杰森 · 摩根（1935—2023）

編譯 許林玉

1967 年，在華盛頓哥倫比亞特區(qū)舉行的美國地球物理聯(lián)盟（AGU）年會(huì)上，杰森 · 摩根（Jason Morgan）發(fā)表了一篇開創(chuàng)性的論文。該論文稱，地球表面由十幾個(gè)堅(jiān)硬的板塊組成。它們形成于大洋中脊，在相互交匯的俯沖帶遭到破壞，并沿著大斷層相向運(yùn)動(dòng)。他在隨后發(fā)表的其他論文中解釋說，火山形成于板塊俯沖地帶，大陸碰撞的地方會(huì)有山脈拔地而起，而板塊邊緣的擠壓和剪切則會(huì)引發(fā)地震。之后的十年間，“板塊構(gòu)造”理論被廣泛接受。摩根被任命為普林斯頓大學(xué)助理教授后不久，就提出了堪比達(dá)爾文進(jìn)化論的地質(zhì)學(xué)理論，并因此徹底改變了地質(zhì)學(xué)。2023年7月，摩根與世長辭，享年 87 歲。

摩根出生于佐治亞州薩凡納市。中學(xué)畢業(yè)后他考取了佐治亞理工學(xué)院，并對(duì)物理學(xué)產(chǎn)生了濃厚興趣。他曾在美國海軍服役兩年，在海軍核動(dòng)力學(xué)校擔(dān)任教員，之后進(jìn)入普林斯頓大學(xué)，師從羅伯特 · 迪克（Robert Dicke，2019年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者）攻讀相對(duì)論物理學(xué)博士學(xué)位。1964年獲得博士學(xué)位后，摩根成為地球科學(xué)系的博士后，并于 1966 年晉升為助理教授。

迪克對(duì)萬有引力很感興趣，對(duì)“萬有引力常數(shù)”實(shí)際上是否恒定這一問題尤其著迷。有一個(gè)假設(shè)是如果引力減弱，地球就會(huì)像氣球一樣膨脹。他讓摩根從地球的地震模式中尋找這方面的證據(jù)。當(dāng)時(shí)，摩根正在研究地震以尋找引力波的地球物理跡象。此前，地球科學(xué)系主任哈里 · 赫斯（Harry Hess）曾繪制海底地形圖，發(fā)現(xiàn)洋中脊——巨大的海底山脈鏈——就像棒球的接縫一樣環(huán)繞地球兩圈。他指出，新的地殼會(huì)在海脊處形成并分離出去——這種機(jī)制被稱為海床擴(kuò)張。最終，地震假說比迪克的氣球假說更能支持赫斯的觀點(diǎn)和板塊構(gòu)造概念。

與此同時(shí)，英國劍橋大學(xué)研究生弗雷德 · 維恩（Fred Vine）發(fā)現(xiàn)，海洋地殼中有磁條帶：地球磁場會(huì)改變極性，北極會(huì)變成南極，反之亦然，時(shí)間尺度從幾萬年到幾百萬年不等。當(dāng)海脊熔巖冷卻和擴(kuò)散時(shí)，磁場的方向會(huì)在海床內(nèi)“凍結(jié)”，產(chǎn)生與海脊平行的條紋——這證實(shí)了赫斯的想法。赫斯將維恩聘請(qǐng)過來，讓他與摩根在同一個(gè)辦公室辦公。雖然兩人沒有一起發(fā)表過論文，但幾十年后摩根告訴《量子雜志》（QuantaMagazine），在普林斯頓大學(xué)為板塊構(gòu)造理論作出貢獻(xiàn)的許多人中，維恩對(duì)他的幫助最大。

摩根想起他在學(xué)校學(xué)過的球面三角學(xué)，知道如何定義板塊運(yùn)動(dòng)，即圍繞球面上的固定點(diǎn)或“極點(diǎn)”旋轉(zhuǎn)。隨著時(shí)間的推移，兩極可能會(huì)偶爾發(fā)生變化，但板塊內(nèi)部不會(huì)變形。這一模型可解釋所有的觀測結(jié)果。在1967年美國地球物理聯(lián)盟年會(huì)上的演講和隨后的一篇論文中，摩根均以“隆起、海溝、大斷層和地殼塊”為題，介紹了自己的發(fā)現(xiàn)。

摩根對(duì)地球物理學(xué)的第二大貢獻(xiàn)是對(duì)地幔對(duì)流進(jìn)行了研究，并揭示了板塊運(yùn)動(dòng)的原因。他從兩極和板塊旋轉(zhuǎn)的角度解釋火山鏈現(xiàn)象——夏威夷島火山鏈就是典型的例子。該火山鏈在中途島附近突然出現(xiàn)大拐彎，這表明相鄰板塊已在大約4 000 萬年前進(jìn)行重組。

摩根提出，這些火山鏈都是軌道——當(dāng)?shù)蒯Ｖ械臒嵘仙鳎ǚQ為羽流）接近地表時(shí)，它們就會(huì)引發(fā)其上方板塊的火山活動(dòng)。隨著板塊的移動(dòng)，就會(huì)產(chǎn)生線狀火山鏈。由于羽流流動(dòng)性小，因此可以根據(jù)這些軌道推斷出板塊運(yùn)動(dòng)的歷史。摩根還制作了計(jì)算機(jī)模型，將理論上的軌道位置與地質(zhì)上的軌道位置進(jìn)行比較——在當(dāng)時(shí)，這種方法很有創(chuàng)新性。

摩根的整個(gè)職業(yè)生涯都是在普林斯頓大學(xué)度過的，直至2004年退休。摩根善解人意，樂于助人，教學(xué)上也卓有成效。摩根一生榮譽(yù)等身，2002年榮獲美國國家科學(xué)獎(jiǎng)?wù)??？梢哉f，近代以來，他在地質(zhì)學(xué)知識(shí)方面作出的貢獻(xiàn)無人能及。

資料來源Nature