《海陸的起源》：魏格納和“大陸漂移學(xué)說”

德國氣象學(xué)家、地球物理學(xué)家魏格納是大陸漂移學(xué)說的創(chuàng)立者。作為現(xiàn)代地球科學(xué)的奠基之作，《海陸的起源》詳細闡述了大陸漂移理論，提出古代大陸原來聯(lián)合在一起，因大陸漂移而形成各大洲的觀點。

本文選自《海陸的起源》（學(xué)科版），為該書的導(dǎo)讀（部分）。小標題為摘編者所加，非原文所有。已獲得出版社授權(quán)刊發(fā)。

《海陸的起源》（學(xué)科版）

作者：[意]魏格納

譯者：李旭旦

版本：北京大學(xué)出版社 2025年1月

《海陸的起源》與“大陸漂移學(xué)說”

魏格納是德國一位杰出的氣象學(xué)家。1880年出生于柏林，1905年在柏林洪堡大學(xué)獲得了天文學(xué)方向的博士學(xué)位。但他對地質(zhì)學(xué)和氣象學(xué)更有興趣，所以在獲得博士學(xué)位以后就放棄了天文學(xué)方面的發(fā)展，專攻氣象學(xué)方面的研究。作為當時一個年輕且有才華和抱負的科學(xué)工作者，他在畢業(yè)后短短的兩年時間里，已經(jīng)在氣象學(xué)的研究方面開始嶄露頭角，并被馬堡大學(xué)聘用，很快成為馬堡大學(xué)非常受學(xué)生歡迎的年輕教師。1911年，他編寫了一本《大氣熱動力學(xué)》教科書，成為當時德國大學(xué)通用的氣象學(xué)教材。在1914年和1915年參加了第一次世界大戰(zhàn)，曾經(jīng)兩次負傷。戰(zhàn)后又回到馬堡大學(xué)任教。1924年以后，他受聘為奧地利的格拉茨（Graz）大學(xué)教授職位。1930年11月初在格陵蘭的考察途中魏格納不幸遇難。

魏格納在他一生中除了在大氣動力學(xué)方面做出一些貢獻以外，在地質(zhì)學(xué)方面也做出了重要的貢獻。概括地說，他在地質(zhì)學(xué)中的貢獻主要有兩個方面：

一是他最早提出月球上的環(huán)形山是由隕石撞擊形成而非火山爆發(fā)形成。當時人們普遍接受的觀點是月球上的環(huán)形山主要由于火山爆發(fā)而形成。直到20世紀60年代末至70年代初的“阿波羅”登月計劃實施之后，他的這一觀點得到了證實：月球表面的環(huán)形山絕大多數(shù)是由于隕石撞擊而形成的隕石坑，而非火山口。

另一個，也可以說是魏格納最大的貢獻，就是他的“大陸漂移學(xué)說”。在科學(xué)史上，可以說，一些真正的具有革命性的科學(xué)理論提出以后往往需要經(jīng)過很長的時間才能被人們接受。魏格納在其《海陸的起源》中提出的“大陸漂移學(xué)說”就是這種情況，在經(jīng)歷了半個多世紀的爭論之后才逐漸被人們接受。

“大陸漂移學(xué)說”是現(xiàn)代地質(zhì)學(xué)“板塊構(gòu)造理論”的核心組成部分。“板塊構(gòu)造理論”是地質(zhì)學(xué)中一個非常重要的，涵蓋面非常廣泛的科學(xué)理論，是指導(dǎo)人類認識地球自然歷史的一個非常重要的理論體系。

紀錄片《海洋》（2009）劇照。

在20世紀50年代以前，由于人們對地球的認識只限于陸地的范疇，在當時的地質(zhì)學(xué)界盛行一種根深蒂固的觀點，即地球從形成以來，陸地與海洋之間的相對位置一直保持恒定（后人稱其為“固定論”）。而魏格納的“大陸漂移學(xué)說”宣揚的是完全與之對立的一種觀點，即陸地與海洋之間的相對位置在地質(zhì)歷史中不是恒定不變的（后人稱其為“活動論”）。

魏格納首先從地圖上大西洋兩邊南美洲和非洲之間海岸線的相似性中產(chǎn)生了“大陸漂移”的靈感，或者用他的話來說是“大陸錯位”。

“大陸錯位”？

大西洋兩邊海岸線的相似性

魏格納并不是第一個注意到大西洋兩邊海岸線的相似性，并產(chǎn)生“大陸錯位”想法的人。早在16世紀末，一位荷蘭的學(xué)者就注意到了這個現(xiàn)象，并想象可能是地震或大洪水沖開了大西洋兩邊的大陸。

19世紀中葉，一位意大利學(xué)者也提出了類似的觀點，認為是大洪水沖開了大西洋兩邊的大陸。很顯然，這個觀點或多或少地受到《圣經(jīng)》的影響，并沒有從科學(xué)的角度去論證。

對魏格納來講，自從產(chǎn)生了這么一個想法以后，這個觀點就從來沒有從他的腦海中消失過。1911年，魏格納在馬堡大學(xué)的圖書館讀到了一篇奧地利學(xué)者蘇斯（E. Suess）1885年有關(guān)岡瓦納大陸（Gondwanaland）的文章。在這篇文章里面提及了當時被大西洋和印度洋所分割的幾個大陸上（如非洲、南美、印度、澳大利亞和南極等），都存在一些相同的動物與植物的化石和相似的地層沉積序列，并認為這些大陸曾經(jīng)通過陸橋聯(lián)結(jié)在一起形成一個統(tǒng)一的大陸，并用印度的一個地名——Gondwana命名了這個大陸，但現(xiàn)在聯(lián)結(jié)這些大陸的陸橋都已經(jīng)下沉到海底去了。

紀錄片《大衛(wèi)·愛登堡：海洋》（2025）劇照。

出于氣象工作者對現(xiàn)代全球氣候帶分布控制因素的本能認識，魏格納注意到了這篇文章中列舉的一些反映古氣候信息的沉積物的分布位置與現(xiàn)代全球氣候帶分布模式不符。如在這些大陸上普遍分布有石炭—二疊紀時期的冰川沉積，而這些大陸現(xiàn)在大多處于靠近赤道的中低緯度附近。

魏格納對傳統(tǒng)固定論的解釋產(chǎn)生了懷疑。從此，他開始搜集和整理全球各地各種古生物化石、沉積和地層的資料，并進行古氣候的分析，從中得出了對大陸漂移的認識。

1912年1月，魏格納在一次學(xué)術(shù)報告會上首先提出了“大陸漂移”的觀點。由于學(xué)術(shù)報告會影響范圍有限，在當時并沒有引起學(xué)術(shù)界的多大關(guān)注。1914—1915年，他在第一次世界大戰(zhàn)中兩次負傷住院，使他有時間將“大陸漂移學(xué)說”的思想和證據(jù)進行系統(tǒng)地匯總并整理成文，并于1915年正式出版。這就是他的《海陸的起源》。1924年由斯克爾（J.G.A. Skerl）翻譯的《海陸的起源》第三版英譯本面世，魏格納的“大陸漂移學(xué)說”觀點才開始受到學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。然而，魏格納對大陸漂移動力機制解釋上的瑕疵，使他的學(xué)說一直沒有得到科學(xué)界的普遍認可。在他去世后就逐漸被人淡忘。

板塊構(gòu)造機制：

“大陸漂移學(xué)說”的新內(nèi)涵

20世紀40—50年代，由于古地磁測試技術(shù)的提高，人們能夠從巖石中測定出巖石形成時地球磁場的一些磁性信息——巖石的剩余磁性，如磁傾角和磁傾向等，并且可以利用這些磁性信息推算古地理緯度和古地磁極的位置。

通過研究，人們首先發(fā)現(xiàn)在世界許多地方的巖層的剩余磁性所反映的古地理緯度與這些巖層現(xiàn)今所處的地理緯度并不一致。依據(jù)同一個地區(qū)、不同時期形成的巖層剩余磁性恢復(fù)出來的地球磁場磁極位置，不但與今天的磁極位置不重疊，而且彼此也不重疊。

當時的科學(xué)家們就發(fā)現(xiàn)如果是從“固定論”的角度來解釋這種現(xiàn)象，必然有兩種可能： 要么我們生活居住的地球曾經(jīng)有過許多的磁極，要么地球的磁極在地質(zhì)歷史中發(fā)生過大規(guī)模的遷移。前一種解釋顯然是難以想象的。如果是后一種情況，那么依據(jù)世界各地同一時期形成的巖石剩余磁性恢復(fù)的古磁極位置應(yīng)該一致。但是，當科學(xué)家把依據(jù)歐洲和北美洲兩個大陸上不同時期形成巖石剩余磁性計算出的古磁極位置分別依時間順序用曲線連在一起對比時發(fā)現(xiàn)，兩個大陸的極移曲線并不重合。這時，科學(xué)家們突然明白了，不是磁極在遷移，而是兩個大陸之間發(fā)生了相對的位移！這使得人們重新想起了魏格納的“大陸漂移學(xué)說”。

紀錄片《大衛(wèi)·愛登堡：海洋》（2025）劇照。

與此大體同時，人們對海洋區(qū)域的地質(zhì)地貌特征也有了新的認識。科學(xué)家們利用第二次世界大戰(zhàn)期間發(fā)明的聲吶技術(shù)繪制出了全球的海底地貌。在浩瀚的深海大洋中，有綿延數(shù)千千米的山脈——大洋中脊或稱中央海嶺，也有島弧海溝，還有像夏威夷群島那樣的火山島鏈。在大洋海底，并不像人們以前想象得那樣是大片的海底平原。航磁測量所發(fā)現(xiàn)的大洋中脊兩側(cè)平行排列的條帶狀地磁場異常現(xiàn)象則使得科學(xué)家意識到這可能是海底沿大洋中脊擴張和地球磁場倒轉(zhuǎn)共同作用的結(jié)果。這被深海沉積物的年齡分布模式所證實：在大洋中脊附近只有最年輕的沉積，大洋的邊緣含有最老的沉積物。

當人們發(fā)現(xiàn)海底最老的沉積物都不老于侏羅紀以前，即2億年前的時候，也著實令科學(xué)家們大吃一驚。原來認為非常古老的海洋，其海底竟是這樣的年輕！這也使得科學(xué)家相信，海底在不斷地擴張更新。依據(jù)海底磁異常條帶的寬度和時限，科學(xué)家精確地計算出了2億年以來海底擴張的速率為1～10厘米/年，并被現(xiàn)代的衛(wèi)星觀測結(jié)果所證實。

早在第二次世界大戰(zhàn)前，地球物理學(xué)家們通過地震波技術(shù)的應(yīng)用，已經(jīng)知道了地球的內(nèi)部具有地核、地幔、地殼、軟流圈、巖石圈等這樣的一些圈層結(jié)構(gòu)。

從對海底擴張和地球內(nèi)部圈層結(jié)構(gòu)的認識中，科學(xué)家們賦予了“大陸漂移學(xué)說”新的內(nèi)涵——板塊構(gòu)造運動，并為“大陸漂移學(xué)說”找到了新的動力學(xué)機制——板塊構(gòu)造機制：

地球的巖石圈是由“漂浮”在軟流圈之上的6個大板塊和若干個小板塊構(gòu)成的，這些板塊以大洋中脊和島弧海溝為邊界。在熱對流的驅(qū)動下，地幔物質(zhì)在大洋中脊附近上涌，使海底向兩邊不斷擴張，驅(qū)動漂浮在軟流圈上的巖石圈板塊發(fā)生移動，使各個大陸之間發(fā)生相對的水平運動。在島弧海溝附近，兩個板塊之間發(fā)生碰撞作用，大洋型地殼俯沖到了大陸型地殼之下，被不斷消減。

本文經(jīng)出版社授權(quán)刊發(fā)。作者：孫元林；摘編：何也；編輯：張進；導(dǎo)語校對：趙琳。未經(jīng)新京報書面授權(quán)不得轉(zhuǎn)載，歡迎轉(zhuǎn)發(fā)至朋友圈。

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