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原中心的中部冰站時，人們感到非常驚訝。1930 年 10 月 19 日，冬季開始，他的狗拉雪橇穿過北極的寒冷，運送著物資，這些物資將使 3 人組成的團隊在冬季留在氣象站。他們的任務是在巨大的冰蓋上記錄全年的天氣，但在夏季，物資減少了，新的物資供應延遲到秋季末。他們將不得不放棄氣象站，但阿爾弗雷德·魏格納和他的年輕助手拉斯穆斯·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)，到達氣象站時，他們只穿著厚厚的毛皮和長袍來禦寒。拉斯穆斯在旅途中凍掉了腳趾，他們看著氣象站的 3 人組，彷彿站在死亡的嚴峻門口。他們只帶了足夠的食物和燃料來養活 3 人組並保持溫暖，希望能夠返回他們的主營地。但隨著冬季的來臨，天氣越來越冷。最初，他們帶了更多物資，但為了避免人員傷亡，只有魏格納和他的助手帶著最少的物資繼續前進，為冰蓋上孤立的前哨站的 3 人組人員提供冬季物資。如果魏格納拒絕踏上旅程，氣象站的團隊將沒有足夠的食物，他們將餓死，因此，他和拉斯穆斯·維盧姆森駕著狗拉雪橇，穿過冰雪，進入格陵蘭島的中心。到達氣象站後，他們將物資卸給感激的團隊，這兩位莊嚴的人消失在冰雪覆蓋的世界裡。
15 年前，年輕的阿爾弗雷德·魏格納在德國馬爾堡大學教授物理、氣象學和應用天文學，這是一個以馬爾堡城堡為中心的大學城，這是一座 11 世紀的城堡，坐落在大學上方的山丘上。這是一個理想的教學場所，在第一次世界大戰前的和平年代，魏格納是一位受人尊敬的教授。過去十年來，他的研究重點是地球大氣溫度，在他的兄弟的幫助下，他一直在向空中發射氣象氣球，以記錄大氣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來測量氣溫隨高度的變化。他的研究發表在一本廣受好評的著作中，即《大氣熱力學》（Thermodynamik der Atmosphäre），其中還報告了他 1906 年短暫前往格陵蘭島探險期間對不同海拔高度的大氣溫度的測量結果。這次旅行使他接觸了北極探險，這是一種他永遠不會失去興趣的迷戀。
在所有關於全球大氣環流的研究中，魏格納會盯著整個地球的地理地圖，並注意到大陸似乎以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映象，而北美洲和歐洲似乎彼此相連，格陵蘭島夾在中間。如果你能切開海洋，大陸看起來就像一個拼圖遊戲，鎖在一起形成一個單一的超大陸。
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想法，該博物館最近安裝了一具來自美國的大型樑龍恐龍骨骼。他的演講認為，大陸已經漂移開來，它們的裂開導致了海洋盆地的形成。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沒有移動，化石的分佈意味著在地球漫長的歷史中，海平面上下起伏，但大陸仍然固定。然而，對於聽眾中的許多其他地質學家來說，魏格納的想法是一個有趣的想法，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來的假設。魏格納次年返回格陵蘭島，他在格陵蘭島冰蓋上穿越了丹麥港和卡格蘇亞克之間的距離，這個距離比挪威探險家弗裡喬夫·南森穿越格陵蘭島的距離長得多。儘管這次探險為他這位年輕的科學家贏得了些許名聲，但他差點死在這次旅行中。回到家後，他娶了著名俄羅斯地理學家和氣候學家弗拉基米爾·科本的女兒，他也是自己的導師和老師。從 1913 年到 1915 年，魏格納並沒有放棄他關於大陸漂移的假設，並繼續寫關於古代超大陸（盤古大陸）及其如何隨著時間的推移而分裂的想法。
1914 年，第一次世界大戰將他帶到了前線，他參加了戰爭，儘管戰爭仍在繼續，但他仍然致力於制定自己的想法。在戰爭期間，他出版了一本關於他想法的綜合書籍，名為《大陸和海洋的起源》（Die Entstehung der Kontinente und Ozeane）。魏格納深入研究了等靜力學理論；即脆性強烈的岩石圈在延性弱的地幔上的狀態，以及這些層在更長地質時期內如何對大陸運動起作用，因為由地幔下面運動產生的岩石圈板塊被運送。他寫道，正如翻譯成英文那樣，“人們可以假設大陸地殼能夠在地質運動中進行等靜力補償，不僅在垂直方向上（如山脈的隆起和下降），而且在水平方向上（隨著大陸的運動）。”魏格納將他的想法超越了僅僅是一個直覺或想法，將其發展成為一個正式的科學假設，其中包含大量關於如何進一步測試該假設的示例。但第一次世界大戰將在歐洲繼續肆虐三年。他的書和想法沒有被廣泛閱讀，而且只用德語出版，所以它們沒有傳到英國或美洲。戰爭結束後，魏格納沒有放棄自己的想法，而是轉向新的科學興趣，包括與現在獲釋的塞爾維亞科學家米盧廷·米蘭科維奇合作研究地球過去的冰期和地球的振盪軌道。1926 年，他前往美國，在紐約市發表了一場關於他想法的演講，儘管到那時他已經將他的想法擴充套件到更完整的板塊構造理論，即構成大陸的岩石圈厚板塊的運動以及它們如何漂浮在弱地幔上。他的想法仍然被認為是激進的，即使是在美國地質學家中間，也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助，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。他將負責整個探險活動，從 1930-1931 年冬季的冰蓋中心收集溫度資料。
兩位男子從格陵蘭島中心的氣象站出發，繼續在冰凍的土地上前進。他們拯救了探險隊免於災難，船員將在接下來的冬天記錄溫度，但他們在一年中這麼晚穿越冰蓋，把自己置於極大的危險之中。冬天正在向他們逼近。他們帶著狗拉雪橇，以及最少量的食物和用品，繼續向主要的基地營前進。魏格納已經50歲了，他一直很喜歡抽菸鬥。當最後一隻狗在寒冷中死去，他不得不自己拖著雪橇時，他並不想進行這次旅行。在穿越冰蓋的一半路程上，在地球廣闊的冰蓋的冰凍景觀中，他去世了。拉斯穆斯·維盧姆森匆忙地把他埋在冰裡，然後繼續前進，再也沒有人見過他。隨著阿爾弗雷德·魏格納的去世，板塊構造理論最主要的倡導者消失了。這一觀點被地質學家擱置了幾十年。需要新一代的科學家來發掘地圈運動的證據，並推進板塊構造理論。
追求科學證據來檢驗板塊構造理論的巨大侷限性之一，來自於對海洋地質的實際瞭解不足。海底隱藏在黑暗的深海之下，雖然看不見，但它提供了關於大陸運動的最重要的資訊來源。根據板塊構造理論，海底是年輕的薄地殼，是由上升的熔融岩漿冷卻而形成的，它將海底裂開並推動大陸分離。第二次世界大戰的爆發，讓公眾意識到普遍缺乏對海底地形的瞭解。美國政府和美國海軍急於資助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陸地上一樣大。瞭解海底將有助於尋找潛伏在海岸附近深海中的敵方潛艇。新的水下勘測使用迴聲探測器進行，迴聲探測器向海底發射聲波，並記錄聲波被漂浮在上面的船隻接收的時間。這些船隻的航行可以繪製海底深度圖，這被稱為測深；測量水深。第二次世界大戰期間開發的另一個先進工具是磁力計，它可以拖在船後，記錄海底的磁異常。潛艇主要由鐵製成，因此它們在海洋中的存在會導致地球磁場發生扭曲，就像指南針靠近一堆鐵塊一樣。磁異常可以表明船體下方有潛艇。在第二次世界大戰期間和之後，這兩項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。她被聘為繪製地圖，基於一個新的專案，該專案在哥倫比亞大學的拉蒙特地質實驗室繪製世界海底地圖。塔普在Geology和數學方面受過良好的教育。在戰時，需要女性科學家學習地質學，以尋找為戰爭提供燃料的石油，她被招募到密歇根大學學習地質學，獲得了碩士學位，並在俄克拉荷馬州繼續學習數學。抵達實驗室後，瑪麗·塔普與一位名叫布魯斯·希森的地質學家組成了一個團隊，他們共同執行了一個專案，尋找戰爭期間失蹤的船隻和飛機。作為團隊中唯一的女性，瑪麗·塔普不能乘坐任何海軍艦艇，這意味著她必須留在後面，在她繪圖桌上工作，而布魯斯·希森則周遊世界，記錄海底資訊。儘管缺乏第一手經驗，瑪麗·塔普還是利用團隊其他成員收集的資料繪製了海底地圖。這是一個歷史性的機會，讓她填補了地球表面最後一片未被繪製的空白區域，一個以前從未探索過的地方。整理大量的記錄每艘船地理位置和測深的資料是一項枯燥的工作。但到了20世紀50年代，她發現了一條貫穿大西洋中軸的洋中脊。
.jpg)
一條從海底升起的山脊，崎嶇不平，沿著代表更小的垂直山脊和山谷的峽谷裂開和移動。地震勘測表明，莫霍面在這些洋中脊下非常淺，地殼薄且隆起於海底。布格重力異常進一步證實了這一點，這些洋中脊上的布格重力異常顯示出下降，表明海底下方有高地形，以及構成這些山脊的密度較低、溫度較高的岩石層。這些洋中脊就像蛋殼上的裂縫，將海洋一分為二。對東北太平洋沿岸的磁異常的調查，揭示了一種斑馬圖案的磁反轉，這令當時的地質學家感到困惑。但對瑪麗·塔普來說，她從海底地圖中發現和收集到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。它們從海底上升，由下伏軟流圈的熱對流驅動。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。這些洋中脊是推動海洋盆地擴張的離散板塊邊界。它們的高地形是由於熱岩漿向上移動造成的，當地殼從高脊處發散時，冷卻並沉入深海平原。垂直山脊和峽谷是海底擴張速度和速度不同的結果，導致橫向斷層。
太平洋海底的磁異常表現為海底富含鐵的岩石磁場方向反轉的帶狀分佈，後來幾乎在整個海底都發現了這種現象。這些帶狀結構似乎記錄了從這些擴張脊生長和遠離的歷史。
艾倫·考克斯在學校表現並不出色，在他選擇的化學專業學習中也遇到了困難。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，他航行於世界各地的海洋，並在海上成為一個狂熱的讀者，他想重返學校，學習更多關於地球的知識。1950年，他被地質學家克萊德·沃哈夫蒂格僱用，幫助他繪製和研究阿拉斯加的冰川。這兩位男子開始在阿拉斯加荒野中工作。在他們密切合作的過程中，兩人墜入了愛河。艾倫·考克斯和克萊德·沃哈夫蒂格都是隱藏的同性戀，這是一個他們嚴守的秘密。克萊德·沃哈夫蒂格敦促考克斯重返學校。考克斯回到加州大學完成他的化學學位，但再次失敗，並被徵召入伍。在軍隊裡，考克斯一直與克萊德·沃哈夫蒂格保持通訊，並在兩年後將專業改為地質學，並在阿拉斯加與克萊德·沃哈夫蒂格一起度過了更多夏天。1955年，考克斯意識到地質系沒有教給他全部內容，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·弗霍根博士在課堂上承認了它的存在。考克斯與其他學生組建了一個地質俱樂部，在當地一家酒吧裡聚會，喝酒並討論被禁止的地質學領域；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平行於地球磁場磁化。岩石磁性的方向在冷卻時固定下來。地球磁場隨著時間的推移發生了變化，在過去出現了完全的反轉，即磁極變成了南極，反之亦然。這些儲存在曾經熔融的岩石中的極性反轉成為了考克斯研究的基礎，因為他認為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，他獲得地質學博士學位，並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。由於當時無法透過磁性地層學對沉積岩層進行年代測定，儘管人們知道地球磁場的極性在其歷史程序中發生過反轉，而地球的核心和外核在內部旋轉，但這種極性反轉記錄的性質在時間上尚不清楚。艾倫·考克斯與理查德·多爾和布倫特·達爾林普爾組成了一個團隊。這項研究需要測量曾經熔化的岩層中的磁性反轉，並計算每個岩層的放射性年代，以製作出一個可用的地磁極性時間尺度。他們的研究成果對美國地質調查局的岩層年代測定具有非常重要的影響，被稱為考克斯-多爾-達爾林普爾日曆。
太平洋海底觀察到的磁異常，呈斑馬條狀分佈，與考克斯-多爾-達爾林普爾日曆揭示的模式相符，就像兩個匹配的條形碼一樣，洋中脊跨越的海底記錄與其他地方岩層的相同精心測定的時間模式相吻合。1973年，隨著艾倫·考克斯的《板塊構造與地磁反轉》和瑪麗·薩普的1973年繪製的顯示整個洋底中洋脊分佈的圖的出版，板塊構造理論成為地質學中的標準模型。教科書被修改，兩人都因收集了阿爾弗雷德·魏格納首次提出的激進理論的證據而成為著名的科學家。
| 上一頁 | 當前頁 | 下一頁 |
|---|---|---|