科学中的革命-第79节
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�1973，74）。1968年，人们提出六大板块和十二个小板块覆盖地球的观点。从那时起，有关板块构造学说的理论细节越来越充实了。
海底扩张说
为了完满地解释地壳的不稳定性和可变性，板块构造理论还必须与“海底扩张说”结合起来。海底扩张说是普林斯顿大学的哈里·赫斯于1960年首次提出来的。该学说描述的是纵贯主要大洋海丘两侧的海底部分持续受到挤压的过程。赫斯最初是在1960年撰写的一篇手稿中阐述这个观点的，而该手稿作为一本书中的一章直到1962年才正式出版。由于这个观点极为新颖、奇特，以致于赫斯把书中的这一章看作是“一篇地球散文诗”。赫斯指出，逐渐降到海底的巨大海丘是地壳下地幔内熔融物质上涌的出口。这种物质同样沿着海丘的两侧流淌、冷却、固化，最后变成地壳的一部分覆盖在原来的地壳之上。当海丘两侧的地壳以这种方式积累增长时，这种物质（巨大的板块）就会横向离开海丘。既然地球不可能增大，这个板块在增长过程中也不会简单地扩张，那么在远离诲丘之外，必定会有一处板块发生分裂。换言之，板块离海丘最远处的边界被挤到另一个板块底下，并最终进入地幔中。这时，板块边缘的水分全部被挤压出来，而板块进入地幔的部分又重新变成了熔融状。这个过程同某种对流“传送带”联系在一起，即从海丘的地幔中带出物质，然后把它传送出去，这些物质最终在远处的海沟附近又再次回到地幔中。
于是，大西洋底便产生了一股巨大的、持续的压力，它把载有南美洲和非洲的两大板块推离大西洋中的海丘。大约在1．8亿年以前，南美洲和非洲是连在一起的，这就是冈瓦纳大陆。两块大陆的分裂线与导致海底扩张的，并且现在仍很活跃的大西洋底海丘线十分吻合。每当发生地震时，这条海丘线便清楚地显现出来，目前，它与南美洲和非洲的大西洋海岸线的距离大致上是相等的。
赫斯进而提出了海底扩张说的合理推论。他认为，由于海底扩张效应，海底壳层不断地在大陆一边创生，而同时又在大陆的另一边消失（麦肯奇1977，117）。这个观点通常被看成板块构造说进一步发展的主要内容，也是我们理解大陆漂移理论的主要基础。大西洋地壳层从海丘移出的速度大约是每年四厘米。按照这个速度推算，大西洋海底壳层从海丘全部移出，也就是移动整个大西洋宽度的距离所需的时间为两亿年。这个数字立即可以用来解释许多未知的奥秘。例如，海底钻孔找到的化石标本都未超过两亿年（中生代前后）。而从陆地上挖掘出的海生化石研究表明，这些海生生物都可追溯到二十亿年以前。再如，假设海床的年龄与大陆同样古老，那么按正常的沉积速度，海床上应当产生很厚的沉积层，但钻探分析表明，海床上的沉积物很少。简而言之，在海洋存在的几十亿年中（乌耶达1978，63），海底并不是永恒的，而是在不断地变化，不断地运动。
如果把赫斯的观点同板块构造说的一般思想结合起来，就可以满意地解释另一个现象或过程；板块边缘新物质的增加，并不使板块的面积增大。由于压力作用，板块在不断地缩小。这一点在两个板块的碰撞处山脉的形成和山脉的更替中，表现得非常明显。
哈里·赫斯在阐述他的海底扩张说时，很清楚他的理论“与大陆漂移说并不完全相同”（1962，617）。按照大陆漂移说的思想，“大陆…受某种未知力的驱动，在海底壳层上漂移”，但他的理论的基本思想是，大陆“被动地浮在地幔之上，当地幔物质从海底海丘上流出时，大陆便横向移动开来。”
前面曾谈到，一般人都认为：最初的纯粹古磁学证据并不能完全说服大多数地球科学家放弃“大陆固定观”。决定性的证据来自新的磁机制的研究，它戏剧性地证实了海底扩张说。船载磁测仪揭示出海底壳层条状磁化区域的存在（休莱1959，61）。如果赫斯的解释是正确的，那么在海丘两侧就应该有对称的条状磁化区域。这项验证性实验是剑桥大学当时的研究生F．J．维恩和他的导师P．H．马修斯提出的。实地测量很快证实，条状磁化区域确有预期的那种对称性。
按照这一理论，当炽热的熔融物质沿海底海丘流淌并固化时，它便感应了当时的地磁场。既然新的物质把它从海丘上推开，它仍将保持冷却时所感应的磁性。因此，每一条前后相继固化的物质带应该有记录形成日期的磁性标志，而海丘两侧同时对称形成的物质带也因此具有相同的磁性方向。1963年，维恩和马修斯在《自然》杂志上发表了这一重要假说，这个假说翌年就通过了实验（实测）检验。事实上，地球磁场演化的历史不仅表现出一些微小的变化，而且在目前已知的年代中还经历过南北逆转。所有这些，都是在实测和研究海底海丘两侧的条状磁化带过程中发现的。
虽然这个假说今天听起来非常具有逻辑性，一点也不令人惊奇，但在当时看来却是异常激进而大胆的。维恩回忆说，当他第一次把他的观点告诉剑桥大学地球物理学家莫里斯·希尔时，尽管希尔“很有礼貌的一声不吭，只是看着我并且谈些别的事情，但他一定在想我今天疯了”（格伦1982，279）。维恩还把他的假说告诉了爱德华·布拉德爵士，即使布拉德爵士“这有点大胆猜测的味道”，但他却对此持“非常积极的鼓励和赞赏的态度”。维恩“非常渴望能和特迪（爱德华的爱称）·布拉德共同发表这个观点，”因为他觉得他们俩的名字并列在一起，“布拉德和维恩看起来很了不起”。但特迪非常直率地拒绝了，他不想让他的名字出现在这篇论文上。布拉德是地球物理学界一位著名的革新家，他对地球热流理论作出过重要的贡献。他善于接受新思想，“以极大的热情接受了这个假说并以高度赞赏的态度四处传扬”。他只是不愿意在一开始就接受维恩的请求成为合作者（p．358）。
维恩和马休斯提出的假说（加拿大的劳伦斯·莫雷也曾独立地提出过，详情见1982，271）“堪与本世纪地球科学中的任何成就相媲美”（p．271）。它不但能确定无疑地证实赫斯的海底扩张说，而且还能推算出扩张的速度。推算方法是基于一种独立的、由地磁场倒置所标定的精确的时间尺度。看来，人们普遍赞同这样的看法：维思…马休斯…莫雷假说的确证，触发了地球科学的“革命”。在这些突破性成就的基础上，下一步要做的工作便是：“建立全球构造的新理论，重构地球知识的新体系”（哈拉姆1973，67）。
革命地位的确立
凡是研究过地球科学最近刀年发展史的人（如上述舒利文1974，特别是格伦1982）都会认识到，要最终完成这样一场革命，还有多少重要的工作有待完成。在前面的论述中，我只是介绍了几位最著名人物的杰出贡献。关于爱德华·布拉德、图佐·威尔逊、莫里斯·欧文以及其他一些科学家的重要工作，我几乎没有提及。长期以来，许多著名的地球物理学家不但拒绝接受板块构造理论，也拒绝接受海底扩张说的基本思想。被《自然》杂志誉为“苏联最伟大的地球物理学家”的弗拉基米尔·贝洛索夫1970年宣称：“海底扩张说没有一个方面能经得住批评”（舒利文1974，IOS）。12年后的1982年12月，年届91岁高龄的哈罗尔德·杰弗里斯爵士在《皇家天文学会地球物理杂志》（vol。71，555－556）上发表文章，仍然以不屑一顾的口吻，把“海底板块的错动”比作“用黄油做的刀切黄油”。60年来，杰弗里斯一直是反对大陆漂移说的主要代表人物。
地球科学界的保守主义除了托依特提到的之外，在权威性的《科学家传记辞典））1976年版中也得到了印证。在该辞典中，魏格纳的条目（vol．14，214…217）是澳大利亚悉尼大学的K．E．布伦撰写的。他在这篇文章的结论部分，不大情愿地提到了倾向于支持魏格纳观点的证据（来自古磁学和海底壳层研究）。但紧接着，他罗列了一大堆“反对大陆漂移说”的新旧批评意见。布伦写道：当“该理论的创立者们就这些批评意见作出答复后，这些答复也受到了质疑”（p．216）。1976年，也就是哈拉姆和马文的历史研究著作（二者都宣称地球科学革命已经取得了成功并分析了它的结构）出版三年后，当时这篇最新的魏格纳传记的最后结论是：“大多数地球科学家的热情，甚至是宗教式的狂热，促使他们相信大陆漂移理论已建立起来了”（p．217）。
布伦使用“宗教式的狂热”这种说法，是因为60年代观念变化时期所使用的语言带有很强的宗教隐喻色彩，在涉及到转变问题时更是如此。库恩通过研究发现，这一点是科学革命过程中相当普遍的特点之一。图佐·威尔逊的经历便是一个典型的例子。威尔逊在1959年还是大陆漂移说的主要反对者之一。但没过几年，他的观念发生了转变，并自称是“改造了的反大陆漂移说者”（见威尔逊1966，3－9，谈及了他的转变过程）。后来，他不仅提出了一些支持大陆漂移说的重要的地质学证据，而且还成为地球科学革命的主要先驱之一。1963年，国际地质学和地球物理学联合会第13次会议在美国伯克利举行。在会后出版的关于“上地幔计划”的文集中，威尔逊发表文章勇敢地宣布：“地球科学中已经在孕育一场伟大的科学革命”（塔克奇1970，244）。他说，地球科学目前的情境正同“哥白尼和伽利略的观念被接受前天文学的情境；分子和原子概念引入以前化学的情境；进化论建立之前生物学的情境；量子力学诞生前物理学的情境”一样。
60年代末70年代初，出现了大量关于大陆漂移说。古磁学和地磁学的论文集。1968年4月，美国哲学学会年会文集便是其中之一，其标题为《重游冈瓦纳大陆：大陆漂移说的新证据》。该文集收录了这样一篇文章：《静止还是运动的地球：当前的科学革命》。文章作者威尔逊（1968，309；317）宣称：“我们这个时代发生的这场伟大的科学革命应当称作魏格纳革命”，以纪念这场革命的“主要倡导者”。地球科学家们一般都赞同威尔逊的意见，认为确实存在一场科学革命，作为首先提出大陆漂移说的关键人物魏格纳理应获得这一殊荣。可是，历史上以个人名义命名革命的荣誉曾经赋予给哥白尼、伽利略、牛顿、拉瓦锡、达尔文和爱因斯坦，但至今仍未赋予魏格纳。
正如我们已经看到的那样，许多文献的作者把魏格纳开创的科学革命比作哥白尼革命。二者有一点是极为相似的：地球科学中最后的革命与魏格纳最初的假说已相去甚远，而开普勒、伽利略和牛顿最终建立起的体系中，与哥白尼的理论一样大相径庭。正如天文学革命直到哥白尼的著作1543年发表半个多世纪后才最终到来一样，地球科学革命也是在魏格纳最初的论文与著作发表50年后才得以发生。最终发生的所谓哥白尼革命，实际上是牛顿革命，这场革命主要基于伽利略、开普勒的成就，而作为这场革命基础的“哥白尼体系”最终成为了开普勒体系。与此相似的是，本世纪60年代发生的地球科学革命并没有体现魏格纳的理论，而只是体现了其学说所蕴含的基本思想，即在地球的全部演化史中，大陆并非一直固定在现在其所处的位置上，在历史上的某个时期，它们曾聚集在地球的两极。魏格纳的主要贡献是首次提出了大陆运动的思想，它在地球科学革命中的地位正如哥白尼的主要贡献——指出可以按照地球运动而非静止的观念构造一个新的宇宙体系——在天文学革命中的地位一样。
地球科学从固定观到运动观，特别是向大陆漂移说和板块构造说的飞跃，根据第3章提出的四项主要的检验标准，无疑是一场革命。首先，传统地质学观念发生的这种变化在当时就被许多观察家包括这一领域的实际工作者看作是一场革命。我认为，这是发生科学革命的主要标志。其次，考察1912年以前和1970年以后的地球科学的内容表明，量的变化也足以构成一场科学革命。第三，严肃的科学史家们也断言；地质学思维方式的变革足以引发一场科学革命。很明显，这有点主观臆断的意味，但它确证了参与这场革命的地质学家和地球物理学家的结论。我们已经看到，在成功的地球科学革命发生以前很久（即理论科学革命阶段以前
