地质小史

颠三倒四的地磁场 　　磁石可以指南，在这个基础上制造出的指南针，是世界公认的我们祖先的四大发明之一。为古今中外多少伟大的航海家、旅行家们指引迷津，立下了不朽的功劳。因此千余年来，人们认定了地球磁场是亘古不变的。说地磁场颠三倒四，岂不是海外奇谈？！其实，这不是海外奇谈，而是近几十年在海底地质研究中取得的重大发现之一。 　　20世纪初，当年轻的德国气象学家魏格纳以门外汉的身份提出“大陆漂移”的见解时，曾遭到许多科学家们的冷嘲热讽：“大陆怎么会漂移呢？简直是怪论”。然而，到了50年代，多数人已经确认了“大陆漂移”观点颇有见解、十分可能的时候，科学史以惊人的相似性记录下新的一页。英国以布莱克特为首的科学家小组，以他们测得的大量古地磁资料为出发点，提出了在地质时期，地球磁场曾可能发生过倒转的见解。这个观点一提出来，科学界为之哗然。有些“权威”的学者断言“有人认为地磁场曾发生过倒转，这怎么可能呢？这是根本不可能的！” 　　不到10年的时间，人类的认识史就翻开了新的一页。60年代，人们在海上进行的大量航磁测量，所得到的海底古地磁资料，使一些科学家欣喜若狂，而另一些人则目瞪口呆。在基本平坦而阔大的海底，古地磁场的记录排列得十分整齐。它们呈现为平行的条带状，相邻的条带记录着相反的地磁场方向；同位素方法测定的地质年龄又告诉我们，凡同龄的海底，都记录着相同的地磁场方向。一切杂乱的干扰都可以被排除了，地质学家、地球物理学家，都不得不承认他们从未曾料到的一个事实，在地质时期内，地球的两个磁极确确实实几次互换位置，在每种位置上，地磁极稳定的时间从几万年到几十万年不等。陆地上的古地磁考察资料完全证实了这一新发现。 　　今天，可以理直气壮地说，地磁场确曾颠三倒四，这并非幻想和夸大其辞，而是千真万确的事实——人类尚不能给以科学解释的许多自然谜团之一。 　　古洋底踪迹 　　在本世纪50年代之前，最富想象力的人大概也不会想到竟然有什么神奇的力量可以“抽换”大洋之底。在1957～1958年的国际地理年期间，美国、前苏联、挪威、日本等十多个国家的科学考察船上的海洋科学家们，在充分研究了获取的资料后，惊奇地发现，已有30多亿年生命史的海洋，其海底地壳的年龄却很少超过2亿年。古老的洋底哪里去了？是科学家们疏忽了没有发现它们呢，还是另有我们尚不知道的原因？ 　　在其后的十多年间，各国的海洋地质学家们进行了一场规模浩大的“洋底大搜索”。其结果，谁也没有发现那怕是一小片2亿年以前的洋底地壳。这时，要解释这怪异诡诞的古洋底失踪之谜，只好靠一些杰出的地质科学家头脑的想象力了。于是，一系列关于海底地质史的科学假说应运而生。其中，对洋底地质考察最富指导意义，又成功地经受了一系列新科学发现检验的，就是海底扩张的学说。 　　海底扩张的理论设想，是美国普林斯顿大学地质系系主任赫斯和美国海岸和大地测量局的研究人员迪茨在60年代初最先提出来的。按它们的观点，现代洋底本身就是不断运动着的，冷凝了的地幔——地壳之下的物质。这些地幔物质从大洋的中部涌起，然后向两侧分流，使整个海底不断生成并向两侧扩张。在这个学说的理论构架中，必然有一些海洋随着海底的扩张而扩张；还有的海洋因别的海洋的扩张而缩小，它们的古老洋底也缓慢地、但又是确切无疑地返回了地幔的深处。 　　现在，科学家已查明，大西洋就是一个诞生了1亿多年，每年都在增加面积的新大洋。占地球表面积1/3以上的太平洋的面积则在日益缩小，不过这个古老大洋的洋底部总处于不断更新的状态，平均每2亿年左右，太平洋 　　“换一次底”。这些古老的洋底，有些悄然而去；有些却不甘“寂寞”，在环太平洋的深海沟处，它们潜入地球深处的同时，引发一系列的火山和地震，造就了举世闻名的“火环”。 　　迢迢北上的次大陆 　　号称“世界屋脊”的青藏高原的阔大高绝，使得其南的印度半岛一带在自然地理方面，似乎另成一番天地，人们常称之为“次大陆”。在最早使用 　　“次大陆”这一法的地理学家中，却很少有人想到过这块欧亚大陆上的“次大陆”竟是一位远道而来的不速之客。 　　要说清这位不速之客的来历，还得让我们从德干高原上的古代冰川遗迹说起。德干高原大致位于北纬10°～20°之间，当上个世纪后半叶，地质学家在那里找到确凿无误的古代冰川遗迹时，他们曾大惑不解。而本世纪初，魏格纳大胆设想并论证说，印度次大陆是从南半球“漂”过来的。许多颇有资历的地质学家又对这一观点嗤之以鼻，而其原因仅仅是他们不敢也不愿意相信魏格纳的科学假设。然而，冰川遗迹出现在低纬地区这一无情的事实，却以巨大的魅力呼唤和鞭策后来的科学工作者们去进行无畏的、艰难的、大有希望的探索。 　　功夫不负有心人。20世纪50年代，当英国的布莱克特等人，在德干高原玄武岩的微弱古地磁痕迹中去寻找古代地球磁场的“蛛丝马迹”时，当他们在数以千百计的岩石标本中，进行了反反复复测算和校正工作之后，一丝科学发现的曙光，终于抛撒在这群勤奋的科学工作者的脸上。科学家们恢复了德干高原的古地磁坐标后，他们确信，在大约2亿年前的侏罗纪，印度次大陆位于南纬40°附近。而恰恰在2亿多年前的漫长的寒冷的岁月中，南北两半球的大陆冰川曾覆盖了南北纬40°以上的中高纬地区。德干高原南部的古冰川之谜得到了圆满的科学解释，人们对次大陆的来历也有了清晰的认识。原来，在2亿多年以前，印度半岛、澳大利亚、非洲的南半部，南极洲是连在一起的一块古老大陆。在约2亿年前，地球内部我们迄今还难以具体描述的伟大力量，无情地撕裂了这块古陆，使它的“碎片”各奔东西，原始的印度洋诞生了。印度古陆从这时起，开始了它北上的途程，在大约 5000多万年前时，它跨过赤道，成了北半球的成员。简言之，在约2亿年间，次大陆迢迢北上7000多公里，到了今天的位置。 　　新海岭蜿蜒数万里 　　假如真有山神存在的话，那末，喜马拉雅山的山神当以它管辖的山脉之高伟为荣，安第斯山的山神则会以它坐守的那条山脉蜿蜒9000多公里、直逼浩瀚的太平洋为骄傲了。两位山神若是同游海底世界，“龙王爷”大概会使他们眼界洞开，看到海底另有一番广阔的天地。 　　过去，人们普遍认为，海底的起伏形态和陆地上大同小异，“沧桑巨变”，海陆互换位置而已。可是，第二次世界大战结束后，当科学家采用声纳装置探测海底地形时，所得到的结果却令人耳目一新。海底那些广阔的平原，面积之大，是陆上任何一个大平原都难以比拟的。而海底峭拔绝险的山脉那种蜿蜒数万公里的景象，陆地上没有一条山脉能望其项背。 　　这条连绵不绝的海底山脉，北起于北冰洋中亚洲东北的勒拿河口，穿过北冰洋后，在北欧的冰岛以北进入大西洋。在大西洋里，它东转西折，始终保持着居中的位置，人们常称之为大洋中脊。在大西洋南部，它向东转后，从非洲的好望角和南极洲之间进入印度洋。在南印度洋，这条宏奇的海岭分成两支：一支向北延伸，进入亚洲和非洲之间的红海；另一支则向东进入烟波浩淼的太平洋，然后转向东北方向，直抵北美洲的加利福尼亚湾附近。科学家们粗略估算，这条海岭总长约7.5万公里，大约相当于8条安第斯山的长度，沿赤道处可以绕地球1.88圈。 　　按长度稳居世界第一的这条海底山脉，又是全球最年轻的山脉。中国五岳独尊的泰山，隆起成山，大约有1亿多年的历史，而组成其山体的大部分花岗片麻岩，由炽热的岩浆冷凝成岩石，已经历了大约25亿年之久。而科学家在海岭附近进行的大量科学调查都告诉人们，组成这条海岭的玄武岩，最老的也不过是在 100～200万年前才冷却固结成岩。在不少地方，它们在几年、几十年、几百年前，还是刚喷发的炽热熔岩，当它们在深海中急剧冷却时，形成了酷似“松针”、“绳索”等一系列多姿多彩的形态，完好无损地保存在深深的海底。 　　高原孕育大洋 　　20世纪60年代自然科学所发现的最新鲜的事件之一，就是高原“怀胎”孕育之子竟是大洋。这是真正的旷古奇闻！ 　　替高原进行这次“会诊”的不同凡响的大夫之一，是加拿大多伦多大学的威尔逊教授。海底扩张学说诞生之后，揭示出了近2亿年左右世界海洋诞生、成长、衰老、直至死亡的过程。例如，在非洲大陆和阿拉伯半岛之间的红海，只有2000多万年的生命，可称是世界上“幼龄”的海洋；大西洋，有1亿多年的生命，而且其面积还在逐年扩大，正是“后生可畏”的“青壮年”期的海洋；占大洋面积一半左右的太平洋，虽说威风不减当年，却已是确定无疑一年比一年变小了，正走在其生命途程的后半截路途上；至于像地中海，堪比为“伏枥老骥”，该是多几声“夕阳无限好，只是近黄昏”的感慨了。显然，这一系列不同生命发展阶段的海洋原型，激发了科学家们求索其生命底蕴的浓厚兴趣。 　　威尔逊教授在详细研究了上述海洋的历史和大陆上的地质构造现象之后，指出大陆上的“地缝合线”是古代海洋的“墓地”，而大陆有些地区可能是海洋新婴“呱呱坠地”的地方。举例来说，喜马拉雅山以北的雅鲁藏布江谷地，是亚欧板块和印度洋板块的界线，也是俯冲到亚欧板块之下的印度洋板块最终“埋葬”了一个远古浩瀚大洋的地方，高耸的喜马拉雅山脉就是那逝去的巍峨的墓碑。威尔逊大胆而又颇有见地地指出，驰名的东非大裂谷，很可能在几百万年之后，或者上千万年之后，就会形成为一个新的大洋！因为，这条大裂谷南起自莫桑比克境内杀雷河和赞比西河相会处，北抵西亚的死海北部，全长5800多公里，正在缓慢，但却不可遏阻地把非洲大陆撕裂开来，许多地段谷深已达1000～2000米左右，其上的坦噶尼喀湖，深达1400多米，是世界第2深湖。如果威尔逊的预言正确，那么就可以理直气壮地说：非洲东部的高原正在孕育着一个未来的大洋。为纪念威尔逊具有卓识远见的研究成果，人们称大洋的前述生死系列为“威尔逊循环”。 　　断层上的名城 　　擅长于航海的西班牙人，200多年前在北美洲西海岸登陆，在气候宜人的地方创建码头城镇时，谁也未曾料到他们竟成了大断层上2座世界著名大城市的奠基人。至今这条活动的大断层还在困扰着名城的管理者。 　　1776年，西班牙的航海者在圣佛朗西斯科海湾的入口处，创建了港口城堡。到19世纪中叶，因为在这一带发现了丰富的金矿，世界各地的“淘金者”纷至沓来，城市迅速发展，华侨称之为金山。后来，在澳大利亚又掀起了采金狂潮，墨尔本一带也被称为金山。为了区别，人们才把美洲西海岸的城市称为旧金山，即圣弗朗西斯。然而，这座喧闹繁华的小城好景不长，1906年4月18日发生了大地震，瞬间夺去了该市约600人的生命，建筑毁损严重。初步调查发现，这座城市修建在约600公里长的一条大断层的北端。由于港湾优良，重建的圣弗朗西斯科迅速发展成了美国太平洋沿岸最重要的军港、商港和金融中心。 　　与此同时，地质科学家也查明了以圣弗朗西斯科海湾为起点的巨大断层，向东南延伸直抵加利福尼亚湾的北部，全长约960公里，在最近的约8千万年间，其东侧相对于西侧，至少向东南方向错动了200公里以上。精确的大地测量结果表明，这条被称为圣安德列斯的巨大断层的两侧，每年正在以约5厘米的速度继续相对运动。换言之，在这条断层线上，地应力的积聚，和这种力释放时引起的地震是不可避免的。 　　在圣安德列斯大断层中段上的另一名城，是西班牙人于1781年创建的洛杉矶。19世纪末，由于采金、石油开采等，城市规模迅速扩大。1933年，一次较大的地震就发生在城区附近，夺去了140条生命。尽管大小地震频频发生，而洛杉矶和圣弗朗西斯科都已命中注定要在断层线上继续生存下去。洛杉矶目前已成为美国第3大城市之一，太平洋沿岸的最大海港，人口达700多万，其北郊的好莱坞，则是驰名世界的电影电视文化中心。 　　海底钻出新陆地 　　地质科学揭示了大量的海底上升成为陆地的事实，例如，广泛分布的石灰岩，就是遥远的古代在海底沉积的碳酸钙固结形成的。但是，现代人却难得目睹由海底“钻出”一块陆地的奇观。1963年，千载难逢的机会来临了。 　　这一年的11月份，在北纬60多度的大西洋海面上已是寒风呼啸，波涛翻滚，很有一些寒意了。有一天，海面的波澜似乎有了一些异样的晃动，波浪越来越大而破碎。最后，在一霎那间，冰岛以南的一片海区似乎“沸腾”了，海涛狂怒了，海浪的震耳的喧嚣声压倒了周围的一切音声，一股硕大无比的气浪冲破海面，瞬间，炽热的烟云直冲云霄，急剧翻滚的烟云笼罩了一切……。一座海底火山就这样开始了它那令人敬畏的喷发过程。几天过去，大海恢复了它往日和风细浪的容貌，在火山喷发的地方出现了一小块陆地——迄今我们所知的最年轻的火山岛。其后几年中，这块海底钻出的陆地不断 　　“生长”，到1967年以后，在稍大一点比例尺的地图上，就都能找到这个新生的小岛了，它长达2公里左右，最高处海拔约200米，人们给它起了个美丽的名字：瑟尔塞岛。 　　其实，这个小岛只不过是人类看到的由海底钻出的陆地最现实的例证。类似的情况，在太平洋中可以说比比皆是。例如，总面积四万多平方公里的所罗门群岛、美国的夏威夷州、面积14000多平方公里的新赫布里底群岛等，都是由著名的海底钻出来的火山所组成的岛屿群。在大西洋中，非洲西北部大洋中的亚速尔群岛、马德拉群岛、加那利群岛也都是火山岛。 　　要说面积最大、资格最老的由海底钻出的陆地，那则非冰岛莫属了。在1亿多年前，当北美洲和欧洲分离开来，大西洋诞生不久，“幼年”的冰岛就从海底的裂缝里钻出海面了，1亿多年间，不断喷发的火山使它成长壮大，还给它带来丰富的地热资源。目前，冰岛面积10.3万多平方公里，最高点华纳达尔斯火山海拔2119米，火山温泉广布，首都雷克雅未克主要靠地热为能源，是世界著名的“无烟城市”。 　　北国火山博物馆 　　拜访活火山，对一般人来讲不太容易办到，因为防卫措施复杂、需要耗费巨资，而且正在活动的火山毕竟数量有限。登临死火山，人们又常觉得离它那令人敬畏的爆发相距太遥远。于是，那些沉睡的火山便成了当代人观瞻的名山之一种。然而，对火山家族中的巨人们，游山者又颇以难窥全貌为憾事。 　　在我国北方，有一处地方，可以为人们提供观赏火山的方便条件，被人们称之为“火山博物馆”，那就是著名的五大连池火山群。在方圆约90平方公里的范围内，分布着14个小的火山锥，海拔最高的南格拉球山596.5米，按相对高度说，多数火山锥都在300米左右。因此人们到这里，登上任何一个火山锥，都能观看到这群小火山的整体面貌。而且，这些小火山既不像冒着热气的活火山那样令人视为畏途，又都保留着喷发后的面貌。火山群最晚的2次喷发是在1719和1721年。喷发时，数条火龙从现在位于中心地区的大黑山和火烧山盘旋而卜，带着刺耳的轰鸣声奔泻向周围的洼地和河谷，在低地汇成一小片“火海”，暴怒的气体带着低沉的吼声从岩浆中冲出来，掀起火的狂涛；流到白河河谷中的“火龙”，与白河水之间展开了旷古空前的水火大战：溪水咆哮着向入侵的火龙猛扑，用炽热的气浪把“撕碎”的烈焰和岩块抛向附近的山林和蓝天。当火龙疲惫不堪之时，水与火的搏斗停止了，大地重又恢复了宁静，火龙变成了暗褐色的石龙，它们探头于白河之中，把一条白河拦成了5个互相通连的小小湖泊，就是今天的五大连池。那片火海，则凝固成了占地约64平方公里的一片石海—一全国最新、最典型的熔岩台地。远远看去，黑色的石浪如奔似涌；近瞧，那喷气锥林、耸立的怪石、地下隧道等则令人深感造物主的神奇与高深莫测。 　　每当夕阳斜照，火山锥、石龙、石海、五大连池相映成趣，把北国火山博物馆打扮得分外妖娆。1983年，政府决定建五大连池市，以加强对这一自然奇观的管理。 　　南方地热 　　时间倒退回90多年时，宗教界宣扬的人类末日将近的观点甚嚣尘土，飞速发展的自然科学也客观上推波助澜。物理学断言地球从熔融的岩浆态冷到今天不会超过六七千万年之久，太阳显然也热不了太多的时间，人类的子孙将走向一个严寒死寂的未来。19世纪和20世纪之交，物理学、化学有了重大突破，人类认识到放射性现象，从而才知道在地球的内部蕴藏着对现代人而言是取之不尽、用之不竭的热量。今天，人们已普遍知道，地下的热能仅仅微露端倪，对我们已足称大观了。 　　在云南省西部，大约北纬25°附近的怒江西侧的大盈江畔，大约300平方公里的范围内，分布着数十个典型的火山锥，就是举世闻名的腾冲火山群。在火山之间的河谷中，甚至就在火山脚下，温泉广布，水温相差悬殊。当你步入这块水雾蒸腾的地方时，要特别留神，不要一见温泉就伸手入水，先洗为快。比方说，被称作黄坡的温泉，水温41℃，与关中著名的骊山温泉差不多，正好适于沐浴。可是，在它西边不远的黄瓜菁、澡塘河、硫磺塘3个小有名气的温泉就有些“摸不得”了：它们的水温分别为94.4℃、95.6℃和96.6℃，在它们里面“煮”鸡蛋，10分钟准熟。而紧靠大盈江畔的热水塘温泉，水温高达98.7℃，在海拔1000多米的地方，就是一个不折不扣的沸水塘。 　　腾冲地区为何有这么多温泉？原来，这里正在印度洋板块和亚欧板块的界线附近，印度洋板块以平均每年5～6厘米的速度向东北方向挤过来，俯冲到云贵高原之下，同时也就以岩浆上涌的形式把地球稍深处的热能送到地表附近。地下水从这些热岩浆或刚冷凝不久的热岩体附近经过时，便被加热成温泉了。 　　与腾冲地区成因相近、蔚为地热奇观的地方是西藏的雅鲁藏布江谷地和澜沧江谷地。初步考察表明，那里有许多高温高压和中温高压的水热爆炸性温泉，还有许多只喷热气的所谓“温泉”，堪称洋洋大观。其中仅羊八井一处，查明地热资源就有20多平方公里的热田，初估可发电约18万千瓦。再加上另外五处较著名的地热田，在50多平方公里的地热资源富集区内，可提供发电的功率约53万千瓦。 　　最年轻的天造湖 　　当今，最热门的话题之一便是“天外来客”了。孤寂的人类在宇宙间搜寻着有智能的同类生命，同时也在地球上天外来客的“足迹”中寻觅智慧的印痕，可惜至今仍证据渺茫。然而，科学家早已证明，确曾有天外来客拜访过我们的行星，留下了永不泯灭的行踪，所谓“天造湖”便是其一。 　　简明地说，天造湖就是陨石坑积水而形成的湖泊。流星飞越天际，人们常见不鲜。可是较大的流星，在大气中未能燃尽，坠落地表的情况就少得多了。特别是巨大的陨石，能在地表留下永恒足迹者，简直有如凤毛麟角，十分罕见。正因为如此，要证明一个湖泊为数十甚至数百万年前陨石撞击而成，殊非易事。 　　乌克兰科学院的地质科学家经过半个世纪的努力，确认了一处全球最年轻的天造湖。话还得从1933年说起。那年，几名乌克兰人乘飞机到前苏联远东的北冰洋航线东端港口彼韦克，他们在飞机上看到在楚克奇山脉南坡上有一个兰宝石般的小湖，圆的形状令人惊奇。从这时起，几年之内，大批的科研人员从彼韦克乘直升飞机来到这个奇湖之滨。科学家们从湖边凿取、收集了大量岩石、土壤标本，对湖岩的地质构造作了最充分而细微的考察。回到乌克兰，科学家们通过分析，提出了关于“玻璃炸弹”的研究成果，即一系列大大小小的冲击变质岩碎块，不管成分如何，它们都极像玻璃状物体。最后，科学家终于使这个名为埃尔格格根的小湖起源于“天外来客”撞击的设想得到了证实。1983年，乌克兰的地质学家宣布，研究表明，在大约350万年以前，一块直径达500米的巨大陨星，冲破了地球大气层的阻隔，以极高的速度撞击在楚克奇山脉的火成岩上，引起了强烈的爆炸。今天的埃尔格格根湖，就是天外“飞弹”炸出的弹坑。它是人类迄今为止所知道的最年轻的天造湖泊。 　　90年代初，南京大学的教师初步认定，中国第3大淡水湖太湖，也是由陨石撞击而成的天造湖，只是其诞生时间还有待于进一步研究。