第四章 地球物理论据

地壳的高程统计得出一个奇特的结果，就是有两个最频繁出现的最大值，而两者之间的高程则甚少出现。较高的那一高程相当于大陆台块，而较低的则相当于深海底。如果设想把整个地球表面以平方公里为单位划分，并按海拔高度排列，就会得到所谓的高程曲线那个熟悉的图形（图 7），它明显地表示出两级阶梯。根据瓦格纳[28]的计算，各高程段的频度用数字表示

如下：①：

6 4 4 4 4 44 7^深 4 4 4 4 4 48 6 4 4 4 7^高 4 4 4 8

6 5 − 64 − 53 − 42 − 31− 20 −1 0 − 11− 22 − 33以上

公里百分比1.0 16.5 23.3 13.9 4.7 2.9 8.5 21.3 4.7 2.0 1.2

这个序列用另一种表达办法最为一目了然，它是特拉伯特[31]以较旧而无重大偏离的数字为基础设计的，表示在图 8 中。它使用 100 米区段，因而百分比值自然只有以上序列的约十分之一。图中显示出两个最大值位于约4，700 米深处和约 100 米高处。

对这些数字还要注意到，随着从大陆或陆棚边缘到深海处测深点的增加，其间的陡坡也显得愈加陡峭，拿任何一张旧的深海图和格罗尔[32]设计的新图比较，都会显出这一点。例如特拉伯特 1911 年给出 1—2 公里区段为4％，2—3 公里区段 6.5％，而瓦格纳所给出的、归根到底基于格罗尔深海图的数字，则只为 2.9 及 4.7％。而且可以预期，将来这两个频度最大值还会比迄今的观察更为分明地突出。

在地球上有两个集中的高程，它们同时出现并分别位于大陆上和深海底，在整个地球物理学中，似乎再没有第二条规律象这一条一样明确和可靠了。然而十分奇怪的是，对这样一条早就为人熟知的规律，还几乎没有人去设法寻求解释。因为根据通常的地质论断，高地和低地都是从唯一的一个均匀起始平面通过隆起和沉降形成的，并且看来顺理成章地应是隆起和沉降的程度愈高，就愈罕见，得到的频度分布必然符合高斯误差法则（大致如图 8 中虚线曲线所示）。这样，按说只应有一个唯一的频度峰位于地壳平均平面处（-2450 米）。可是我们遇到的却是两个最大值，其中每一个的曲线都大致与误差法则相符。由此我们断定，原来就存在两个独立的起始平面，看来不可避免的办法是认为我们在大陆和深海底涉及地球两个不同的层，它们彼此的关系——夸大地表示——就如广阔的水面和巨大的冰块。图 9 就是根据这种新概念画出的一个大陆边缘垂直剖面示意图。

这样，我们就第一次对大深海盆和大陆地块的关系这个问题获得了易于接受的解答。早在 1838 年，海姆[33]附带接触到这个问题，并指出：“在对史前的大陆波动作出较为确实的观察以前⋯⋯在我们对绝大部分山脉的平衡推挤幅度掌握较为完整的测值以前，难于期待在认识山脉和大陆的因果关系，以及后者的形状之间的因果关系方面，会有重大的可靠进展。”

① 这些数字取材于柯西那所作的各大洋测量。我们的插图则是根据克吕梅尔[30]和特拉伯特[31]较旧并稍有不同的数值设计的。

但是随着世界大洋中测深愈来愈多，以及因此广阔平坦的深海平面与同样平坦却高出 5 公里的大陆表面之间的矛盾愈来愈显得尖锐，这个问题就愈

形迫切。凯萨 1918 年写道[34]：“与这些岩石巨人（大陆块体）的体积相比， 所有陆地隆起都显得渺小和微不足道。甚至高耸的山脉如喜马拉雅，也只是其基底表面上微小的皱纹而已。仅只这个事实就足以使那种旧的看法，即认为山脉构成大陆的决定性基架，现在显得站不住脚了⋯⋯而我们不得不相反假设大陆是较老的和决定性的形体，山脉则只是次要的和较年轻的。”

大陆移动论对这个问题的解答是如此简单和易于理解，按说没有什么理由加以反对。但仍有一些大陆移动论的反对者，试图为这种高程的双重频度最大值提出另外一个解释。可是这些尝试均遭失败。塞格尔[35]就认为，如果从一个起始平面出发，一部分升起而另一部分下降，并且两者间的连接段因倾斜而变得甚小，则理应出现两个对应于升起和下降部分的频度最大值。D.V.道格拉斯和 A.V.道格拉斯[36]也有相似的看法，他们认为如果起始平面由于褶皱而转变为正弦波面，应自然聚集成两个频度最大值，它们相应于波峰和波谷。两种考虑均基于相同的基本谬误，就是它们混淆了个别过程和统计结果。对后者而言，个别过程的几何形状是完全无关紧要的。这里涉及的只是，无数多的隆起和凹陷（用塞格尔的说法）或褶皱（用道格拉斯的说法） 是否会出现两个频度最大值，而各别情况的高度幅度是可以任意变化的。显然，这一点只有当某种优先选择特定高度幅度的趋势起作用时才会实现。但情况却并非如此。对隆起和凹陷，同样对褶皱高度，我们只知道一条规则： 它们的幅度愈大就愈罕见。因此对它们来说，最大的频度必然总是落在起始平面上，然后从这个平面起，频度不论向上或者向下，均必定大约按高斯误差法则递减。

还要指出的是，有一些学者、特别是特拉伯特[31]曾经提倡过这样一种看法，即深海盆是由于深海水温度低，使基底冷却得较厉害而形成的。但正是特拉伯特的计算表明，为此必须假设深海区域的冷却一直达到地球的中心，但因为这一点看来是不能接受的，所以不如说他的计算更适合于否定这个观念，而不是证明它的正确。但是此外很容易认识到，以这种方式，我们只能得到一个地球表面凹陷继续变深的普遍趋势，却无法解释在所有大洋中深度几乎相同的洋底面（即地壳）第二个频度最大值的存在，不久前，南森[222]也曾强调过这一点。事实上，这种费耶就已提到过的解释已经很少有人再提及，况且由于地壳中镭的发现，评价地球热量平衡的基础已经完全改变了。

当然，现在就需要提醒人们不要夸大这种关于深海底性质的新观念。在我们与块状冰山作比较时，就已经要考虑到冰山之间的海面也会为新的冰所覆盖，同时从上部裂离或从水下的底部上升的较小冰山断块也会覆盖水面。在深海底的某些部分，自然也会产生类似现象。岛屿往往就已经可以看作是较大的大陆断块，它们的基底——重力测量证实了这一点——可以达到深海底以下约 50 公里的深处。而且还要考虑到，大陆地块虽然在地表上是脆性的，在深处则变得具有塑性，并可象面团似地拉伸，从而使得在地块分离时， 较薄的大陆物质层可以分布于深海底的较小范围或较大面积上。大西洋底应该说是在这方面特别多样化的，它在其纵向上为中大西洋海岭所贯穿。其它深海盆就其列岛和海底隆起而言也是相似的。我在下面关于深海底的章节中，再要对细节作进一步的详述。

如果这里讨论的模式，在以后的研究进程中表明只是主要的现象，而为了深入阐述实际情况还必须引入更为复杂的想法的话，这将不是意料之外的事。我本人[37]在对第一批美国人取得的横贯北大西洋的回声测深数据作统计研究时就已发现，这里频度主要最大值的位置深得多，约在 5，000 米深处； 另外还可辨认出在 4，400 米深处的一个第二频度最大值。可能表明多层次存在的后一个最大值是否真实存在，显然只有基于德国的“流星”考察所取得的多得多的测深数据，才能作出判断，目前还没有用这些测深结果针对此问题进行研究。

自然会产生一个问题，就是关于大陆地块和深海盆基本不同，与前者水平移动的看法是否和地球物理学的其它结果相符，以及是否能从这个角度出发证实它们的正确性。

至于说上文已经提到过的均衡说，那它自然是和大陆移动论的一整套观念极其一致的，但通过这条途径来取得关于它的正确性的直接证明则几乎是不可能的。下面我们想稍为深入论述一下这方面的研究。

起始于普雷特的均衡说（这个词到 1892 年才为德通所使用）是通过重力

测量才找到物理学根据的。普雷特于 1855 年就已确定，喜马拉雅山对测深器并未造成预期的引力；例如柯斯马特在恒河平原的卡里安纳（Kaliana）离山脚 56 英里，测得测深器偏转的北向分量仅为 1 弧秒，而山脉引力本应造成

58 弧秒的偏离；同样在贾尔派古里也只有 1 弧秒而不是 77。与此相应的还有在各处都得到证实的一个事实，即大山脉的重力并不象预期那样偏离其正常值。因此，看来山体是由地下的某种质量亏缺得到补偿的，艾黎、费耶、赫尔梅特等人的文章都指出了这一点，柯斯马特则在一篇很说明问题的报告中[38]作了详尽阐述。在大洋中的情况也相同，重力大致也具有正常值，虽然洋盆明显表现出巨大的质量亏缺。过去在岛屿上所作的测量，固然还可以作各种各样的解释。但是当赫克尔遵照摩恩的建议，在航行着的船上通过对水银气压计和沸点温度计同时读数进行重力测定后，这种疑虑就被排除了；不久前荷兰的大地测量学家温宁·迈聂许[39]甚至成功地使用了准确得多的摆法在潜艇中进行测量，第一批这种航行的结果完全证实了赫克尔的成果，即在大洋上大致也存在着均衡，或者说在深海盆中表现出来的质量亏缺，通过某些地下的质量过剩而得到补偿。

关于应该如何来设想这种地下的质量过剩和亏缺，这个时期以来提出了各种各样的猜想。

普雷特把地壳想象为大概象一块面团那样，它起始时到处都是同样厚的，在大陆由于某种松弛而膨胀起来，在海洋地区则受到挤压。地表的海拔愈高，则地壳的密度或比重就愈小。但在所谓的平衡深度（约在 120 公里深处）以下，所有水平向密度差均消失（见图 10）。赫尔梅特和海福特进一步发展了这种观念，并普遍运用于评论重力观察结果。它当前的主要代表人物为鲍伊，他使用下述实验来进行解释：让很多具有不同比重的不同物质，如铜、铁、锌、黄铁矿等组成的棱柱体浮在水银上。这些棱柱体的高度，要正好使得与沉入水银中的深度相等。由于它们的比重不同，伸出于水银表面之上的高度也不同，最重的物质伸出最少，最轻的最多。实地观察的一个事实是：一般说来，从地壳海拔愈高的地点取样的物质愈轻，这就在某种程度上支持了上述重力测量解释。但是认为各处的密度差异只能达到某一特定的深度即平衡面这种观念，包含着一种物理学上的不现实性，这一点借助于鲍伊

的试验最容易看清楚。因为要使这些不同的棱柱体的底端沉入相同的深度， 那么它们的高度之间必然具有由比重决定的比例。如果我们把地壳分割成由不同物质构成的棱柱体，则在地球上经常出现的同样一种物质，就应该总是具有相同的厚度，它和其它物质的厚度的比例永远是固定的，并且正好相应于其比重。但对物质（或比重）和厚度之间导致所有棱柱体底面恒定的随意状态的这种必然关系，在自然界中却看不到有任何理由。

最近某些大地测量学者如许韦达[40]，特别是海斯坎能[41，42]用了艾黎 1859 年就已阐述过的另外一种观念来解释重力测定结果，也在图 10 中示出。海姆大概是设想较轻的壳层在山系之下变厚，而浮于其上的较重岩浆被挤至较大深度的第一人。相反，在地表的那些较深部分如大洋盆之下，则轻壳层必然会特别薄。也就是说，在此只假设两种物质，一种是较轻的壳层， 另一种是较重的岩浆。鲍伊用一个与上述试验相应的试验，简明地表示出这种观念，他把很多高度不同但均由同一物质（铜）制成的棱柱体放到水银上， 它们下沉的深度自然是不等的；最长的柱体下沉最深，但同时表面也最高。已多次有人强调指出，艾黎的这种观念比普雷特的更好地适合于地壳的地质景象，尤其是对褶皱山系的大规模推挤。另一方面，它却没有解释地表高程统计中频度最大值的两重性，因为无法理解为什么地球上较轻的壳层基本上以两种不同的厚度出现，也就是厚的大陆地块和薄的海洋块体这两种形式。

正确的解释似乎在于把两种观念结合起来：在山系方面，我们面对的主要是轻质大陆壳层的变厚，即艾黎指出的；但对从大陆地块向深海底过渡时， 则面对物质的差异，即普雷特的说法。

这种均衡说的最新发展，首先涉及其适用范围这个问题。对较大的地块， 例如整个大陆或整个深海盆，无疑必须假设均衡状态的存在。但是在小范围， 如对单个的山，则这条规律就失去了它的适用性。这种较小的单元可以由整个块体的弹性来承托，就如把一块石头放在漂浮的大冰块上那样。这时均衡就表现在冰块加石头作为整体和水之间。因而大陆上的重力测量，对直径为数百公里的形体甚少偏离均衡状态；如直径只有几十公里，则大多只存在部分的补偿；如果只有几公里，那就往往完全没有补偿了。

不论是从较旧的普雷特观念或者从艾黎和海斯坎能的观念出发，总之， 大洋上所作的重力测量结果，都没有表现出深海盆有明显的大质量亏损。这些数据的讨论结果是，深海底由比大陆地块较为密致和较重的物质组成。这种较大的密度不仅由于物理状态的差异，也由于物质本身的差别，固然这一方法不能精确地加以证明，但在合理的假设下，通过概略计算，却可以表明它是很可能的。

但均衡说也为大陆的水平向可移动性这个问题提供了一个直接的特征。上文已经指出过均衡的补偿运动，它最完美的例证，就是斯堪的纳维亚现在还在持续地以每百年约 1 米的速度上升，这一上升可以视为内陆冰盖在 10， 000 多年以前消融造成负荷减轻的后果，而且冰川最后消失的地方，正是今天可以看到最大上升之处。这一点从韦廷所绘的地图（图 11）中很好地反映了出来（取自博恩[43]）。博恩[43]曾经指出，这个上升地区有一个重力异常，表现为重力太小，如果根据迄今仍稀少的观察允许作出判断的话，而且假若壳层还在其平衡位置之下的话，那么事实只能如此。南森[222]就所有涉及斯堪的纳维亚这一上升的各种现象作了特别深入的描述；根据昂格曼兰

（Ångermanland）海岸的海滩标志最大的下降为 284 米，内陆也许为 300 米。这种上升陆续开始于约 15，000 年前，7，000 年前达到其最大速度，约 10 年 1 米，今天正在逐渐平息。中心冰层厚度估计约 2，300 米。大片海岸地带的垂直运动，当然要以基底的流动运动为前提。由于这种运动，得以把被排挤的物质推向外侧。这一点也由大致同时为博恩、南森、彭克和柯本（文献在[43]）所作的发现证实，他们发现，内陆冰盖沉降地区周围为一个微弱上升的地区所环绕，上升的原因恰恰在于基底中被压向四周的物质。总之，整个均衡说观念的基础是地壳的基底具有某种程度的流动性。但如果是这种情况，亦即如果大陆地块真正浮游在虽然是粘性很强的液体之上，那就显然没有理由相信其活动性只表现在垂直方向上，而不同时出现在水平方向上，只要存在促成大陆地块移动的力，并且它在漫长的历史时期持续着。可是山脉推挤证明了这种力确实存在。

对我们这些问题极为重要的是地震研究的最新成果，古滕贝格[44，45] 在很多文章中对此作了清楚明白的归纳。

在地震波中，大家知道纵的“第一前兆”和横的“第二前兆”都是穿过地球内部的，而“主波”则沿地表传播。纪录台站离震源越远，前兆波穿过的深度就越大。从地震和到达台站之间的时间差，即“走时”，可以算出地震波在不同深度的速度。但这个速度是一个物质常数，因而可以给我们提供关于地球内部物质分层的情况。

计算表明在欧亚大陆（还有北美大陆）地块之下 50—60 公里深处，可以证实有一个很突出的层界，在这个层界处纵波的速度从每秒 5³/4 公里（界面上）跳到每秒 8.0 公里（界面下），而横渡的速度则从每秒 3¹/3 公里（界面上）跳到每秒 4.4 公里（界面下）。以前人们大多把这个界面认定为大陆地块的底面，深度和海斯坎能从重力测量导出的地块厚度值相一致就已经表明了这一点①。可是看来这种理解现在似乎不再能成立了，地块厚度大约只能是这个值的一半；另一方面，上述界面已经是对应于下面层次的进一步划分。但是这个界面，在太平洋范围内却完全不存在。在这里，表面地层的地震波速度，大致与上面提到的深层相等，即纵波每秒 7 公里和横波每秒 3.8 公里

（而对大陆的地表层，这些数字分别为每秒 5³/4 和 3.2 公里）。对这些数字只有一种可能的解释，就是在大陆台块之下直至 60 公里深处的最上部地层， 在太平洋并不存在。

正如预期的那样，也作为物质常数的表面波的速度，在深海底和大陆地块也显示出相应的差异。这一点在五位学者分别证实后，现在可以看作是肯定的事实。塔姆斯[46]于 1921 年从一组特别清楚的纪录中得到下列表面波速度：

加里福尼亚地震，1906 年 4 月18 日

1. 深海

次数

v=3.847±0.045 公里/秒 9

① 以普雷特理论为基础所得到的地块厚度值较大（100—120 公里），而艾黎理论则实际上得到与地震研究相同的结果。这就支持了在其它方面也得到承认的艾黎理论的首先地位。

也就是说，虽然单个数值有时互相交叉，从平均值仍然可看到明显的差别，表明表面波的传播速度，在深海底比大陆上大约每秒高 0.1 公里，这与根据深成火山岩的物理性质所预期的理论值相符。

另外，塔姆斯也曾尝试过把尽可能多的地震观察归并成平均值，这样从太平洋 38 次地震的速度值，求得的平均数为 v=3.897±0.028 公里/秒，欧亚大陆或美洲上 45 次地震则为 v=3.801±0.029 公里/秒，也就是说和上面的值相同。

恩根亥斯特[47]在 1921 年也研究了一系列太平洋地震中深海盆和大陆地块的地震差异，同时也涉及到表面波。在这方面，他把塔姆斯没有分开的两种波“横渡”和“瑞利波”区别开来，并因而基于比较少的资料发现了甚至大得多的差别：“主波的速度在太平洋之下比在亚洲大陆之下高 21—26

％。”同时要补充说明，对其它波他也发现了特征性的差别：“p（第一前兆， 即纵波，通过地球内部传播）的走时和 s（第二前兆，即横波，路线相似） 的走时在太平洋以下，对震源距离为 6°（对这样短的距离这些波只穿过表面地层）时比在欧洲大陆以下少 13 秒和 25 秒。这相当于 s 的速度比在大洋之下大 18％⋯⋯后续波的周期，在太平洋之下比在亚洲之下为大。”所有这些差别，都一致倾向于我们关于深海底由另一种、即较密致的物质组成的假设。

在表面波方面维塞也得到了相同的结果[48]。他得到的是： 在大陆地区上 v=3.70 公里/秒

在海洋地区上 v=3.78 公里/秒

拜尔利对 1925 年 6 月 28 日蒙塔那地震，也得到类似的表面波速度差别[223]。

最后，古滕贝格从另外的途径证实了这个结果[44，45]。他为此用的是横波，也就是表面波，这种波直接走在也在地表传播的瑞利波之前（而且往往不能互相区别）。这种波的速度，一方面取决于其波长或者周期，另一方面也取决于它们在其中传播的最底部壳层的厚度。由于从纪录数据中不仅能推出走时（速度），而且也能推出周期，因而能够确定壳层的厚度。这种测量当然总是很不准确的，因此对同一个地区就需要比较多的实例，才能对壳层厚度做出结论。图 13 表示出古滕贝格对三个地区得到的结果：（a）欧亚大陆，（b）主要行程在大西洋底，（c）太平洋。向右标出的是震波的周期， 向上是其速度。如果测量没有误差，按说所有的点应位于一条曲线上，其在图表上的位置由壳层厚度决定。在（a）和（b）中画上了对壳层厚度为 30、

60 和 120 公里三条这种理论曲线，在（c）中是壳层厚度为零的几条。古滕

贝格的结论是，欧亚大陆的点最好归入壳层厚度 60 公里的曲线，主要途经大

西洋的点更接近于厚度 30 公里的曲线，而太平洋的点则为厚度零的一条。数值异常分散，说明这个方法不是很准确的。但是这个结果后来又得到古滕贝格的进一步支持。最重要的是在太平洋，即使根据后来的研究，最顶部地层看来也不存在，而主要经过大西洋的区段，即一部分在深海一部分在大陆地区上，则得到居于零和 60 公里中间的壳层厚度值①。

正如上文提到的，恩根亥斯特已经发现后续波的周期，在太平洋范围中也比在亚洲大陆上的长。威尔曼[49]对此作了进一步探讨并加以证实。他把他的结果简明地归纳在图 14 中，其中用+号或·点标示出他研究过的地震的震源，两种符号分别示出它们在汉堡的纪录上是长周期或短周期的后续波。如果考虑到震波从震源到汉堡的路程，肯定垂直于图中与汉堡距离相等的虚线，那么图 14 就很了然地显示出由+号来的波，主要越过深海地区传播（太平洋、北海、北大西洋），而由·号来的波则必然主要穿过大陆地区（亚洲） 传播的。

可以看到，地震研究在其最近的发展中，从各种不同而且互相独立的途径证实了一种观念，即深海底基本上是由和大陆地块不同的物质组成的，它相当于地球较深层的物质。

尼波尔特曾提醒我注意，在地磁研究中，一般的看法是组成深海底的物质比组成大陆地块的物质能更强地磁化，即估计含铁更高。这一点特别突出地表现在关于维尔德[50]地球磁模型的讨论中，在模型里必须用铁板覆盖海洋表面才能获得与地磁场相应的磁力分布。吕克尔[51]用下面的话描述了这次试验：“维尔德先生展示了一个很好的磁模型，并带有一套试验装置，它是由均匀磁化球体的原生场和一个铁体次生场的作用构成的，铁体位于表面附近并通过感应被磁化。铁的主体放在海洋之下⋯⋯维尔德先生把重点放在用铁覆盖海洋这一点上。”雷克洛[52]最近也证实，维尔德的这个试验大致上很好地表现出地磁场的分布。当然直到目前还未能成功地通过计算，从地磁观察结果中推导出这种大陆和深海间的差异，看来原因在于它受到另外一个来源尚不清楚而又大得多的干扰场的叠加。这个干扰场并不表现出、也许也不会表现出与大陆分布有关系，这一点似乎可以从其大幅度长周期变化中推论出来。但是即使按照那些并非无保留地承认维尔德试验说服力的专家（如斯密特）的看法，地磁场的结果，无论如何也绝不违背深海底由含铁较高的岩石组成这种假设。因为大家知道，普遍都认为在地球的硅酸盐壳中铁含量随深度增加，并且地心主要由铁组成，那么这就说明我们在这里遇到的是比较深部的地层。而磁性一般在炽热的温度下即行消失，根据普通的地热增温率，在约 15—20 公里深处就可达到这个温度。就是说，深海底的强磁性本应在最上部地层中出现，这一点看来和我们认为在这些地层中存在较弱磁性物质的假设相符。

很容易就会提出这样一个问题：是否能够直接从深海底取到这种深部岩石的任何样品。用拖网或者其它方法，从这样的深处将露头岩石样品提上来

① 古滕贝格想提出大西洋的结果是与大陆移动论相矛盾的，我认为这不对，在第十一章还要回过头来讨论这一点。

恐怕在相当长时间内还是不可能的。可是值得注意的是，从吸泥船取上来的散样，根据克吕梅尔[30]的描述主要是火山岩成分；“亦即主要是浮石⋯⋯ 然后遇到的有透长石、斜长石、角闪石、磁铁矿、火山岩玻璃体及其分解产物橙玄玻璃的碎片，还有玄武熔岩块、辉石安山岩等。”火山岩石的特点是比重和含铁量较高，并且一般都认为出自较大的深度。修斯因其主要成份是硅和镁而把这整个基性岩石序列称为“硅镁层”，其主要代表是玄武岩，与此相对的是另一组富含硅酸盐的“硅铝层”（硅和铝），其主要代表片麻岩和花岗岩构成我们各大陆的基底①。从上文中，读者也许自己已经作出结论， 就是硅镁序列的岩石本来处于大陆地块基底之下，也许也构成了深海底，而在硅铝大陆地块上我们只能作为火成岩接触到，在这里它们表现为异体。看来玄武岩恰恰具有我们期待于深海底物质的那些特性。

关于不同的地球壳层由什么物质组成这个问题，近年来展开了大量的研究，有些基于矿物学和地球化学，有些根植在地震波的基础上。这个问题现在仍在积极继续进行，以致学者之间尚未能取得较为一致的看法。因此在这里我们想停留在客观地概略介绍一下某些地方还存在着严重的分歧。

开始时，人们一般都认为假设在肯定主要由片麻岩或花岗岩状物质组成的大陆硅铝层之下，还有一个达到约 1，200 公里深处的硅镁层就够了。这就是地幔。在地幔之下直至 2，900 公里深处为中间层，然后就是主要由镍铁组成的地核。中间层或者模拟陨石的物质次序由中陨铁（橄榄陨铁）组成，或则根据冶炼的经验由硫铁或其它矿石（矿渣）组成。但是对硅镁层是均匀的或者还要进一步划分这个问题则有不同的回答。戈尔德施米特指出辉榴岩为硅镁层的典型代表，威廉孙和亚当斯则认为是橄榄岩或辉岩，还有人认为是纯橄榄岩。无论如何，硅镁层的主体必然是很基性或者说“超基性”的岩石， 比玄武岩的基性还强，因此玄武岩物质至多也只能是硅镁层的最顶部分。杰弗里斯[53]、德利[54]、莫霍洛维奇[55]、乔利[56]、霍姆斯[57]、普尔[58]、古滕贝格[59]、南森[222]等人的大量文章及有些专著探讨了这里提出的问题，其中特别值得指出的是德利的著作（Our mobile Earth，London 1926）， 它完全站在大陆移动论的观点方面；乔利的书（The surface historyof the earth，Oxford 1925）虽然表示反对大陆移动论，但是因为考虑了放射性热能，实际上反而为它提出了重要的新支柱。

看来所有作者有一点是一致的，就是在大陆地块的花岗岩之下紧接着的是玄武岩。但是对两种物质之间的界限，大多数学者现在已不再定在由地震推导出的 60 公里深的大层界处，而是假设在约 30—40 公里深处，在此处地震也同样可以辨认出一个层界，虽然不那么显著。不能设想花岗岩的深度达到 60 公里的主要原因之一，在于这样大的厚度含有的镭会太多因而产生的热

量也太多。这样就是说，在 60 公里深度处开始的是超基性物质（纯橄榄岩等）。此外，特别是莫霍洛维奇强调指出，60 公里层界在山脉和平原之下的深度位置并无变化，而在其上的花岗岩和玄武岩之间的界限却是变化的。因而出现一个问题，在这种情况下，是否宁可把 30—40 公里深处的花岗岩界限

视为大陆地块的下限，而不是以往所说的 60 公里深处的大层界。另一方面，

还不清楚的是后一个界限在大洋底下的情况如何。古滕贝格假设这个 60 公里

① 邦森已经提出过这种划分，他把非沉积岩石划分为“普通粗面岩”（硅酸岩含量高）和“普通辉石岩”

（基性）。而修斯则发明了上面两个方便的名称。

深处的大界限在太平洋下面就构成表面，因而在这里超基性物质（纯橄榄岩） 直接出露。相反莫霍洛维奇则相信大洋底是由玄武岩构成的。

还得等待这方面的研究进一步发展才有可能取得一个完整的概念。但是很可能的是，由于这种层次的增加，使深海底的性质也更为复杂，上面谈到用回音测深确定海底深度时，已经从不同的角度出现了这种迹象。

但是不管这种看法的进一步发展如何，至少已可看出，它是朝着大陆移动论的方向进展的，因为深海底和大陆间是基本对立的这一点不会再动摇了，不管前者是由玄武岩或者某些地段已经由超基性物质组成，对大陆移动论来说，暂时都是无所谓的。总之在这里（除了一些残余）不存在大陆地块的花岗岩盖。

不少人反对大陆移动论，说：地球是象钢那样坚硬的，因此大陆不能移动。事实上对地震、地极摆动和地球固体潮的观察得出了一致的结果，即地球的形变弹性或刚性系数平均为 2.10¹²g/cm·sec²，或者说划分开一个深达1，200 公里的岩石地幔和一个金属矿石—金属地心时，前者为 7.10¹¹，后者为 3.10¹²。因为冷钢的这项系数为 8.10¹¹，因此地球确实象钢一样硬。但这能说明什么呢？粗看一下，对于我们的问题什么都说明不了。因为一个大陆在某种力的作用下能够移动的速度完全不取决于硅镁层的刚性，而是取决于另一种与此无关的物质常数，即“内磨擦”或“粘性”，或者其倒数“流动性”。这种粘性的单位为 g/cm·sec。可惜不能由刚性确切地推导出粘性， 而必须通过专门的研究加以确定。然而对所谓的刚体进行这种粘性测定是极其困难的。即使在实验室中，为此使用了弹性振动的阻尼或者弯曲，或扭转时的变形速度，或者还有所谓的弛豫时间测定，也只对很少几种物质作过粘性测定。而关于地球的粘性系数，可惜我们目前还处于几乎是绝望的无知境地。虽然最近作了各种试验以估算这个粘性系数，有些是全球平均值，有些是对某些层，但它们结果的差别是如此之大，以致只能承认我们是完全无知的。

我们只能肯定地说，地球对短周期力，如地震波，表现为刚性弹性体； 这时流动性不表现出来。相反，地球对持续漫长地质时代的力肯定表现得象流体，例如从地球的变扁正好和它的旋转时间相适应，就可以推论出这一点。但是弹性形变为流态形变所替代的时间界限在哪里，却取决于粘性系数。

达尔文在研究月球轮番出现时，假设 12 小时和 24 小时的潮汐力已可引起流态运动，这一假说曾为很多其它作者所引用。但是普雷（Prey）[60]最近一次研究取得的结果是，达尔文的假设并不能导致地壳现在还由于潮摩擦而明显地向西移动这个结论。在 5，000—6，000 万年以前，粘性系数也许曾具有约 10¹³ 这样一个相对较小的值（与冰川的粘性大致相等），普雷认为因此当时出现了地壳的大幅度移动。但是此后粘性系数增大到了使得这种移动现在已不可能的程度。当然要指出，达尔文还未能考虑到地壳的镭含量。而普雷则虽已知道镭仍假设不断冷却。而按照我们今天关于现有镭数量的知识，同时也根据地质事实看来，比以前的估计要长得多的地质时期过程中， 地球的粘性系数——摆动除外——是否有过明显的系统性变化是很成问题的。

从地质学的角度看，往往假设在固体地壳之下有一个岩浆层，而维赫特类似地认为可以用这样一个相当稀流态的层来解释某些地震纪录中的奇特现象。许韦达[61]则基于可测量到的地球固体潮表示反对。因为如果流态明显

地对固体潮起作用，则固体潮必然要落后于太阳和月球。但由于观察结果并没有反映出这样一种滞后现象，那么观察到的潮汐幅度必然完全是由弹性而不是由流态引起的。这样，观察的误差范围至少提供了一个粘性系数的极限值，当然这个极限值是随各壳层的假设厚度而异的。因为一个易流动的薄层会和一个比它厚的粘性层作出相等的移动。许韦达算出，如果只涉及 100 公里厚的层，粘性系数必然要大于 10⁹，如层厚 600 公里，则大于 10¹³ 或 10¹⁴。这里还有一个重要的前提是，涉及到的应为一个连成片并覆盖整个地球的壳层。地球上单独的较小片段要易于流动得多。

许韦达 1919 年在研究地极运动时，为测定地球的粘性作了另一个试验。他倒过来计算，就是如果地球粘度系数的一半具有 10¹¹、10¹⁴ 、10¹⁶、10¹⁸ 这些值时，地极摆动应有怎样的结果？这样得出的结果是，对前两个值只能出现大约 80 年的周期的地极运动。只有对应于较大的那些值，才不是长期而

是 470—370 天的短周期，也就是相当于实际存在的情况。当然在此也取决于人们假设粘滞层的厚度是多少。如果把整个地球的粘性看成是均匀的，则短周期在 10¹⁸ 这个值时才开始出现，而如果假设壳层厚度为 120—600 公里才

是粘性的，则在 10¹³ 时就出现了。因为计算过程中地球的密度视为恒定的，

故其结果只能供初步参考。在后来的一个机会中，许韦达在假设只有 100— 1，600 公里深度之间的壳层是流态的这个前提下，曾经使用过 10¹⁹ 这个值。

许韦达是高粘性值的维护者。但是他自己也取得了下列结果：“可是必须认为下列可能性是存在的，即各大陆在极逸离力作用下，经历着趋向赤道的移动。”[40]关于这种极逸离力和导致该结果的计算，下文还将作必要的论述。

杰弗里斯[53]曾假设过更高的粘性常数值，即 10²¹，而且是在这个常数值最小的那个壳层中。据我所知这是最极端的假设了。

但是另一方面，最近有人假设的粘性常数却惊人地小，这固然只是对一个比较薄的壳层。迈耶曼[64，65]从最近为天文学途径所证实的地球旋转不均匀性这个事实出发说：“例如 1700 年时，地球上的任何一点都位于当地球均匀旋转时它所应在的位置以东约 15 秒，1800 年在以西约 15 秒，1900 年在以东约 10 秒，而 1924 年则在以西超过 20 秒。但地球整个地作这样的摆动是绝不可能的，因此我认为这些情况证明了地壳相对于地核向西漂移⋯⋯如果摩擦力增大，则向西漂移减弱⋯⋯如果摩擦力减小，则相反出现地表对于假想的地球向西运动。”地磁场的要素和昼夜长短的波动，都出现一个 270 年

的周期；迈耶曼就此推论地壳在惊人地短的 270 年时间内，即整整地周转一圈，并据此推出这一层中的摩擦系数只有纣 10³（比甘油在零度时粘 21 倍）， 如果流动性只局限于一个 10 公里厚的层带的话。但是他对这些现象的解释是否正确，暂时还不得不搁置起来。在这方面舒勒[66]的一篇文章值得注意， 他在文章中指出，在极地内陆冰盖加厚时，由于造成质量向转动轴接近，根据转动惯量守恒原理，必然要使地球旋转明显加速，相反冰体消融时要变慢， 这时同样出现向赤道的质量转移，亦即离开轴线。

位于大陆地块之下壳层的粘性这个问题，与这些壳层的温度是否超过熔点密切相关。虽然很可能在很高的压力下融熔岩浆也会具有很高的粘性，从而表现出固体物质的性质这样高压力下的现象我们是不了解的，所有赞成存在一个熔融流动层的作者，仍倾向于假设该层中的粘性小得足以造成移动甚至流动。正是由于考虑到镭的存在，对这个问题产生了完全新的观点。

图 15 表示引自沃尔夫的地壳上部 120 公里中的温度变化，它是根据假设地壳中镭含量不同的情况计算出来的（曲线 a—e）。但此外还画入了两条熔融曲线 S 和 A。按照假设的物质不同，在这里也得到不同的曲线。S 表示对各个深度可以设想的最低熔融温度。从温度曲线的弯曲和熔融曲线的坡度可以看出，在约 60—100 公里深处有一个熔融的最佳区段，也就是说，很可能在这里有一个熔融层夹在两个结晶层之间。

我们显然可以提问，地震研究是否能对此提供启示？遗憾的是不能；如果熔融就等于易流动，它可能会做到这一点，因为横波不能在易流动的介质中传播，而两个前震均为横波。但是现在人们大多假设超过熔点，也就是熔融的物质处于非晶玻璃态，即固态。不过地震研究还是提供了一点小小的暗示。就是事实表明，在对物质密度作最可能接近实际的假设下，它对形变的弹性阻力虽然一般是随深度增加的，但这种增长在约 70 公里深处却有一处中断，也许甚至是暂时的下降。这一点被一些人，例如古滕贝格[104]，解释为结晶态在此深度处为非晶玻璃态取代。虽然后者对短时的地震波力也应该看成为固态的，但它对在地质时期中起作用的力表现出很大程度的流态却不是不可能的。

在这方面，某些地质事实也值得注意。那些奇特的大规模“花岗岩熔融”

——克鲁斯[103]在南美洲就描述过一些——表明花冈岩的熔点等温线，于某些地史时代在一些地点曾上升到紧靠地表处。那么当时 60—100 公里的深处，就更必然是熔融的了。亦即在地球中等温面并没有固定的位置，而是既随时间也随空间变化的。乔利[56]认为对这种情况的解释在于，大陆地块之下的温度由于放射性生成大量的热而持续上升，直至这些地块因熔融而浮起并移向地球较凉的部位，即原来的深海地区。实际上，地热增温率在欧洲平均为 31.7 米，而在北美洲则平均为 41.8 米，这个事实支持了上述解释。这个近来热烈讨论的奇特差异，说明地球内部在北美洲之下比在欧洲之下凉。德利近于正确地认为：“可以由于北美洲在较晚的近代时期滑过当时更大的太平洋海盆已沉没的地壳，找到对此满意的解释”[67]。

在此当然还应提一下那些把地壳最上层的这些现象归因于“下部环流” 的作者，如阿姆弗洛[68]、许温诺尔[69]等。阿姆弗洛认为下部环流把美洲引向西去，而许温诺尔则假设在流态的壳层中由于放热不均而造成相对环流，它们拖带着地壳，并在运动转而向下的地方挤压地壳。在放射性使大陆地块中产生大量的热方面，基尔希[70]也广泛地引用了这类在流态壳层中因热量引起的相对环流。他假设在当时连成一片的大陆地块之下产生大量热能

（南部非洲的花冈岩熔融！），并导致流态基底的循环运动，这时基底到处都向四周的深海盆流去，在此处则由于较大的热量散失而向下运动，并在中间即大陆地区之下再上升。在这个过程中，由于摩擦力而最后使大陆顶盖裂开，并被熔流四散带开。基尔希就此得出的流动速度大得惊人，而熔融层中的粘性值则相应地小。

总之，所有这些研究工作表明一点，就是我们现在不应死板地看待地球内部，尤其是地球各层的粘性系数；对它，我们还完全不了解。许韦达的结果并不是决定性的，原因是它并不排除存在一个并不连成一片，而且比较易于流动的壳层的可能性；当然也丝毫没有说明在某些古老的时期，是否有过一个这种比较易于流动并连成一片的壳层。但是这些结果仍然有重大价值，

因为它们虽然不承认存在一个易流动的壳层，却导致容许大陆移动的粘性值。也就是说，后一种可能性，并不取决于那些最近主张至少区域性和暂时性地存在易流动的大陆地块基底的作者们是否对。

根据上述，就无需再申明大陆移动论和地球物理学的结论非常相符。地球物理学在这方面成了大有前途的新研究领域的起点，这些研究现在已经取得了重要成果，固然还有很多细节有待将来才能圆满解释。

当然还可以引用一些地球物理领域的观察事实，来直接间接地支持大陆移动论。可是本书的篇幅不允许完全或者即使比较完全地涉及这里要谈论的各种不同领域。这些事实的一部分，还会在以后的章节中谈到。