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科学网从大陆漂移到板块构造(下)

时间:2020-05-23 20:02 点击:
他们的资料有两种可能的解释:磁极游移或大陆漂移,Runcorn认为,通过对比不同大陆相同时代岩石的磁场变化就可以判断哪种解释正确。Irving离开Cambrid ... ,科学

他们的资料有两种可能的解释:磁极游移或大陆漂移,Runcorn认为,通过对比不同大陆相同时代岩石的磁场变化就可以判断哪种解释正确。Irving离开Cambridge后,在澳大利亚国立大学谋得了一份差事,开始着手研究澳大利亚、印度、北美和欧洲的磁极游移路径,结果发现各大洲磁极游移路径均不相同。1956年,IrvingBlackett一致认为古地磁资料可以为大陆漂移提供可靠的证据,随后RuncornTeddy BullardHarry Hess都接受了这种观点。

受此激励,Hess重拾20年前丢弃田野的稻穗:明确提出地幔对流就是大陆漂移的最终驱动力。BullardArthur MaxwellRoger Revelle的海底热流测量结果也显示:洋中脊的热流值比别处都要高,与对流循环模式中的“上升流”位置一致,进一步为地幔对流提供了确凿的证据。Scripps海洋研究所的Robert Diez改进了这种模式:海洋地壳是由水下喷发的玄武岩形成的,并为之起名:海底扩张(sea floor spreading)。一石激起千层浪,这种理论遭到了那些一直对大陆漂移充满敌意的北美地质学家的强烈反对。在地磁测量中,科学家们还发现一些岩石中的磁性与现代地球磁场相反,磁极历史上发生过倒转吗?

也许地球磁场倒转是一种周期性的行为,早在20世纪初,法国物理学家B.BrunhesP.L.Mercaton就异想天开提出了这种当时近似荒唐的想法。但那时对地球磁场的起因尚未完全认识,又有几个人会相信这极端的具有投机色彩的磁极倒转呢?1920s,日本地球物理学家Motonari Matuyama在研究日本本土火山岩的磁性时发现了一条规律:近期喷发的熔岩中的磁性与现代磁场相一致,而所有更新世甚至更为古老的岩石中的磁性却发生了倒转。但当时他富有见地的工作并没有得到欧美地质学家的认可。1950s,在冰岛工作的Jan Hospers也发现了相同的规律。

磁极倒转问题引起了加州大学伯克利分校(Berkeley)有关学者的注意,他们想知道这种倒转是反映了当时的磁场变化还是只是岩石的一种内在物理性质。Cox测定了美国西北部Snake River地区产出的数百件玄武岩样品的磁性,其结果与MatuyamaHospers的结果相一致。如若知道火山岩的年龄,就可以知道地球在什么时候磁极发生了倒转。恰在此时,Berkeley的地球化学家们发现K-Ar法可以用于测量年轻岩石的年龄。在这以前,人们都使用U-Pb法进行测年,但是U的半衰期太长了,只能测量古老的矿物。CoxDoellDalrymple当时都在美国地质调查局(U.S.Geological Survey)工作,Mcdougall在澳大利亚州立大学与Don TarlingFrancois Chamalaum并肩作战。两组技术人员几乎同时展开了K-Ar测年竞赛,以证实磁极倒转是否是地球历史中的具体地质事件。1963年,利用测试数据建立起了古地磁时间表,表明在过去的400万年间,地球发生了4次较为明显的磁极倒转。这4个期分别被命名为BrunhesMatuyamaGaussGilbert期,现在我们生活于Brunhes正磁极期,它始于70万年前。

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                                古地磁时间表

ScrippsLamount科学家早在1950s间就收集了大量海底磁测资料。1961年,ScrippsRonald MarsonArthur Raff发表了一篇经典文献:详细探讨了美国西北海岸的磁极正常与倒转情况。异常形成了一系列条带,好似黑白相间的斑马线,与海岸线大致平行。磁极倒转、海底扩张,他们之间是否有内在的联系?如果海底扩张时,磁极发生了倒转,形成海底的玄武岩会记录下磁极正常与倒转的情形,加拿大地球物理学家Lawrence MorleyCambridge大学地球物理学家Frederick VineDrummond Matthews开始浮想联翩,也许Hess的“地球诗篇”就要转化为“地质事实”了。

检查证据的重任落在了受James Heirtzler领导的Lamont身上,早在1950sEwing在每一艘考察船后面都挂了个磁力计,测定了大量海底岩石磁性数据。在许多年间,Heirtzler和他的学生一直在研究海底剩磁机制,这些不经意间收集的资料此时恰好成了证实海底扩张的关键所在。1965年,HeirtzlerXavier Le Pichon连续发表了论述大西洋磁性特征的文章,1967-1968年,lamont科学家更是证实了海底磁条带分布特征与VineMatthews预测的模式相一致。同在lamont工作的Neil Opdyke则证实海相沉积物与陆相和海相玄武岩一样,记录了相同的磁场性质,由此磁性特征实现了海陆对接。

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