大地怎樣轉圈圈

蔣子堃

現代的陸地和海洋，如今都各自安好地分布在地球表面，成為各種動植物繁衍生息的家園。你可曾知道，在漫長的地球歷史中，陸地板塊相聚又分離，不斷變化著它們的位置。通過測量古地磁的數據推算出陸地板塊的位置變化是傳統地質學的研究方法，而中國地質大學劉本培教授通過觀察古植物化石的年輪也能得知陸地板塊是否發生過位置的旋轉。接下來就讓我們帶上羅盤、放大鏡，走近植物莖干化石——木化石，通過測量和觀察樹木年輪，一起探尋大地轉圈圈的秘密吧。

尋找北半球樹木生長的秘密

在北半球，植物都具有向陽生長的特性，顯示出南大北小的不對稱生長趨勢。樹木的中心，也就是樹的髓部往往不在樹木年輪的中心，樹木越往北，樹木年輪中心也越向北偏移。而年輪中心的偏移情況恰恰就是樹木展現出向陽生長的特征。

下圖從左至右分別展示了四個緯度方向上的樹木年輪情況。北緯60°左右的俄羅斯松木，樹木年輪的中心明顯偏向北方;北緯45°左右的長白山冷杉，樹木年輪顯示有明顯的兩側不對稱生長;北緯25°左右的云南麗江老君山樹木，仍然可見明顯的樹木年輪兩側不對稱生長;而北緯10°以內的熱帶雨林地區樹木，年輪中心則沒有明顯的偏移現象。

孤木樹樁的向陽性測量

從圖中我們得知，樹木年輪中心的偏移從北向南展現出由強到弱最后到沒有的生長規律（越靠近北極偏移得越多）。那么北半球樹木年輪向陽生長的方向是正南方向嗎？測量后我們發現，樹木年輪的向陽性偏移是南偏西。這是因為樹木生長最旺盛的時間是午后時光，而那時太陽不在正南方向，而在南偏西方向，所以我們推測樹木最大生長方向在南偏西方向。

現生樹木的向陽性測量

為了驗證上面的規律，我們分別用位于北京香山臥佛寺公交站（北緯40°左右）和吉林樺甸林場（北緯43°左右）的現生樹木進行了樹木年輪的向陽性測量。實驗結果表明，在北緯39°～ 43°之間，測量的平地、無遮擋、遠離水源的樹木年輪向陽性方向（最大生長方向）是219°± 5°。而這一實驗結果也完全證實了樹木年輪中心偏移的規律。

為什么選擇平地、無遮擋以及遠離水源？因為樹木年輪對外界的干擾因素反應很敏感。一般來說，樹木在山地（南坡、北坡皆可）向重力性生長超過了向陽性生長，會造成年輪偏移方向不準，因此只能選平地。另外，如果A、B兩棵樹相互遮擋，A樹特別大，遮擋住了B樹，B樹會繞過A樹繼續向光生長，那年輪偏移方向對B樹來說，也是不準確的。除此之外，我們在甘肅水渠旁的樹樁上發現，所有的樹都有向水生長的趨勢。基于以上因素影響，我們選擇了僅受陽光影響的樹樁進行了測量。

硅化木的向陽性測量

調查完現生樹木的向陽性方向規律后，我們又在同一緯度帶的同一地區發現了原位、直立保存的硅化木，繼而設想，侏羅紀時期的樹木是否應該也具有相同的規律。硅化木是木化石的一種。數億年前的樹木因種種原因被深埋入地下，樹干周圍的化學物質在地下水的作用下進入樹木內部，替換了原來的木質成分，保留了樹木的形態，經過石化作用形成了木化石。由于硅化木往往都水平直立地保存在高地且遠離水源之地，野外觀察時稍加注意便可以排除遮擋因素，因此我們推測，原位、直立保存的硅化木也具備向陽生長的特性。

侏羅紀時期的板塊旋轉

通過對以上硅化木進行測量后發現，硅化木向陽性數據和現生樹樁向陽性數據之間發生了偏差。具體來說，侏羅紀中晚期遼寧西部硅化木向陽性數據為237°，與現生的219°± 5°差了13°～23°，而侏羅紀晚期北京延慶的硅化木樹樁的向陽性數據為233.5°，與現生數據差了9.5°～19.5°。古地磁的數據顯示華北板塊在地質歷史上發生過位置的偏移，從侏羅紀中晚期到現在曾經發生過旋轉，但是怎么旋轉尚有爭議。我們觀察上面的數據，侏羅紀中晚期的數據與現在的數據差了13°～23°，這說明硅化木所在的時期緯度比現今高，所以發生了順時針方向的旋轉，侏羅紀晚期數據變小，但仍然比現今數據大9.5°～19.5°，說明了板塊持續的順時針方向旋轉。這一結論驗證了華北板塊從侏羅紀中晚期到現在曾經發生過順時針方向旋轉，也驗證了主流的古地磁學家的觀點。

通過測量樹木向陽性數據來驗證大地持續轉圈圈的過程，是古生物學與大地構造學的學科交叉，也是多學科之間的交叉與驗證，從一個小小的樹木向陽性的數據，就可以推測出地球板塊的旋轉理論。其實，從生活中的細節入手，只要你善于觀察，也可以探索出更多科學的奧秘！