上回講到了，海斯提出了海底擴張學說，但是他沒有發(fā)表在什么特別重要的期刊上，而是發(fā)表在了一個紀念文集上，這東西不需要審核。有了這個海底擴張說，魏格納的大陸漂移的理論就算是起死回生，活過來了。但是海斯當時沒有足夠過硬的證據(jù)。因此他非常關注地磁方面的研究成果。
拉夫（左）和梅森在勘測海底巖石的磁性分布
拉夫發(fā)明了一種測量海底巖石磁性的工具，他好說歹說，說動了美國海岸警衛(wèi)隊，把先驅者號考察船借給了他。他裝上儀器以后，和梅森一起為海底繪制磁性圖譜。他們在胡安·德·富卡洋海嶺發(fā)現(xiàn)了磁性異常分布。這個地方其實就在溫哥華的外海600公里的左右。海底的磁性一條強一條弱，呈現(xiàn)間隔分布，而且是條狀分布。對于這個現(xiàn)象，當時拉夫和馬森是沒辦法解釋的。按照這二位的想法，是不是海底巖石里面含有的磁性物質量多量少不一樣導致的呢？可是撈起石頭化驗了一下，沒什么差別。這個解釋肯定是說不通的。于是大家的興趣都來了，磁力探測儀成了每條船的必備儀器。大家都想考察一下海底的磁性分布。HMS歐文號是一艘掃雷艦改裝的考察船
英國地球物理學家馬修斯乘坐歐文號考察船獲得了非常豐富的資料，引起了劍橋大學的學生瓦因的注意。他打算用當時還很前沿的計算機技術來分析這些數(shù)據(jù)。他認為地磁的條狀分布應該是和磁極倒轉有關系的。馬修斯也很支持瓦因的想法，兩個人聯(lián)合寫了一份論文，發(fā)在了1963年7月份的《自然》雜志。這兩個年輕人把磁極倒轉和海斯的海底擴張學說聯(lián)系到了一起。設想一下，假如地下的物質不斷的冒出來，必定是熾熱的，溫度早就超過了居里溫度，因此是不可能有磁性的。等到從大洋中脊冒出來以后，溫度低了，就可以被地球的磁場所磁化。大洋的洋底就這么一寸一寸的冒出來，就像傳送帶一樣，不斷的推向遠方，同時也被地球的磁場所磁化。別忘了，地球的磁極每過一段時間就會倒轉一次，因此海洋的洋底就像條形碼一樣忠實的記錄了 當時的磁場方向。隨著地球磁場一正一倒的來回折騰，大洋的洋底也就被不斷的磁化成一條一條的分布。假如瓦因和馬修斯的說法是對的，大洋的洋底是從中洋脊對稱的冒出來的，那么磁性異常帶應該是對稱分布的。這就是一個可以驗證的預言。于是海斯得知這個信息以后，就上趕著到處去呼吁大家 加緊展開對大洋洋底磁場的調查研究。當時美國地質調查局的考克斯確定了最近幾次磁極倒轉的年份。那么和海底磁性異常地帶的寬度對比一下，就知道海底擴張的速度，也可以知道海底的年齡。如果能測出海底到底年齡有多大，就可以驗證海底擴張學說是不是正確的。應該是離開中洋脊越遠，越是古老。光定性的了解是不夠的，要能夠定量計算，而且數(shù)據(jù)也要能對上茬。那才說明你的理論是合格的。威爾遜1963年到劍橋和瓦因合作，開始研究海底擴張的理論。他們收集了當時各個考察船帶回來的數(shù)據(jù)報告。根據(jù)考克斯的研究，最近的4次磁極倒轉的時間比例是0.7:1.7:0.9:1.7。大致是這個比例，那么大西洋中脊旁邊的4四條磁性異常地帶的寬度比例也應該是大差不差的。太平洋里的情況也應該是這樣。他們收集的數(shù)據(jù)很多，用計算機分析下來，果然是一致的。大概計算了一下，太平洋里的磁性異常帶明顯比大西洋要寬，這也就意味著太平洋底擴張的比大西洋底快多了，大概是后者的4.4倍。大西洋底每年擴張1厘米，太平洋底每年擴張4.4厘米。當然，還是有很多人不相信瓦因和馬修斯的理論，但是當大量數(shù)據(jù)擺在面前的時候，他們也不得不承認。特別是看到中洋脊兩側的磁性數(shù)據(jù)是如此的對稱分布的時候，大家都服氣了，瓦因是對的。1.5億年前，南美和非洲還粘在一起
那么好了，假設3000萬年以來海底擴張的速度是一致的?，F(xiàn)在根據(jù)4個磁條帶的分布已經(jīng)計算出了擴張的速度。其他的條帶的年齡也就能反推出來。我們還可以反推南美洲和非洲是什么時候分裂開的。大概是1億多年前，非洲還是和南美洲連在一起的。如果說海斯的那篇文章是地球物理學革命的序幕的話，瓦因和馬修斯的文章可以看做是這場革命的進入到了正式階段。在此之后，地球物理學家們可以一步一步反推出地球的歷史變遷。這可是搶了地質學家的飯碗。因此很多地質學家對于這幫幫人搞出來的東西不以為然。因為地質學家們認為，搞清楚地質年代，搞清楚滄海桑田的變化是他們地質學家的事兒。地球物理學家純屬仨鼻子眼兒多出這口氣。因此，地質學家們要用自己最拿手最專業(yè)的方式來證明地球物理學家們是不靠譜兒的。格洛瑪·挑戰(zhàn)者號
怎么辦呢？接著打洞啊，在大洋底部打洞鉆探，分析巖石的成分和年齡，大洋的洋底是哪一年的，是年輕還是古老，都可以通過樣品分析出來。這可比地磁證據(jù)要硬多了。最擅長在海底打洞的船是哪一艘呢？是格洛瑪·挑戰(zhàn)者號嘛。從海底鉆洞取樣是它的拿手好戲。這艘船當時出了機械故障，已經(jīng)在船廠修了好長時間了，因此一直聽不到它的聲音?，F(xiàn)在這艘船修好了，就要出海去打孔了。他們去了南緯30度左右，在大西洋中脊的兩側打孔取樣。鋼管取樣器可以取回長9米的巖石樣品。要分成6段，每一段長1.5米，然后就像劈甘蔗一樣，豎著分成兩半，一半保存在4攝氏度的恒溫箱里，回去還要保存在研究中心的倉庫里。萬一別人也想研究呢？可以去取一點樣品。超微化石軟泥
研究樣品是個非?？菰锏氖虑?，外行看起來就是一頭霧水。大洋沉積物主要是由極其細小的單細胞植物的遺骸組成，這些單細胞生物就是所謂超微漂浮植物，它們呈針狀、盤狀或星狀，千姿百態(tài)，常常占到沉積物總量的95%。除了這些超微植物外，常見的組分還有一種名為有孔蟲的單細胞動物。這些東西用顯微鏡就能看見，古生物學家就靠這個來確定地質年代。地質時代的劃分有不同的層級。最大的時間單元是“代”，比如新生代、中生代、古生代、元古代和太古代。代的下面是紀。深海鉆探只能穿透新生代和中生代的地層。中生代地層包括三疊紀、侏羅紀和白堊紀；新生代地層包括第三紀和第四紀。紀可以進一步劃分為＂世＂ 。侏羅紀和白堊紀都可以分為十個以上的“世” 。它的名字只有專家才能記得住。第三紀分為古新世、始新世、漸新世、中新世和上新世，第四紀則分為更新世和全新世。更新世的延續(xù)時間，大致相當于北半球冰期的時間。反正地質年代非常的復雜。大家最熟悉的大概也就是侏羅紀，因為電影《侏羅紀公園》比較出名。白堊紀可能也挺出名，很多人可能小時候看過《恐龍?zhí)丶壙速悺贰Ｄ抢镞叺目铸埦蛠碜杂诎讏准o。你要是能在地里刨出來個霸王龍，那這個地層十有八九是白堊紀晚期的。但是在海底里可沒有恐龍，古生物學家們就只能靠微小的化石去確定地質年代了。比如說硅藻、有孔蟲、放射蟲等等微小的生物?？抗派锘荒苤老鄬Φ哪甏⒉荒苤谰唧w的年份，要知道一塊石頭到底有多古老，要計算具體時間的話，還需要放射性測定法。很多火山巖含有鉀元素，一般是39K，極少數(shù)是40K。40K是一種天然的放射性元素，經(jīng)過beta衰變以后，變成40Ar和40Ca，半衰期大概是1.3億年。所以，測定鉀元素和氬元素的比值就能計算出巖石的年齡。而且特別擅長測量億萬年的東西，起碼是5萬年以上，14碳測年法就沒辦法測這么長，14碳的半衰期只有5730±40年，時間長都衰減沒了，也就沒法測了。當然鉀-氬測年法也搞不定短期的。假如要測地球年齡，那就要靠鋯石里面的鈾鉛比，一種方法管一段。正因為無法互相替代，才會有那么多的辦法。早在1906年就發(fā)現(xiàn)了鉀元素里面有微量放射性，但是沒辦法測量，一直到上世紀50年代，才能測量。這個方法的好處是氬氣是一種惰性氣體，不可能產(chǎn)生固體化合物保存在石頭里。這塊石頭生成的時候，也不會有氣體摻雜進去。因此要是切開一塊石頭，發(fā)現(xiàn)里面含有氬氣，必定是鉀元素放射性衰變形成的，因此計算很簡單。但是，空氣之中也含有氬氣，因此還不能讓空氣中的氬元素去干擾測定，加州大學伯克利分校建成了一臺新的質譜儀，能夠剔除這些干擾，科學家們非常高興，他們用這臺質譜儀測定了內華達山脈花崗石的年齡。美國地質調查局的考克斯就是靠這臺質譜儀完成了磁極顛倒的時間表。這是一個很重要的而基礎性研究，我們前面講過。放射蟲軟泥
按照地磁計算，現(xiàn)在格洛瑪·挑戰(zhàn)者號打出來的海底巖石應該是3800萬年前的，當時華裔的地球科學專家許靖華也在這艘船上，參與了很多的工作。他當時是不認可海底擴張說的，他覺得海底年齡怎么可能只有3800萬年呢？這不是比恐龍還年輕嗎？第一個樣品取出來的時候，大家都忐忑不安，不知道這段巖石有多大的年齡。一開始鉆的并不深，只有9米。古生物學家捧著巖石樣品跑回船上的實驗室里，過了一陣子又跑出來了，結論是大概是2500萬年左右。表層比較年輕是正常的，當時許靖華想，海底深處的石頭應該是上億年的老東西了。船仍然在鉆探，每隔三小時就拿上一段巖石樣本。每次測定都很穩(wěn)定，大概都是3000萬年左右。除了晚漸新世，還是晚漸新世的東西。最后一段巖石被拉出水面，檢測結果還真的是大約3800萬年前的。實測的數(shù)值和理論計算是相符合的。格洛瑪·挑戰(zhàn)者號鉆取巖心
船換了個地方，開到下一個鉆孔位置，按編號是15。距離大洋中脊的軸心大約420公里，按照磁異常分布的理論計算這里的大洋海底應該只有2100萬年的年齡。就在1968年的圣誕前夜，格洛瑪挑戰(zhàn)者號開鉆了，深度150米。上層的軟泥大約只有100萬年左右，鉆頭鉆到100米的時候，取上來的樣本仍然只有只有六七百萬年，當時許靖華很想找個地方偷著樂一下，想想又不太合適，忍住了沒笑出聲來。因為他內心里還是反對海底擴張說的，現(xiàn)在數(shù)據(jù)顯然是對不上了。但是做實驗或者統(tǒng)計調查這種研究方法屬于歸納法，歸納法最怕碰上的問題就是黑天鵝。這一次許靖華就碰上了。上一管子樣品還是800萬年前的巖石，下一管子就一下穿越了 1千萬年，變成了1800萬年。這是地球在忽悠大家。最后一管子巖石樣品在晚上9點鐘被取出來，測量了一下年代，果然是2100萬年前的。理論預測完美的吻合了。這下，海底擴張學說很難反駁了。格洛瑪·挑戰(zhàn)者收集的取樣標本
格洛瑪挑戰(zhàn)者號的這一次航行打了很多的孔，分析的結果都是符合海底擴張學說的。其實，海底的磁異常地帶并不是平面上的二維結構，而是三維結構的。因為海底也在經(jīng)年累月的不斷沉積。每一層的磁化也不一樣。即便是計算三維的數(shù)據(jù)，海底擴張學說也是完全符合的。所以這個理論非常的扎實。1969年2月，這艘船停靠在里約熱內盧，結束這一次考察的時候，許靖華已經(jīng)完成了180度的大轉變，他也是這次地球科學革命的親歷者之一。1965年，好幾個學者聚集到了劍橋大學，海斯就跑來和威爾遜、瓦因、馬修斯這些人碰了個頭。幾個人聊來聊去，很多新思想就冒出來了。如果說魏格納的大陸漂移說是1.0版，那么海底擴張說就是2.0版，現(xiàn)在幾個頂尖的大拿碰在了一起，開始向3.0版本進軍了。盡管大陸的位置在移動之中，海底也在不斷的從中洋脊冒出來，從海溝插回去。就像傳送帶一樣在不停的運動，但是似乎有些東西是不變的，南美洲大陸的輪廓和非洲的輪廓基本上可以拼到一起，也就是說千萬年都沒怎么變化，這又是為什么呢？大陸的移動和海底的擴張理論如何才能融合到一起，變成一個統(tǒng)一的理論呢？8月24號的《理性的力量》演講會快要來臨了，已經(jīng)進入了倒計時的準備階段。現(xiàn)在票也賣的差不多了，但是我們知道，科學聲音的聽眾來自于天南海北。有些人到最后一刻才能確定計劃，所以我們放票也是一批一批放出來的，最后還有大約20張票，我們現(xiàn)在也放出來了，要是你現(xiàn)在能安排好時間，還有機會搶到。大家可以到科學聲音公號購買我們這次演講會的門票。
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