從《日本沉沒》談板塊構造

2006年夏天，日本攝制的故事片《日本沉沒》在世界各地公映。這是一部充滿憂患意識的災難大片，講述的是一位日本地質學家，在自己的研究課題中，發現處在太平洋板塊上的日本列島，在歐亞大陸板塊發生碰撞擠壓時，將在380天內沉入太平洋，最終被擠壓到地球深處。日本列島將要沉沒的消息不徑而走，造成人們的極大恐慌，開始大逃亡，紛紛涌向朝鮮半島、中國、俄羅斯、北美等國家。在危難中，這位地質學家利用自己發明的深海鉆探船，潛入4000米水深的大洋底部，在太平洋板塊上連續打眼鉆井，裝進高性能炸藥，然后引爆，阻止了太平洋板塊繼續下沉，挽救了日本。如果我記得不錯的話，在上個世紀的1973年，已經攝制過《日本沉沒》，第二次重拍《日本沉沒》是在1995年，今年夏天的《日本沉沒》是日本的第三次老片新拍，可見在日本民族文化里，有著非常憂患和強烈的災難意識。

在《日本沉沒》故事中，板塊構造理論和大洋鉆探計劃的基本事實，支撐了整個故事的劇情發展。那末，什么是板塊構造理論呢?板塊構造理論又是如何產生的?要回答這個問題，要從20世紀初的一個人物——魏格納說起。魏格納1880年出生于德國柏林，曾在海德堡接受大學教育。大學畢業后，進入漢堡海洋氣象臺氣象研究室工作。他的博士論文是天文學方面的，他的志向是考察格陵蘭。從魏格納受教育的背景看，似乎和地質學不相干，然而，這位氣象學家卻出人意料地提出了著名的大陸漂移學說。

早在1903年，23歲的魏格納就開始注意研究大陸在地球表面可能產生橫向移動的問題。1912年，他首次提出大陸可以發生橫向移動的觀點。1915年，他出版了《大陸和海洋的起源》一書，全面論述了他的大陸漂移理論。大陸漂移說在歐洲獨樹一幟，向傳統的大陸固定說挑戰。一時間，魏格納成了這場論戰的核心人物。魏格納指出，南美大陸和非洲大陸之間存在令人吃驚的吻合度。如果不用海岸線而用大陸坡，這種吻合就非常完美了。在非洲和南美之間，雖然隔著大西洋，但這兩地都能找到相同的古代巖層和化石。如果把這兩塊大陸拼在一起，本來是一體的古代巖層就完美無缺了。

盡管魏格納提出了眾多大陸漂移的實例，但是，他始終無法解釋大陸漂移的動力機制。他所提出的證據，很容易遭到對手的否定，以至在上個世紀六十年代之前，如果搞地質專業的人被認定是大陸漂移的擁護者，那么他幾乎就無法找到工作。1930年，魏格納在第三次前往格陵蘭進行冰川與氣候考察時不幸身亡，他的大陸漂移說也被無情地冷凍和封存起來了。

讓大陸漂移說得以復活的第一人是美國地質學家赫斯。早在20世紀30年代前，赫斯就一直關注發生在歐洲大陸上的那場大陸“漂移說”與“固定說”的大辯論。二戰爆發后，赫斯被應征入伍，擔任一艘驅逐艦的艦長，航行于大西洋、太平洋上，為盟軍商船護航。殘酷的戰事未能阻止赫斯對科學的探求和思索，他利用艦上的聲納設備，對洋底地貌、地質進行探測，獲得了許多地質資料。戰后他回到普林斯頓大學研究所工作，把帶回來的海洋地質資料進行分析整理，于1946年首次描述了太平洋海底平頂海山的地質特征。1963年，赫斯發表了關于“海底擴張論”的報告。他認為，洋中脊是生成新洋殼的地方。熔巖等物質在洋中脊處向外噴涌，使洋脊軸的地方產生對應漂移的張力，洋殼板塊產生漂移性的“分裂”；而遠離洋中脊板塊的邊沿部分，由于自身密度大，被擠壓向下俯沖。形象地說，大洋海盆就像洗臉盆，盆底由于擴張的作用，不斷更新，而海盆四周則基本不變。

海底擴張理論的觀點，被英國劍橋大學的瓦因和馬修斯從事的古地磁磁場研究所證實。同時，也被當時世界各大洋深海鉆探計劃取得的大洋底巖芯樣品所證實。洋中脊是洋殼最年輕的地方，離洋中脊越遠，越是古老。測得的最古老的洋底年齡不超過1．8億年。顯然，1．8億年和海洋的40多億年年齡相比，洋底要年輕多了。所以有人說“古老的海洋，年輕的洋底?！?/p>

赫斯的海底擴張說使人們開始反省和審視當初魏格納大陸漂移說理論的客觀性。直到20世紀60年代，人們終于取得共識，為大陸漂移理論平反，那位埋葬于格陵蘭冰川下的魏格納的遠見卓識受到了地學界的一致推崇。

然而，海底擴張理論也有其局限性，它無法解釋陸地板塊的活動機理，因為陸地不存在海底擴張問題。到1970年前后，法國地質學家卡扎菲·勒皮雄在參加一個地質學術研討會時，無意中聽到一位發言者用了一個讓他頓開茅塞的概念——“大陸板塊”。原先雜亂無章的各種信息一下子變得清晰起來，他很快完成了一篇關于“板塊構造”的論文。1968年5月，這篇論文發表在《地球物理學研究》雜志上。之后，各國的地質學家，從不同領域和方向進一步證明大陸板塊學說的客觀性。漸漸地，大陸板塊構造說被大多數科學家所接受，并將這一學說運用到了許多領域：如地震、海嘯、探礦、火山噴發等方面。

板塊構造理論把魏格納最初提出的大陸漂移學說和后來赫斯提出的海底擴張理論有機的結合為一體，形成了一個嶄新的理論。按板塊構造理論，地殼是由若干個鋼性板塊構造所構成。在這些漂移的板塊上，有大小不等的陸地。當板塊(地殼)發生漂移時，承載著大陸向前移動。打個比喻，大陸就好像搭乘在海洋板塊上的乘客，被動的漂移。所以，有學者說，用“海洋板塊漂移來描述地殼運動，要比大陸漂移更能說明問題，更生動形象”。新洋殼的產生，發生在洋中脊；新熔巖等物質從地殼下涌出，形成地殼。而遠離洋中脊的洋殼板塊前沿部分，是兩個板塊交匯碰接的地方，由于洋殼密度大，因而向下俯沖，形成海溝、島弧等。

這就是《日本沉沒》電影一再渲染和發揮的科學依據一板塊構造理論。按照板塊構造的描述，承載著日本列島的西北太平洋板塊正處在板塊的前沿處。太平洋板塊與歐亞板塊碰撞，發生擠壓，洋殼載著日本列島下陷，理論上是說得通的，只是沉沒下陷的時間不可能是幾百天，而是數千萬年或更長的時間。

《日本沉沒》這部電影，使我們看到了另一個現象，就是日本傳媒或國民對科學成果何等敏感。細心觀察一下，你會發現，在上世紀70年代板塊構造理論剛剛問世兩三年，日本的媒體和藝術家便把這個故事搬上銀幕，這也反映了日本民族在危機面前的進取精神。

在建立板塊構造理論，發現海洋的過程中，人們還有另一個收獲一發現大洋底部的最宏大的海底山系。它綿延64000千米，此外，還有深海丘陵、平原、海溝。關于發現洋底巨型山脈，不能不提德國著名化學家哈勃。在上個世紀初，哈勃在實驗室用化學置換的方法，在海水里提取到了黃金、白銀。哈勃對自己的發現興奮不已。他猜想，在大洋的某個地方可能有金礦，或富含金銀的海水。德國海軍提供一艘小型護衛艦，命名為“流星”號，船上裝有剛研制的聲納等先進技術裝備。

從1924年至1927年，“流星”號在大西洋從東到西，從南到北，把大西洋底調查個遍。結果讓哈勃大失所望，黃金沒有找到，白銀也沒有找到。令人意想不到的是，大西洋的中部居然有一條呈“S”狀的海底山系，人們后來稱這條山系為“大西洋中脊”。當時人們并不了解“大西洋中脊”，也無法解釋它的成因。只有歐洲各國研究“亞特蘭蒂斯”的學者喜出望外，以為終于找到了“亞特蘭蒂斯”沉沒的證據了。

那么，為什么無法從海水中提取黃金呢?用今天的眼光看，海水中金的含量太低，據測定，金的濃度僅為4納克／升。這就是說，100萬噸海水，僅能提取4克金，沒有商業開采的價值。但是，從整體海洋而言，金的儲量是500萬噸。雖然，這位有成就的德國化學家沒有實現開采黃金的夢想，但是，他發現的“大西洋中脊”卻開上個世紀發現世界大洋底山系之先河。二戰結束之后，美國政府和海軍為了其軍事需求，組織了大批人力、物力，采用先進的技術手段，對世界大洋進行了詳盡的地形普查，于是，世界海洋海底地形清楚的展現出來。

世界海洋海底地形圖，原本是美國海軍作戰用的海底地形圖。深海地形圖的民用科學價值遠遠超出人們的想象。深海地形圖在許多國家出版發行。世界陸地地形圖，再加上海底地形圖，這兩張圖加在一起，地球的地形全貌我們才能一目了然。

如果我們把中世紀航海地理大發現稱之為首次，那么，20世紀發現深海海底巨型山系，提出板塊構造理論，則是人類又一次里程碑式的地理大發現。對于它的意義，我們怎么去評價都不過分。因為首先20世紀的地理大發現范圍廣，難度大。范圍廣，是說占地球2／3的大洋海底，發現了世界最大的深海山脈。這座山脈存在于各大洋底部，它們首尾相接，跨度六萬余千米。難度大，是指人們要透過巨厚的水層，發現許多過去人們無法獲得的信息；其次，形成了新的地球觀——板塊構造理論。從大陸漂移說到海底擴張論，再到板塊構造理論，逐步形成了人們認識地球的科學觀；第三，這次地理大發現幾乎可以說把人類最先進的技術全用上了，借助探測技術先進的海洋調查船，深海鉆探船和海上研究平臺，各類不同功能的探測浮標、地球衛星，功能齊全的深潛器、水下機器人，還有計算機處理系統、數字模擬系統、多普勒聲納系統等等。有了這一些先進技術的保證，人類才能獲得深海信息；第四，深海發現技術極大地促進了開發和利用海洋的能力，有人講21世紀是海洋世紀，就是這個道理。地理大發現為人類提示出更新的探索課題，這些課題將把人類的視線引向新的高度……

[責任編輯]龐 云