地球/6b. 板块构造：你疯了，阿尔弗雷德·魏格纳
当阿尔弗雷德·魏格纳出现在格陵兰岛冰雪覆盖的中心地带的冰原站时，人们感到非常惊讶。1930年10月19日，冬天来临之际，他的狗拉雪橇在北极的寒风中穿过，运送着物资，这些物资将使3人小组能够在冬季留在气象站。他们的任务是在巨大的冰盖上记录全年的天气，但夏季物资减少了，新的物资直到秋季末才到来。他们不得不放弃气象站，但阿尔弗雷德·魏格纳和他的年轻助手拉斯姆斯·维卢姆森的到来改变了他们的计划。这两位旅行者在刺骨的寒冷中受苦，气温降至-60°C（-76°F），只有厚厚的皮毛和大衣保护着他们。拉斯姆斯在旅途中冻掉了脚趾，他们看着气象站的3人小组，仿佛站在死亡的门槛上。他们只带了足够的食物和燃料来喂养和保暖3人小组，希望能回到他们的主要营地。但天气变得越来越冷，因为冬天即将来临。最初，他们带了更多的物资，但为了不失去人手，只有魏格纳和他的助手带着最少的物资，为3人小组在冰盖上的偏远前哨站度过冬季。如果魏格纳拒绝旅行，那么驻扎在冰盖上孤立前哨站的全体人员将没有足够的食物，他们会饿死，所以他和拉斯姆斯·维卢姆森驾着狗拉雪橇，继续穿过冰雪世界，进入格陵兰岛中心。在到达气象站，将他们的物资交给感激的全体人员后，这两位庄严的男子消失在了冰雪覆盖的世界中。
15年前，年轻得多的阿尔弗雷德·魏格纳在德国马尔堡大学教授物理学、气象学和应用天文学，马尔堡是一个小镇，以马尔堡城堡而闻名，这是一座位于大学山顶的11世纪城堡。这是一个理想的教学场所，魏格纳是第一次世界大战前和平年代里一位备受尊敬的教授。在过去十年中，他的研究集中在研究大气温度，并在弟弟的帮助下，他一直在向空中发射气象气球，以记录大气中不同高度的空气温度。当莱特兄弟在美国尝试开发飞行器时，魏格纳正在发射第一批气象气球，这些气球配备了温度计，用来测量不同海拔高度的温度变化。他的研究发表在广受好评的《大气热力学》（Thermodynamik der Atmosphäre）一书中，该书还报告了他1906年短暂考察格陵兰岛期间对不同海拔高度的大气温度的测量结果。这次旅行让他接触了北极探险，他对北极探险的迷恋从未消失。
在所有关于全球大气环流的研究中，魏格纳会盯着地球的地理地图，注意到大陆似乎以一种奇怪的方式拼凑在一起。南美洲的东海岸似乎与非洲的西海岸相呼应，而北美洲和欧洲似乎相互契合，格陵兰岛位于它们之间。如果你能把海洋切掉，大陆就像一个拼图，相互锁在一起，形成一个超级大陆。
1912年，魏格纳在著名的法兰克福森肯贝格自然博物馆的地质学会议上提交了他的疯狂的想法。该博物馆最近安装了一只来自美国的巨型双腔龙恐龙。他的演讲认为大陆已经漂移，它们的裂开产生了海洋盆地。他最强烈和最直言不讳的批评者之一是一位名叫马克斯·森珀的地质学家，他研究化石贝壳以了解洋流的历史，他的研究强烈表明大陆并没有移动，化石的分布表明海平面在地球漫长的历史中上升和下降，但大陆却固定不动。然而，对于听众中的许多其他地质学家来说，魏格纳的想法很有趣，这是一个需要大量测试和证据收集才能证明大陆是否确实漂移开的假设。魏格纳次年返回格陵兰岛，在那里他穿越了格陵兰岛冰原，从丹麦港到坎格苏阿西阿克，这段距离远远超过挪威探险家弗里乔夫·南森穿越格陵兰岛的距离。虽然这次探险让这位年轻的科学家获得了一些名声，但他几乎死在了这次旅行中。回到家后，他娶了著名的俄罗斯地理学家和气候学家弗拉基米尔·科彭的女儿，弗拉基米尔·科彭也是他的导师和老师。从1913年到1915年，魏格纳并没有放弃他对大陆漂移的假设，并继续写关于他关于古代超级大陆（泛大陆）以及它如何随着时间的推移而分裂的想法。
1914年，第一次世界大战把他带到了前线，他参加了战争，尽管战争仍在继续，但他仍然致力于形成自己的想法。战争期间，他出版了一本关于他想法的综合性书籍，名为《大陆与海洋的起源》（Die Entstehung der Kontinente und Ozeane）。魏格纳深入研究了等静力学理论；即研究坚硬的脆性岩石圈在弱塑性软流圈上的分布，以及这些层在较长时间的地质时间尺度上如何影响大陆运动，因为岩石圈板块被软流圈下面的运动所携带。他写道：“可以假设，大陆地壳在运动中能够进行等静力补偿，不仅在垂直方向（如山脉的上升和下降），而且在水平方向（随着大陆的运动）。”魏格纳超越了仅仅是一种猜测或想法，将其发展成一个正式论证的科学假设，其中包含了众多关于如何进一步检验该假设的例子。但第一次世界大战将在欧洲持续三年。他的书和想法并没有被广泛阅读，并且只用德语出版，因此它们没有传到英国或美洲。战争结束后，魏格纳并没有放弃自己的想法，而是转向新的科学兴趣，包括与刚获得自由的塞尔维亚科学家米卢廷·米兰科维奇合作研究地球过去冰河时期和地球轨道振荡。1926年，他前往美国，在纽约市做了一次关于他想法的演讲，虽然到那时他已经将自己的想法更充分地扩展成板块构造理论，即形成大陆的厚岩石圈板块的运动以及它们如何在弱软流圈上漂移。他的想法仍然被认为是激进的，即使在美国地质学家群体中，也并没有得到很好的接受。他回到德国，在那里他获得了政府的资金，回到格陵兰岛继续他的气候研究，并在格陵兰岛冰原的中心建立一个气象站。他将负责整个探险队，在1930-1931年的冬季，从冰原的中心采集温度数据。
从位于格陵兰岛中心的氣象站出发，两位男子在冰封的土地上继续前进。他们从灾难中拯救了探险队，船员将在接下来的冬天记录温度，但他们在一年中这么晚的时候越过冰盖，让自己置身于极大的风险之中。冬天正在向他们逼近。他们带着狗拉雪橇，以及为他们自己准备的少量食物和补给，继续向主基地营前进。魏格纳已经50岁了，他很喜欢他的烟斗烟。当最后一只狗在寒冷中死去，他不得不自己拖着雪橇时，他不准备进行这次旅行。在穿越冰盖的一半路程中，在地球广阔冰盖的冰封景观中，他死了。拉斯穆斯·维卢姆森匆忙地把他埋在冰里，然后继续前进，再也没有被看到。随着阿尔弗雷德·魏格纳的去世，板块构造理论最著名的支持者消失了。这个想法被地质学家搁置了几十年。需要新一代的科学家来发掘地壳运动的证据，并推动板块构造理论的发展。
为了寻求科学证据来检验板块构造理论，一个巨大的限制来自于人们对海底实际地质的了解不足。海底隐藏在黑暗的深海之下，虽然看不见，但它是关于大陆运动的最重要信息来源。根据板块构造理论，海底是年轻的薄地壳，由冷却的熔融岩浆上升形成，将海底劈开并推动大陆分离。第二次世界大战的到来让公众意识到，人们对海底地形普遍缺乏了解。美国政府和美国海军迅速资助了绘制海底地图的项目。第二次世界大战在海上进行的程度与在陆地上进行的程度一样大。了解海底地形将有助于寻找潜伏在海岸附近深海中的敌方潜艇。使用回声测深仪进行了新的水下调查，这些测深仪向海底发射声波，并记录声波返回水面上的船只所需的时间。通过这些船只的航行，可以绘制海底深度图，这被称为测深法；测量水深。第二次世界大战期间研发的另一个先进工具是磁力仪，它可以拖在船后，记录海底的磁异常。潜艇主要由铁制成，因此它们出现在海底会导致地球磁场发生扭曲，就像指南针靠近一块铁块一样。磁异常可能预示着船体下方有潜艇。在第二次世界大战期间和之后，这两种技术被用于开始对地球海底进行全面测绘——这项任务大部分是由一位名叫玛丽·塔普的女性完成的。
玛丽·塔普于 1947 年抵达纽约。她被雇用绘制地图，这些地图基于一个新的项目，该项目旨在绘制哥伦比亚大学的拉蒙特地质实验室世界海底地图。塔普在地质学和数学方面受过良好的教育。在战争年代，需要女性科学家研究地质学来寻找燃料战争的石油，她被招募到密歇根大学学习地质学，获得了硕士学位，然后在俄克拉荷马州继续学习数学。到达实验室后，玛丽·塔普与一位名叫布鲁斯·希森的地质学家合作，开展了一个寻找战争年代失踪的船只和飞机的项目。作为团队中唯一的女性，玛丽·塔普无法乘坐任何海军舰艇，这意味着她必须留下来在她的绘图桌前工作，而布鲁斯·希森则周游世界记录关于海底的信息。尽管缺乏第一手经验，玛丽·塔普还是会利用团队其他成员收集的数据来绘制海底地图。这是一个历史性的机会，让她填补了地球表面最后一片未经探索的空白区域，一个以前从未探索过的地方。整理大量记录着每艘船的地理位置和测深法的资料是一项繁琐的工作。但到了 1950 年代，她发现了一条贯穿大西洋中心轴线的洋中脊。
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一条从海底隆起，崎岖不平、沿着峡谷裂开和移动的脊，代表着较小的垂直脊和山谷。地震勘测显示，莫霍面在这些洋中脊下方极度浅薄，地壳很薄，并且从海底隆起。布格重力异常进一步证实了这一点，这些异常表明洋中脊下方地形高，并且构成这些脊的岩石层密度低，温度高。这些洋中脊就像鸡蛋壳上的裂缝，将海洋一分为二。对东北太平洋海岸磁异常的调查揭示了一种斑马状的磁反转模式，这在当时让地质学家感到困惑。但对玛丽·塔普来说，她从海底地图中发现和收集的所有这些证据都支持魏格纳的板块构造理论——海底正在从这些洋中脊生长和扩张，推动大陆进一步分离。它们从海底隆起，由下方软流圈的热对流驱动。在这里，洋中脊标志着海底的扩张，因为熔融岩浆以一系列长长的水下火山和火山喷口的形式被带到海底。这些洋中脊是推动大洋盆地扩张的发散板块边界。它们较高的地形是由于热岩浆向上移动，而当地壳从高脊发散，冷却并沉入深海平原。垂直脊和峡谷是由于海底这些扩张脊的扩张速率和速度不同造成的，导致横向断层。
太平洋海底的磁异常以带状形式出现，这些带状反转了海底富含铁的岩石磁场的方向，后来发现这些带状几乎遍布整个海底。这些带状似乎记录了从这些扩张脊生长和移动的历史。
艾伦·考克斯在学校成绩并不好，在他选择的化学专业中也遇到了困难。在第一个学期结束后，他从加州大学退学，加入了美国商船队。作为一名水手，他周游了世界各地的海洋，并且在海上成为了一名狂热的读者，他想要回到学校，学习更多关于地球的知识。1950 年，他被地质学家克莱德·瓦赫拉夫蒂格雇用，帮助他绘制和研究阿拉斯加的冰川。这两位男子开始了他们在阿拉斯加荒野中的工作。在他们密切的合作关系中，两人坠入了爱河。艾伦·考克斯和克莱德·瓦赫拉夫蒂格都是隐藏的同性恋，他们保守着这个秘密。克莱德·瓦赫拉夫蒂格敦促考克斯回到学校。考克斯回到加州大学完成他的化学学位，但再次失败，被征召入伍。在军队中，考克斯一直与克莱德·瓦赫拉夫蒂格保持通信，并在 2 年后将专业改为地质学，并在阿拉斯加与克莱德·瓦赫拉夫蒂格度过了更多夏天。1955 年，考克斯意识到地质系没有教给他全部的知识，阿尔弗雷德·魏格纳关于大陆漂移的著作是禁书，只有一位教授约翰·弗霍根博士在学校的演讲厅里承认了它的存在。考克斯与其他学生组建了一个地质俱乐部，在当地一家酒吧见面，喝酒并讨论禁区地质学；大陆漂移和板块构造。
当岩浆或熔岩冷却和固化时，它所含的磁性铁矿物会沿着地球磁场平行磁化。岩石的磁性方向在冷却时被固定。地球磁场随着时间的推移发生了变化，在过去发生了完全的反转，其中磁极变成了南极，反之亦然。这些保存在曾经熔融的岩石中的极性反转成为考克斯研究的基础，因为他相信它们可能提供了一种检验大陆漂移和板块构造理论的方法。
1959 年，他获得了地质学博士学位，被美国地质调查局聘用，与一个团队合作开发地磁极性时间尺度。使用地磁层序对沉积岩层进行年代测定当时还不可行，因为虽然人们知道地球磁场的极性在其历史过程中发生了反转，因为地核和外核在地球内部旋转，但这种极性反转记录的性质在时间上尚未得到理解。艾伦·考克斯与理查德·多尔和布伦特·达尔林普尔合作。这项研究需要测量曾经熔融的岩层中的磁性反转，以及计算每层的放射性年龄，以制作出一个可行的地磁极性时间尺度。他们的工作对美国地质调查局的岩层年代测定具有重要影响，被称为考克斯-多尔-达尔林普尔日历。
太平洋海底观测到的磁异常，呈现出类似斑马条纹的图案，与考克斯-多尔-达尔林普尔地磁年表揭示的模式相吻合，就像两个匹配的条形码一样。跨越洋中脊的记录在海底展现的模式，与其他地方岩层中精心编制的年代学模式相一致。1973 年，随着艾伦·考克斯的《板块构造与地磁反转》和玛丽·瑟普的 1973 年绘制的整个海底地图（显示洋中脊的分布）的出版，板块构造理论成为地质学中的标准模型。教科书被改变，两人都因收集支持阿尔弗雷德·魏格纳首次提出的激进理论的证据而成为著名的科学家。
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