第九章 移动的动力

如上面各章所表明，相对大陆移动的确定和论证是纯经验的，即从大地测量、地球物理、地质、生物和古气候的迹象论定的，但没有任何关于这些过程原因的假设。这是归纳法，自然研究在绝大多数情况下必须走这条途径。自由落体定律和行星运动的公式，开始时是由纯粹归纳的途径通过观察得出的，后来才有牛顿提出从万有引力的同一个公式演绎地推导出这些规律。这是研究工作中不断重复的正常进程。

大陆移动论的“牛顿”尚未出现。大家恐怕不用担心他不出现；因为这个理论还年轻，而且还多方受到怀疑，最后如果理论家不愿马上费时间和精力去阐明一个其正确性尚未得到一致公认的规律，也不能去责怪他。但是当然动力问题的完全解决，很可能还要等待很长时间；因为这意味着要解开一大团相互纠缠着的线团，这里往往很难确定线头在那里，即什么是原因，什么是产生的作用。其实，大陆移动、地壳漂移、地极漂移、内部的和天文的自转轴移位这整个复合体的动力是一个互相联系的问题，这一点一开始就是清楚的。

直至现在只解决了唯一的一个分题，对几个其它分题则提出了推测。 对探求动力问题特别有意义的，首先是我们上面称之为地壳漂移的那种

运动，它是指大陆地块相对于其基底的运动。它之所以有意义，是因为起码在大多数情况下应理解为作用于大陆地块的移动动力产生的直接作用，而这种力对在它下面的物质或则完全不起作用，或则起作用比较微弱。

上面已经指出过证实这两种运动的大量具体事实。最直接可以看到的， 是在现在全球图景中各大陆地块的向西漂移。古老时期的极逸离，大都因地极今天的位置已经变化而被掩盖，只有在复原了当时的地极位置后才能正确地显示出来。但是它通过极地地区大陆地块的裂离以及在赤道附近的推挤， 已经隐隐约约地有所表现。属于这种情况的，有当南极在二叠石炭纪向非洲推进时伴随着沿当时赤道的石炭纪褶皱，同时导致冈瓦纳古陆的分裂和远离；完全相同的，是当时位于太平洋中的北极在第三纪时向今天北极地区的内陆推进，并伴随着沿当时赤道（阿尔卑斯—喜马拉雅）的第三纪褶皱，同时导致了并且现在还导致着北半球各大陆正在增长的分裂和离开。

人们现在比较深入地了解的唯一移动动力是极逸离力，它使得各大陆相对于其基底被推向赤道方向。这种力的存在，阿特乌斯于 1913 年就在一篇论述[199]中作了阐述，可是当时没有受到注意。他那时在一次讨论中提醒人们，“子午面上垂线的方向是弯曲的，凹的一侧对着地极，而且漂浮着的物体（这里指大陆地块的重心）位置高于被排开的液体的重心。由此导致漂浮着的物体受到两种在不同方向上起作用的力的作用，其合力是从地极指向赤道的。于是在各大陆就有一种向赤道运动的主导趋势，这种运动会引起反复出现的长期纬度变化，推测普尔科沃天文台就有同样变化。”

柯本虽然并不知道这个简短而含蓄的提示，却也看出了[200]极逸离力的性质及其对大陆移动问题的意义，并且没有计算而对此作了一个描述：“水准面的扁率随深度而变小；它们不是平行的，而是互相稍微倾斜，只有在赤道和两极处它们都是和地球半径垂直的。图 44 示出地极（P）和赤道（A）之间的一个子午面。凹侧向着地极的虚线是地点 O 处的重力线或者垂直线。C 是地心点。

“于是漂浮物体浮力的作用点，就在被排开介质的重心处，而它重量的作用点却在其本身的重心处，这两种力的方向均垂直于相应两个点本身的水准面；它们的方向并不是相对的，而是给出一个小的合力，当浮力点在重心之下时，这个合力指向赤道。因为地块的重心也比地块的表面低得多，所以这两种力并不垂直于它们表面的地平线，而是稍微偏向地平线的方向，但是浮力比地块重量偏向得多些。这些规则必然适用于任何一个浮体，只要其重心位于浮力点之上，这些力同样也必然具有一个指向地极的合力，前提是它的重心位于浮力点之下；阿基米德原理在转动的地球上，只有当上述两点重合时才是严格地正确的。”

爱泼斯坦[201]作了第一个极逸离力计算。他对地理纬度ϕ上的力

Kϕ 得出了下列公式：

Kϕ = -3 / 2mdω ²sin 2ϕ

其中 m 为大陆地块的质量，d 为深海底和大陆表面间的半高程差（或者等于地块和被排开的硅镁质重心的高程差），ω为地球的角速度。

他使用这个等式以从大陆地块的移动速度ν计算硅镁圈的粘性系数μ

（根据普遍的公式K = μ

v ，其中M为粘滞流体层的厚度），并得到

M

sdMω²

μ = ρ v

其中ρ为地块的比重，s 为其厚度。在他用下列数值代入时：

ρ=2.9

s=50 公里d=2.5 公里M=1，600 公里

2π ω = 86,164

ν=33 米/年

得出硅镁质的粘性系数为

μ=2.9×10¹⁶gcm^-1sec^-1

即为室温时钢的粘性系数的三倍。如果假设ν=1 米/年，这更接近实际，则μ为上述数值的 33 倍，即约等于 10¹⁸。爱泼斯坦由此作出结论：

“我们可以这样来归纳我们的结果，即地球自转的离心力可能产生而且必然产生魏根纳所提幅度的极逸离。”可是爱泼斯坦却相信必须否定赤道褶皱山系能溯源于这种力，因为它只相当于地极和赤道间 10—20 米的表面高差，而山系升起的高度为几公里，与此相应硅铝质要下沉很大深度，这些都是对重力的巨大反作用，对此极逸离力是不够的。它只能造成 10—20 米高度的山峰。

兰伯特[202]几乎与爱泼斯坦同时、但却是从数学方面推导了极逸离力， 其结果与爱泼斯坦的相同。他算出在纬度 45°处，这种力等于重力的三百万分之一。因为这种力在该纬度处达到其最大值，所以它对一个长形而斜置的大陆也起旋转的作用。也就是说，它在赤道与纬度 45°之间趋向于把大陆的长轴扭向东西方向，而在 45°至地极之间则相反扭向子午线方向。“所有这

些当然都完全是推测的；它基于漂浮的大陆地块和承托的岩浆这种假说，岩浆当然是一种粘滞的流体，但粘滞是在经典粘滞理论所指的意义上说的。根据经典的理论，一个流体不管它的粘性多大，在受到一个无论多么小的力时都会流开，只要这个力有足够的作用时间。地球重力场的特点正如我们已经看到的，给我们提供的是很小的力，而地质学家无疑会允许我们假设这些力的作用有漫长的时间，但是流体的粘性可能和经典理论所要求的不同，因而作用的力必须超过某一个界值后，流体才会从它前面流开，不管这个所提到的小力作用的时间多长。粘性问题是相当复杂的，因为经典理论并没有为某些观察事实提出适当的解释，而目前的知识不允许我们很正规地办事。极逸离力是存在的，但是它在地质时期中是否对我们各大陆的位置和形状有过值得一提的影响，这个问题必须由地质学家来决定。”

此外许韦达[40]也计算过极逸离力。他对纬度 45°得到的数据约为1/2000 厘米/秒，即这个力约为地块重量的二百万分之一。“至于这个力是否足以造成移动是不易判断的。总之它无法解释西向漂流，因为这个速度要通过地球自转引起明显的西向偏转是太小了。”

许韦达指摘爱泼斯坦的计算，认为所假设每年 33 米的移动速度太大，从而推导出的硅镁质粘性明显过小。但是如果把速度设得小一些，就可以得到所要求的较大的粘性：“如果假设粘性系数的数量级为 10¹⁹（而不是爱泼斯坦的 10¹⁶），并且以爱泼斯坦使用的公式在此适用为前提，则得到地块的速度在纬度 45°处约为每年 20 厘米。总之必须认为大陆在极逸离力作用下， 受到一个指向赤道的移动是可能的。”

最后，韦夫来[204]和贝尔纳[203]作了一次新的极逸离力计算，并且恐怕是最准确的。他们取得了适用于纬度 45°的极逸离力最大值，为地块重量的 1/800，000。“即移动动力与大陆重量的比是极其微小的；它不能够造成山脉，而且当前在赤道处也的确没有造成。

“但是在这个静力效应上再加一个动力效应，情况就不同了。 “硅镁质的阻力并不妨碍大陆作运动；两个大陆在赤道处或其它纬度上

相碰撞的情况下，在两者中每一个所失去的动力，都应以这种或那种形式收回来。”

看来克赖希高尔是第一个发现极逸离力的。在他的《地质学中的赤道问题》[5]一书第二版中，在 41 页里加入了一段他自己在 1900 就已于另外的地方发表过的考虑，这种考虑指出了极逸离力。在第一版中并无这个论述。

此外我还想提到，摩勒[205]也在 1922 年发表了一个他在 1920 年就已发现的极逸离力推导。

也许这样一个文献概述还可以扩大；我只引用了我恰巧了解到的一部分。

假如我们同意韦夫来和贝尔纳，设极逸离力约等于大陆地块重量的1/800，000，那仍然值得注意的是它有水平潮汐力的约 15 倍那么大；但后者不断在改变其方向，极逸离力则千百万年不息地以相同的方向和强度持续起作用。这就使得它能够在地质时代的过程中制服地球体钢铁般的粘性。

莱利不久前做了一个有趣的试验以表演极逸离力[206]。我和列兹曼一起重复了这个试验，我们发现它极其适于作为课堂试验。在一个可旋转的矮脚凳上，在大致正中处放一个圆柱状的水容器，当其中的水均匀地随之旋转时， 表面呈抛物面弯曲（见图 45a）。现在把一个浮子放到水面上，它是一块扁

软木片，中间处插了一颗钉子（图 45b）。钉子必须尽可能地长，但是浮子仍能漂浮在水上而不翻倒。然后把这个浮子先是钉子向上后是钉子向下放在旋转的水面上。可以看到钉子向上的浮子很快就漂向中心；相反，当钉子朝下时却漂向边缘。如果先后反复多次，以不同的朝向交替地把浮子放到水面上，它每次都改变其运动方向，这个试验是很有说服力的。

这个试验的基本解释是很简单的，只要想到浮子的重心并不和被它排开的水的重心相重合，而是钉子朝上时在其之上，钉子朝下时在其之下。水中如其弯曲的表面所显示的，产生一个压力梯度，它正好为离心力所抵消。如果浮子的重心正好和排开的水的重心重合，按说就不会出现移动它的力，因为这时对浮子来说，外侧和内侧面间的压力差正好为离心力所抵消。但是如果钉子朝上时它的重心也向上移并且和水面垂直，则同时也靠近了转动轴， 离心力会变小，压力梯度的多余部分就把浮子推向中心。相反，钉子向下时浮子必然会漂向边缘，因为它的重心离旋转轴比所排开的水的重心远，这样离心力就大于压力梯度。

初看起来，似乎这个试验提供的结果正好与极逸离力相反，因为大陆的重心位置较高，相当于钉子向上的浮子。但很容易看出，这种效应的倒转只是液体表面弯曲反向的结果。大陆的重心，由于地球表面的凸向弯曲而比被排开的硅镁质的重心离旋转轴远些，而在实验中它离旋转轴的距离则较短。从以上论述可以看到，极逸离力足以使大陆地块在硅镁质中移动，却不

足以产生我们所见的那些恰恰与大陆极逸离相结合而形成的巨大褶皱山系。可是贝尔纳正确地指出过，这一点只有当人们观察一个不处于运动状态的大陆地块，因水平方向极逸离力所发生的静压力时才是对的。如果我们比如说， 假设一块大的大陆由于极逸离力（当然还要克服基底的粘性），以等速向赤道方向移动，而在这种运动的过程中才遇到阻止它的障碍，那情况就不同■ 疑的。如果它们需要比极逸离力大的力，那么它们的存在正好证明在地球历史过程中，至少是在某些时期，出现过移动动力，并且比极逸离力还要大得多。但是如果后者已经足以使大陆地块移动，那么前面那种未知的造山力就必然更能做到这一点了！

我们可以很简短地讨论一下可能引起大陆向西漂移的那些力。有些作者如许瓦茨、维特斯坦因等在解释整个地壳在地心上面向西转动时使用了潮汐波的摩擦，这种波是因太阳和月球对固体地球体的吸引力产生的。关于月球也有不少人假设它以前的转动比现在快，但由于地球造成的潮汐摩擦而减慢。很容易理解，天体因潮汐摩擦的这种减慢，必然首先涉及它的最上层， 并导致整个壳层或者各个大陆地块的缓慢滑动。问题只在于这种潮汐到底是否存在。用水平摆可以证实的固体地球潮汐变形，按照许韦达的说法，是另一种性质的即弹性变形，因而不能直接用来作解释。但是兰伯特[221]认为： “我们仍然不能相信自由振动完全不受摩擦阻力的影响，虽然后者在观察结果中未能肯定地得到证实。”实际上，毫无疑问的是，我们不能认为地球对潮汐力是完全弹性的。因此除了可测的弹性潮汐外，必然还存在流动的潮汐， 它虽然因为周■为大家所知道，它的前提是地球各部分不能作较大的相对移动。如果承认大陆的移动，地球自转轴在空间的运动的计算就更为困难。在这种情况下，必须把大陆的和整个地球的旋转轴区分开。我计算过，一个位于纬度-30°至+40°之间和西经 0°至 40°子午线之间的大陆，其旋转轴的

岁差约比整个地球自转轴的岁差大 220 倍。大陆具有围绕一个与普遍旋转轴偏离的轴作旋转的趋向。由此就产生了动力，它不仅在子午线方向，而且也在西向上起作用，并促使大陆移动；子午线方向的力在每一天的过程中都在改变它的方向，因此与我们的问题无关。上述这些动力比极逸离力大得多。它在赤道附近最强，而在±36°纬度圈处等于零。我希望以后能对这个问题作较为详细的描述。由此大陆的西向移动也是可能的。”——虽然这里也只作了一个初步介绍（预告的最后论述可惜至今仍未发表），可是看来很有可能的是那种最明显的大陆普遍运动即西向漂移，可以从太阳和月球对粘性地球的吸引力作用得到解释。

但许韦达认为，从重力测量推论出的地球形状，对旋转椭球体的偏离能够引起硅镁层中的流态运动，从而也引起大陆移动：“但是也可以推测至少是在较早的时期存在过硅镁质的流动。赫尔梅特在他最后的一篇文章中，从地球表面的重力分布，推论地球是一个三轴椭圆体；赤道是一个椭圆。这个椭圆的轴差仅为 230 米；长轴和地球表面在西经 17°（大西洋），短轴在东经 73°（印度洋）处相交。根据我们在大地测量中无法离开的拉普拉斯和克莱劳的理论，地球被看成是由液体组成的，也就是说把固体地球（地壳除外） 中的压力假设为是液体静压力性质的。从这种观点出发，赫尔梅特的结果是难于理解的。如果地球是按液体静力学规律构成的，那么就其变扁及旋转速度来说不能是三轴的椭圆体。也许可以假设它之所以偏离旋转椭圆体是由大陆引起的。但情况并非如此。我在大陆是漂浮着的以及具有上面引述过的厚度[200 公里；硅铝质和硅镁质间的密度差为 0.034（水=1）]这个前提下作过计算，并得出大陆和海洋的分布所引起数学地球形状对旋转椭圆体的偏离， 要比赫尔梅特得出的小得多。此外，赤道椭圆轴的位置也和赫尔梅特的完全不同；长轴对着印度洋。这样就必然有更多的地球部分偏离液体静力学结构。

“根据我的计算，如果大西洋之下有一个 200 公里厚的硅镁层，其密度比印度洋之下大 0.01，那么赫尔梅特的结果就可以得到解释。这样一种状态是不能长期维持的，硅镁质会有流动的趋势以造成旋转椭圆体的平衡状态。密度差小的时候恐怕不大可能有流动，但是赤道椭圆形状和硅镁层中的密度差以及因而造成的流动，在较早的时期可能曾经大得多。”

很清楚，由赫尔梅特的结果推导出的力，可以用来说明大西洋的张开， 因为地球正好在这里显得拱起，而且物质都有向两侧漂离的倾向①。

但是在此还要引述一种考虑，也许可以把它看作以上思路的继续。地球表面从其平衡位置的拱起当然无须乎仅限于赤道，而是可以在地球的任何地方出现。上文在讨论海侵及它与地极漂移的联系（第八章）时曾经指出过， 在漂移着的地极前方应期待地球的表面偏高，而在其后方则偏低，并且看来地质事实证实了这些偏离的存在。这里涉及的幅度也和赫尔梅特求出的赤道长短轴之差相近，或者也许是它的一倍。地极漂移较快时，地球表面在地极前面看来总要高于其平衡位置几百米，在它的后面则要低几百米。在地极移动的子午线上，最大的坡度（数量级为每地球象限 1 公里）应该位于前者与赤道交点处，在两极处几乎同样大。从而就释出了把质量从高于平衡位置的地区拉向低于平衡位置地区的力，这些力为正常极逸离力的几倍，在大陆地

① 但是要指出，最近对地球确实是一个三轴椭圆体这一点的怀疑变得强烈起来。海斯坎能发现，这个结果只是重力测量结果的不当组合造成的虚假现象。

块中极逸离力只相当于每地球象限 10—20 米的一个坡度。这些力并不象极逸离力那样只作用于大陆地块，而且也作用于在它之下的硅镁层，后者更具液体性质，并且也许完成着较为刚性的壳层之下的均衡。只要这个坡度存在—

—海侵和海退看来证实了它的存在，这种力也就必然要作用于大陆地块，因而它也必然要造成后者的移动和褶皱，即使这些运动比在地块之下更具液体性质的物质的相应运动规模要小。我相信，在地球形状的这种变形中因地极漂移而得到一个动力源，它完全足以作褶皱所需的力。

这种解释由于上文已经提到过的情况而显得可能性特别大。这种情况指的是那两个在此有关的最大褶皱系，即石炭纪和第三纪的赤道褶皱系，正好是在我们因其它原因必须假设具有特别迅速和大规模的地极漂移的时期中形成的。

最近有不少作者，如许温诺尔[69]和基尔希[70]，都使用了硅镁层对流这个观念。乔利认为大陆地块之下由于镭含量高而出现硅镁层增温，但在大洋范围则出现降温。在此之后，基尔希接着假设在地壳之下的硅镁层中有一个环流：在大陆之下，硅镁质一直上升到前者的下界，然后在这里流向大洋地区，再度下降到很深处之后重新向大陆底部上升。这时由于摩擦力，有把大陆盖层撕裂并将裂块四散驱开的趋势。我们在上面已经提到过，对在这里作为前提的硅镁质较高的稀流体性，大多数作者至今都认为不现实。但是在观察地球表面时，不可否认冈瓦纳古陆的分裂，还有古代北美—欧洲—亚洲大陆地块的分裂，可以理解为这种硅镁质环流的作用。况且它似乎也能很好地解释大西洋的张裂。不能以地球表面的一些现象与之相矛盾为理由加以否定。如果这些观念的理论基础表明是站得住脚的（当然这一点目前还难于预科），那么地幔对流无论如何在塑造地球表面轮廓中是起作用的。

相信我们的阐述已经向读者说明了探求已造成或者正在造成大陆移动的驱动力这个问题上，除已经过良好研究的极逸离力以外，仍完全处于初始阶段。

但是有一点可以认为是肯定的：使大陆移动的动力和产生巨大褶皱山系的动力是相同的。大陆移动、断裂和推挤、地震、火山作用、海侵交替和地极漂移，无疑处于一个范围甚广的因果关系之中。它们在地球历史某些时期一起高涨，就已表明了这一点。至于说到什么是起因，什么产生作用，则须待将来才能揭示。