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中国西藏网 > 青藏光芒|马丽华专栏 > 第4章

响应地学革命召唤

2019-10-21 马丽华 《青藏光芒》

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  20世纪50年代开始的二三十年间,国际地球科学界充满了喧哗与骚动,从实证到理论酝酿出一场惊天之变,变在人类地球观。这场经由工程技术推动的地学革命,起自“大陆漂移”假说,止于经典地学理论被颠覆、板块构造学说新建树。中国地学界无缘参与这场热闹的讨论,但不影响成为率先的受益者和验证者,从而丰富这一理论——青藏队披挂出征正当其时,可以现成地借助思想武器,少走弯道而直奔主题。否则的话,高原面上考察可以至为详尽,地理图像描述可以至为清晰,但是,当地质学家面对从南到北一条条裸露着深海物质的缝合线,地球物理学家面对古地磁测定的岩石形成竟在赤道以南,生物学家面对雅鲁藏布南北两侧迥然有异的古生物区系群落……每当此时,难免困扰。而有了这一学说观照就不一样了,许多问题有了统一答案。就像雅鲁藏布大峡谷考察中,当菌类学家卯晓岚发现了生长在白蚁穴的鸡菌,这一赤道附近生存之物居然出现在北纬29°,发现者只有惊喜而无疑惑——他的确自言自语过,噢,它们的祖先,连同它们的家园,是乘坐印度大船来自南方啊!剩下的问题,只是解释它们何以能够继续生栖于此。

  中国地学界之所以缺席,除当时尚未面向世界开放的现实背景外,深部原因或可上溯到天圆地方传统理念。不过,这个远因委实太远,至少在文化人那里早已视地为“球”,并且“沧海桑田”成语古已有之,若问何以从来无人意识到陆地可能的移动,或许事出有因。16世纪末,意大利传教士利玛窦向中国引进第一幅世界地图,诚为大功一件,并非原图照搬,而是因地制宜、量身定做:适当挪动子午线,将中国版图居中。今人有说此举是对其时国人“世界中心论”的迎合,或许不错;若说是为视图者提供方便,理由更充分,试想总不好让中国人看偌大中国,非得把目光瞥向一侧吧!

  但是这样一来,咱们就无法从平面图上观察到大西洋两岸可以契合的现象了。正像传说中从一个苹果落地,牛顿悟出了万有引力那样,魏格纳假说的来历,相传也为偶然发现:某一天,德国气象学家魏格纳闲看地图,忽见某些现象不可思议——美洲大陆似可与欧亚大陆无缝拼接,南美巴西的凸出,醒目地对应于非洲尼日利亚的凹进;依次看下来,远隔大西洋,两侧不规则的海岸线居然两两吻合,凡此等等,好像它们曾为一体而后反向分离。其实在他之前,早有不少人注意到这一图示现象,并为此议论纷纷,只是未做深究,独有这个较真的人想要一探究竟,并从此踏上漫漫求证路,果然让他找到一系列物证:极地有珊瑚化石,南120部非洲有古冰川,南美与非洲的古动物群、古植物群彼此相似;印度和澳洲南部的冰川沉积物居然一体相连,似乎共同经历了一次大陆冰川作用……

  魏格纳据此大胆推论,现在分属几大洲的陆地,曾经同属一个超级古大陆,位于南极附近,某种力量驱使它们分离,海水填满裂缝,几大板块各自漂移开来。“大陆漂移”假说就这样在1912年提出,一些人点头称是,“有道理”;一些人摇头说,“怎么可能”;更多人存疑,拭目以待,毕竟科学最讲论据——此前在地质学界占统治地位的经典理论认为,陆地是由地台和地槽构成的,地台相对稳定,地槽倒是动态,但绝非东西南北做水平运动,而只会上上下下做垂直运动——大陆岂能“漂移”?

  遗憾的是功未竟身先死,1930年魏格纳殉职于北极格陵兰冰盖的冰天雪地。随着提议者的离去,这一假说一度沉寂,但是大地并未却步,若干年后人们忽然发现大陆正在移动,并且这种移动从来也没有停止过啊!

  这一“忽然发现”肇始于20世纪50年代。二战后美国海军为军事目的做海洋调查,通过声波成像技术,首次绘制出大西洋海床地形图,惊奇地窥见了一个新世界——巨长的海底山脉,为纵向的裂隙深切,两侧洋脊的磁性条带呈现规律性展布:从大洋中脊处向两侧延伸,直到浅海大陆架,正向与反向的磁条带相间排列,有条不紊;条带宽度从几公里到上百公里不等,长度可达数千公里。大西洋,太平洋,相继发现这类条带无一例外地存在于所有大洋之底!正反向相间的条带正是地球史上磁场倒转的忠实记录。同时诞生的古地磁学,可以利用岩石与生俱来的磁性,计算出岩石最初所在位置,例如大西洋两岸对应的岩石形成在同一纬度和地方。呈现规律性分布的,还不限于磁性条带,有人继而注意到大洋中脊处的海洋地壳很薄,年代很新,甚至薄到、新到几等于零;距离洋脊越远,洋壳越厚,年代越老;待接近浅海大陆架,洋壳年龄可达两亿年,渐与陆壳融为一体。分布如此均匀,如此恒定,然而知其然不知其所以然,第一张海底地磁图于1950年代末出版时,只提示现象,无从解释。

  往下的故事很精彩,可说是一个由技术革命推动思想革命的范例,可说是即使常规科学进展之魅力,也不亚于诱人的天方夜谭。一张神奇的海底地磁图,引发浮想联翩,答案只有一个,看谁捷足先登。这一次不用很久,有人率先提出“海底扩张”说,是对海底运动现象的综合归纳:地球深部熔岩自大洋中脊处喷涌而出,冷却后在两侧固化成岩,形成海底山脉。新的海洋地壳由此不断产生,但陆地表面积并未变大,新生之物哪里去了?有心人的追踪很快有了结果:玄武岩由于致密而分量够重,以至于新生的洋壳推动旧洋壳,必然下沉于两侧具有浮力的陆壳花岗岩之下,重新熔融,以此维持扩张与消亡、创造与毁灭的平衡。这一过程中,自然会让人联想起搁置有年的魏格纳假说,在“海底扩张”之后补充了一句:由于海底扩张,推动了大陆漂移。综合海底扩张说和大陆漂移说,联系到大陆碰撞,一个激动人心的理论——“板块构造”脱颖而出。新理论的要义是:地球是由相对独立的板块构成的,它们承载着陆地和海洋,分离成洋,碰撞造山,移动板块作用于固定板块,改变着地球的格局和面貌。假说成真。新理论不仅解释了海洋的形成、陆地的漂移,也解释了大陆碰撞的逻辑理论。

  一系列新理论构成国际地学革命的核心,人类对于地球的认知因之大大向前迈进了一步,可称之为里程碑式重大进展。伴随这一进展的争论激辩持续到20世纪70年代初渐趋平息,再晚些时候,已成主流观点,进入教科书,进入全世界各文种词典辞海。到今天,更进一步的认知是,就人类目前掌握的宇宙星河信息,只有我们的地球,是唯一拥有板块构造的星球!

  为此有人不无遗憾地说,可惜诺贝尔奖未设立地学奖……

  缺席新理论创建,不妨碍后发先至。中国地学界的贡献在于:率先将诞生于海洋的理论应用于陆地,印证在陆—陆碰撞的青藏高原研究中。以1973年为界,之前国内外对于山脉成因的认识,是以传统地学经典理论解释的,可以称作“固定论”。其核心要点为,一切变化就地发生,相应描述为:雅鲁藏布以北是一巨大地台,曾被浅海覆盖;喜马拉雅则为深海之下的地槽,有物质在其上不断堆积,由于受到挤压而形成山脉。至于翻上地表的深海熔岩蛇绿岩,则被视为地下物质体的侵入,是地幔中熔融的岩浆沿着地壳深大裂隙,侵入到地壳上部冷却而成……然而多年的考察实践,难以自圆其说,令人疑窦丛生。

  正是在这一国际地学新旧交替时代,“常板块”的故事应运而生。

  1960年,地质学家常承法第一次进藏,乘坐“跃进牌”大卡车,从格尔木出发,到达拉萨已是半个月之后。去雅鲁藏布,喜马拉雅,使用的是原始而经典的三大件:罗盘、铁锤、放大镜,把计步器拴在马腿上数步,换算距离……后来他又参与1966—1968年珠穆朗玛科考,野外工作积累了相当丰富的第一手资料,可以想见,一旦被新思想照亮,必将产生质变飞跃。

  这个“一旦”出现在六七十年代之交,常承法从海量国际地学信息中,敏锐地捕捉到正在讨论中的板块学说,顿时豁然开朗——脑海中静止的青藏大地活动起来,那些不同年代的地体,地体连接处的条带,蛇绿岩令人生疑的来历……似乎都在争相诉说。就像一个面临着山重水复境地,又忽见峰回路转的旅人那样,激动地拿起作为路标的板块理论,并非简单套用,是创造性应用。就在1973年,正当国际地学界还在讨论从海洋发展而来的板块理论是否适用于陆地时,常先生已在英文版《中国科学》发表论文,提出青藏高原由北向南多个地块、多次拼合的概念,各板块之间缝合带的概念,以此解释青藏地质过程,初步搭建起高原大地构造基本框架。这一框架——确切地说,是这一主导思想的确立,对于刚刚踏上青藏考察途程的多个学科所具有的意义自不待言。那一时期不仅常承法言必称“板块”,所有人也都跟着“板块”“板块”起来。按照青藏队野外习惯,大家给他取的雅号就叫“常板块”。

  有了新理论武装,对于地球深部的探察就成为必需。青藏队首役藏东南告捷,1974年扩容,地球物理即为首先考虑的新增学科,且是阵仗可观、动静最大的一支。这一年滕吉文率队前来还只是预察,次年再来,浩浩荡荡几十部车、上百号人,战线也长,几百公里乃至上千公里布防,做什么?人工源地震!

  这就体现了工作形式的差别。地质所是简称,全称是中国科学院地质与地球物理所,兄弟学科面对同一个固体地球,相辅相成,一在浅表,一在深层;一个是手持地质锤的敲打叩问,一个是动用了TNT的大声断喝;地质学家寻找观察裸露于地面的一条条缝合线,地球物理学家穿过地表,侦测印度—欧亚板块陆陆碰撞;地质学家不负责测算地壳、岩石圈厚度,那是地球物理学家的分内事。新中国成立30年间,青藏研究一直都由中国人自己在做,但即便占尽地利之便,在地球物理方面仍是困难重重,唯有借助这样的大规模考察之机,才有可能上马;唯有借助多方力量,才有可能完成——头一年预察之后,决定了第二年计划:从藏北纳木错到藏南、直到喜马拉雅南麓的亚东,要在长达400公里地段若干湖泊实施水下爆炸,进行国内有史以来第一条人工源地震实验,也是人类历史上首次在青藏高原进行的地球物理探察。要求爆炸激发的地震波向下传导不少于80公里,直达上地幔,以从中获取的信息数据,去反演地下结构属性、介质空间,及其深层动力过程——这实验有些像X光透视,只不过是通过地震波,看不到实景而已——要做到这一点,首要的工作是架设地震台,以便从事重力观测,地磁场的、地热场的、地震波场的等等一系列观测,一项浩大工程。

  准备工作从北京到成都,滕吉文去总参,去成都军区,征得关键支持:特派一个运输连队,无偿提供并运送首批500吨炸药;西藏军区特派舟桥部队和工兵现场操作,特派通信兵负责联络。鉴于400公里战线漫长,观测人手不足,滕先生又从成都地质学院(后更名为成都理工学院)“借”来一个班40名大学生,权作实习课程。待大大小小几十部车辆满载各种设备和人员大举进藏时,这个地球物理分队在青藏队得一最“牛”雅号:“机械化部队”。就这样,书生联手工兵,任务圆满完成。如此形成的军地合作模式,恐怕举世也无双,以至于1980年青藏研究向世界开放,第一次与法国人商讨合作事宜,滕吉文一群专家在业务方面侃侃而谈,主导了话语权,一旦涉及资金投入,不免语塞——以往人力物力大部由军方无偿支援,其余部分国家投入,历来不计成本,不操心钱,对于经费预算,概念全无。

  通过最初几年的工作,滕吉文、熊绍柏、尹周勋等人就发现了从恒河平原北缘穿过喜马拉雅直到雅鲁藏布,宽度足有500公里区间两大板块碰撞挤压过渡带,北界在藏北南缘的当雄县境,印度板块的物质俯冲到此才算消停;提供了雅鲁藏布江这一深大断裂带南北两侧地壳的初步模型,测得雅江地区以及高原主体,地壳巨厚,最厚达75公里,是平均为35公里的地球陆壳厚度的两倍多一点;但在高原边缘,例如喜马拉雅,却只有50公里厚度,当属异常现象,因为按照重力均衡补偿学说,山势高,之下地层必厚,犹如水中横木,浮出部分高,下沉部分就深,换言之山有多高,根就有多深。20世纪初该学说创始人、美国重力学家艾瑞,就曾断言过喜马拉雅山的重力是均衡的,但我们的地球物理学家做了重力场测量结果,大感意外:这座世界最高山竟然没有山根!从中说明的科学问题是,内部深层还在进行着剧烈的物质和能量的交换,隆升尚未停止,来不及均衡。

  在对于高原巨厚地壳成因讨论中,早年曾有西方科学家推论为“双层地壳说”,中国科学家则依据爆炸地震、重力和大地电磁测深所得各项数据,提出此为印度板块“揳入”藏南下地壳模式,最终形成完整地壳的论点。

  在接下来对于高原隆升机制和动力学过程研究中,各方观点众多,各有所据、各执己见。据《青藏高原研究学科发展报告(2009—2010)》所列相关高原隆升的地球动力学模型,统计国内外权威机构各研究团队所建立的,各有5种,共计10种。不过,对于我们普罗大众而言,在那些不同之间,似乎看不出天差地别,满眼皆是动态词组,刚性地体之下,仿佛始终处在不眠不休的运动之中:洋壳俯冲、地壳增厚、陆内汇聚、重力均衡、挤压揳入、拆离滑脱、反向逆冲、断裂倾斜、推覆变形、走滑拉张……沉降的,重熔的,逃逸的,一度安静下来又被激活的……

  总之,从板块运动到隆升机制,涉及地球深部最原始的驱动力,多少年多少人都在努力探讨,可是迄今依然为“之谜”。或者虽能自圆其说,但是难获公认共识。所以有人感慨“在地质学上没有最后一句话”,更多人则寄望于青藏研究,“打开地球动力学的钥匙在青藏高原”这句话,就是这样来的。即使现代科技之高超,向上可达深空,向下可抵深海,唯独对于脚下大地深处,迄无良策直接观察。曾有苏联科学家雄心勃勃想要一探究竟,最深钻孔不

  过10多公里,劳民伤财,收效甚微,影响到全世界跟着灰心,迄今无人尝试。

  地球物理的学问距离现实生活很远,一般人可以完全不懂也不妨碍什么,只有极少数人才会去孜孜以求。还有更难懂的最学术的,一般人听来一头雾水,个别人却如获至宝。比方说,1980年在北京召开青藏高原科学讨论会,十几个国家的科学家赶来参会,美国学者皮特·莫尔纳一见到滕吉文,迫不及待询问青藏高原的上地幔速度,滕先生马上回答:8.15±0.05公里/秒。那位已很著名的科学家一听,高兴得竟至于跳将起来——这就是专家与大众的区别。

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