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第3章 地球与海洋科学(3)

生物海岸:风光旖旎的珊瑚礁海岸和生长着茂密的灌木丛的红树林海岸都属于生物海岸,它们是生物繁殖、生活的天堂。

在热带地方,由漂亮的珊瑚虫组成的海岸,叫做珊瑚礁海岸。珊瑚礁海岸分布很广,太平洋中部和西部、澳洲的东岸和北岸、巴西的东岸以及红海的沿岸都有分布。我国海南岛的许多地方和南沙群岛也有珊瑚礁海岸。珊瑚虫具有坚硬的石灰质骨骼,它们在岸旁繁殖生长,使海岸逐渐增长,天长日久,就成为珊瑚礁海岸了。珊瑚虫善于建造树枝状、连生体状或圆球状的小房子,这种小房子小巧玲珑,精美绚丽。珊瑚礁海岸常常产生在近岸的浅水地带,由于珊瑚虫很娇气,对居住条件的要求相当严格。珊瑚礁形成以后,成了岸边的屏障,使海岸不受拍岸浪的冲击。天长日久,珊瑚礁在海蚀珊瑚礁海岸作用下会发生破碎,形成沉积物。

在风浪比较平静的、由细粒物质构成的滩涂岸段生长着一种海生植物——红树,由红树组成的丛林海岸,称为红树林海岸。涨潮时,潮水淹没了浅滩,树干浸泡在水中,只有树冠露出海面,成为一片浓绿的“海上森林”。红树的生长力是很强的,它能在很短的时间里成长起来。它的枝叶很厚,能够抵抗强烈的阳光曝晒。同时,由于它具有发达的气根和支气根,所以能保护其生活在淤泥中不被风浪冲走。红树的另一特点是种子在离开母体之前,就已发了芽,所以,当树种在海水中摆动时,幼芽就有可能插入泥中,迅速生红树林海岸长。因此,红树林就成了保护海岸的良好“屏障”了。在红树林海岸,常堆积着很厚的淤泥,淤泥里堆积着腐烂的有机质和生长着一些喜盐的植物。

我国古代对大地构造

运动的探索我国古代对地质现象的认识,充满了卓越的科学见解。《诗经》中就有“高岸为谷,深谷为陵”的记述。沧海桑田是中国古人表述海陆变迁思想的精炼描述,最早出自晋代葛洪编撰的《神仙传·麻姑》。书中记载说:“麻姑自说云,接侍以来,已见东海三为桑田。向到蓬莱水浅,浅于往者会时略半也。岂将复还为陵陆乎?”翻译成白话文就是:麻姑对仙人王方平说:“我已经三次看见过东海变为桑田,这次到蓬莱去,我看见那里的海水又比从前减少了一半,难道又要变成陆地吗?”这则故事记录了古代的人们在日常的生活和劳动中应用宇宙的思辨观,结合已有的知识,不断观察自然环境的变化而记录的海陆进退现象。有一个问题值得我们深思:沧海桑田变换的力量来自哪儿呢?是海水的升降?那么这个海水为什么会升降呢?是冰雪结冰和融化,降水量的变化增多?若不是水量的增减,那又是什么原因呢?是陆地在原地升降,导致海水侵入和后退,抑或其他的更深层次的原因呢?

唐代书法家颜真卿在《麻姑山仙坛记》中就提到“高山犹有螺蚌壳,或以为桑田所变”,其意不言自明;北宋科学家的沈括发现太行山的“山崖之间,往往衔螺蚌壳及石子如鸟卵,横譬如带”,他告诉人们“此乃昔之海滨,今东距海已近千里,所谓大陆者,皆浊泥而淹也。”他还在《梦溪笔谈》中多处记录了化石的发现,进而得出了古地理、古气候是在不断变化的结论。

那么地质活动过程是怎么样的呢?

公元前四世纪出现的古籍《山海经》中用我们现代人看来怪异荒诞的神话故事记录了很多地质活动。这些神话传说中有我们大家都很熟悉的如夸父逐日、精卫填海、羿射九日、鲧禹治水等故事,揭示了很多当时的环境特点及变化过程。

古籍资料《淮南子·览冥训》中这样写道:“往古之时,四极废,九州裂,天不兼复,地不周载,火爁炎而不灭,水浩洋而不息,猛兽食颛民,鸷鸟攫老弱,于是女娲炼五色石以补苍天,断鳌足以立四极”。讲的就是传说上古时候,原来的东、南、西、北方向不管用了,神州大地像分裂了。忽然发生了一场自然界的大灾变,天崩地裂,大火燃烧,洪水泛滥,恶禽猛兽残害人民,女娲就熔炼五色石块去修补苍天,砍断大鳌的足去重新建立新的四极。

《淮南子·天文训》中记载:“……天受日月星辰,地受水潦尘埃。昔者共工与颛顼争为帝,怒而触不周之山。天柱折,地维绝。天倾西北,故日月星辰移也;地不满东南,故水潦尘埃归焉。”

朱熹说:“震荡无垠,海宇变动,山勃川湮。”

以上记载和论述,我们已经看到从古代开始人们已经认识到构造演化理论中最根本的思想,即构造运动的剧变性和旋回性。或许,我们在今后的地质构造理论的发展和创新中,通过在中国古籍中寻找先人记录的现象,会给我们理论研究的突破带来新的契机。

有趣的海盆起源假说

陨星说

这种假说认为,海底的类似圆形的海盆是由太阳系的一些陨石与地球相碰时,在地球表面上压出来的凹痕。比如巨大的太平洋海盆,以及墨西哥湾和西太平洋一系列由岛弧围成的海盆。

陨星说——陨石与地相撞

人们还在陆地上发现一个类似于小太平洋的盆地,叫亚利桑那盆地。这个盆地上除了没有水之外,有平坦的底部,略呈圆形的轮廓,周围还有陡峭的坡面和顺着盆地边缘分布的隆起镶边。考察队员在这个半径几十千米的盆地中发现了大量的陨石碎块,因此认为该盆地是陨石落到地球上时,由爆炸的冲击波压出来的一个陨石谷。

不仅如此,在其他地方也发现类似的陨石谷,全球至少有13个。从太空中看,这些陨石谷的形状都类似于太平洋海盆。

可是太平洋海盆实在太大了,有那么大的陨石吗?有人说:很早以前的地球和火星一样拥有多个卫星,至少2个,其中一个因为某些原因速度减慢,在地球的引力下,轨道半径逐渐减小,最后落到地球上,把地球撞出了一个大窟窿,这就是太平洋。然而人们并没有在太平洋找到陨石的痕迹,这是为什么呢?于是有人又提出:这颗卫星和地球相撞时并没有使其破碎,而是在地球上撞出一个窟窿后改变了其运动轨迹,跑到其他地方去了。

一些天文学家曾为这种假说做过数学计算,而地球物理资料表明,太平洋底和墨西哥湾底下岩层密度大,似乎也符合盆地受过强大的外加压力的假说。

关于陨星碰撞的假说,在历史上一直有人提出异议,但最后拿出最有力的证据的是矿物学方面的成绩。

有一种矿物名叫柯石英,又称为“陨石英”,它是在超高压条件下形成的。1957年,科学家在26000~38000帕大气压和450~600摄氏度的条件下利用非晶质二氧化硅获得了该矿物。科学家一直以为在地壳深处能找到这种矿物,但是,1960年7月,几位美国科学家并没有在地壳深处发现柯石英,却在亚利桑那盆地发现了这种自然界中的矿石。上述发现表明:在天然条件下,柯石英是陨石与地球相撞时高温高压下的产物。此后,人们用柯石英去识别陨石谷都被证明是有效的,但太平洋周围以及其底部根本没有发现这种矿石。因此,这种陨星碰撞产生海盆的说法就又存在很大的疑点了。

创痕说

卫星技术的发展,使人类可以通过卫星来整体观察地球的形状了。通过卫星图片,人们发现地球上确实存在着类似月球的环形结构,这些结构在地球上不易发现,其原因是因为长年累月的风吹雨打侵蚀风化了这些地貌,但是在卫星图片上人们可以追溯出这些大环形结构的地貌,它们大小不一,最大的直径可以达到500千米。这种环形构造地貌是怎么形成的呢?它是否会提示我们解释太平洋这个最大的环形结构的形成呢?

在19世纪末20世纪初,人们曾提出过用“月球分离”的假说来解释地球上的海洋盆地的起源,特别是对太平洋海盆的形成。提出进化论的达尔文的儿子小达尔文首先提出这样一种假说:太阳能在地球表面引起潮汐,那么当地球还处在熔融状态时,太阳的引力也能使地球物质产生类似潮汐的运动。这种熔融状态的物质的潮汐作用使地球自转所产生的离心力增大了,在潮汐作用和地球自转离心力共同作用下,地球这个旋转椭球体的形状可以在常轴方向上大大发展。并且,他还计算得出,当地球是均匀的液体的时候,只要其自转周期到达3小时,加上日潮的作用就能使赤道上的部分物质脱离地球,飞往地球周围的星际空间,成为围绕地球运动的月球。但是这样小的自转周期在地球形成初期能存在吗?科学家根据地质记录和理论研究证明,行星的自转周期是一个逐渐减慢的过程,但是之前能否达到周期3小时还没有任何证据可以证明。

有科学家认为,要使地球物质受引潮力作用而脱离还需要“共振”。由共振所增强的引潮力,大约只需5×105年就能够克服地球的引力而使地球物质脱离出去。按照月球脱离地球的观点,人们认为:“原始的太平洋海盆是地球最亲密的朋友——月球离去后留下的创伤”。因此,人们把这种大洋盆地的见解称为“创痕说”。

对这个假说进行最详尽的论述,并提出最丰富的地质构造和地史资料的是中国的近代地质学家章鸿钊。他考察了太平洋周围的地质发育历史,指出显著的三个地质事实:

(1)在太平洋西岸的中国大陆,从古生代一直到侏罗纪,各期的地层都是相互平行的,但白垩系地层却与其下的地层呈明显的不整合,印度次大陆的地层也有这种现象;至于太平洋东面的北美大陆,则侏罗纪以前的造山运动只限于发生在大陆的东部,即靠近大西洋一侧,但到了侏罗纪以后,造山运动移往大陆的西部,即靠近太平洋一侧,并继续到新生代仍未停息。

(2)太平洋西面的中国大陆,古生代的构造带都呈东西方向,到了侏罗纪后逐渐变为北北东一南南西的所谓“震旦方向”;太平洋对岸“北美略同”。

(3)从侏罗纪以来,环太平洋地带出现强烈的岩浆活动,由中生代延续至新生代造成地史上最大规模的岩浆活动记录,构成环太平洋“火圈”,此外还伴随以一圈强烈的地震带(地震圈),这一切都表明太平洋周围很不安定,一直到现代仍未终止。

章鸿钊根据这些事实,推论环太平洋的造山运动应当属于同一系统。为了进一步证明这点,他详细举述了自侏罗纪以来,太平洋东岸美洲大陆和西岸亚洲大陆的五期造山运动都有一一对应的关系。

除此之外,章鸿钊还考察了太平洋东西两岸的古生物,环太平洋的深海沟和岛弧构造,以及亚洲和美洲分别向太平洋方面发生“集心”式推进的事实。在做了一系列的分析之后,章氏认为:“唯有假定一共同动源曾发生于太平洋中者,由此传达东西构岸,故新旧两大陆乃同时对之为反应运动。如是,环太平洋之种种地变现象,乃直得一举而说明之”。章鸿钊认为,这种发生于太平洋中的共同动源就是太平洋底的物质从地球本体脱出,形成月球的事件。

章鸿钊主要是根据环太平洋地带地质活动方面所提供的证据来提出其设想的,其结论和小达尔文等外国学者不同之处,主要有两点:

(1)章氏认为在月球脱离以前,太平洋水域就已经存在。月球的脱离不是“剥去了地球上这一区的花岗岩地壳”,而是由大洋基底深处的物质涌出而成的。这点较好地考虑到现代天文学提供的事实,因为月球的平均密度为3.4(克/厘米3),不仅大于硅铝层地壳(平均密度为2.67),而且大于洋底硅镁层(平均密度为3.0)。

(2)章氏从美洲西岸和亚洲东岸的地质资料出发,认为月球分离的时刻在晚白垩纪晚期,即距今约11亿年左右,而不是小达尔文等认为是发生在地球发展的早期,因此不必假定地球在形成之初,曾经整个的处于炽热和熔融的状态。

章鸿钊在其文章中也指出,毕克林算得月球的体积应略等于今日全部海洋盆地下面深58千米的岩石总体积,或者说月球的体积应比太平洋盆地的容积大37倍,这是不容忽视的事实。如果在中生代末这样晚近的时期,从地球上抽去了这一团占整个地球体积的1/50,质量达1/80的巨大物质,地球怎么能还保持着完整的球形?

虽然很多月球物理信息取得的直接资料,都有利于月球诞生于地球的假说,但是都还没能解答上述提到的一些问题。因此,这种假说虽然能解释一些地质现象,但它遇到的困难还不少。

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