第二章 地壳均衡说

这里的均衡是指压力平衡，或者说固体地壳在较重的岩浆基底上漂浮。象一块冰由于负重而会更深地沉入水中一样，大陆地块负重后也会更深地沉入比重大的岩浆中，在负荷减轻后则再浮起，如果大陆台块为大陆冰盖所覆盖，它就下沉，冰盖融化后，海侵时形成的海滩线随之升起。冰盖厚度最大的中央部分沉降也最厉害，因而可以在这里找到最高的海滩线。从德·耶尔的等升线图可以看到，最后一次冰期时斯堪的纳维亚中央部分的海侵至少达到 250 米，向外则逐渐减弱①，对“大”冰期则估计数字会更大。德·耶尔证实了北美洲冰川地带也有同样的现象。鲁茨基指出，基于均衡说假设算出的大陆冰层厚度值是合乎情理的，即斯堪的纳维亚为 930 米，北美洲为 1，670 米（人们假设那里的沉降为 500 米②）。

沉积物自然也会起同样的作用。如果说在地表下，我们已经钻到的冰川底冰碛最大深度在汉堡附近为 190 米，在乌德勒支为 160 米，在柏林为 125

米，在吕德斯多夫甚至为 175 米，因而今天在广阔区域内位于海平面以下。这样，根据上述原理，显然没有必要假设底冰碛在沉积时就位于海乎面下如此深的位置。费舍尔似乎首先认识到均衡说这个有趣的结论。来自高处的所有堆积只要波及较大的地区，都会导致地块的沉降，固然时间会稍错后，从而使新的地表处于和原有地表几乎相同的高度。是否会超过原来的高度则取决于沉积物的比重。但沉积物一般都比较轻，因而虽然基底下沉，整个地槽仍然可能为沉积物所填满。但是由于起作用的总只是沉积和沉降的差，因此这里需要的沉积物的厚度必然往往是地槽初始深度的很多倍。我们在下面还要返回来谈这一点。

关于地壳的这种均衡说，从上世纪中叶以来已经出现了大量文献，但是最近各不同学科才取得一致的看法。这种假说是以普雷特的名字命名的（“均衡”这个词是德通到 1892 年才使用的），他于 1855 年首先发现喜马拉雅山脉对测锤并没有产生原先设想的引力，此后艾黎、费耶、赫尔梅特等人提出了一个想法，认为加于大陆上面的山体由于在它们下面的某种质量亏缺而得到补偿。原来关于地下空穴的想法出于地质的原因而被抛弃了，最后剩下的只有海姆首先提出的假设，即山体下部较轻的岩石圈具有特别大的厚度，从而把较重的岩浆压到了较深的位置（图 1）。

在海洋岛屿上所作重力测量的结果，也是出乎意料的，它得到的不是易于理解的重力减小。由于轻的海水取代了重的岩石，重力本应减小，可是测量结果，却和陆地上测量所得的数值大致相等。亨逊在北极洋弗拉姆探险旅行（1893－1896）中所进行的测量也得到同样的结果。当时在大洋上进行观察有困难，因为许特恩艾克摆的振动周期只有把仪器固定好才能测出。为此赫克尔把摩恩以前提出过的一个建议付诸实施，就是在远洋中同时对汞气压计和测沸点计读数以确定重力①。赫克尔在 1901 年作了一次航行，从里斯

① G.de Geer，Om Skandinaviens geografiska Utveckling efter Istiden，Stockholm 1896.

② Rudzki，Physik der Erde，S. 229， Leipzig 1911.

① 从水的沸腾温度不难确定气压的绝对值，而汞气压计给出的值是汞柱的重量，但相同的柱长的重量是取决于重力的。因而两个数据的差系由于重力偏离其正常值而产生，这就可以用来求出重力。这个方法的精

本到里约热内卢，1905 年又穿过地中海到澳大利亚和旧金山，并回到横滨， 航行中所作的观测，才最终确定了大洋中预期的重力亏缺并不存在。在赫克尔的航行之前，费耶、赫尔梅特等人就已对此作出了正确的解释，他们设想在海洋下部地球由比重较大的物质组成，而在大陆下部的物质则比重较小。但他们并非假设深海底本身由这种重物质构成，下文中我们则认为它可能是由重物质组成的。相反，甚至在最近，所有作者（洛乌卡谢维奇，海姆在图 1 中所引的示意图等）还都附和艾黎 1855 年就已提出、后来又为斯托克斯所发展的观点，即岩石圈包裹着全球，只是在海洋下面比在大陆下面薄。②其实这样已经可以解释那些重力观测结果，但是下一章将要提到的存在两个最常出现的高度面这一点仍然无法解释。但是两种观点都认为海洋明显的质量亏缺，由于在其之下的重量状况而正好得到抵销，这证明陆地地块和洋盆之间也存在着均衡状态。围绕着均衡说的适用范围开展了极其大量的研究工作， 因为事实表明均衡说对地壳中很小的地限并不适用，如对单个的山（特别是块状山，也许还有火山）；因而我们必须设想这些部分是由整个陆块的弹性所承受的，就象把一块石头放在一个冰块上那样。这时均衡存在于冰块加上石头这个整体与水之间。就地壳而言也必须假设，由于加上了一座这种块状山，其整个周围地带下降了，当然下降的幅度是微不足道的；山本身却没有在均衡方面得到等同补偿。地堑裂谷、深海沟和一些其它现象有时也会偏离均衡说，对它们都需要作专门的解释。在地表的所有较大单元之间，这种压力平衡就我们的测量精度来说却已经完全达到了。在大陆上，很少能够测得出直径几百公里的形体对均衡状态的偏离。如果形体的直径只有几十公里， 大多只存在部分的补偿；如果只有几公里，则这种补偿往往完全不存在。当然对于海岛，无论它们多么小，都必须假设处于均衡状态，因为这里不存在任何把它们承托起来或者从旁边把它们固定起来的地块，相反，它们直接漂浮于海洋的岩浆基底之上。由于这个原因，人们也不得把例如太平洋上的火山岛想象为完全由熔岩堆成并且座落在深海基底之上，而是必然存在一个由组成陆地的那种轻物质构成的核心，并且我们下面还将详细论述，它的绝大部分，也就是百分之九十五，一定要沉没在水面之下才能使其余的百分之五露出水面。最近的地区性研究结果，也明显地表现出这一趋势；嘎格尔指出， 卡纳里群岛不是由火山物质、而是陆地的碎块组成的，豪格并强调很多太平洋上的群岛也是这样。

不难看出，大陆范围均衡存在的有效界线具有多么重大的物理意义。在大面积的规模上地壳表现为塑性的，在小面积时则是刚性的。这里出现的是质量力（重力）占主导地位向分子力（强度）为主的过渡。均衡意味着质量力占优势①，均衡的丧失则表示分子力占优势。正是由于这个原因，很小的天体，如某些行星的卫星和一些小行星不再呈球形，陨石自然更是如此；因为球形表示均衡。月球作为整体来看时，已经受均衡的支配；但是月球表面的十分不平坦，表明那里的质量力已经比地球上弱得多，从而分子力的作用增强。山岳的高度也不是偶然的数值，而主要是由这两种力的比例关系确定的。

确度虽然比用摆的方法差十倍，但是还能勉强满足我们的上述目的。

② 但自我的第一篇文章发表以来，已经有一些研究家，如安德烈和达奎，赞同我的观点。

① “克分子力压倒分子力”（见 Loukaschewitsch，Sur le m(canisme de l’(-corce terrestre et l’origine des continents，S. 7. St.Petersburg 1910.）

这种比例使得山岳也不会长到天上去，而是当地块超过一定厚度后，其物质主要从底部向四周流去，于是就降低。

基于这些考虑还可以推论，所有把地球理解为某种形式的晶体的假说都是站不住脚的。这样，科恩最近假设的地核铁晶体②本身立即会取得球状，很多人鼓吹的收缩四面体③也只有在足够小的橡皮气球才能产生，而对天体是不可能的。

在形成褶皱山脉中，均衡起着特别重要的作用，但这一点往往还没有得到相应的承认。与这种造山作用有关系的因素将在以后专设一章综合加以论述；这里只想提出下面这一点。上面已经提到，从重力测量，我们必须得出结论，认为这种山脉作为整体是通过补偿达到均衡的，地块向下方相应加厚表明了这一点。如果说目前年龄如此不同的所有山脉情况都是这样的，则我们显然必须作出结论，认为在其形成的所有阶段均受均衡作用的支配，或者换句话说，褶皱山脉是在维持均衡的情况下通过推挤作用产生的。如果我们把漂浮在液体上的一块大的塑性盖通过水平压力很缓慢地推挤，就会得到类似的情况。若假设这时塑性盖先有四分之三沉入液体以下，那么变厚以后也会有四分之三沉下去；因为液面以上和以下部分之间的比例必须保持相等。由于地内岩浆和漂浮于其上的岩石壳之间的密度差微小，后者几乎完全沉入前者之中；只有百分之五露出岩浆平面之上，而百分之九十五潜于其下，因此地块由于推挤造成变厚后也必须保持同样的比例。也就是说，我们在山脉中看到的只是整个推挤作用的一个微小部分。因而说山系的“褶起”是容易引起误解的。在这个过程中受推挤地区重心的沉降幅度往往是巨大的，达到50 公里甚至 75 公里！我认为通过上述论证，使得所有那些把阐述山脉“隆起”作为其专门任务的理论都失去了根据。因为一旦要为这种隆起去假设某些特殊的力量，就必然要确认它们的进程是违背均衡作用的，这显然不符合实际情况。

反之，山脉由于冲蚀作用引起的剥蚀，也是在维持均衡的条件下进行的， 推挤而成的沉积盖层，开始时还完全覆盖着原始岩石，当然首先遭受剥蚀。喜马拉雅山脉就表现着这个阶段，它目前还处于挤压大力进行的时期。阿尔卑斯山脉则剥蚀已甚为发育，从而中心原生岩石带从沉积岩中裸露出来，而挪威的山脉中沉积外壳已被完全清除。但是由于均衡的原因，原生岩石核心必然上升，其程度大致相当于从其上除去沉积岩所减轻的负荷；也就是说， 虽然山脊的高度在剥蚀过程中要下降，其程度却远不会象剥蚀那样大。

② H.Kohn，Die Entstehung der heutigen Oberfl(chenformen der Erdeund deren Beziehungen zum Erdmagnetismus.Ann.d.Natur-u.kulturphi-losophie XII， S.88－130.

③ 达奎在 Grundlagen und Methoden der Pal(ogeographie 一文中对此作了详尽报导 S.55 ff. Jena 1915。