前已述及,20世纪50年代海洋地球物理的最重要成果之一就是发现了海底条带状磁异常,这无疑是一项重大科技进步,但随之而来的问题则是海洋地壳为什么会形成如此规模、如此规律的磁异常条带。对此,当时的学者们可谓绞尽脑汁,提出了各种不同的解释,但都遭到了否定,只有英国剑桥大学大地测量和地球物理系的两位青年学者瓦因(F.J.Vine)和马修斯(O.H.Mathews)提出的解释模型最终放了异彩。
英国是使大陆漂移说东山再起的故乡。当瓦因还是剑桥大学的学生时就对大陆漂移说十分赞赏。随后瓦因成了剑桥大学以布拉德(Edward Bullard)为首的海洋研究组的研究生,并于1962年参加了欧文号海洋考察船对印度洋卡尔斯伯格中脊的地磁调查,而马修斯则是与瓦因共住一室的瓦因的研究顾问。这两位勇于探索的年青人,不但用计算机处理了印度洋卡尔斯伯格中脊的大量磁力异常数据,而且还分析对比了大西洋和太平洋的有关资料,就这样,一个崭新的洋底磁异常解释模型就酝酿成熟了。
瓦因和马修斯认为,海底磁异常条带不是由于海底岩石磁化强弱不均所引起的,而是由周期性正、反向转向的地磁场所引起交替磁化的熔岩(玄武岩)条带产生的,也就是说,条带状磁异常是地球磁场正、反系列在“传送带”上的水平投影。产生的过程是:当地幔物质沿中脊上涌形成新洋壳熔岩,并冷却到居里温度以下时,必定会受到沿当时地磁场方向的磁化,如果当时的地磁场是正向的,则获得正向极性,如果是反向的,则获得反向极性。这些已被周期性转向磁化的熔岩条带,随着洋中脊新洋壳熔岩的生成而不断向两侧推移,就成了对称于洋中脊,呈平行分布的磁异常条带图式,也就是说,海底条带状磁异常图式是由在相反方向上磁化的海底条带造成的,可以用海底扩张和地磁场转向理论来解释。
为了检验瓦因—马修斯模型的正确性,瓦因和威尔逊(J.T.Wilson)将加拿大温哥华岛外的胡安·德富卡洋中脊的磁异常条带与考克斯的地磁年表进行了对比,发现海底正、负磁异常的排列顺序不仅与地磁极性年表一致,而且正、负异常的宽度与地磁年表中的正、反极向时间的长短成正比,在海底扩张速率没有多大变化时,时间间隔越长,相对应的海底磁异常条带宽度就越宽。如果选定一个合适的扩张速率,那么根据地磁年表就可以从理论上定量地计算出海底磁异常剖面,然后对此剖面进行地磁实测,并把二者加以比较后发现,一致性大于差异性,这就是图4.10和图4.11中理论剖面(计算剖面)与实测剖面所表现的那种非常巧妙的一致性。这种一致性不仅在东太平洋海岭如此,而且在大西洋海岭(雷克雅内斯海岭)、印度洋海岭、南极海的海岭也都如此。虽然一致性的程度有所不同,但从倒转史的绝对时间反过来求扩张速率值还算是成功的。
对深海沉积物磁化方向的测定也可以检验瓦因—马修斯模型。图4.12就是美国拉蒙特地质研究所的奥普代克(N.D.Opdyke,1966)对南极海海底土层岩芯所进行的剩余磁性的测定结果。不难看出,海底沉积物的正、反交替磁化现象亦非常明显,不仅可分出近代吉尔伯特时期的正、反向极性期及短暂的反转事件,而且海底沉积层中正、反向磁化段的厚度还可以和地磁年表中正、反向极性期的时间长短,以及与磁异常条带的宽度相对比。这样上述三种地磁测量数据,即陆上熔岩地磁极性转向年表中的时间间隔(几万年或几十万年),海底条带状磁异常的宽度(几千米或几十千米的平均距离)及深海岩层岩芯正、反向磁化段的厚度(几厘米或几米的垂直长度)都取得了相互一致,即“三位一体”的定量比例关系①,这也正是瓦因—马修斯模型假定海底扩张速率均匀不变时所设想的, 这一设想和由设想而来的预见, 后来都被更多的海洋磁力测量以及深海钻探和同位素年龄测定结果所证实。
瓦因—马修斯模型最早发表于1963年9月,不久在一次讨论会上有人质问瓦因,“你对这些数据的精确度做过统计没有?”瓦因回答说:“我不做统计,我只是根据事实行事而已。”事实上在1963年以后的短短几年内,有关该模型的研究论文和资料像雪片似地飞向各地球科学刊物及地质学和地球物理学年会。它们都证明,海底是扩张的,大陆是漂移的。所以,1967年威尔逊宣布,地球科学发生了一场革命!欧美地质学界的一些人则把1967年当作地球固定论转变为地球活动论的一个转折年。
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① 由于“期”和“事件两个术语在命名时存在一些弊病,《国际地层指南》(1979)已将它们废弃,并建议把Epoch改用时(Chron),把Event改用亚时(Subchron)。
① 洋底磁异常号n与其所代表的年龄A(Ma)之间存在简单的经验关系式,n≤5时,A=2n-1;当n>5时,A=2n+11。例如,5号磁异常的年龄大约为900万年,32号磁异常的年龄大约为7500万年。
① 若海底扩张速率和沉积速率均匀不变,则海底地磁条带宽度和海底沉积物地磁异常厚度与相应地磁场持续的时间成正比;两个相邻地球地磁场正、反向极性时间之比与相应海底地磁异常正、反向条带宽度之比和相应海底沉积物正、反向磁异常厚度之比是一致的。
本文标题:海底磁异常(3)
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