魏格纳发现大陆漂移学说做出哪些贡献

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假说源于一次意外发现      1912年，德国年轻人魏格纳首次提出大陆漂移说，震撼了当时的科学界，但招致的攻击远大于支持。因为如若假说成立，整个地球科学的理论就要被改写。      1492年至1502年，意大利航海家哥伦布四次横渡大西洋，发现了美洲新大陆。欧洲探险家、科学家纷纷参与环球航行与探险考察，促进了地理大发现，不仅使全球地图绘制得更加精确，还拓展了人们对全球地貌、地质、生物多样性及物种分布的认知，引发了人们对地球演化的思考。      1596年，法兰德（现比利时北部）地图学家奥特利乌斯最早提出大陆漂移假说。 1858年，法国地理学家史奈德也曾提及“美洲或是因地震与潮汐而从欧洲及非洲分裂出去的”观点，但这些还都只是一些朦胧的猜想。      历史将机会留给了一个德国年轻人——魏格纳。魏格纳在科隆高中毕业后进入柏林路德维西·威廉姆斯大学攻读物理、天文和气象学，于1905年获得天文学博士学位。他喜欢思考和冒险，勇敢而执著，对气象、气候学有强烈兴趣，并致力于大气热力学和古气候研究。他撰写的气象热力学成为当时大学的经典教科书。      1910年的一天，30岁的魏格纳意外地发现，大西洋两岸的大陆轮廓竟然如此相互契合。他由此想到，非洲大陆与南美洲大陆可能曾经是贴合在一起的原始大陆，或由于地球自转的分力和天体引力而分裂、漂移，才形成被大西洋分割的现状。      1911年秋，魏格纳偶然看到一篇有关“陆桥说”的论文，尽管他并不相信大陆之间曾经存在所谓“陆桥”的假说，但却因此受到鼓舞，开始搜集资料验证自己关于大陆漂移的猜想。他首先分析了大西洋两岸的山系和地层，结果令人振奋。如北美洲纽芬兰一带的褶皱山系与欧洲北部的斯堪的纳维亚半岛的褶皱山系遥相呼应，暗示北美洲与欧洲以前曾经“亲密接触”；美国阿巴拉契亚山的褶皱带，其东北端没入大西洋，延伸至对岸又在英国西部和中欧一带出现等等。魏格纳又考察了大洋两岸的化石。在他之前，古生物学家就已经发现，在远隔重洋的大陆之间，古生物物种也有着密切的亲缘关系。例如，中龙是一种生活在远古时期陆地淡水中的小型爬行动物，它的化石既可以在巴西石炭纪到二叠纪形地层中找到，也出现在南非的同类地层中。古代冰川的分布也支持魏格纳的设想。距今约3亿年的晚古生代，在南美洲、非洲、澳大利亚、印度和南极洲，都曾发生过广泛的冰川作用，可以从冰川的擦痕判断出古冰川的流动方向。从冰川遗迹分布的规模与特征判断，当时的冰川多是在极地附近产生的大陆冰川，而南美、印度和澳大利亚的古冰川遗迹却是在大陆边缘地区，而且运动方向是从海岸指向内陆的。按照常识，冰川是不可能由低向高运动的，说明这些大陆上的古冰川不是源于本地。这一现象曾使地质学家们一筹莫展，却为大陆漂移说提供了有力佐证。      在大量证据和严谨分析研究的基础上，1912年1月6日，魏格纳在法兰克福地质学会首次发表大陆漂移说，4天后他又在马堡召开的自然科学促进会重申了他的学说。 1915年，魏格纳的代表作——共94页的 《大陆与大洋的起源》德文版正式出版。在这本不朽的著作中，魏格纳提出，在中生代以前地球表面存在一个连成一体的泛古陆，由较轻的含硅铝质的岩石如玄武岩组成，它像冰山一样漂浮在较重的含硅镁质的岩石如花岗岩之上，周围是辽阔的海洋，后来或是在天体引力和地球自转离心力的作用下，古陆发生了分裂、漂移和重组，大陆之间被海洋分隔，才形成了今天的海陆格局。      魏格纳这一观点震撼了当时的科学界，但招致的攻击远大于支持。因为如若假说成立，整个地球科学的理论就要被改写；另一方面，魏格纳是一位天文学博士，主要研究气象和古气候，并非地质和地球物理学家。在不是自己的研究领域发表如此标新立异的观点，人们对其科学性难免产生怀疑。最主要的还是：大陆漂移的动力学机制尚未得到合理解释和证实。      1930年11月，魏格纳在第三次深入格陵兰冰原考察时不幸遇难，长眠于冰天雪地之中，年仅50岁。直到魏格纳去世30年后，大陆漂移学说才终于因洋底扩张学说的兴起和板块结构学说的创立而得到公认。  论证历时半个多世纪      1960年美国地质学家赫斯首次提出海底扩张学说，这一观点解释了大陆漂移的动力学机制，主张地壳存在大规模漂移运动的观点取得了胜利，也为板块构造说的建立奠定了基础。      1960年，美国地质学家H.H.赫斯首先提出海底扩张说，随后R.S.迪茨于1961年也用海底扩张作用讨论了大陆和洋盆的演化。他们被公认为海底扩张说的创立者。      赫斯毕业于耶鲁大学，1932年获哲学博士学位，他曾在普林斯顿大学任教。二次大战期间，他应征加入海军，成了“开普·约翰逊”号的舰长。职务的转换并未改变他热爱海洋揭示海洋奥秘的理想。他利用在太平洋巡航的机会，用声纳对洋底进行探测，获得了大量洋底地貌数据，在整理分析这些数据时，他发现在大洋底部有连续隆起像火山锥一样但顶部平坦的山体。战后赫斯回到普林斯顿大学执教并继续研究，他发现，同样的海底平顶山，离洋中脊近的较为年轻，山顶离海面较浅；离洋中脊远的，地质年代较老，山顶离海面也较深，他对这种现象甚为困惑。赫斯分析了当时最新的海洋地质研究成果，如大洋中脊体系、海底沉积物带等。1960年，他在普林斯顿大学非正式刊物上首次提出了海底扩张学说，明确指出地幔内存在热对流，大洋中脊正是热对流上升使海底裂开之处，熔融岩浆从这里喷出，遇水冷却凝固，将已存老洋壳不断向外推移造成海底扩张。 1962年，赫斯正式发表论文《海洋盆地历史》。他在引言中说，“我的这一设想可能需要很长时间才能得到完全证实，因此，与其说这是一篇科学论文，倒不如说是一首地球的诗篇”。      迪茨是美国海军电子实验室的一名科学家，他在菲律宾以东的马利纳海沟也发现了类似的现象。 1961年他在《自然》杂志发表文章，也独立提出了海底扩张的观点。1963年，F.J.瓦因和D.H.马修斯对印度洋卡尔斯伯格中脊和北大西洋中脊的洋底磁异常特征作了分析：洋中脊区的磁异常呈条带状，正负相间平行于中脊的延伸方向，并以中脊为轴呈两侧对称，如磁带一般记录了洋底扩张的过程，有力佐证了洋底是从洋中脊向外扩张的事实。      随着海洋地质科学的发展，人们钻取岩芯，用放射性同位素测定大陆和海底岩石纪年，发现大陆除沉积岩外，主要由花岗岩类物质组成，最老岩石年龄已在30亿年以上，平均厚约35公里。海底主要由玄武岩组成，一般不超过2亿年，平均厚约5～6公里。而且离大洋中脊愈近，年代愈近，并在洋中脊两侧大体呈对称分布。大西洋与太平洋的扩张情况有所不同，大西洋在洋中脊处扩张，两侧与相邻的陆地一起向外漂移，不断拓宽，而太平洋底在东部洋中脊处扩张，在西部的海沟处潜没，因为潜没的速度比扩张的快，所以逐步缩小。海底扩张说可以解释大陆漂移的动力学机制，使大陆漂移说重新兴起，主张地壳存在大规模漂移运动的观点取得了胜利，也为板块构造说的建立奠定了基础。      在大陆漂移学说和海底扩张学说的基础上，同时基于对大量海洋地质、地球物理、海底地貌等资料的综合分析，1967至1968年，美国普林斯顿大学地球物理学家摩根、英国剑桥大学地球物理学家丹·麦肯齐和R.L.帕克，以及当时在拉蒙特地质观测所工作的法国地球物理学家勒·皮雄，联合发表了几篇论文，提出了地球板块构造学说。板块构造学说是现代最盛行的全球构造理论。这个学说认为，地球的岩石圈不是整体一块，而是被地壳的生长边界分割成许多构造单元，这些构造单元叫做板块。      勒·皮雄将全球地壳划分为六大板块，即太平洋板块、亚欧板块、非洲板块、美洲板块、印度洋板块（包括澳洲）和南极洲板块。其中太平洋板块几乎完全是在海洋，其余五大板块都包括大块陆地和大面积海洋。大板块还可划分成若干次级小板块。一般说来，板块内部的地壳比较稳定，板块与板块之间的交界处，是地壳活动比较频繁和不稳定的地带。地球表面的基本面貌，是由板块相对移动而发生的彼此碰撞、挤压和涨裂而形成的。      据地质学家估计，大板块每年可以移动1-6厘米，速度虽然很小，但经过亿万年后，地球的海陆面貌就会发生巨大的变化，当两个板块逐渐分离时，在分离处即可出现新的凹地和海洋；地幔物质的对流上升也在大陆深处进行着，在上升流涌出的地方，在板块涨裂的地区，常形成裂谷和海洋，东非大裂谷和大西洋就是这样形成的。当大洋板块和大陆板块相互碰撞时，大洋板块因密度大、位置较低，便俯冲到大陆板块之下插入地幔之中，在俯冲地带由于拖曳作用形成深海沟。大洋壳被挤压弯曲超过一定限度就会发生断裂，发生地震，最后大洋壳被挤到700公里以下，为处于高温熔融状态的地幔物质所吸收熔化。这里形成海沟，成为海洋最深的地方，大陆板块受挤上拱，隆起成岛弧和海岸山脉。太平洋西部的深海沟和岛弧链，就是太平洋板块与亚欧板块相撞形成的。太平洋周围分布的岛屿、海沟、大陆边缘山脉和火山、地震也是这样形成的。      大洋的发展与大陆的分合是相辅相成的。在前寒武纪时，地球上存在一块泛古陆。以后经过分合过程，到中生代早期，泛大陆再次分裂为南北两大古陆。到三叠纪末，这两个古陆进一步分离、漂移，相距越来越远，其间由最初一个狭窄的海峡，逐渐发展成现代的印度洋、大西洋等巨大的海洋。而大陆则是由不同时代的板块不断发生漂移、挤压、碰撞、断裂、拼合、隆起和增生演化。在两个大陆板块相碰撞处，常形成巨大的山脉。到3000多万年前的新生代，由于印度已北漂到亚欧大陆的南缘，两者发生碰撞，青藏高原隆起，造成宏大的喜马拉雅山系，古地中海东部完全消失；非洲继续向北推进，古地中海西部逐渐缩小到现在的规模；欧洲南部被挤压成阿尔卑斯山系，南、北美洲在向西漂移过程中，它们的前缘受到太平洋地壳的挤压，隆起为科迪勒拉-安第斯山系，同时两个美洲在巴拿马地峡处复又相接；澳大利亚大陆脱离南极洲，向东北漂移到现在的位置。于是海陆的基本轮廓发展成现在的规模。      1968年，在美国科学基金会的资助下，斯克里普斯海洋研究所等五个单位开始联合实施“深海钻探计划”，前后历时15年，重点研究洋壳的组成、结构和演化。大量的勘探成果和数据，验证了海底扩张说和板块构造说的基本论点，对近代地质理论和实践作出了不可替代的贡献。  百年地学研究的启示      突破传统，提出新思想、新学说，需要非凡的勇气、自信、想象力和严谨的科学思维，以及执著追求探索真理的毅力，这些品格和特点在魏格纳等人身上得到了充分体现。      回顾魏格纳等人的成就，我们从中获得的不仅是新的地球科学知识，更可得到多方面的启示。      启示之一：创新需要勇气和自信，需要科学非凡的想象力和严谨的科学思维。      突破传统，提出新思想、新学说，需要非凡的勇气和自信，爱因斯坦、达尔文如此，魏格纳也如此。提出新假说、创造新理论、创造新技术，除了勇气和自信以外，还需要想象力和严谨的科学思维，认真踏实地实施验证，需要收集获取大量的证据和综合分析的能力，需要扎实的数理基础，更需要有对探索自然强烈的兴趣和执著追求探索真理的毅力。这些品格和特点在魏格纳、赫斯、丹·麦肯齐和勒·皮雄等人的身上都得到了充分的体现。提出创新学说和理论之时，他们都还很年轻，但他们不囿于传统观念，也不迷信权威。魏格纳提出大陆漂移说时是32岁，瓦因对海底扩张说作出贡献时只有22岁，摩根、丹·麦肯齐和勒·皮雄提出地球板块构造学说时分别只有32岁、26岁和31岁。可见，青年人较少受传统思想和理论的局限和束缚，只要不迷信、不盲从，而是坚持思考、勇于创新、求真务实、严谨论证，一定能够做出大成就。      启示之二：地球科学是一门跨学科的复杂系统科学。      地球科学研究具有全球性、交叉性、复杂性、长期性的特点，诸如大陆漂移和地球板块构造学说、当前人们关注的能源资源分布、气候变化、海洋和极地研究等，都是全球问题。这就提示我们，地球科学家在研究本土和区域问题时，必须以全球视野审视面对的科学问题，积极关注、参与全球问题研究。      近现代以来，地球科学更是显示出多学科交叉融合的特点。近百年来，地球科学不仅与物理、化学等交叉衍生出地球物理、地球化学等新的分支学科，而且物理、化学、数学、生命科学、信息科学与工程技术等也深刻融入地球科学，并已经成为地球科学研究的核心内涵、知识基础或重要手段。      地球组成与结构、演化过程、动力机制复杂而多样，它不但由地核、地幔、地壳岩石圈、土壤和水圈、生物圈、大气圈等紧密关联相互作用，而且还受到天体相互作用和人类活动的影响，是一个多层次、多因子、多变量的复杂大系统，必须创造新的系统研究分析方法，创造新的研究工具和手段。地球科学研究的对象复杂多样，都需要经历成千上万乃至上亿年的演化，需要用各种方式收集数据并用不同的数学方法分析处理。地球科学假设、学说、理论不但需要实验、科学钻探和物理、化学探测和分析的验证，有时还需要等待其他领域科学技术的进展或探测分析手段和方法创新，需要经历长时间甚至几代人不懈的探索观察、分析检验和发展完善。因此，地球科学家应该有更广博扎实的知识和学科基础，更执著、严谨的科学精神，更能够承受得起自然风险、学术争论和各种困难和挫折，更有勇气和毅力、耐得住寂寞，这些也对地球科学人才培养和研究条件与环境都提出了要求，值得我们认真思考与改进。      启示之三：应为地球科学研究创造更加良好的条件和环境。      地球是人类以及我们的子孙后代赖以持续生存繁衍的家园，我们不仅要认知地球的今天，还应该了解地球的过去、它的演化进程和动力机制。魏格纳等人的贡献不仅仅在于其伟大的学科理论价值，更在于这一新的理论所带来的精神、物质和社会价值，它从根本上改变了人类对地球的系统认知，深刻影响了人类的科学观、自然观、发展观和价值观，充分体现了人类对于地球系统认知突破的意义和价值。      人类对自然的探索和认识永远都不会终结，科学研究有着永无止境的前沿。我们应为地球科学的发展创造更加良好的条件和环境。地球科学的全球性决定了无论是地球科学基础研究，还是资源能源、生态环境、气候变化、自然灾害应对等，都需要开放交流合作。      随着我国经济实力的增强，政府应当为支持全球科学合作做出更大的贡献，尤其应当支持我国科学家提出和自主参与的全球和区域合作项目。为了适应地球科学前沿研究的需要，我们应当鼓励多学科交叉融合，促进大学地学学科的课程设置和教学改革，促进地球科学研究机构、组织结构和人才队伍结构的调整优化，鼓励更多更优秀的物理、化学、信息、工程技术专家和数学家等投身地球科学研究。      鉴于地球科学研究对象的特殊性和复杂性，不仅需要?用各类高技术大科学工程手段进行现场探测，还需要创新实验室先进理化仪器精确分析，需要进行大规模数字和物理模拟仿真。地球科学基础前沿研究多具有公益性，国家应该根据地球科学研究的重大科学目标和实际需要，支持建设和加强相应的重点实验室等，为地球科学基础前沿研究提供先进的公共平台，为地球科学研究提供更多长期、稳定的支持，培养、吸引和稳定优秀人才和团队。同时，改革对地球科学基础前沿研究和人才的评价方法，使其更加符合地球科学研究创新发展的规律，为我国地球科学实现跨越发展，建设地球科学强国，支持引领科学、和谐、可持续发展创造更加良好的条件和环境。