海底扩张说引发地质革命

在人类历史上，总有人引发一场被我们称之为“哥白尼式革命”的学科发展事件，哥白尼之于天文学，改变了整个天文学发展的历史轨迹；同样，康德终结了理性主义和经验主义的纷争，引发了哲学史上的“哥白尼式革命”；达尔文提出了以自然选择学说为核心的生物进化论，终结了生物起源问题只能付诸宗教的历史，引发了构建整个生物学大厦基础的“哥白尼式革命”；爱因斯坦的相对论和玻尔等人的量子力学，终结了物理学大厦已经建成的神话，引发了物理学的“哥白尼式革命”。而地质学上的“哥白尼式革命”，这得从“海底扩张说”说起，对这一学说最大的贡献来自于美国海洋地质学家、地球物理学家H.H.赫斯（Harry Hammond Hess，1906～1969）。

H.H赫斯

海底扩张说的形成当然不是赫斯一个人努力的结果。日本地球物理学家和达清夫（1902～1995）于20世纪30年代发现，环太平洋有全球地震活动强烈的震源带，环太平洋的震源带并不是平坦的，而是倾斜的；太平洋东岸的震源带倾角不超过30°，但西岸则达45°；它的倾斜方向通常指向大陆，但在澳大利亚东北的新不列颠、所罗门、新赫布里底群岛一线及台湾以南至吕宋岛一线则倾向大洋。到了1949年，美国地震学家H.贝尼奥夫（Hugo Benioff，1899～1968）在研究环太平洋深源地震分布时进一步确认此震源带的存在，现称此震源带为贝尼奥夫地震带。贝尼奥夫带的发现，标志着大陆和大洋间存在构造运动的关系。20世纪50年代中期，美国海洋地质学家B.C.希曾（Bruce Charles Heezen，1924～1977）提出，大洋中部普遍存在海底山脉，形成狭长延绵的大洋底部高地，称为中央海岭或大洋中脊。沿着大洋中脊，存在全球性的由于扩张作用使岩石圈破裂而形成的一系列狭长的断陷带，即裂谷系。

英国学者S.K.朗科恩（S.K.Runcorn，1922～1995）发现，地球的磁场从来不是恒定不变的，而是变化的，甚至经历过南北倒置的现象，我们把这种现象叫作古地磁极移动现象。S.K.朗科恩的研究表明，古地磁极随地质时代发生了迁移，如果“抹去”现今的大西洋，欧洲和美洲大陆可以由古地磁极移动曲线重合在一起，这当然能说明“大陆在漂移”，也说明大西洋是海底扩张的结果。

被称为“当代海洋地质之父”的H.H.赫斯一生充满了传奇色彩。赫斯于1906年5月24日生于美国纽约。1923年在耶鲁大学主修电子工程，两年后改学地质，1927年获得学士学位后，在非洲南部内陆国津巴布韦（原称罗得西亚）工作了两年，回国后考入普林斯顿大学地质系，继续攻读博士学位，研究弗吉尼亚的蚀变辉长岩（即锂铷铯矿石）。其后，赫斯在新泽西州的鲁特格斯州立大学、华盛顿特区的地球物理实验室、普林斯顿大学地质系等地从事科学研究，直到逝世。他还是南非开普敦大学和英国剑桥大学兼职教授，美国预备役海军少将。

第二次世界大战期间，赫斯在太平洋舰队服役，在“开普·约翰逊”号运输舰上担任舰长。在此期间，赫斯多次横越太平洋，舰上的回声测深仪记录到洋底有许多“山脉”（洋中脊），他以他专业的知识判断，这些星罗棋布的海洋中的山脉很可能都是沉没的火山岛，但他没能弄清楚这是怎么形成的。二次大战结束后，赫斯发表了他的发现。

1959年，赫斯在给美国海军研究办公室的一份报告中，根据大洋中脊的最新调查资料，首先提出了“海底扩张”和海底增生的思想。但是，赫斯当时并没有使用“海底扩张”这个词汇。这份报告流传很广，引起了地学界的普遍关注。1961年，美国海岸和大地测量调查局的海洋地质学家R.S.迪茨（Robert S.Dietz，1914～1995）正式启用“海底扩张”一词来概括海底增生和更新的过程。

1962年，赫斯为恩格尔主编的《岩石学研究》写了一篇题为《大洋盆地的历史》的文章，系统阐述了海底扩张的思想。赫斯在这篇被人们称为“地球的篇章”的文章中指出，同样特征的海底平顶山，离中央海岭（洋中脊）近的较为年轻（即形成的时间较短），山顶离海面较近；离洋中脊远的，地质年代较久远，山顶离海面较远。赫斯的解释是，大洋底部的一切运动过程，就像一块正在卷动的大地毯，从大裂谷的两边卷动（大裂谷是地毯上卷的地方，而深海沟则是下落到地球内部的地方）。地毯从一条大裂谷卷到一条深海沟的时间可能是1.2亿～1.8亿年。如果打个比喻，托起海水的大洋底部像一条在地幔中不断循环的传送带，因为在地球的地幔中广泛存在着大规模的对流运动，上升流涌向地表，形成了洋中脊，下降流在大洋的边缘造成巨大的海沟。洋壳在洋中脊处生成之后，向其两侧产生对称漂离，然后在海沟处消亡。在这里，陆地作为一个特殊的角色，被动地由海底传送带拖运着，因其密度较小，而不会潜入地幔。所以，陆地将永远停留在地球表面，构成了“不沉的地球史存储器”（如图所示）。按照赫斯的理论，大西洋正在扩大，太平洋正在缩小。

海底扩张与海底地形

赫斯的文章在地学界引起了巨大的震动，几乎撬动了整个地学界，对“大地固定论”产生巨大的冲击。在1967年4月举行的美国地球物理学联合会的年会上，赫斯应邀作了一个特别报告，详细介绍了海底扩张的概念和历史，得到了与会者一致的支持和赞扬。

时间回到1957年，美国科学家W.H.蒙克和H.H.赫斯倡议，用深海钻孔穿过莫霍面，以研究地幔的物质组成，这就是“莫霍计划”。虽然这次计划并没有成功，但为深海钻井积累了经验。1964年，由美国斯克里普斯海洋研究所等五个单位联合发起组成“地球深层取样联合海洋机构”，并提出了深海钻探计划。它是通过在大洋和深海区进行钻探而获得海底岩心样品和井下测量资料，来研究大洋地壳的组成、结构、成因、历史及其与大陆的关系。1965年，在美国东海岸的布莱克海台试钻成功。1968年8月后，苏联、联邦德国、法、英、日等国相继加入深海钻探计划。到1983年11月计划结束时，参与计划的“格洛玛·挑战者”号船共完成了96个航次，钻探站位624个，实际钻井逾千口，航程超过60万公里，回收岩心9.5万多米，除冰雪覆盖的北冰洋以外，钻井遍及世界各大洋。

深海钻探的原始资料与成果验证了赫斯的海底扩张学说。