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第8章 事件地球(1)

《圣经·创世纪》中说:“地球突然被来历不明的大洪水包围,近千米高的洪峰以雷霆万钧之势咆哮着冲向陆地,高山在波涛中颤抖,陆地在巨变中呻吟……吞没平原谷地、吞没所有生灵,摧毁了诸如亚特兰第斯大陆、希腊文明及当时整个地球上的人类文明。”如今在梵蒂冈西斯廷教堂的天花板上,通过米开朗基罗于1508—1509年创作的《诺亚之醉》《诺亚的献祭》《创造夏娃》《分开海水与陆地》等浮雕艺术作品,人们似乎还能听到狂风摇撼树枝时的呼啸,感受到上帝愤怒时的恐怖。如果说这些来自于世界各地的史前大洪水传说表明了某种历史的迹象,那么一定是基于地球上发生的某些现实事件才激起了这些思想的火花。美国诺斯阿拉莫斯国家实验室的环境考古学家布鲁斯·马赛认为,大洪水故事大多起源于直径约4.8km的彗星撞击了现在的马达加斯加海岸,过热的水蒸气和微粒形成巨大的急流,进而导致182.8m高的剧烈海啸和巨大的破坏性台风。而更为恐怖的是,由于大量的物质被抛向大气,在一周的时间里,这里都陷入无尽的黑暗当中。马赛的理论从2004年一经提出,便在地质学界得到了广泛的支持。于是,地质科学在思想上经历了重大的革命,如同与白垩纪恐龙灭绝事件大致同时出现的地球化学异常事件、稳定同位素事件和撞击事件那样,科学家们在地质记录中找寻全球性突发地质事件的“界限”证据,一门新的学科分支——事件地层学便由此而产生。

2.1追踪地质事件,重塑古地理环境

地质学的研究对象涉及悠久的时间和广阔的空间。地球自形成以来已经有46亿年的历史,在这样漫长的时间里曾发生过沧海桑田、翻天覆地的变化,而其中任何一个变化和事件,任何一粒矿物和一块岩石的形成和演化,往往要经历数百万年甚至数千万年的周期。对这些变化和事件,人们不能像研究人类历史那样借助于文字和文物,也不能像研究物理那样依靠在实验室中做实验,而必须靠研究分析地球本身发展过程中所遗留下来的各种记录,识别地质事件的性质和特征,建立地质事件的序列。地质事件群或组合则是成因上有联系、空间上相匹配、时间上有先后的一组地质现象,它比单独的一个事件更深刻地反映地质历史演化的过程和特点,将一个个大小事件串联起地球的整个演化过程,就像时钟上的刻度一样,为我们了解地球的发展和演化提供了明确的标识。

2事件地球002.1.1实践与假说——认识地球事件的钥匙在19世纪,著名英国地质学家莱伊尔提出的历史比较法(现实类比法)。他认为当前正在进行着的各种地质作用与方式和地质时期是一样的,所不同的只是量的差别。例如,目前在海洋里沉积着泥沙,泥沙里夹杂着螺蚌壳,假如在高山地层中发现螺蚌壳化石,就可以判断这高山所在曾经是一片海洋。莱伊尔认为地球上的一切地质记录——巨厚的地层、高大的山脉等,并不是什么剧烈的动力瞬时间造成的。而是各种缓慢的为人所不察觉的地质作用,经过漫长的岁月造就呈现在人们面前的惊人结果。这种理论,被称为均变论。莱伊尔有一句名言:“现在是认识过去的钥匙”,意思是根据目前掌握的地质规律来推断、认知过去地质时代历史。

与莱伊尔的论点相反,法国地质学家居维叶认为,地壳的变化和生物的发展,是由超越现在人类认识范围和经验的短暂而猛烈的激变事件所造成的。例如《圣经》上所说的大洪水,使一切生物遭到毁灭,上帝又来重新“创造”世界。“灾难—毁灭—再创造”,自然界按照这种过程,生物界不断形成新属种,如此反复,变化不已。这种观点被称为灾变论或激变论。由于它否认生物演化,并带有浓厚的宗教色彩,所以后来受到批判,逐渐被莱伊尔的均变论所淹没。

但是,莱伊尔的均变论只强调缓慢渐进而忽略了突变,只谈量变而未提质变,只注意到古今的一致性而未认识到古今还有差异性。实质上,地球的历史绝不会是简单的重复,在地球的地质演化过程中不能排除曾经发生过若干次灾变或激变事件。例如,1929年11月18日在新英格兰的海岸和加拿大的沿海省份发生的“海岸大地震”,导致了在大陆架边缘的一大片沉积物被移动了700km以上,滑入北大西洋深处的海底平原。这次地震对科学而言是十分幸运的,但对于商业电报事业却是极其不幸的。海岸大地震引发的泥石流大约以100km/h的移动速度摧毁了12条跨大西洋的海底电缆。据估计,泥石流覆盖了十多万平方千米的海底,其体积足以装满20排并排环绕赤道的油船。随着地质学的研究日益深入,全球性、突发性地质事件的证据不断在地质记录中被发现,“事件界线”为很多地质学家所接受,并作为解决长期以来困惑地质学的渐变灾变之争提供了一个新的方向。这就是历史比较法或现实类比法。

从事事件地层学研究的科学家认为,时间是地质事件及其结果最好的过滤器,意思是随着地球的发展和时间的延续,那些意义不大的地质事件及其结果都被筛掉或过滤掉了,从而使人们通过对某些作用的结果的观测,比通过对不连续或微弱的信息直接监测地球的一般动力演化,可能更会正确地认识某些地质过程,更正确地研究现在、了解过去、预测未来。这种观点和莱伊尔的“以今证古”相反,而是“以古证今”,认为“研究过去是了解现在的钥匙”。实际上,这些不同观点可以起到互为补充的作用,古和今是一种辩证关系,以今可以证古,将古亦可论今,不可把它们对立起来。

2.1.2归纳与论证——地质事件研究的方法

地质学所研究的地球具有巨大的空间,海洋和大陆、大陆的各个部分、地球表层和深部,在不同地点和不同深度具有不同的物质基础和外界因素,因而有不同的发展过程。因此,既要研究它们的共性,更要研究它们的差异性和相关性,才能全面、深入地找出地球的发展规律。地质学所研究的对象,从小到矿物组成的微观世界到大至整个地球以及宇宙的宏观世界,从矿物岩石等无机界的变化到各种生命出现的演化,从常温常压环境到目前还不能人为模拟的高温高压环境,从各种变化的物理过程、化学过程到生物化学过程,从地球本身各个部分的物质能量转化到地球与外部空间的物质能量转化等,充满着各种矛盾和相互作用的复杂过程。地球自诞生以来,不仅形成了光怪陆离的矿物世界、岩石世界、海洋大陆、高山深谷,也出现和演化成了种类繁多的生物世界。地球演化到今天,形成如此面貌,这固然具有人类历史所不能比拟的充分时间的作用,同时也说明地球演化的是一个十分复杂的过程。

因此,地质学是来源于实践而又服务于实践的科学。地质学必须首先是以地球为观测的对象,以大自然为实验室进行野外调查研究,在掌握了大量实际资料后进行分析对比和归纳,得出初步结论再用于指导实践,并在不断的实践中修正和补充、完善和丰富已有的结论。例如,在魏格纳发展出大陆漂移说之前,曾有人提议大西洋两岸的大陆一度为陆地所“连接”,用来解释在生物学上及古生物学上的现象,我们称这理论为“陆桥说”。这个理论假设大洋曾为现在已沉陷于海中的陆块所连接。认为在侏罗纪之前,澳洲、印度、非洲、马达加斯加,非洲、南美洲,欧洲、北美洲之间都有陆地连接着,而在南极洲、南美洲、澳洲、非洲之间,也有类似的连接。而在侏罗纪之后(约1.5亿年前),这些连接各大陆的陆块却一个一个消失了。对许多不可否认的古生物学上的证据,陆桥说的确激起了人们的想象力。

反对大陆漂移说的最主要的论据还有“没有发现能让大陆在水平方向移动几千千米的原动力”。直到20世纪50年代以后,大量古地磁测定资料表明,如果把古磁纬度与现今地理纬度加以比较,即可发现各个大陆的古地磁纬度与现在的地理纬度存在很大的差异。假定地球上各个大陆固定不变,彼此之间没有相互移动,那么古地磁极的位置也应该固定不变,假若固定地理极则大陆必定发生漂移。印度德干高原不同岩石的古地磁纬度变化就是最好的证据,从1.8亿年前的南纬46°逐渐向北漂移,在5000万年前左右到达赤道附近,随后继续向北漂移而到达现今北纬18°的位置。其漂移的年速率最初为0.7cm增加到16cm,到距今5000万年又减慢到2cm,最后与欧亚大陆相碰撞。

随后,美国一位第二次世界大战期间曾在美军约翰逊号军舰服役的老兵、普林斯顿大学地质系主任赫斯在执行任务时,通过对太平洋海域进行了深海测量萌发了“海底扩张”的灵感。他在那篇著名的论文《海底的历史》中写道,我的这一设想需要很长时间才能得到证实,与其说是一篇科学论文,倒不如请大家把它看作一首地球的诗篇。赫斯这种富有诗情画意的地球演化模型,在当时被视为“天方夜谭”式的神话,但在此后短短的几年就被证实了。从洋盆的地史看,洋盆是老化的,实测的洋底却是年轻的,那么洋盆中的古老洋底到哪儿去了呢?海洋地质及海洋地球物理探测发现,更古老的洋壳都已通过洋缘的俯冲作用又重新潜没于地幔之中了!

发端于魏格纳的大陆漂移说,奠基于赫斯和迪茨的海底扩张说,引申出勒皮雄勾画的现代地球板块的轮廓。地壳板块理论把全球岩石圈系统地划分为太平洋板块、欧亚板块、非洲板块、美洲板块、印澳(印度)板块和南极(洲)板块等六大板块。大板块为一级板块,既包括陆地也包括海洋在大板块之间,还镶嵌着阿拉伯板块、婆罗洲板块、加勒比板块、加罗林板块、科科斯(可可)板块、印度支那板块、戈达板块、华北板块、纳兹卡板块、鄂霍次克板块、菲律宾板块、斯科舍板块、索马里板块和扬子板块等14个中小板块。“芝麻开花了”,通过“实践、认识、再实践、再认识”的循环往复,从感性资料的积累、理性的归纳分类,地质学家终于认识了地壳发展的客观规律,得出反映客观事物本质的结论。

2.1.3梳理与升华——理性回归的路径

从大陆漂移说到海底扩张说,再到板块构造学说的发展,迄今被视为不解之谜的地球演化与地壳构造活动大多得到了比较圆满的解释。于是,实践与假说、归纳与论证、梳理与升华,成为我们解读地球发展历史的一把钥匙。加拿大学者威尔逊提出了大洋盆地从生成到消亡的演化循环理论。即,萌芽阶段:在陆壳基础上因拉张开裂形成大陆裂谷,但尚未形成海洋环境(如现代的东非裂谷);初始阶段:陆壳继续开裂,开始出现狭窄的海湾(如红海、亚丁湾);成熟阶段:由于大洋中脊向两侧不断增生,海洋边缘又出现俯冲、消减现象,所以大洋迅速扩张(如大西洋);衰退阶段:大洋中脊虽然继续扩张增生,但大洋边缘一侧或两侧出现强烈的俯冲、消减作用使海洋面积渐趋减小(如太平洋);残余阶段:随着洋壳海域的缩小,两侧陆壳地块相互逼近,其间仅存残留小型洋壳盆地(如地中海);消亡阶段:海洋闭合、大陆相碰,大陆边缘强烈变形隆起成山(如喜马拉雅山、阿尔卑斯山脉)。威尔逊归纳的“六阶段论”,体现了板块构造学说的精髓——地球的表面是由漂移着的大陆和变动着的大洋(张开或闭合)组成的,这是岩石圈板块生长、漂移和俯冲活动的必然结果。因此,地质学界将其称之为“威尔逊旋回”,地壳构造运动的周期性循环往复,主宰着地球表层活动和构造演化的全局。

大陆裂谷是大陆地形的重要地貌单元,如果从外太空观察地球,大陆裂谷就是大陆表面的一条狭长的巨型裂缝,裂谷的底部往往有深水湖泊分布,比如深达1740m的贝加尔湖就发育在贝加尔裂谷中。最著名的大陆裂谷是东非裂谷带,南起赞比西河下游谷地以南,向北延伸为马拉维湖后分为东、西两支裂谷带。东支裂谷带沿维多利亚湖东侧穿过坦桑尼亚、肯尼亚中部进入埃塞俄比亚和索马里境内,形成亚丁湾、红海、死海,在约旦河谷地终结。西支裂谷带沿维多利亚湖西侧穿过基伍湖、爱德华湖和艾伯特湖后逐渐消失。整个裂谷带南北延伸长达6500km。裂谷在地球板块构造中是大陆崩解、大洋开启的阶段,一旦大陆地壳被拉断,中间出现一个宽阔的大洋,原来的非洲大陆就变成被大洋分隔的两个大陆。

地球本身并没有发生扩张,那么从洋中脊新生的大洋地壳在其扩张的过程中必然会出现消减作用,正如现在的太平洋就正在经历的这样,海洋总面积在渐趋减小。随着洋壳海域的缩小,最终会导致两侧陆壳地块相互逼近,最终大洋闭合、两侧大陆相碰,大陆边缘变形隆起成山,威尔逊旋回的第一过程完成,第二过程便开始在孕育和发展。

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