正当地质学家认为他们懂得了板块构造学时,有些消失的岩块(也许是看不见的陆地)显现出来了。
像帆船一样,鹦鹉螺的祖先用大型螺旋壳航行在海上。第一批蜻蜓起飞了。地球上所有陆地都挤作一团,似乎挡开了不可抗拒的海洋。这块巨大的陆地叫联合古陆。力量起初集中在一起,但不久就'把这块大陆分成了几块。那是公元前二亿二千五百万年前的事。
联合古陆的东南边有块陆地已经松动。这就是太平洋陆地,是一块使原始澳洲不受海洋影响的长长的陆地。在太平洋陆地移走之前,有裂缝把它裂开,从裂缝中渗出液态岩。它正在破裂,正像联合古陆即将破裂一样。后来太平洋陆地裂成碎块,向四面八方漂去。
恐龙茁壮成长,早期鹦鹉螺死亡,鸟类诞生。联合古陆从中间分开,大西洋流入,填满创伤。澳洲和南极洲南移。太平洋陆地的碎块每年以半英寸的速度向亚洲、北美、南美移动。当它们最后相撞时,撞坏陆地,形成山脉,把它们自己嵌入沿袭的大陆中。在全世界,第一批鲜花盛开,恐龙死亡,哺乳动物大量出现。
那是1963年,在爱达荷州西部的七鬼山附近,汉密尔顿(Warren Hamilton)在穿过长满矮树的地带进行勘测。这位年轻的科学家有些迷惑不解:东部一千平方英里的岩石和西部不一样。通过研究他断定,西部岩石是普通的大陆,而东部岩石,噢,东部岩石起源于海洋。汉密尔知道,这儿不可能是海洋。最近的海洋离此地差不多有四百英里远。美国地质勘探局(USGS)—位勘探人员回忆道:“我那时没有勇气说它的起源。我思索过,然后悄悄走了。”
到1969年,汉密尔顿才开始谈他的想法。他发现加利福尼亚州南部的岩石也一样,这次他大胆地说:这岩石一定是热带岛屿的一部分,移动几千英里后加入北美的。这简直是邪说。现代理论(板块构造学的新生概念)完全不能解释他的看法。但不久他发现他并不孤立。
加拿大地质勘探局蒙格(James Monger)和州立华盛顿西部大学罗斯(Charles Ross)很想知道更远一点的北部英属哥伦比亚山脉的化石情况,因为这类化石不应在那儿出现。这些化石是古代单细胞动物半矣寸长的骨架,而单细胞动物过去只生活在现在的中国、日本和_印度尼西亚周围的浅水里。以往科学家惊讶地说这真是离奇的现象,就搁到一边未加以考虑了。但是在1971年,蒙格和罗斯共同提出:其中一些山脉过去确实是中国或日本或印度尼西亚的一部分。加拿大温哥华岛可能原来是数千英里之外的南方热带小岛。1972年有科学家认为那是二亿一千五百万年前的事。两年后,在阿拉斯加工作的研究人员宣布:这个州南部的大部分地区过去处在和俄勒冈同样的纬度上,只是在七千五百万年前才被大陆钩住了。1977年美国地质勘探局的琼斯(David Jones)等人提出:北美南部的岩块也是不久以前才在赤道附近散开的。
十年左右提出了各种见解。现在已弄清楚,北美的四分之一果真不是北美的。华盛顿州、俄勒冈州和加利福尼亚州的大部分原来不在美国。英属哥伦比亚大概有一半是移入的。阿拉斯加是逐段地质最引人注目的例子,由五十多块独立的岩块组成。阿拉斯加本州只有一部分,在加拿大边境附近沿育空河成一个小三角形。三百英里宽的北美山系像弯弯曲曲的棉被(包括加拿大的落矶山、锯齿山岭和加利福尼亚的沿岸地区)。它并没有就此停下来。很可能整个中美、中国和日本的大部分、南美边缘、苏联和关西洋上的许多陆地都是移入的岩块拼集而成。
太平洋周围大部分外来的不动岩块是两亿年前移入的,但对于有几十亿年时间的大陆来说,又不过是新来的。岩块大小不等,小的有一座房子那么小,大的有加利福尼亚州那么大。有20%的岩块似乎曾经是不同陆地的一部分,其余的是火山岛和海底的碎块。
原来不定的岩块是板块构造理论中缺少的碎块,地质学家用这碎块来填补原始理论留下的空隙——这就是怎样造山、陆地如何变大的详情。
琼斯说,在七十年代初期,大多数科学家受到“极度义愤和蔑视”的影响。“每个人都找了无数理由来说明不可能”。大陆就是大陆;没有新来的岩地,也不可能使边缘移位变化。地球学最重要的统一舆论——板块构造学解释了一切。板块构造移动的明显证据已表明是地质学的内容。
根据统一理论,地球外壳是一个镶嵌结构,大约有十二块板块相互碰撞摩擦。重量轻的大陆是板块上固定不变的乘客;有的板块只支承沉重的海洋地壳。有的板块正好相互滑过,例如,太平洋板块正滑过北美板块。它们的接口是圣安德烈亚斯(Sun Andreas)断层。哪儿有板块相遇,一块板块被另一块板地用在下边。恰好在日本和菲律宾东部,太平洋板块就压在支承亚洲大陆的板块下面。
根据板块构造学原理,山脉是一块板块压倒另一块板块的产物。如果两块板块支承大陆,它们最后就会像两部汽车相撞挤压,结果形成山脉。喜马拉维山有高入云霄的断崖绝壁,那是很久以前支承印度板块在潜入支承亚洲板块下面时迎面相撞而成。从理论上讲,即使一块板块只支承海洋地壳,而写一块板块只支承一块大陆,也会形成山脉。太平洋板块压倒南美边缘就产生了安第斯山。那种压力完全把南美边缘压弯了,像一床地毯在开门时挤隆起一样。
从板块构造学似乎找到了全部答案。日本发生地念是由于太平洋板块被压在亚洲板块下面,加利福尼亚的地震是由于板块沿圣安德烈亚斯断层移动而产生冲击引起的。一块板块潜入另一块板块之下,下面的板块在地球炽热的内部结构中熔化。有些熔化的岩石又向上冒,这就是火山爆发(一种构造打嗝)的原因。问题看起来很简单。
但是后来却出现了几个问题。例如,有的地质学家不理解第二类山脉(已提出的像一床碰到门上的地毯要隆起成山)是怎样形成的。他们通过一些观测后提出:哪儿有一块板块潜入另一块板之下,哪儿的地质特征看起来像伸展的,而不是隆起的。这很容易证明它的形成:下面的板块向下移动时,上面的板块可能被拉开一点,有点像你的牙齿刮下嘴唇,下嘴唇就伸展。这些科学家说,因为山脉显然不具备伸展的特征,所以一块板块潜入另一板块之下不可能成山。
也有不好解释的岩石,像汉密尔顿发现的那些岩石。英属哥伦比亚岩石里含有亚洲化石。考古生物学家在他们研究的地区老是发现,岩石中的化石不是错误的种类就是错误的时代。汉密尔顿说:“他们采集了很多,而且习以为常了。”
可是,那些奇怪的化石使其他科学家去研究(包括蒙格和琼斯)。从他们的初次研究中得到了启发,英属哥伦比亚和阿拉斯加的某些板块好像是从数千英里的南方移来。但这种初步结论的根据主要是一种资料:或者是不同地点的化石,或者是保存在岩石中的古代磁场的测量记录。这很容易消除怀疑,结果正好相反,是一种标记不清的样品,即不好鉴定的化石。
科学家遇到的大量阻力来自第一线的地质学家,来自他们在一个地区勘探多年并采集的坚硬的岩石样品。当时,大多数地质学家也认为板块构造学的内容不多,不一定需要它来理解他们在磁场里看见的东西,但似乎又能解释许多其他现象,所以他们在继续探索。外来岩块说很多。他们根本不愿听他们多年来一直在北美研究的东西的确来自亚洲或南太平洋。
另一方面,地球物理学家的兴趣更高。原来他们提出了板块构造理论,如果几块板块压在一起,有些碎块就会脱开而粘到另一块板块上,这是讲得通的。同样,韦格纳(Alfred Wegener)早在1912年就提出了大陆漂移论(时间先于板块构造理论)。但是没有人证明它。如果粘上“碎块”,单纯的板块模式就不适用了。
例如,按照模式,北美科迪勒拉山形成的方式和南方安第斯山一样。这表示两亿年前一定有一块海洋板块滑到北美板块边缘之下。但是根据在加拿大和阿拉斯加的研究,蒙格和琼斯等人提出那时西海岸有东西正由南向北移动,很像一把相当快的剪刀在合拢。如果他们的看法正确,就表示造成科迪勒拉山的板块移动是向北,而不是向东,并且更加复杂,才使很多碎块迅速移到适当的位置上。对这个问题有些地球物理学家受到了挫折。
很清楚,蒙格和琼斯等人的看法具有很强的说服力。因此,到1977年每当他们发现一块可疑的不动岩块坐落在加拿大和阿拉斯加时,他们就用三种不同的方法检查核对。他们证明了一个地方的岩层和岩石种类与附近的岩层和岩石种类不一样,还证明了第一批沉积物中的化石来自东南亚,但穿过附近断层线的化石却来自北极。他们根据保存在岩石中的磁场方向断定:断层线一侧的岩石是三亿五千万年前在三千六百英里的南方形成的;断层线的另一侧的岩石是一亿年前在一千英里的西方形成的。不久以后,证据压倒了一切。这些奇怪的岩石不仅是一个事实,而且表示在最近一亿五千万年中北美的岩石大约增加了30%。
是山脉使纳尔(Amos Nur)去进行研究。这些斯坦福大学地球物理学家可以推测两块大陆相撞怎样成山。他和他的同事本阿弗拉哈姆(Zvi Ben-Avraham)是属于不可能看见一块板块潜入另一板块之下如何成山的科学家。纳尔说:“我记得1975年有一天天气很热,无事可做。我对本阿弗拉哈姆说我不甚欢这种天气。我还谈到有两种造山运动的方法,所以我们尽力思考怎样才能找到一种成山的方法。”
他们尽量想象几百万年前喜马拉雅山是什么样子。如果支承印度的板块不断把支承亚洲的板块往下压,最后整个印度就会堆在亚洲板块上面。这时在下面移动板块的上面再也没有任何大陆了,印度看起来总是在亚洲板块上面。纳尔说:“更晚一些时候,看到喜马拉雅山的人会说:看,它很像安第斯山,必定是受海洋板块撞到其边缘的压力而成。”
这使纳尔和本阿弗拉哈姆认为,所有的山都完全是由大陆板块相撞而成,喜马拉雅山和安第斯山是同样方法不同时期形成的。因此、他们开始寻找已撞进太平洋沿岸地区形成了山脉的大陆。大概在这时,人们开始使用这种看法:北美有四分之一是由来自其他地方的岩块组成。
纳尔和本阿弗拉哈姆也接收了这种观点,他们发现西伯利亚、日本和中国么报道,谈到类似可疑的岩石乱七八糟地嵌在太平洋整个边缘上。他们还注意到太平洋海底有些宽阔而高大的结构,称为海洋高原。虽然经过研究证明海洋高原比肩围海底地壳轻,有些看起来像大陆的岩块,但没有人知道是由什么组成的。纳尔和本阿弗拉哈姆把它加以综合研究,而在1977年太平洋消失的大陆显露出来了。
现已查明,散布在太平洋周围的岩块大约只有20%是由大陆岩石组成的,而没有确凿的证据说明岩块只来自一个大陆。但是纳尔和本阿弗拉哈姆却在证明另一个强有力的论点:哪儿有外来岩石,哪儿就有山。不管板块是否是消失大陆的碎块,但是很多海洋高原或留下的大山岛有一点是相同的:它们都比支承它们的海底轻。
碎岩块有浮力,当它们被带到两块板块接合处时,不会随板块下沉,而要冲撞在另一板块上的大陆。这些碎块可以堆成整个大陆那么大(如印度),也可以堆成从育空河到南美约200彼特(bit)那么小。只要碎块一粘到大陆上就形成山脉。1981年,本阿弗拉哈姆、纳尔、琼斯和斯坦福大学考克斯(Allan Cox)直率地宣布:因为碎块的浮力大被抛弃了,被抛弃的碎块碰撞大陆成山。纳尔和本阿弗拉哈姆就发现了这个简单的造山运动的方法。
越来越多的人开始采用这种观点。概念使板块运动更加复杂,但符合板块构造学原理,能解决一些老问题)似乎也能解决比板块构造学更老、大陆是否增长的有争论的问题。但有的研究人员不相信成山过程,有的研究人员发现安第斯山很少有碎块。
科学家把不定碎块在什么地方调查清楚了才知道这些不定碎块的全部作用。这表示根据多年的报道寻找其他可疑地区的线索,花几个月时间作野外考察,绘制每块独立碎块的边缘,采集必要的样品,才能证明每块碎块都是独立的。琼斯说:“在阿拉斯加和英属哥伦比亚找到碎块几乎需要一百万工时,其中大部分时间是野外考察。”蒙格说:“这是一种机械方法。”
人们已着手工作了。琼斯办公室的墙上贴满了世界的大幅地图,落矶山西部:从阿拉斯加到危地马拉。地图看起来像巨大的着色书籍的书页,有几十种不同的颜色表示几十个不同的地区。加拿大、美国和墨西哥的地质学家正在一起研究,希望今年绘制好地图。日本答应绘制一张同样的地图,其他西太平洋国家也可能绘制类似的地图。
一旦发现全部碎块,科学家就能把那些碎块推回原处。他们可能得一块太平洋陆地,一串海洋高原(即由脱离现在大陆边缘的很多碎块组成)。但是一切都会比现有的好。琼斯说:“几乎没有关于这些碎块来自何处的资料,但我们要设法找到。”
[Science 82,1982年6期]