第三章 硅铝的大陆地块和硅镁的洋底

大陆移动理论的基础，就是设想起始时连成一体的地球岩石圈现在只剩下几个大洲这些推挤而成的残块，而大洋底则是由较深的岩浆层物质组成。下文将论述其原因。

在地球表面有两个最频繁出现的高度，它们相应于陆地和深海底，这是早已知道的事实。“地球表面高程曲线”（图 2）使人对此一目了然。用数字表示的频度如下①：

6 4 4 4 4 4 4 4 4 7^{深 4 4 4 4 4 4 4 48}

7以下 6 − 7 5 − 6 4 − 5 3 − 4 2 − 31− 2 0 − 1

公里百分比

0.2 0.7 2.1 36.0 13.0 6.5 4.0 9.2

6 4 4 4 4 4 7^高 4 4 4 4 4 8

0 − 1 1− 2 2 − 3 3 − 4 4以上

公里百分比

22.3 4.0 1.0 0.5 0.5

约位于 2.3 公里深处的平均地壳平面甚少出现，而存在两个频度最大

值，一个在 0—1 公里高处，另一个在 4—5 公里深处；整个地球表面约有百分之六十分布于这两段内。为了更准确地表示出最大值的位置，需将这两个区段进一步细分。得出的结果 如下：

即是说两个最大值位于约 4，700 米深处和约 100 米的隆起处。

由于上述内容具有巨大重要性，所以把所引的数字再一次以另一种方式在图 3 中用图形加以表示。以纵座标表示的百分比数字相应于 100 米的区段。

为了正确地评价这两个平面，我们必须考虑到不能把它们随意地划分为陆地和海洋。如图 2 所示，只有当海平面再降低 500 米时才能这样做。上层的相当大部分，就是所谓的陆棚，虽为浅海所淹没，但必须算入大陆地块的范畴，它的边缘向深海急剧倾斜表明了这一点。北海和波罗的海，哈得孙湾， 纽芬兰浅滩，斯匹次卑尔根岛和新地岛之间的海面，福克兰群岛周围，巽他群岛之间及新几内亚和澳大利亚之间的海面，就是较大型陆棚的例子。因为我们下面探讨的只是包括陆棚在内的完整的大陆地块，所以要摆脱通常的海岸线图形。下面的图 4 表示一幅以墨卡脱投影绘制的这类大陆地块地图。

但是我们愈是精确地了解洋底的这种高度情况，就会愈迫切地提出这个问题：这个两级高度是怎么来的？如果按冷缩假说的设想，大洋盆和陆地仅只是由于沉降和隆起形成的，那么情况就应该是完全另外的样子：平均地壳高度（约在水平面下 2，300 米处）显然应该具有最大的频度，而在两个方向

① 据 W.Trabert，Lehrbuch der kosmischen Physik，S.277，Leipzigund Berlin，1911.

上偏离平均值愈远都应愈少出现。即使为了符合重力测定的结果，假设岩石圈按照图 1 所示，在大洋底下比在陆地底下薄得多，仍然很难使人信服为什么大约 600 米至 3，000 米的深度如此罕见，按说在这个区段应该出现唯一的频度最大值。两级高度是如何来的呢？

唯一真正恰当的解释是，岩石圈不是包裹着整个地球的完整壳层，而应该说现在的大陆地块只是这一壳层破碎后，由于推挤而大大变小了的残块。这样，深海底就是由图 1 所示的重圈的重物质组成的，而较轻的大陆块漂浮在这些重物质中，就象一个个冰山浮在大海中那样（图 5）。

这样，立即就会产生这个问题，即是否有证据表明洋底的物质确实不同于大陆的物质。对此，重力测量是无济于事的，因为它们的结果可以只解释为海洋下岩石圈厚度减小。用现在深海研究的手段，还不可能把洋底出露的岩石样品取上来。可是如果我们考虑到均衡，那么地面裸露的地形也已能给我们启示。很久以前，人们就已经注意到深海底往往在很大范围内惊人地平坦，这一点对铺设电缆不无实际意义。例如为铺设中途岛和关岛之间的电缆， 在 1，540 公里距离上所进行的 100 个重锤测深的极值（5，510 和 6，277 米） 之差只有 767 米。在一个 100 海里长的区段中所作的 14 个重锤测深，得到的平均值为 5，938 米，而其最大偏离只为+36 和-38 米①。但是深海底平坦这个论点最近受到了一些限制，因为事实表明要做出此类结论，测深网往往还是安排得过稀，如果在陆地上以相似的密度进行少量的高度测量，也会得出使人误解的极为平坦的印象。但是随着克吕梅尔，可以说大多数研究家又抛弃了有一段时间过分的怀疑而转回原来的观点，认为（除去下面将要论述的深海槽②）仍然存在这样一个陆地表面和深海之间的原则区别，虽然过去也许对这种区别估计过高了。这一点对我们的问题是重要的。因为如果这两个阶梯是由同样物质组成的话，那么情况正好应该相反，就是说深海底正好应该表现出较为不平坦和陡峭的地形；因为沉入水中后，岩石的重量要减少三分之一，或者换句话说：对岩石的重力也减少三分之一，而分子力则保持不变， 就象月球表面的情况那样，那里要比地球表面崎岖得多。因而如果海底相反地特别平坦，那就是它比大陆地块具有更大的塑性，即更高程度的流动性。

在海底没有褶皱山系，这也是平缓的一种表现。大陆地块为新老褶皱纵横穿插，虽然我们作了大量重锤测深，却至今未曾在无垠的深海底表面上发现一个稍有把握称之为山脉的形体。固然有几个人想把中大西洋的海岭和爪哇岛外两条海沟之间的洋脊，理解为正在形成的褶皱山脉，但这一观点的支持者甚少，因此我们在这里只需指出安德烈曾对此作过批判就够了①。既然应该假设深海底也是存在推挤作用的，那么如何解释这种情况呢？如果我们想到所有较大的推挤在进行时都要保持均衡，对此的答案就是不言而喻的了。如果洋底象我们假设的那样是重的深层物质组成的，则要保持均衡，就不能由于推挤而造成高度变化，而是所有多余的物质必然直接向下避让。因此深海底缺少褶皱山脉正好证实了重的岩浆在这里出露这个想法。

① Kr(mmel，Handbuch der Ozeanographie I，S.91.Stuttgart 1907.

② 很多人使用的词“深海地堑”，我认为不妥，因为正如下面还要指出的，这里涉及的无论如何是和构造地堑原则不同的现象。

① K. Andrée ，(ber die Bedingungen der Gebirgsbildung， S.86ff.Berlin 1914.

我们想在这里稍为离开正题而把新老深海底这个问题插进来，它对我们下面的论述是有益的。一般说来，大西洋和西印度洋被认为是年轻的，而东印度洋和太平洋则多半依据费勒希、科肯和修斯的论述，假设在中生代时就已存在，虽然在太平洋红粘土中发现的鉴定为第三纪并往往长满了厚厚的锰块的鲨鱼齿以及大量的陨铁球粒这两种东西的说服力要缩小一些。下面还将看到，这种年龄划分和大陆移动论是完全一致的。奇怪的是它也符合深度的差别。克吕梅尔认为太平洋的平均深度为 4，097 米，大西洋的为 3，858 米， 而具有一半太平洋一半大西洋特征的印度洋则为 3，929 米，并且准确地说又正好是大西洋性质的西段比太平洋性质的东段浅。深海沉积物的分布也具有同样的情况（图 6），克吕梅尔在世时曾亲自提醒过我注意这一点。使人惊奇的是，可以说在这里看到了大陆移动的痕迹。红色深海粘土和放射虫淤泥这两种真正的深海沉积，主要局限于太平洋和东印度洋，而大西洋和西印度洋则为浅层沉积所覆盖，其石灰含量较高是和生成于 较浅的海底有因果联系的。

还应指出（虽然解释并不可靠），这些深度的差别有可能来源于岩石温度的差别，就是较冷的太平洋底较之现在还比较热的大西洋底具有稍大的比重。温度降低时，比重的增加可能是这样造成的：就是岩浆的结晶伴随着体积的收缩；但是单只热体积变化恐怕也已足够了①。当然看来大西洋底在估计以百万年计的长时期中，得以保持其较高的地热梯度是不太可能的。我们并不知道地球内热的来源；如果它象某些人认为那样是由地壳的放射性物质衰变产生的，或者甚至只受到衰变的重大影响，那么新出露的深部地层因其放射性物质含量较高，甚至在漫长的地质年代中会有较高的温度这种想法是不能完全排除的。

上面我们仅只提到岩石圈和重圈、大陆岩石和海洋岩浆。要想得到一个完整的概念，必须说明这两种物质的性质。我们先说大陆。沉积岩只构成一个表面层。此层的最大厚度估计约 10 公里，这个值是美国的地质学家对阿帕拉契亚山脉古生代沉积层计算出来的；另一端的极限为零，因为在很多地方原始岩基出露而毫无沉积盖层。克拉克估计大陆地块上沉积盖层的平均厚度为 2，400 米。因为如我们马上要论述的，大陆地块的总厚度估计为 100 公里， 那么这个沉积盖层实际上只是一个表面上的风化层，它全部消失后，地块为恢复均衡会上升到几乎是原有的高度，以致地表的形貌没有什么改变。因此大陆地块的物质首先是原生岩石，对它的“无所不在”现在虽有某些疑虑， 但却是不能否认的。如果就其主要组分看，则可以说：大陆地块是由片麻岩组成的。

修斯在其巨著《地球的面貌》第三卷（626 页）中提出，非沉积岩分为两组，即片麻岩状的原生岩石和火成喷出岩。他按前者的主要组分硅和铝把它称为“硅铝”，后者则按硅和镁为主要成份称为“硅镁”。因为大陆地块是由硅铝岩石组成的，显而易见，大洋底物质可确定为硅镁，它作为深部岩

① 如果假设大西洋底之下 100 公里厚的最上部岩石层比太平洋底之下热 100°的话，那么以花岗岩立方膨胀系数为 0.0000269 以及假设两个大洋盆处于均衡的平衡状态下时，计算出的结果是大西洋较热的基底必然比太平洋的基底高出 300 米。（升温 100°时体积膨胀为 0.00269。若设原来为 1，升温后比重也要减小。如果原来为 2.9，那么升温 100°后应为 2.892。进一步的计算见本章结尾部分）

石同样来自大陆地块以下的地层。但这当然不是说，在海洋基底物质和喷出岩之间就不能存在矿物上的差别；这一点甚至是很可能的。只要想一想，甚至在大西洋和太平洋的熔岩之间也已经反映出这类差别。但这并不妨碍把这些岩石归纳起来，称之为硅镁以与硅铝相对应。

最后，为了完整地说明在硅镁层之上漂浮的硅铝大陆地块的全貌，还要探讨它的厚度这个问题。海福特从北美洲的重锤偏离计算出它为 114 公里①。

赫尔梅特②从完全不同的途径用摆观测取得了几乎相同的数字，史俄茨首先看出，在大陆台块的边缘出现一个特有的重力变异（图 7）。从陆地向海岸方向去时，重力在岸边处增长至最大值，然后迅速降低，在深海底开始处则达到最小值，接着在离海岸较远处又表现为正常值。造成这一重力变异的原因在于，这里存在的轻物质和重物质之间的垂直界面并不符合均衡状态的质量排列，而只能由大陆地块的分子力加以维持。赫尔梅特得以指出，如果以地块厚度为约 120 公里来进行计算——其结果示于图 7——则在 51 个海岸测量站观测到的变异，可以得到最为完满的解释。

当然不应由于海福特和赫尔梅特得到的数据相符而引出结论，认为大陆地块到处都具有这个厚度；否则就会与均衡说相矛盾。必须估计陆棚处的厚度小得多，而高原（例如西藏）则要大得多，从而上下限可以设为 50—200 公里。

可以预计地震研究将会验证这些想法。可是在这方面还没有取得具有所需精确度的确切结果。维赫特从岩石圈的自振动算出它的厚度小于 100 公

里，伯恩多夫认为这个数字太小。莫霍洛维奇从地震波的反射确定了在 50 公里深处有一个地层界面，可能只产生于硅铝块内的地震，其震源深度在迄今测定过的所有事例中均位于 1.5—170 公里之间，与上述结果均无矛盾。在这个领域中把硅铝大陆地块和硅镁洋底加以区别恐怕也是有益的。

硅铝和硅镁的比重也是和上述结果相符的。因为大陆质量柱体和海洋质量柱体的重量（直至大陆地块的底面）必须是相等的，所以我们可以如图 8 所示，得出下列式子，以计算大陆地块的厚度 M，式子基于上面提到过的两个主要高度+100 米和-4，700 米，a，b，c 分别为硅铝、硅镁和海水的比重：

Ma=（M-4.8）b+4.7c

4.8b − 4.7c

或 M =

b − a

海水的比重 c 等于 1.03。但是 a 和 b 就只能估计了。魏特曼、克罗斯、吉尔伯特得出片麻岩的比重为 2.615（12 个样品的平均值）。其它测定得出

① 他的思路是：用三角测量法和大地测量观测方法，在美国的几百个测量站测定重锤对真正垂直向的偏离。然后计算由于测量站周围直至 2，564 英里距离范围内的地形不平坦引起的那部分重锤偏离，此时假设不存在均衡补偿。观测值在任何一点上均没有达到这个大小，因此必须认为存在这样一种补偿。海福特假设得到完全的补偿——这当然不是毫无问题的——而求出上述最可能的岩石圈厚度值。

② Helmert，Die Tiefe der Ausgleichsfl(che bei der Prattschen Hypo-these fü r das Gleichgewicht der Erdkruste und der Verlauf der Schwerest(-rung vom Inneren der Kontinente und Ozeane nach den Kü sten.Sitzber.d.Kgl.Preu β.Abteil.d.Wiss.XVIII，S.1192—1198，1909.

的值为 2.5—2.7 之间。因为所有样品都取自地表，而比重看来到处都随深度增加，也许可以设想整个地块的平均比重为 2.8。硅镁岩石如玄武岩、辉绿岩等等的比重约为 3.0，只有极少数达到 3.3。因为这些物质估计来源于大陆地块的底部，可以假设海洋之下较高处的硅镁层的比重要小一些，可能为 2.9

①。这样求出的 M 为 91 公里。当然这个数字的说服力是很小的，因为如果那些本来就不可靠的数据值只要稍有变化时，它的变动就很大。但是无论如何， 它表明了上述的比重值是和其它的那些设想相吻合的。

为了把在本章中论述的内容形象地表现出来，在图 9 中画出一个地球的横截面，外圆通过北美洲和非洲，用真实的大小比例。山脉、大陆和海洋的凹陷只构成微不足道的不平坦，它不超出图中地球表面圆弧线本身的范围。主要由镍和铁组成的地核，修斯称之为镍铁。为便于比较，也把大气圈主要的分层画入：氮气圈达到 60 公里高处，其上至 200 公里高度为氢气圈，再上

面是假想的地■圈（Geokoroniumsphäre）。气候现象带只达到 11 公里高度

（对流圈），由于太薄，无法表示出来。

在本章和以后各章中都有必要把硅铝和硅镁层之间的差别稍加简化。实际上是存在各种过渡的。我们不知道是否仅靠各组的比重就足以解释硅铝地壳的分异，也可能是地球硅酸盐壳层结晶产物的组成和此外的流体部分的组成稍有不同。这样，大陆地块底层部分，就可能由固体硅铝和岩浆状硅镁的一种混合物构成，就象在水中漂浮的雪那样是一种固体和液体物质的混合物。只是由于把液态的硅镁榨压出去（部分地也向上），这种地块才愈来愈具有硅铝的特性，从而才得以形成硅铝和硅镁之间的明显区别。可是这恐怕是将来才能解决的课题了。

① 在硅镁带中比重也随深度而增加，这一点从下面的事实可以看出，即地震研究对整个 1，500 公里厚的硅酸盐壳层给出的比重值为 3.4。