板塊英雄傳 之二 大陸漂移說的是與非

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細說從頭

  大陸漂移的想法並非是由韋格納首創的,早在歐洲文藝復興之後,正確比例的世界地圖出現,就有人發現南大西洋兩岸的海岸線可以大致拼合,如1620年英國的政治家兼自然哲學家培根(Francis Bacon)就發現了此一現象。住在巴黎美國史奈德(Antonio Snider-Pellegrini) 在1858年出版的書中也曾提及南美洲非洲曾一度相連在一起。

  第一位將這個想法賦與真正科學觀點的是美國地質學家泰勒(Frank Bursley Taylor),他在1908年的一次演說中首先提出,兩年後又出版長篇論文,都在韋格納以先。他認為地球的北極和南極原來分別有個大陸塊,在第三紀(新生代初期)時,這兩個大陸塊開始向赤道緩緩移動,而在這過程中陸塊不斷破碎,它們的前緣則密合為大山脈。至於造成陸塊移動的原動力,泰勒認為是地球轉動的離心力。然而,由於泰勒並不是學術圈內的人,他是靠富裕的家境獨立完成研究,因此學界並不重視他的想法。直到韋格納才把這個觀念炒熱,並加以有系統的描述及佐以各種科學證據。

  韋格納自己也寫道:「我發現許多觀念與前人不謀而合。」他提到維特斯坦(H. Wettstein)曾於1880年「寫了一本書,在該書中(除了一大堆的廢話之外)可以發現一個觀念,就是各大洲之間有大規模的水平相對運動。」不過他也著實揶揄了一下前輩:「將海洋當作下沈的大陸,並且發表了一些瘋狂的想法,在此就略而不提了。」

  在韋格納發展出大陸漂移說之前,曾有人提議大西洋兩岸的大陸一度為陸地所「連接」,用來解釋在生物學上及古生物學上的現象,我們稱這理論為「陸橋說」(Land-bridge Theory)。這個理論假設:大西洋曾為現在已沈陷於海中的陸塊所連接(圖2.1)。

圖2.1
圖2.1 過去古生物學家假設的陸橋

  古生物學家從化石的研究中列舉出許多證據,以支持陸地曾經相連。他們認為在侏羅紀之前,澳洲印度非洲馬達加斯加非洲南美歐洲北美之間.都有陸地連接著,而在南極洲南美澳洲非洲之間,也有類似的連接。而在侏羅紀之後(約一億五千萬年前),這些連接各大陸的陸塊卻一個一個消失了。

  對許多不可否認的古生物學上的證據,陸橋說的確也激起了想像力,但是否唯有陸橋能使大陸連接?根據「大陸漂移說」,根本就不需要陸橋,因為各大陸本身原就是連接在一起的!「大陸漂移說」雖是因海岸線形狀的刎合所引發,但是這些一度為陸橋論基礎的古生物學證據堅定了韋格納的理論,並且使得他能定出大陸分裂開時的年代。同樣的證據,而得到如此不同的結論,這可說是一個典型的例子。

  當然陸橋說的支持者不容易就此屈服於大陸漂移說。是否有古生物以外的證據,能指出在侏羅紀之前存在著陸橋,而在以後下沈至海底?現今我們知道,在大西洋印度洋底,還未發現先前陸橋存在的痕跡,卻有大致平行於海岸的中洋脊隆起於洋底。況且如我們所了解的,大陸和海洋地殼的組成不同,大陸地殼大部分為花岡岩質,而海洋地殼則全部為玄武岩質,在洋底,我們並未發現下沈大陸殘留下來的花岡岩體。顯然陸橋說並無法經得起考驗。

 

大陸漂移說的細節

圖2.2
圖2.2 韋格納畫的大陸漂移歷程

  韋格納繪出了在石炭紀晚期(約三億年前)、第三紀中期(約五千萬年前)、和第四紀初期(約一百萬年前)的世界地圖(圖2.2)。由這些地圖可以看出,在石炭紀末期,北美歐亞大陸、南美非洲是連在一起的,而澳洲南極大陸也是依附在這塊大陸上。而比現今為長的印度半島,則恰好位於非洲澳洲大陸之間。韋格納把這假設的原始超級大陸命名為盤古大陸(Pangea)。

  「大陸漂移說」更進一步的指出在侏羅紀與白堊紀之時,盤古大陸開始裂開。這些大陸開始向西或者向赤道移動,而在白堊紀時,南美非洲就像塊大冰山一樣的往兩邊移動,而造成了現今的大西洋。至於挪威格陵蘭的漂移則是在第四紀初期以後才開始的。

  目前大西洋的實際寬度約為6,000公里。假設位於大西洋東岸的大陸是當時盤古大陸的一部分,向東漂移3,000公里;而西岸的大陸也是盤古大陸的一部分,向西漂栘3,000公里的結果,便正好形成了目前這個寬約6,000公里的大西洋。在一億二千萬年間漂移了3,000公里,換算的結果,大陸漂移的平均速度每年約2.5公分。

  韋格納用一張撕開的報紙,來說明大陸的海岸線拼合現象(如右圖)。原本就是一張完好的報紙,即使撕成好幾片,各碎片還是依然可以拼湊成原來的樣子。就這個撕開的報紙的例子,韋格納更進一步如以證明:不僅各碎片的拼合不著痕跡,而且拼湊起來以後,兩邊的內容也連貫一氣。為了證實內容一致的拼合事實,韋格納特別提出各大陸古代的冰川侵襲紀錄。如果世界上的各個大陸原本確曾集合成盤古大陸,則各大陸冰期的遺跡必然能夠拼湊成同一個地區。從冰川刻痕及冰磧石的分布來看,目前各大陸在三億年前的石炭紀到二疊紀的古冰川位置非常不合理(圖2.4),但把各大陸重新拼合後,各大陸的古冰川分布區則恰能構成一個冰原(圖2.5)。

圖2.3
圖2.3 韋格納拼報紙碎片的比喻
圖2.4
圖2.4 二疊-石炭紀的冰川分布圖,箭頭表示冰川運動方向
圖2.5
圖2.5 根據大陸漂移說,將大陸聚合後的二疊-石炭紀冰川分布

  韋格納還以蚯蚓和蝸牛分布的例證支持他的理論。於韋格納當時,一種名為 Helix pomatia 的蝸牛只在歐洲西部、北部及東部發現,無疑大西洋對這種生物的移棲是一個難以克服的障礙。然而大西洋兩岸同緯度的蚯蚓,卻顯示著近親的關係。另一種 Lumbricidae 科的蠕蟲,在日本亞洲歐洲大陸及北美東部都可發現,而未曾見於於北美西部。這些動物分布的證據強烈暗示著,從前大西洋兩岸必有一陸地連接。此外,保存於地層中古代動、植物的化石也有相倣的現象。除去水生動物,在大西洋兩岸發現了屬於同一地層的動物化石,令人相信從前大西洋兩岸是有一陸地連接。

  此外,韋格納也發現,各大陸之中代表潮溼熱帶雨林古氣候的煤層,以及代表乾燥古氣候的蒸發岩層(鹽岩、石膏等),在拼合後也呈連續帶狀分布(圖2.6)。而大西洋兩岸的造山帶在拼合後呈連續狀態,兩岸的岩性也極為相似。

圖2.6
圖2.6 石炭紀古氣候學上的證據-C: 煤炭; D: 沙漠砂岩;
   GL:冰川; GY: 石膏; S: 鹽岩; 乾燥地區以黑點表示

  不過根據韋格納的理論,一個正在運動的大陸,其前緣終究會遭遇到洋底的阻擋,於是受到強大的水平壓力,因而隆起成山脈。因此現在的大山脈,如阿爾卑斯山喜馬拉雅山安地斯山脈等,是被挾在兩個相向移動的大陸中間,受壓褶曲而成的。至於在漂移大陸的後面又是怎樣呢?韋格納的解釋是移動的大陸會在其軌跡上留下長串的島嶼,它們是因為跟不上整個大陸漂移而造成的。這一點和今日的想法顯然有很大的不同。

 

曠野中的回聲

  大體來說,韋格納所提倡的大陸漂移說,以及所舉出用以證實拼合線兩側內容一致的諸多證據,以現在的眼光看來大都是正確的。但是,從1910年代他正式提出這個理論,到1930年喪生於格陵蘭為止,專家學者們都完全不承認他的大陸漂移說想法。與遺傳法則發現者孟德爾(Gregor Johann Mendel)相同的遭遇和命運也降臨在韋格納身上。

  大陸漂移說不被承認的主要原因,是使大陸產生漂移現象的原動力始終無法確知。批評此說最烈的美國學界,就是認為大陸是牢牢緊連於海床上,怎麼可能如浮冰般浮在海上,更不可能找到夠大的力量將大陸塊從海床上刨起!韋格納所想到的可能動力,一是地球自轉引起陸塊移往赤道的「離極力」,一是太陽與月球對地球的「引潮力」,可是就連他自己都很懷疑它們是否能產生足夠的橫向推力!而他的死對頭傑佛瑞,在1924年的巨著《地球的起源、歷史與物理構造》( The Earth, Its Origin, History and Physical Constitution)一書中,以堅實複雜的數學理論,計算出這兩種力只能提供大陸漂移及山脈生成所需力的百萬分之一,而地球的冷卻及微量的皺縮才足以產生地表的各樣面貌。大師一出手,給了大陸漂移說最致命的一擊,從此韋格納和他的學說成了一則笑話。

  在這個風雨飄搖的時期中,還是有幾個學者支持大陸漂移說,不過這些支持的聲音並未再激起學界的討論,大陸漂移說似乎隨著韋格納一起離世了。像南非地質學家托伊特(Alexander du Toit)在1937年出版的《我們的流浪大陸》(Our Wandering Continents)中就曾熱切地追隨這位已逝大師的觀點,並對他的假說加以修正補強,同時增添許多新的證據。

圖2.7
圖2.7 福爾摩斯認為地函內對流可能是大陸漂移的機制

  就在韋格納與世長辭後,英國愛丁堡大學的福爾摩斯(A. Holmes)成了推廣大陸漂移說的少數人物之一。他在1929年發表的論文中,就曾設法解釋大陸漂移的動力之謎;而在韋格納辭世的次年正式提出「地函對流說」,大膽主張大陸漂移的原動力可能是地函內部的對流。在他1945年出版的《普通地質學原理》(The Principle of Physical Geology)一書中,除了論述各種支持大陸漂移說的證據之外,更詳加闡釋他對地函對流的想法(圖2.7),固然由震測資料可知地函的物質應為固態,但若以地質時間的眼光來看,即便是固態,一年「流動」個幾公分,長期下來就是規模龐大的系統了。

  雖然這個說法在當時是一點根據也沒有,但因福爾摩斯的著作年代較新,顯然較能銜接上戰後相關領域新的研究與新的發現,不致於遭受像韋格納著作被塵封的悽慘下場。

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