關于地球膨脹論，我們以前錯了

編譯 胡德良

“我們以前錯了”是《大眾機械》（Popular Mechanics）雜志的一個百科欄目，描述的是一些在當時聽起來很有道理的科學觀點，后來證明是錯誤的。其中，欄目刊登的“地球膨脹論”認為大陸之所以分散開來，是因為地球本身變得更大了，地球正在像氣球那樣膨脹。

1858年，斯奈德-佩萊格里尼制作了這兩張地圖，描述了美洲大陸和非洲大陸分離的前后

5個世紀以前，當歐洲人看到第一批包含美洲在內的世界地圖時，他們注意到一些奇怪的事情：如果不是被大西洋的廣闊海域分開的話，非洲和南美洲的海岸線能像拼圖一樣完整地拼接在一起。

那個時代的思想家無法解釋這種形狀上的巧合。1620年，英國自然哲學家弗朗西斯·培根（Francis Bacon）寫道：“匹配的海岸線不僅僅是一種奇觀?！钡?，培根無法提供任何解釋。對這種奇觀的興趣導致了地質學上最令人懷疑的一種觀點——地球膨脹論。

地球膨脹論聲稱，數百萬年前，我們的地球只有目前大小的60%左右，這顆小型地球的整個表面都被陸地覆蓋，當時沒有海洋，后來隨著小型地球的膨脹，大陸的外殼破裂，海洋形成于大陸之間的空隙中。

隨著20世紀海洋科學黃金時代的到來，當今的科學家明白這是在地球演化的歷史過程中，板塊漂移改變了大陸的位置。但是，在板塊構造理論被廣泛接受之前，地球膨脹論是對地球形成過程的流行性解釋，甚至像查爾斯·達爾文（Charles Darwin）和尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）這樣深受尊敬的科學家也曾喜愛這個觀點。

上帝之手

在試圖解釋大陸海岸線的拼圖構造方面，首個學術性解釋援引了“上帝之手”的說法。1668年，一位名叫弗朗索瓦·普拉特（Fran ois Placet）的法國修道士提出，《圣經》上提到的洪水摧毀了消失的亞特蘭蒂斯島，使其沉入水底，形成了大西洋。在17世紀和18世紀時，許多歐洲人認為地球是由《圣經》上提到的一系列災難塑造成的。當時，上帝的憤怒一直是對大陸所處位置的一種流行性解釋。

在20世紀之前，西方只有兩位杰出的科學家考慮到大陸漂移的觀點，但兩人都認為大陸漂移是災難性事件所致。一位是佛蘭德的地圖設計師亞伯拉罕·奧特利烏斯（Abraham Ortelius），他發(fā)明了現代地圖。1596年，奧特利烏斯提出，當美洲跟歐洲和非洲分離時，美洲大陸可能已經移動到了現在的位置。1858年，法國地理學家安東尼奧·斯奈德-佩萊格里尼（Antonio Snider-Pellegrini）也提出，大陸是側向分離開來的，再次把《圣經》上提到的洪水看作是大陸分離的主要原因。

1912年，首個科學理論終于出現了——德國地球物理學家阿爾弗雷德·魏格納（Alfred Wegener）認為，大陸可以自行漂移。他指出，形狀完全不同的地球大陸曾經組合在一起成為一塊古老的超級大陸，魏格納稱之為“泛大陸”（Pangea，希臘語，意思是所有的陸地），泛大陸由單一的水體“泛大洋”包圍著，大陸就像冰山一樣在海洋上漂浮著，逐漸移動到目前的位置。魏格納還發(fā)現了證據——在被海洋隔開的不同大陸上發(fā)現了相同的植物化石和動物化石。

碎片化的泛大陸

魏格納的大陸漂移理論代表著一種思考星球的新方式，如今，我們知道他基本上是正確的。但是，就像許多新的科學思想一樣，他的理論也曾經遭到嘲笑。魏格納是一位氣象學家而不是地質學家，這使得其他人用帶有偏見的眼光看待他。當時，科學家更傾向于相信地球的地殼是上下移動而不是左右移動的。事實上，在19世紀的大部分時間里，流行的觀點是隨著中心區(qū)域溫度下降，地球正在略微收縮。當時的地質學家認為，收縮會在地球表面上形成褶皺，就像葡萄烘干后成為葡萄干一樣，這些褶皺就是地球上的山脈。當然，他們錯了。

魏格納的思想在他的一生中也從未得到證明。又過了40年，經歷了一個戰(zhàn)亂時代，意外的科學發(fā)現使他的理論從默默無聞中脫穎而出，而且還被賦予一個新名稱——板塊構造。

與此同時，質疑靜態(tài)大陸的觀點開始流行起來。對于開始接觸這一理論的人來說，魏格納的非正統(tǒng)思想引發(fā)了一些重大問題，如什么力量可以導致大陸在海洋上滑行？這些問題又引發(fā)了新理論：泛大陸分離開來是因為地球正在變得越來越大。

縮小的地球

地球膨脹論的首要觀點源自對地球模型的簡單操作——將隔離的大陸在模型上滑動。讓科學家感到煩惱的是：他們發(fā)現，如果不在大陸邊緣處留下難以解釋的巨大間隙和大范圍重疊的話，就不能將泛大陸重新組合在一個實際大小的地球上；但是，如果在比地球小60%的球體上模擬組合各塊大陸，這些大陸就能沒有縫隙地接合在一起。

地球膨脹論的倡導者們專注于這種觀察。德國地球物理學家奧特·克里斯托夫·希爾根伯格（Ott Christoph Hilgenberg）是一位早期的地球膨脹論支持者。20世紀30年代，希爾根伯格在大小不同的木質地球模型上排列大陸，并解釋了這一現象。幾十年來，地球模型變得更加精致了，木質模型變成了清晰的塑料球體，然后又有了計算機模擬。

即使在魏格納的觀點遭到廣泛蔑視的情況下，澳大利亞著名地質學家塞繆爾·沃倫·凱里（Samuel Warren Carey）仍然支持了他的觀點，并且使用對數測試了數百種重建泛大陸的方法。與之前的其他人一樣，凱里注意到在縮小的地球上能夠實現最連貫的接合。凱里認為，他已經找到了支持大陸漂移的那股無形的力量。但是，在整個20世紀，凱里仍然是地球膨脹論最活躍的倡導者，出版了6本關于這一主題的科學論著和多篇論文。

地球膨脹論巧妙地解決了大陸拼圖的問題，但是隨著時間的推移，又引發(fā)了許多其他問題。最明顯的是對于膨脹究竟是如何發(fā)生的，沒有人能夠給出一個切合實際的解釋。

在該理論盛行期間，支持者為地球膨脹提出了多種可能的機制。一位學者提出了地球脈動說，認為地球正在進行周期性的膨脹和收縮，隨之形成海洋和山脈。另一位學者稱，宇宙碎片的積累導致地球的質量增加。還有一位學者將膨脹歸因于發(fā)生在地球核心處的某種化學相變，類似于水變成冰時體積就會變大。但是，從科學的意義上來講，認為地球正在膨脹是極為不合理的，這種觀點跟物理學的基本定律難以相符。

牛頓的萬有引力定律告訴我們，行星的引力與其質量成正比。如果地球體積加倍但其密度保持不變，那么其質量就會增加8倍，表面引力將是原來的2倍。另一方面，如果古代地球的大小只有現在的一半，那么引力就會很弱，我們的地球就不大可能使月球保持在軌道上，也不大可能形成支撐生命所需的宜居條件。支持地球膨脹論的一些理論家甚至開始重新考慮牛頓萬有引力常數，提出這個常數根本不是一成不變的，而是隨著地球和太陽系中所有行星的增大而逐漸減小。

許多地球膨脹論支持者沒有勞神去解釋膨脹的原因，而是完全把這個問題留給物理學家去解決。就在不久前的1984年，一位著名的地球膨脹論支持者在《新科學家》雜志上發(fā)表了一篇頗受歡迎的文章“地球正在膨脹，但我們不知道為什么”。凱里是成果最多的地球膨脹論支持者，他認為地球膨脹論在已知的物理學范圍內是無法解釋的，有朝一日總會有一項關于宇宙的科學新發(fā)現問世，到那時就可以解開這個謎團了。

戰(zhàn)爭啟示錄

從太空拍攝的印度、巴基斯坦和波斯灣

這樣一個明顯的弱點似乎是對一種理論判了死刑。但是，許多科學家發(fā)現地球膨脹論仍然比大陸漂移理論更加合理，而大陸漂移理論在二戰(zhàn)結束前似乎是激進的。更重要的是，地球膨脹論除了能夠解決大陸分布問題之外，似乎也可以解釋另一個地質之謎，即海底比地球上的陸地年輕數十億年的奇怪事實。

科學家發(fā)現，大部分大陸地殼可以追溯到至少38億年之前，可是海底的基巖頂多僅有大約2億年，某些區(qū)域的基巖甚至更加年輕。鑒于全球地表大約有70%被水覆蓋，這意味著地球上大約2/3的地殼并沒有存在于古老的地球上。

來自國會圖書館的海底地圖

對此，地球膨脹論提供了一個方便的解答：隨著地球半徑的增長，新的海底出現了。板塊構造理論框架提供了一個不同的解釋，但同樣令人費解：超過一個半球的水量被吞進熔化的地球內部，這些水就自然而然地從地球表面消失了。

答案來自第二次世界大戰(zhàn)。二戰(zhàn)期間，美國海軍開發(fā)了聲吶和回聲探測之類的新技術，以尋找德國潛艇。到了和平時期，美國海軍發(fā)現留下來了一些令人印象深刻的海底地形圖。海洋研究繼續(xù)得到了資助，并形成了第一張詳盡的海底地圖，由美國地質學家瑪麗·薩普（Marie Tharp）和布魯斯·希森（Bruce Heezen）于20世紀50年代末公開出版。

這張不同尋常的地圖是由薩普手繪的，數據由希森收集。（薩普作為一名女性，當時不允許她登上研究輪船。）地圖顯示，一條龐大的水下山脈呈南北向延伸，像一道巨大的接縫位于海洋的中部，這條山脈被稱為大西洋中脊。薩普發(fā)現，這條山脈的中間有一道又深又闊的裂縫，裂縫的兩邊都是高高的山峰。她把這個作為證據來說明海洋地殼是運動的。她是正確的，這一點也支持了魏格納被邊緣化的大陸漂移理論。然而，薩普的同事希森贊成地球膨脹論，遺憾地將她的理論當作是“女孩講的空話”。

薩普進行了一些說服工作，而且在新的地震數據幫助下，希森最終改變了觀點。有關這些發(fā)現，希森發(fā)表了一篇論文，這篇論文標志著一種思維模式的轉變，導致板塊構造學說得到認可。

正在擴張的海底

20世紀60年代，科學家獲得了一系列突破性的地質發(fā)現，這些發(fā)現積累了越來越多的不支持地球膨脹論的證據。最關鍵的是發(fā)現了海底正在擴張，這一發(fā)現說明了整個海底每隔2億年左右就會循環(huán)再生的現象。

地質學家發(fā)現，海洋中脊處的板塊會相互分離，因此就出現了薩普在大西洋中脊發(fā)現的裂縫，在板塊分離處就會形成新的海底。裂縫區(qū)域的分離所產生的力量引起地殼斷裂，噴出的熔巖填滿了裂縫，熔巖被低溫海水冷卻后凝固在海底，形成玄武巖，一部分全新的地殼就形成了。

之后，新的海底往兩邊均勻地推開山脊上密度較大的現有巖塊，在地球表面的海洋板塊之間漂離得越來越遠，直到最終被海溝吞沒或撞到海岸上。當板塊相撞之時，一個板塊會滑動到另一個板塊下面，熔化成地球內部的物質。科學家認為，自從侏羅紀時代，一片相當于太平洋大小的水域獨自潛沒于美洲大陸之下，這也是那里的海底較為年輕的原因。

即使在發(fā)現海底擴張現象之后，一些支持地球膨脹論的科學家仍然堅定不移。盡管凱里一直認為大陸漂移理論是正確的，但是并不支持海洋消失的觀點，他喜歡大聲呼喊：“潛沒論是錯誤的！”一直到20世紀70年代和80年代，凱里和幾個其他倡導者仍然繼續(xù)高舉地球膨脹論的旗幟。當時，科學家們早已廣泛接受了板塊構造學說，將其當作對地球自然史的解釋。

當今，地球膨脹論仍然逗留于互聯(lián)網的邊緣上。然而，通過幾十年的地球觀察資料發(fā)現，沒有可靠的證據表明地球正在變大，相反有大量的證據表明地球沒有變大。

現在，科學家們擁有一套高精度的工具，用來測量大陸的位置和地球的大小。這些工具包括衛(wèi)星激光測距儀、超長基線干涉測量儀、全球定位系統(tǒng)（GPS）、多普勒衛(wèi)星測量儀等。自從20世紀80年代后期，科學家們就對測量結果定期進行計算和修正，提供了最為權威的證據，證明地球大致保持著同樣的大小。

根據預計，地球可能會稍微增大一點，因為太空碎塊正在不斷地墜落在地球上。據美國宇航局（NASA）預測，每天大約有100噸的流星體降落，但絕大部分在大氣中燒盡，然后作為塵埃降落在地球表面。流星碎塊增加了地球的質量，但微不足道，遠遠不足以支撐地球膨脹論。2011年，NASA的一項研究得出結論，認為地球并沒有增大，其變化幅度沒有任何統(tǒng)計意義。該研究發(fā)現，每年地球半徑的平均變化幅度僅為0.1毫米，大約相當于人類一根發(fā)絲的厚度。因此，我們可以說，這根本不足以使大陸發(fā)生變化。

資料來源 Popular Mechanics