深海底地学现象勾起深思

在40年代，英国物理学家布莱克特（P.M.S.Blackett，1897—1974）提出了有关太阳和地球等行星的磁场成因理论。为了验证此理论，他费了数年时间，研制成可测准至10-7高斯的精密地磁仪，这套仪器为测定岩石中微弱的热剩磁提供了可能。热剩磁是岩浆中的磁性矿物（如磁铁矿Fe 3 O 4）在冷却过程中，达到一定温度（称居里点，磁铁矿的居里点为600℃），磁性矿物中的磁分子便顺着地球磁场磁力线方向排列并成为永久磁石状态。1957年布莱克特和英国的朗康发现在不同地质时期中地磁极是在移动的。他们根据英国和欧洲的岩石标本测定的磁化方向以及北美的标本测定的磁化方向，分别画出磁极移动的轨迹。由轨迹可明显地看出欧洲和北美岩石标本所记录的地磁极移动轨迹并不重合，彼此存在着有规律的偏差。由于地磁场的主要部分为偶极磁场，这是确定无疑的，因此根本不可能同时存在着两对地磁极。他们认为这两个轨迹不重合，外表看来有两对磁极，但实际上却是因为北美大陆相对欧洲大陆向西移动了30°造成的。于是他们对移动轨迹进行了调整，将现在的北美相对欧洲向东旋转30°，这样两个移动轨迹就一致起来了。这等于说，在地质历史的某个时期，大西洋并不存在，欧洲、北美是连在一起的。两大洲现在的分离只是后来大陆发生大规模相对水平移位而造成的，这种现象在南美和非洲也类似。有了这个有力论据，大陆漂移理论重新开始复兴起来了。

近50年来，由于发现洋底是地球上最大连续矿体，激起了人们对洋底探索的热情。海洋探测技术中出现了声呐、深海钻探、海底打捞、以及海洋重力、地磁、地热测量仪等先进装备，同时也开展了一系列大规模的国际地球科学考察计划。如“国际地球物理年”（1957—1958）、“国际上地幔计划”（1961—1971）、“国际深海钻探计划”（1968—）、“国际地球动力学计划”（1972—1977）等。洋底资料迅速丰富起来，出现了一系列重大发现，推动了复兴后的大陆漂移理论飞速发展起来。这可从以下四个方面来看：

（1）海底地貌

早在19世纪中叶，欧洲和美洲间为铺设海底电缆，进行海底地貌测量，就发现了大西洋中洋脊，当时称“电讯高原”。海底平顶山的发现也比较早，它是山顶被海浪侵蚀平的海底古火山锥。1925—1927年，法国的“流星”号船用声呐测制14个剖面，发现大西洋中洋脊十分崎岖，并沿南北走向延伸很远，将大西洋从中央分成东西两部分。稍后，丹麦的“丹纳”号船则在印度洋底也发现了大洋中脊，并命名为卡尔斯堡中洋脊。随后，1930年，英国“约翰·墨累”号船则进而发现此中洋脊一直延伸很远，直到亚丁湾口，中间被一个几百米深的裂谷从中央劈开，又在阿拉伯海发现一条类似的中洋脊，其间也有类似的裂谷。1946年，美国海军探险队发现了东太平洋隆起，坡度比大西洋平缓，但没发现中间有深沟。50年代精密的回声探测器问世，可测到10000米深的海洋底，精度达五千分之一，于是人类可以精确地测量洋底地貌。美国的黑甑（B.Heezen）考虑，大西洋脊和太平洋隆起是否具有全球意义，因为地震活动有沿着这个带延伸的趋势。他根据已积累的海深资料，绘制一张大西洋海底地形图，在图上清楚地显示出中洋脊的轮廓。1957年3月，他在普林斯顿大学宣布了大洋裂谷系的发现。该大学地质学主任赫斯（H.H.Hess，1906—1969）说，这个发现“动摇了地质学的基础”。全球大洋裂谷系的发现促进了海底地貌研究的大发展。海底地貌四大发现中，除了中洋脊还有深海沟、断错带和海底平顶山。人们还发现：中洋脊绵延各大洋达几万公里；深海沟和中洋脊大致平行；断错带垂直切割中洋脊；海底平顶山则按年代顺序在垂直中洋脊方向上排列成行，如此等等。

（2）海底地磁条带

1909年，布容（B.Brunhes）最早在法国中央地块发现不同时代岩石的磁极反向，但认为这仅是局部现象。1929年，日本松山范基也发现了大陆古地磁反向现象。1949年，格拉姆（J.Graham）在美国各地的地磁极研究中，发现岩石磁极在同一地层中的水平方向上十分稳定，但不同地层中的磁极方向却不同。后来人们的研究中，如冰岛的晚第三纪熔岩系、美国俄勒冈州第三纪中新世熔岩、南非岩墙或直立熔岩侵入体等的研究中均发现有磁极反向，故已很难说是局部现象。这一系列的发现，促使美国联邦地质调查所的柯克斯（A.Cox）等人进行地磁史研究。他们认为地磁极反向代表一个重大的科学挑战。1954年核磁共振磁力仪问世后，可以测定微弱的海底古地磁。人们进行大规模海上地磁测量，从而发现了中洋脊两边海洋地壳的古地磁有着多次磁场反向，形成地磁条带。1964年以前柯克斯小组已拼凑了一个地磁反向时间表，1969年修改补充。地磁史在450万年间，从新到老包括四个时期：布容正向期、松山逆向期、高斯正向期、吉尔伯逆向期。每个时期又包含若干长短不一的事件。70年代地磁反向时间表经过修正和补充，成为洋底地质填图的有力工具。(www.xing528.com)

1955年，美国“先驱”号考察船到太平洋东部进行海底地磁测量。英国访问学者梅森（R.G.Mason）根据此测量记录绘制了一张地磁强度等值线图。图上出现了一系列南北向的反映磁峰和磁谷，宽度几公里到几十公里不等。1962年，英国“欧文”号船在印度洋的卡尔斯堡脊上进行海底地磁测量。根据这些资料，1963年英国马修斯（D.H.Mathews）及其学生凡茵提出了凡茵—马修斯假说，即岩浆由中洋脊的深处流出，在两壁冷却时被打上了地磁的印记。岩浆涌出形成新地壳，上述过程重复发生，从而形成海底地磁条带。1965年在剑桥大学的一次聚会上英国的凡茵、马修斯、布拉德（E.C.Bullard）、赫斯和加拿大的威尔逊（J.T.Wilson）进行了充分的讨论。这种条带在中洋脊两边是对称的。各大洋中洋脊两边的地磁条带还可以相互对比。在凡茵—马修斯假设的启发下，1964年柯克斯根据已有海底地磁测量资料，编制的第一个磁场反向时间表问世。之后根据此磁场反向时间表，凡茵和威尔逊分析了洋底的扩张速度，得出两边的扩张率约为每年2厘米。海底地磁测量因而形成热潮，在太平洋、大西洋、印度洋以及大洋洲、南极和北极海域都发现了类似的地磁条带，但各处洋脊的扩张率并不相同。其后美国海茨勒（J.R.Heirtzler）发现，地磁条带只存在海洋底，当接近大陆就消失了。1968年海茨勒还作出了7600万年统一的171次磁场反向时间表。1968年开始，美国“格洛玛·挑战者”号考察船收集了大量资料，为海底地磁条带形式和年龄提供了可靠的证据，进一步推动了海洋地磁研究的发展。

（3）地震

1855年，意大利帕尔米里（L.Palmieri，1807—1896）设计了第一台现代地震仪。19世纪末英国米尔恩（J.Milne，1850—1913）证实了地震是一种通过地球传播的震波，于是地震观测发展起来，1900年世界上有13个地震台。1923年秋，日本关东大地震，毁灭了两个现代化大城市——东京和横滨的大半部，使欧美经济发达国家，对地震都有戒心。地震科学的研究，在世界范围内逐渐开展起来，地震台站开始增多。40年代，毕鸟夫（H.Benioff）将1906—1942年地震震源投影出来，发现它们大都集中于一个长4500公里的斜坡上，浅震发生在海沟一带，深震发生在离海沟较远的大陆深处，从而形成一个平均45°的斜面，称作毕鸟夫带（Benioff zones）。他还解释，由于洋底在此带斜插入大陆地壳下而与地壳摩擦，从而引起地震，当达到洋底插入到100公里处，高温高压使洋壳熔化。第二次世界大战后，苏、美为相互监测地下核试验，又布置了大量地震台站。地震台站的建立和地震学仪器的发展，使地震资料大量积累起来。1954年以来美籍德国人谷登伯格（B.Gutenberg，1889—1960）等人对全球地震资料进行了大量统计研究，描绘出全球地震活动带。地震资料的研究对于环太平洋地震带，特别是深海沟处的俯冲带的形成机制做出了贡献。1965年威尔逊分析了中洋脊和地磁条带的错动以及有关地震资料，发现了一种特殊的断层——转换断层。

（4）海洋地质

二次大战后，近海石油地质钻探迅速发展起来。在此钻探技术发展的基础上，“格洛玛·挑战者”号考察船于1968年开始执行深海钻探计划，获得大量海洋地壳岩芯。在分析研究这些岩芯的基础上，建立起海洋地质学。原来，海洋地壳岩石类型比大陆地壳贫乏得多，洋底基本上没有比中生代侏罗纪（约1亿5千年）更老的沉积岩层，可见海洋底在不断更新之中。海洋沉积岩和其上沉积物的年龄和厚度与距中洋脊的远近成正比，中洋脊两边地层是对称的。