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杰森·摩根是著名的地球物理学家,板块构造的发现者,他揭示了地壳的运动方式。

1967年,在华盛顿哥伦比亚特区举行的美国地球物理联盟(AGU)年会上,杰森·摩根(JasonMorgan)发表了一篇开创性的论文。该论文称,地球表面由十几个坚硬的板块组成。它们形成于大洋中脊,在相互交汇的俯冲带遭到破坏,并沿着大断层相向运动。他在随后发表的其他论文中解释说,火山形成于板块俯冲地带,大陆碰撞的地方会有山脉拔地而起,而板块边缘的挤压和剪切则会引发地震。之后的十年间,“板块构造”理论被广泛接受。摩根被任命为普林斯顿大学助理教授后不久,就提出了堪比达尔文进化论的地质学理论,并因此彻底改变了地质学。2023年7月,摩根与世长辞,享年87岁。

摩根出生于佐治亚州萨凡纳市。中学毕业后他考取了佐治亚理工学院,并对物理学产生了浓厚兴趣。他曾在美国海军服役两年,在海军核动力学校担任教员,之后进入普林斯顿大学,师从罗伯特·迪克(RobertDicke,2019年诺贝尔物理学奖获得者)攻读相对论物理学博士学位。1964年获得博士学位后,摩根成为地球科学系的博士后,并于1966年晋升为助理教授。

迪克对万有引力很感兴趣,对“万有引力常数”实际上是否恒定这一问题尤其着迷。有一个假设是如果引力减弱,地球就会像气球一样膨胀。他让摩根从地球的地震模式中寻找这方面的证据。当时,摩根正在研究地震以寻找引力波的地球物理迹象。此前,地球科学系主任哈里·赫斯(HarryHess)曾绘制海底地形图,发现洋中脊——巨大的海底山脉链——就像棒球的接缝一样环绕地球两圈。他指出,新的地壳会在海脊处形成并分离出去——这种机制被称为海床扩张。最终,地震假说比迪克的气球假说更能支持赫斯的观点和板块构造概念。

与此同时,英国剑桥大学研究生弗雷德·维恩(FredVine)发现,海洋地壳中有磁条带:地球磁场会改变极性,北极会变成南极,反之亦然,时间尺度从几万年到几百万年不等。当海脊熔岩冷却和扩散时,磁场的方向会在海床内“冻结”,产生与海脊平行的条纹——这证实了赫斯的想法。赫斯将维恩聘请过来,让他与摩根在同一个办公室办公。虽然两人没有一起发表过论文,但几十年后摩根告诉《量子杂志》(QuantaMagazine),在普林斯顿大学为板块构造理论作出贡献的许多人中,维恩对他的帮助最大。

摩根想起他在学校学过的球面三角学,知道如何定义板块运动,即围绕球面上的固定点或“极点”旋转。随着时间的推移,两极可能会偶尔发生变化,但板块内部不会变形。这一模型可解释所有的观测结果。在1967年美国地球物理联盟年会上的演讲和随后的一篇论文中,摩根均以“隆起、海沟、大断层和地壳块”为题,介绍了自己的发现。

摩根对地球物理学的第二大贡献是对地幔对流进行了研究,并揭示了板块运动的原因。他从两极和板块旋转的角度解释火山链现象——夏威夷岛火山链就是典型的例子。该火山链在中途岛附近突然出现大拐弯,这表明相邻板块已在大约4000万年前进行重组。

摩根提出,这些火山链都是轨道——当地幔中的热上升流(称为羽流)接近地表时,它们就会引发其上方板块的火山活动。随着板块的移动,就会产生线状火山链。由于羽流流动性小,因此可以根据这些轨道推断出板块运动的历史。摩根还制作了计算机模型,将理论上的轨道位置与地质上的轨道位置进行比较——在当时,这种方法很有创新性。

摩根的整个职业生涯都是在普林斯顿大学度过的,直至2004年退休。摩根善解人意,乐于助人,教学上也卓有成效。摩根一生荣誉等身,2002年荣获美国国家科学奖章。可以说,近代以来,他在地质学知识方面作出的贡献无人能及。

资料来源Nature