誰在折騰我們？ 宇宙探索

我們腳下雖然是堅實的大地，但每年約發生500多萬次地震，雖說它們之中絕大多數人們感覺不到，但其中還是大約有一二十次會對人類造成嚴重的危害。究竟誰在我們腳下製造不安寧呢？

大陸在漂移我們先講一件一百多年前的事：1910年的某一時期，年輕的德國地質學家阿道夫·魏格納住進了醫院。由於閑得無聊，他經常面對病房裡的地圖獃獃地出神。有時，他就用食指沿著地圖逐個畫各大陸的海岸線，藉此消磨時光。一天，他畫完了南美洲，突然手指慢了下來，停在南美洲巴西的一塊突出部分，眼睛卻盯住非洲西海岸的幾內亞灣。瞧！兩者的形狀竟是不可思議地吻合！巴西東海岸的每一個突出部分，都能在非洲西海岸找到形狀相似的海灣；同時，巴西的每個海灣，又能在非洲找到相應的突出部分。魏格納被自己偶然的發現驚呆了，他一口氣將地圖上所有一塊塊陸地都進行了比較，結果發現，從海岸線的相似形狀上看，地球上所有的大陸都能夠較好地吻合在一起。 於是，這位病中的年輕人腦海里形成了一個驚人奇想：在太古時代，地球上所有陸地都是連在一起的，後來因為大陸碎裂並各自漂移，才形成今天的格局。這個思想就是所謂的「大陸漂移說」。儘管魏格納後來又提出了更多強有力的證據，但在當時他的觀點卻被認為是荒謬的，原因是他不能解釋這些大陸漂移的動力來自何處。

不安寧的地幔這個問題直到1960年代，才給出答案：原來在「堅實的大地」底下，竟然是滾燙、粘稠的液態層，地質學上叫「地幔」。我們日常生活的地面是薄薄的一層岩石圈，叫地殼，地殼漂浮在地幔之上。地殼是由板塊組成的，因為地幔中的熔岩處於對流狀態，所以高溫的熔岩升到地幔的上層後，就向兩邊分開，驅動浮於其上的板塊向兩側漂移。這就好比煮餃子的時候，鍋中央的水沸騰之後帶動餃子漂向兩邊一樣。當然，地幔中的熔岩對流沒那麼快。處於對流狀態的地幔熔岩，因其對流的路徑很像羽毛的樣子，故科學家稱其為「地幔羽」。所以，地幔羽就是板塊移動的「傳送帶」。這個在「大陸漂移說」基礎上完善起來的理論叫「板塊構造理論」。即大陸板塊是由地幔熔岩對流而產生漂移的。由於這個理論不僅能夠闡釋許多地方的地貌特徵，還可以解釋為什麼大多數地震和火山都集中在板塊交界處，故它就成了當時地質學上的權威理論。

難以解釋的地質現象但是，有許多現象卻無法用「板塊構造理論」來解釋。如1812年1月23日，美國中西部的密西西比河谷地帶發生了一系列強烈的地震。但2個世紀過去了，我們對此依然無法理解，因為這一地區並非處於兩板塊交界處。令人費解的還有位於太平洋的美國夏威夷群島。這些島嶼歷來火山頻發，但要知道這一帶離太平洋板塊的邊界有幾千千米遠哩。2007年，英國劍橋大學的一個研究小組通過地震波檢測發現，蘇格蘭西面海底的地貌呈現出綿延的群山、峽谷和河流網路。通過分析顯示，這一地區原來是高出海平面1千米的陸地，而沉沒僅發生在最近的1百萬年內。對於板塊運動來說，要把一座海拔1千米的山沉到海平面以下，1百萬年的時間未免太快了。此外，像諸如「為什麼南太平洋中部的大洋地殼要比周圍高出1000千米？」「從非洲剛果南部一直到南非南部，包括馬達加斯加，這整片地區的地貌為何像裝雞蛋的盒子，高低有規律地起伏？」這些問題都是僅靠板塊運動所無法解釋的。

地球深處的折騰既然「板塊構造理論」無法解釋這些現象，那麼，我們必須考慮地球內部更深處的活動對地表地貌的影響。1980年代中期，地質學家開始利用地震波給地球內部「拍照」，才發現地球內部的活動並不簡單。我們知道，地震波在不同密度和溫度的物質中傳播，速度是不同的。通過在地表測量地震波到達的時間，我們就可以構建有關地球內部構造的3D圖。儘管目前用地震波「拍攝」的圖像粗糙而模糊，但最意想不到的是，科學家在地幔和地核的交界處發現兩個由熾熱物質組成的、直徑都有數千千米的地幔羽在朝著地表上升：一個位於南太平洋底下，另一個位於非洲大陸底下。我們知道在汽缸里，當氣體膨脹時，就把活塞往上推；而當氣體冷卻時，活塞就降了下來。如果把薄薄的地殼比做汽缸的活塞，那麼我們就可以解釋南太平洋中部的大洋地殼為何要比周圍高出1000千米，因為那兒正好是被朝上噴涌的超級地幔羽頂起的部位。類似的是，在阿根廷的西海岸，那裡的大洋地殼比周圍下沉了1千米，而根據地震波成像判斷，那裡正好是地幔羽物質冷卻和下沉的地方。如何解釋非洲南部像雞蛋盒子似的地貌？地質學家是這麼認為的：雖然整個非洲南部是被超級地幔羽支撐起來的，但在整個超級地幔羽的頂上，又會產生稍小局部的冷熱物質對流，換句話說，就是大地幔羽頂上又「長」出小地幔羽。在小地幔羽物質朝上噴涌的地方，地殼就被抬高，而在冷卻的地方則下沉。這些地幔羽物質上噴和下沉的位置，正好與當地地勢的高低對應。比如剛果盆地，就位於地幔物質冷卻的區域，因此比它周圍的地勢平均要低幾百米。為什麼大地幔羽上會長出小地幔羽呢？這是因為大地幔羽涉及的範圍太大了，中間的熱物質冷卻之後沒等移到大地幔羽的邊緣就開始下沉，但還下沉不太深，又受底部物質的加熱而升上來，所以就形成了局部的物質循環，即小地幔羽。地震波成像揭示，在夏威夷底下，一個稍小的地幔羽在朝上擴展——這或許可以解釋這個地方為何會出現海島，以及火山。所有這些例子表明，地球內部縱深處地幔物質的垂直運動，在重新塑造地表地形方面發揮了重要作用。而這種作用，是「板塊構造理論」所沒有考慮到的。

地球的立體運動從地震波成像來看，兩個超級地幔羽是沉積在地幔與地核交界處的兩團物質被地核加熱之後形成的。那這兩團地幔物質究竟來自何處？板塊理論認為，在兩板塊相撞的地方，一板塊俯衝到另一板塊底下，俯衝進去的部分隨即熔化，沉入地幔，然後在地幔的淺表層形成對流，通過火山等活動重新鑽出來，形成新的地殼。但地震波成像顯示，由地殼熔化的地幔物質，一部分在地幔淺表層活動，構成了板塊理論中的地幔羽（即小地幔羽），但還有一部分會一直朝著地心更深的方向沉下去。這些不斷下沉的地幔物質，沉積到地幔與地核交界處。然後受地核加熱，就升騰形成了超級地幔羽。根據這一理論，一位德國地質學家通過模擬演示發現，一段從北極阿拉斯加附近下沉的板塊抵達地幔與地核的交界處後，又被加熱形成地幔羽，上升至夏威夷群島附近，點燃了這裡的火山。如此說來，更完善的理論應該把板塊的水平運動和地幔物質的垂直運動綜合起來考慮。夏威夷大學的一位地質學家通過模型模擬了一個板塊沿著一個方向移動，同時底下的地幔物質朝著另一個方向運動產生的效果。這個模型預言了這種綜合效果在美國西部、歐洲南部、澳大利亞東部和南極大陸最為明顯。而所有這些地區正好就是又遠離板塊交界，又火山運動十分頻繁的地帶。這些事實總和起來表明，在過去、現在和未來塑造我們地球地表地貌的過程中，並非只有板塊在工作。地球內部更深處的活動是不能忽略的。如果說，「板塊構造理論」一度把地質活動簡化為2維的「拼圖遊戲」，那麼現在就要把地球的活動看做一個3維的運動了。