发生显著的漂移

魏格纳认为，硅铝质的大陆密度较低，像船一样漂浮在较重的硅镁质岩浆之上，在月球潮汐力的反复作用下，大陆极其缓慢地移动，经过上亿年的时间，足以移动很远的距离，使地图完全改观。

这样的解释显然难以服众。

虽然魏格纳很清楚自己的观点会经受时间的磨练，但受到如此多的攻击，他自然心情沉重。早在1911年，他就曾写信给他的恩师兼岳父柯本，在信中他感叹：“为什么人们要犹豫不决，不愿摒弃旧观点？为什么人们要长时间极力排斥新观点？”他的内心感到，大陆漂移理论要想被大家接受，至少还需要10年。

但是，事情并没有他想象的那样顺利。

图为1916年，魏格纳回到家乡时与妻子和女儿的合影。魏格纳和妻子埃尔斯于1913年结婚，1914年魏格纳应征入伍时，埃尔斯已身怀六甲。科学家也有温情的一面，妻子的支持更是给了魏格纳事业很大的帮助（图片源自网络，侵删）

1916年，前线两度负伤的魏格纳退伍，回到家乡德国。一战结束之后，他先是在德国海军天文台任职，后被任命为汉堡大学高级讲师。1924年，魏格纳转而担任卡尔·福斯岑斯大学气象学和地球物理学教授，主要研究物理、光学以及龙卷风。期间，他一直筹划着再赴北极考察。

1929年，盼望的日子到来了。这一年，魏格纳与约翰尼斯·乔治、佛里斯·罗伊、尔斯特·索尔格一起，进行第三次格陵兰探险，并在冰盖上建立了考察站。这次考察，魏格纳一行获取了大量第一手数据。如果再给魏格纳十年时间，他很可能会离自己的学说更近一步。

魏格纳在格陵兰考察。左为魏格纳

格陵兰科考站中，魏格纳在工作。面对众多反对和猜疑，魏格纳没有放弃。他数度赴北极考察，搜集多方证据力图支持大陆漂移学说的正确性

一年后的4月1日，魏格纳登上“旗鱼号”，前往格陵兰岛，开始他的第四次北极科考。10月，他抵达格陵兰爱斯米特营地运送物资。同年11月1日，魏格纳在营地度过了自己的50岁生日，其后，在返回基地的途中，遭遇暴风雪，不知所踪。时间定格在1930年11月。

1931年5月，时任汉堡大学教授的魏格纳哥哥库尔特，在格陵兰雪原上，发现了弟弟的遗体。北极早春的日光下，魏格纳的躯体，冻得如石头般坚硬，早已和这座大岛的冰雪融为一体。

■二战后的转机

其实，早在魏格纳为大陆漂移假说寻找证据时，一些支持他学说的科学家就公开提到大陆漂移的可行性。1922年，在一战结束后的第一次国际地质会议上，来自瑞士诺伊夏特地质学院的院长埃米尔·阿岗德便勇敢地拥护魏格纳提出的“亚洲板块构造”思想；同时代的英国地质学家亚瑟·霍尔姆斯在1928年出版的《大陆漂移论文集》中也对大陆漂移学说表示赞同；来自南非的地质学家亚历山大·杜·托依特则表示，古代冈瓦纳大陆[1]中心的漂移证据最为充分，并在其所著的《我们奇妙的地球》一书中献词“纪念魏格纳及其对我们地球地质学做出的卓越贡献”。这些声音虽然微弱，但像一道光，照亮了大陆漂移学说前方的黑暗。

来自深海的证据，也在悄悄地帮助魏格纳。早在魏格纳出生前的1870年代，英国“挑战者”号调查船在环球考察的过程中，就发现了北大西洋中的海底山系；1925-1927年，德国“流星”号船通过回声探测到横贯大西洋、长达17000㎞的洋中脊。这些发现，令当时主流地质学界坚持的“大洋和大陆是铁板一块”的说法，产生了动摇。

真正的转机，发生在二战之后。

20世纪50年代，随着回声定位技术的发展和深水探测的开展，在世界各大洋的中部，都发现了洋中脊，这些洋中脊非常连续，且在其底部中央大都发生了某种程度的上涌，与此同时，观测到的大洋底沉积物厚度，远远低于此前学界的假设。

洋中脊，又称中央海岭，是横贯大洋的巨大海底山脉。这是一幅北大西洋海底地形图，可以清晰地看出，大洋中央的宽阔海岭，从冰岛开始一直向南延伸

通过大量探测绘制而成的全球洋底地形图。黑色的部分是大洋中脊。洋中脊的发现，是地学史的一座里程碑

到了60年代初，更多的证据指向大洋中脊中部的高热流值。已有一些科学家推测，来自炽热地幔的上升对流，在洋底拉开巨大的裂口，形成了壮观的洋中脊，同时把大量热量释放到裂口处的海底岩石中，观测到的高热流值正是源于此。

地质学家模拟的洋中脊成因示意图。来自地球深部的热量在地幔形成对流，对流的涌升部分向上顶升，撕开薄弱的大洋地壳，在裂口处塑造出规模巨大的中央海岭，同时把大洋地壳向两侧推动

随着海底探测技术的进一步发展，科学家们又在大洋底部有了新的发现。大洋地壳的年龄非常年轻，远远小于之前的估计值；中央海岭的岩石磁性呈现出条带状、且平行于中脊的延伸方向，正负相间、两侧对称；在大洋边缘，观测到了一些新的海沟。

地磁倒转记录支持海底扩张学说。在洋中脊两侧，观测到岩石磁性的周期性反向交替现象。地球的磁场会以约80-100万年为周期交替翻转，这一现象会在固化的熔岩中形成磁性记忆

上图所示，当岩浆在洋脊顶部的狭窄裂隙中固结时，会被当时的地磁场磁化，随着海底扩张，这条地壳磁化带将会逐渐增宽，在地球磁场翻转的过程中形成介于新老条带之间的窄条带，随后的磁极翻转将建立正常的此行条带和反常的磁性条带。如此周期往复，循环不止。

越来越多的证据，指向了一个事实——地球的大洋地壳，是在运动的。

结合了大量观测证据，地质学家们构建了一种新的大陆漂移学说——板块构造学说。在该学说中，板块包括了整个地壳和莫霍面[2]下的上地幔顶部。这一全球构造理论认为，大陆地壳和大洋地壳都曾发生过大规模的水平运动，且这种运动仍在进行。地球的海陆格局、火山、地震，都可用此模型很好地解释。

板块构造示意图。需注意，为方便观看，图中地形都经过了纵向放大。它们的实际结构要平缓得多

正如上图所示，软流圈地幔驱动其上的洋壳和陆壳水平移动。新的洋壳在洋中脊处形成并向两侧扩张，由于硅镁质的洋壳密度大，其边缘会俯冲到较轻的硅铝质陆壳下方，形成深海沟和陆地上规模巨大的造山带。随俯冲带被带入地下深处的深海富水沉积物，在高温高压作用下熔融脱水形成岩浆并积攒压力，在地壳薄弱处喷出形成火山，俯冲带岩壳巨大的应力释放则制造了地球上数量最多、规模最大的板块边缘型地震。今天，随着观测技术的日趋完善，越来越多证据证实了这种理论的科学性。

受内力驱动的板块运动，很好地解释了大陆漂移这一现象。图中单位为百万年

到了1970年代，板块运动理论已经被学界广为接受。近几十年来，得益于更多观测资料的支持和大型计算机模拟技术的运用，这一理论已十分成熟。自从魏格纳遇难后，沉寂了40年之久的大陆漂移学说，终于以另一种方式起死回生，展现在世人的面前。

科学家还原的6亿年来地球海陆变迁。Ma为单位“百万年”

在今天看来，虽然魏格纳给出的大陆漂移机制——潮汐力驱动漂浮于硅镁质软流圈之上的陆壳，在事实上并不科学，但他大胆跨界的勇气，躬身求证的作风，为了科学理想四赴北极、百折不挠的精神，如灯塔一般，鼓舞着一代又一代的地学人。

■长眠蓝冰，精神永驻

当年，得知魏格纳遇难冰原后，德国政府想把他的遗体运回国内举行国葬，但他的妻子埃尔斯拒绝了。埃尔斯深知，丈夫一生挚爱北极，倘若他还活着，一定更愿意长眠于斯。于是，魏格纳的遗体留在了他殉难的地方。年复一年的雪花纷纷洒落，他的遗体终于和这些凝固的水分子一起，融入了格陵兰岛的万年蓝冰之中。

柏林市中心的魏格纳纪念碑

在德国柏林市中心，坐落着一块纪念碑，碑文上的德语记载了魏格纳的生平。拜访碑文的人，会用鲜花寄托哀思，表达敬意。就在此刻，我们脚下的大陆，正在极其缓慢、同时又永不停歇地移动着，正如110年前魏格纳的抬头一瞥，在那张世界地图上，发现的奇迹。

参考文献：

《海路的起源》[德]阿尔弗雷德·魏格纳

《地球科学导论》[美]Frederick K.Lutgens 、Edward J.Tarbuck

《起源——大陆、海洋与生命的演化》[美]罗恩·雷德芬

参考

^冈瓦纳大陆：在远古时代存在于南半球的一块超级大陆，也称南方大陆，是目前非洲、南美洲、澳洲、印度次大陆和南极洲的前身。因印度中部冈瓦纳地区，故名。越来越多的证据显示，这块超级大陆曾真实存在过。^莫霍面，全称莫霍洛维奇间断面，也称M界面，是地壳与地幔的界面。由于上下显著的密度差异，这一界面很容易在观测到的地震波上显现出来，因最初由南斯拉夫地震学家、气象学家莫霍洛维奇(Andrija Mohoroviic)发现，故名。

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