地球/6b. 板塊構造：你瘋了，阿爾弗雷德·魏格納
當阿爾弗雷德·魏格納出現在格陵蘭島冰雪覆蓋的中心地帶的冰原站時，人們感到非常驚訝。1930年10月19日，冬天來臨之際，他的狗拉雪橇在北極的寒風中穿過，運送著物資，這些物資將使3人小組能夠在冬季留在氣象站。他們的任務是在巨大的冰蓋上記錄全年的天氣，但夏季物資減少了，新的物資直到秋季末才到來。他們不得不放棄氣象站，但阿爾弗雷德·魏格納和他的年輕助手拉斯姆斯·維盧姆森的到來改變了他們的計劃。這兩位旅行者在刺骨的寒冷中受苦，氣溫降至-60°C（-76°F），只有厚厚的皮毛和大衣保護著他們。拉斯姆斯在旅途中凍掉了腳趾，他們看著氣象站的3人小組，彷彿站在死亡的門檻上。他們只帶了足夠的食物和燃料來餵養和保暖3人小組，希望能回到他們的主要營地。但天氣變得越來越冷，因為冬天即將來臨。最初，他們帶了更多的物資，但為了不失去人手，只有魏格納和他的助手帶著最少的物資，為3人小組在冰蓋上的偏遠前哨站度過冬季。如果魏格納拒絕旅行，那麼駐紮在冰蓋上孤立前哨站的全體人員將沒有足夠的食物，他們會餓死，所以他和拉斯姆斯·維盧姆森駕著狗拉雪橇，繼續穿過冰雪世界，進入格陵蘭島中心。在到達氣象站，將他們的物資交給感激的全體人員後，這兩位莊嚴的男子消失在了冰雪覆蓋的世界中。
15年前，年輕得多的阿爾弗雷德·魏格納在德國馬爾堡大學教授物理學、氣象學和應用天文學，馬爾堡是一個小鎮，以馬爾堡城堡而聞名，這是一座位於大學山頂的11世紀城堡。這是一個理想的教學場所，魏格納是第一次世界大戰前和平年代裡一位備受尊敬的教授。在過去十年中，他的研究集中在研究大氣溫度，並在弟弟的幫助下，他一直在向空中發射氣象氣球，以記錄大氣中不同高度的空氣溫度。當萊特兄弟在美國嘗試開發飛行器時，魏格納正在發射第一批氣象氣球，這些氣球配備了溫度計，用來測量不同海拔高度的溫度變化。他的研究發表在廣受好評的《大氣熱力學》（Thermodynamik der Atmosphäre）一書中，該書還報告了他1906年短暫考察格陵蘭島期間對不同海拔高度的大氣溫度的測量結果。這次旅行讓他接觸了北極探險，他對北極探險的迷戀從未消失。
在所有關於全球大氣環流的研究中，魏格納會盯著地球的地理地圖，注意到大陸似乎以一種奇怪的方式拼湊在一起。南美洲的東海岸似乎與非洲的西海岸相呼應，而北美洲和歐洲似乎相互契合，格陵蘭島位於它們之間。如果你能把海洋切掉，大陸就像一個拼圖，相互鎖在一起，形成一個超級大陸。
1912年，魏格納在著名的法蘭克福森肯貝格自然博物館的地質學會議上提交了他的瘋狂的想法。該博物館最近安裝了一隻來自美國的巨型雙腔龍恐龍。他的演講認為大陸已經漂移，它們的裂開產生了海洋盆地。他最強烈和最直言不諱的批評者之一是一位名叫馬克斯·森珀的地質學家，他研究化石貝殼以瞭解洋流的歷史，他的研究強烈表明大陸並沒有移動，化石的分佈表明海平面在地球漫長的歷史中上升和下降，但大陸卻固定不動。然而，對於聽眾中的許多其他地質學家來說，魏格納的想法很有趣，這是一個需要大量測試和證據收集才能證明大陸是否確實漂移開的假設。魏格納次年返回格陵蘭島，在那裡他穿越了格陵蘭島冰原，從丹麥港到坎格蘇阿西阿克，這段距離遠遠超過挪威探險家弗裡喬夫·南森穿越格陵蘭島的距離。雖然這次探險讓這位年輕的科學家獲得了一些名聲，但他幾乎死在了這次旅行中。回到家後，他娶了著名的俄羅斯地理學家和氣候學家弗拉基米爾·科彭的女兒，弗拉基米爾·科彭也是他的導師和老師。從1913年到1915年，魏格納並沒有放棄他對大陸漂移的假設，並繼續寫關於他關於古代超級大陸（泛大陸）以及它如何隨著時間的推移而分裂的想法。
1914年，第一次世界大戰把他帶到了前線，他參加了戰爭，儘管戰爭仍在繼續，但他仍然致力於形成自己的想法。戰爭期間，他出版了一本關於他想法的綜合性書籍，名為《大陸與海洋的起源》（Die Entstehung der Kontinente und Ozeane）。魏格納深入研究了等靜力學理論；即研究堅硬的脆性岩石圈在弱塑性軟流圈上的分佈，以及這些層在較長時間的地質時間尺度上如何影響大陸運動，因為岩石圈板塊被軟流圈下面的運動所攜帶。他寫道：“可以假設，大陸地殼在運動中能夠進行等靜力補償，不僅在垂直方向（如山脈的上升和下降），而且在水平方向（隨著大陸的運動）。”魏格納超越了僅僅是一種猜測或想法，將其發展成一個正式論證的科學假設，其中包含了眾多關於如何進一步檢驗該假設的例子。但第一次世界大戰將在歐洲持續三年。他的書和想法並沒有被廣泛閱讀，並且只用德語出版，因此它們沒有傳到英國或美洲。戰爭結束後，魏格納並沒有放棄自己的想法，而是轉向新的科學興趣，包括與剛獲得自由的塞爾維亞科學家米盧廷·米蘭科維奇合作研究地球過去冰河時期和地球軌道振盪。1926年，他前往美國，在紐約市做了一次關於他想法的演講，雖然到那時他已經將自己的想法更充分地擴充套件成板塊構造理論，即形成大陸的厚岩石圈板塊的運動以及它們如何在弱軟流圈上漂移。他的想法仍然被認為是激進的，即使在美國地質學家群體中，也並沒有得到很好的接受。他回到德國，在那裡他獲得了政府的資金，回到格陵蘭島繼續他的氣候研究，並在格陵蘭島冰原的中心建立一個氣象站。他將負責整個探險隊，在1930-1931年的冬季，從冰原的中心採集溫度資料。
從位於格陵蘭島中心的氣象站出發，兩位男子在冰封的土地上繼續前進。他們從災難中拯救了探險隊，船員將在接下來的冬天記錄溫度，但他們在一年中這麼晚的時候越過冰蓋，讓自己置身於極大的風險之中。冬天正在向他們逼近。他們帶著狗拉雪橇，以及為他們自己準備的少量食物和補給，繼續向主基地營前進。魏格納已經50歲了，他很喜歡他的菸斗煙。當最後一隻狗在寒冷中死去，他不得不自己拖著雪橇時，他不準備進行這次旅行。在穿越冰蓋的一半路程中，在地球廣闊冰蓋的冰封景觀中，他死了。拉斯穆斯·維盧姆森匆忙地把他埋在冰裡，然後繼續前進，再也沒有被看到。隨著阿爾弗雷德·魏格納的去世，板塊構造理論最著名的支持者消失了。這個想法被地質學家擱置了幾十年。需要新一代的科學家來發掘地殼運動的證據，並推動板塊構造理論的發展。
為了尋求科學證據來檢驗板塊構造理論，一個巨大的限制來自於人們對海底實際地質的瞭解不足。海底隱藏在黑暗的深海之下，雖然看不見，但它是關於大陸運動的最重要資訊來源。根據板塊構造理論，海底是年輕的薄地殼，由冷卻的熔融岩漿上升形成，將海底劈開並推動大陸分離。第二次世界大戰的到來讓公眾意識到，人們對海底地形普遍缺乏瞭解。美國政府和美國海軍迅速資助了繪製海底地圖的專案。第二次世界大戰在海上進行的程度與在陸地上進行的程度一樣大。瞭解海底地形將有助於尋找潛伏在海岸附近深海中的敵方潛艇。使用回聲測深儀進行了新的水下調查，這些測深儀向海底發射聲波，並記錄聲波返回水面上的船隻所需的時間。透過這些船隻的航行，可以繪製海底深度圖，這被稱為測深法；測量水深。第二次世界大戰期間研發的另一個先進工具是磁力儀，它可以拖在船後，記錄海底的磁異常。潛艇主要由鐵製成，因此它們出現在海底會導致地球磁場發生扭曲，就像指南針靠近一塊鐵塊一樣。磁異常可能預示著船體下方有潛艇。在第二次世界大戰期間和之後，這兩種技術被用於開始對地球海底進行全面測繪——這項任務大部分是由一位名叫瑪麗·塔普的女性完成的。
瑪麗·塔普於 1947 年抵達紐約。她被僱用繪製地圖，這些地圖基於一個新的專案，該專案旨在繪製哥倫比亞大學的拉蒙特地質實驗室世界海底地圖。塔普在地質學和數學方面受過良好的教育。在戰爭年代，需要女性科學家研究地質學來尋找燃料戰爭的石油，她被招募到密歇根大學學習地質學，獲得了碩士學位，然後在俄克拉荷馬州繼續學習數學。到達實驗室後，瑪麗·塔普與一位名叫布魯斯·希森的地質學家合作，開展了一個尋找戰爭年代失蹤的船隻和飛機的專案。作為團隊中唯一的女性，瑪麗·塔普無法乘坐任何海軍艦艇，這意味著她必須留下來在她的繪圖桌前工作，而布魯斯·希森則周遊世界記錄關於海底的資訊。儘管缺乏第一手經驗，瑪麗·塔普還是會利用團隊其他成員收集的資料來繪製海底地圖。這是一個歷史性的機會，讓她填補了地球表面最後一片未經探索的空白區域，一個以前從未探索過的地方。整理大量記錄著每艘船的地理位置和測深法的資料是一項繁瑣的工作。但到了 1950 年代，她發現了一條貫穿大西洋中心軸線的洋中脊。
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一條從海底隆起，崎嶇不平、沿著峽谷裂開和移動的脊，代表著較小的垂直脊和山谷。地震勘測顯示，莫霍面在這些洋中脊下方極度淺薄，地殼很薄，並且從海底隆起。布格重力異常進一步證實了這一點，這些異常表明洋中脊下方地形高，並且構成這些脊的岩石層密度低，溫度高。這些洋中脊就像雞蛋殼上的裂縫，將海洋一分為二。對東北太平洋海岸磁異常的調查揭示了一種斑馬狀的磁反轉模式，這在當時讓地質學家感到困惑。但對瑪麗·塔普來說，她從海底地圖中發現和收集的所有這些證據都支援魏格納的板塊構造理論——海底正在從這些洋中脊生長和擴張，推動大陸進一步分離。它們從海底隆起，由下方軟流圈的熱對流驅動。在這裡，洋中脊標誌著海底的擴張，因為熔融岩漿以一系列長長的水下火山和火山噴口的形式被帶到海底。這些洋中脊是推動大洋盆地擴張的發散板塊邊界。它們較高的地形是由於熱岩漿向上移動，而當地殼從高脊發散，冷卻並沉入深海平原。垂直脊和峽谷是由於海底這些擴張脊的擴張速率和速度不同造成的，導致橫向斷層。
太平洋海底的磁異常以帶狀形式出現，這些帶狀反轉了海底富含鐵的岩石磁場的方向，後來發現這些帶狀幾乎遍佈整個海底。這些帶狀似乎記錄了從這些擴張脊生長和移動的歷史。
艾倫·考克斯在學校成績並不好，在他選擇的化學專業中也遇到了困難。在第一個學期結束後，他從加州大學退學，加入了美國商船隊。作為一名水手，他周遊了世界各地的海洋，並且在海上成為了一名狂熱的讀者，他想要回到學校，學習更多關於地球的知識。1950 年，他被地質學家克萊德·瓦赫拉夫蒂格僱用，幫助他繪製和研究阿拉斯加的冰川。這兩位男子開始了他們在阿拉斯加荒野中的工作。在他們密切的合作關係中，兩人墜入了愛河。艾倫·考克斯和克萊德·瓦赫拉夫蒂格都是隱藏的同性戀，他們保守著這個秘密。克萊德·瓦赫拉夫蒂格敦促考克斯回到學校。考克斯回到加州大學完成他的化學學位，但再次失敗，被徵召入伍。在軍隊中，考克斯一直與克萊德·瓦赫拉夫蒂格保持通訊，並在 2 年後將專業改為地質學，並在阿拉斯加與克萊德·瓦赫拉夫蒂格度過了更多夏天。1955 年，考克斯意識到地質系沒有教給他全部的知識，阿爾弗雷德·魏格納關於大陸漂移的著作是禁書，只有一位教授約翰·弗霍根博士在學校的演講廳裡承認了它的存在。考克斯與其他學生組建了一個地質俱樂部，在當地一家酒吧見面，喝酒並討論禁區地質學；大陸漂移和板塊構造。
當岩漿或熔岩冷卻和固化時，它所含的磁性鐵礦物會沿著地球磁場平行磁化。岩石的磁性方向在冷卻時被固定。地球磁場隨著時間的推移發生了變化，在過去發生了完全的反轉，其中磁極變成了南極，反之亦然。這些儲存在曾經熔融的岩石中的極性反轉成為考克斯研究的基礎，因為他相信它們可能提供了一種檢驗大陸漂移和板塊構造理論的方法。
1959 年，他獲得了地質學博士學位，被美國地質調查局聘用，與一個團隊合作開發地磁極性時間尺度。使用地磁層序對沉積岩層進行年代測定當時還不可行，因為雖然人們知道地球磁場的極性在其歷史過程中發生了反轉，因為地核和外核在地球內部旋轉，但這種極性反轉記錄的性質在時間上尚未得到理解。艾倫·考克斯與理查德·多爾和布倫特·達爾林普爾合作。這項研究需要測量曾經熔融的岩層中的磁性反轉，以及計算每層的放射性年齡，以製作出一個可行的地磁極性時間尺度。他們的工作對美國地質調查局的岩層年代測定具有重要影響，被稱為考克斯-多爾-達爾林普爾日曆。
太平洋海底觀測到的磁異常，呈現出類似斑馬條紋的圖案，與考克斯-多爾-達爾林普爾地磁年表揭示的模式相吻合，就像兩個匹配的條形碼一樣。跨越洋中脊的記錄在海底展現的模式，與其他地方岩層中精心編制的年代學模式相一致。1973 年，隨著艾倫·考克斯的《板塊構造與地磁反轉》和瑪麗·瑟普的 1973 年繪製的整個海底地圖（顯示洋中脊的分佈）的出版，板塊構造理論成為地質學中的標準模型。教科書被改變，兩人都因收集支援阿爾弗雷德·魏格納首次提出的激進理論的證據而成為著名的科學家。
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