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海底磁性条带的形成原因是什么?

归档日期:07-24       文本归类:反向推理      文章编辑:爱尚语录

  19世纪末,著名科学家居里在自己的实验室里,发现磁石的一个特性,就是当磁石加热到一定温度时,原来的磁性会消失?后来,人们把这个温度叫“居里点”?组成地壳的岩石含有铁矿物质,在成岩过程中因受到地磁场的磁化作用,获得微弱磁性;显而易见,被磁化的岩石与当时的地磁场是一致的?人们还发现,无论地磁场怎样改换方向,只要它的温度不高于居里点,岩石形成的磁性是不会改变的?也就是说,只要能测出岩石的磁性,也就能推知当时的地磁方向,这就是人们常说的化石磁性?正如地层中的生物化石一样,化石磁性完全可以用来指示地层形成时的环境条件,可以用来指示岩石形成时的地磁场强度及其方向?研究地球历史的地磁场变化规律的学说,叫做古地磁说?

  为了寻找大陆漂移说的新证据,从20世纪40年代后期开始,古地磁学家把研究的重点转向大洋底部?

  第二次世界大战结束之后,人们对海洋的探测技术有了很大提高,高灵敏度的磁力探测仪研制出来,并被运用到海洋调查中?首先进行这项研究工作的是美国哥伦比亚大学的拉蒙特地质研究所和斯克利普斯海洋研究所?这两个研究所的地质学家共同合作,从1948年开始,用了近10年时间,使用拖曳式磁力仪,在大西洋中脊上的海面上,往返航行近20个航次,进行古地磁调查?之后,另外一艘美国海洋调查船“先驱者号”在美国政府的资助下,使用全磁场磁力仪,以密集的测线和站位布点,对太平洋特定海域进行了古地磁测量?这两次调查,使人们获得了较为系统的大面积洋壳岩石磁性资料?科学家把所获取的古地磁资料进行对比分析,然后把磁力强度相同的洋底岩石用等值线的方式标绘在地图上?结果人们惊奇地发现,这些等磁力线条带,大都呈南北方向平行于大洋中脊两侧,而且磁性正负相间;每个条带长约数百千米,宽度多在数十千米?磁化强度很高的海底磁性体,形成了正向磁性条带,而相邻近的磁化很弱的海底戳性体,则形成负向磁性条带?分布在大洋底部的一条条磁性条带,就像是海底岩石呈条带状被磁化后引起的?海底磁性条带的发现,成为当时地学研究的一大奇迹,它的成因机理也是人们探讨的课题?

  海底磁性条带被发现之后,引起世界各国地质学家的极大兴趣?人们对海底磁性条带的形成机理,提出过种种假说?在众多假说中,最有代表性的是英国剑桥大学的两位学者,一个叫瓦因,另一个叫马修斯?这两位学者提出的海底磁性条带成因假说,直到今天仍为大多数地质学家们所接受?所承认?

  从1963年开始,瓦因和马修斯就对人们已经获得的一大堆海底磁性条带的资料进行研究,力求找到海底磁性条带成因机理,和它存在的地学意义?在他俩从事这项研究之前,海底扩张说已在地学研究领域中初步形成,特别是著名地质学家赫斯提出的“盖奥特”(即平顶海山)成因说理论对海底扩张说提出了有力证据?早先魏格纳提出的大陆板块说被冷落一段时间之后,又再度兴起?在这种背景下,这两位英国学者,把自己的研究和海底扩张说联系在一起,力图从古地磁学的角度来解释海底扩张说?瓦因和马修斯认为,海底磁性条带的出现,不是由于磁化强弱不均引起的,而是由于某种原因,在地磁场转向的背景之下形成的?当新的海底岩石在大洋中脊形成之时,如果当时地磁场正处在正向时,那么,就能获得正向岩性磁性条带;反之,则得到反向岩性磁性条带?这就是说,由于海底发生扩张,具有正向的海底岩石将被后来形成的新岩石推向两侧;如果此时处在反向地磁场的地质时期,形成的岩石当然具有反向磁性?在地球的地质演化过程中,地磁场曾发生多次反复转向,伴随的是新洋壳沿中脊不断地形成,不断扩张?这就在今天的洋壳上留下一系列磁化方向正反相间的磁性条带?从海底磁性条带分布的情况看,每次地磁场转向,都在当时新形成的海底上留下磁向的标记?也就是说,海底磁性条带实际上可以被看做是地球磁场不断转向的历史记录?

  从另外一个方面来讲,假如世界上各大陆自古以来从来就未发生过移动的话,那么地球上只能留下一条磁极迁移线?但是,地质资料告诉人们的事实是许多条极向不同的磁性迁移线?通过技术手段,人们在北美洲和欧洲大陆上,分别测得北磁极的迁移线,尽管北美和欧洲相距遥远,但磁极迁移线却十分相似,而且几乎是平行的?如果想把它们合并成一条线,只要把北美大陆向东移动3000千米,使两块大陆连接起来,形成一个完整的大陆板块?这个大陆块正好占据了大西洋今天的位置?这种推理假说如果成立的话,不正好与半个世纪之前,魏格纳提出的“大陆漂移说”不谋而合了吗?

  瓦因和马修斯关于海底磁性条带的解释,又使“海底扩张说”得到一个有力的证据,人们有理由相信,地球上的大陆是在漂移的?

  如果“海底扩张说”和瓦因?马修斯的假说是正确的话,那么,合乎逻辑的推理是,组成大西洋的岩石年龄不应该是均一的,而应该是有差异的?对此,加拿大地质学家威尔逊的研究小组,在1963年对大西洋洋底年龄进行了测定,通过丰富的资料分析,以及使用多种测年手段,果然印证了上述推理的存在?人们发现,在大西洋上,几乎所有的岛屿都是火山岛,它们的年龄相差十分悬殊?科学家们发现这样一个规律,越是靠近大洋中脊的洋壳,年龄越轻;越是远离大洋中脊的洋壳,年龄也越大?例如,地处大洋中脊上的扬马延岛的年龄只有1000万年,离洋中脊较远的百慕大群岛的年龄则是3600万年,远离大洋中脊快要靠近非洲西海岸的裴尔南多波岛和普林西比岛的年龄最大,有几亿年?威尔逊研究小组发现的大西洋火山年龄及其分布规律,是海底扩张说和瓦因?马修斯假说的一个极有力的证据?这与大西洋是在侏罗纪(距今约1.5亿年前)开始形成的说法相吻合?

  假说毕竟是假说,今天,科学家们仍然在对海底磁性条带进行研究探索?海底磁性条带的许多未解之谜,仍然是科学家们研究的课题?例如,是什么原因使地球磁场发生转向和地球为什么是一个巨大的磁性星体一样,让人们感到迷惑不解?地球发生磁场转向的内在机理是什么?是周期性的,还是非周期性的?今后地球的磁极还会转向吗?地磁场发生转向对地球的影响是什么?这种种问题,都是摆在科学家面前的难题?

  早先,对于地球磁场机理,前苏联科学家提出过“发电机说”?他们认为,地球内部的物质运动就像一个发电机,不断产生电场,使地球磁化,成为一个磁体?地球内部物质运动状态不同,则造成地球的磁性转向?这是从地球的内在因素提出的一种假说?地质学家又从太阳黑子的出现来认识地球的磁性变化?他们认为,太阳黑子的大规模出现是地球磁性变化的直接诱因?今天,更多的学者似乎赞成地球内的软流层系是决定地磁场变化的主要因素?人们普遍认为,地球的外壳是由坚硬的岩石圈组成,在岩石圈之下,蛰伏着由炽热熔融物质组成的软流圈?尽管人们对地壳下软流层系的存在方式还不清楚,但可以推断,软流层系的流动方式直接影响地球磁场变化?在地球地质历史过程中,软流圈物质按照自己的规律运动着,或是上涌,或是在岩石圈子做某种方式的流动?这种软流圈的存在和活动决定地球磁场的存在和变化?然而,有谁能真正了解地球内软流层系的变化规律呢?这其中的奥秘有待于科学家们进行更深入的研究和探索?

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