奇怪的“真极偏移”
转自科学时报电子版

    除了偶尔发生地震之外，我们脚下的土地看起来是很稳定的。我们相信，当欣赏日落时熟悉的店铺总是面向西方。这可信吗？你可能被误导了。

    如果有些科学家的观点是可信的，那么，就会出现这样的情况：旋转的地球失去平衡，大陆和地幔像火山湖面上厚厚的外壳那样绕地球向下滑移。结果，在热带阳光的照射下，北极开始膨胀，大陆块重新进行分布。你的罗盘指针——曾经如此准确地指向北方——可能就会摆向西方甚至南方。

    这个奇怪的现象被称为“真极偏移”，尽管需要几百万年的时间才能结束，但这是以后地质学的亮点。如果确实存在真极偏移的话，那么陆地可能会每年抬升一米，从而明显改变全球气候和生命的演化。

    1997年，美国加利福尼亚理工学院的研究认为，真极偏移已经激发了大约5亿3千万年前动物种类强烈的“寒武纪爆炸”。如果地质学家Joseph Kirschvink和David Evans是正确的，那么大陆就会在1500万年内滑过地球表面的四分之一。块体迁移可能对洋流进行了重新排布，使海平面的变化达100米或更多，迫使生态系统适应迅速变化的气候条件。这个观点一出现就引发了激烈的辩论。“无可否认，这是个疯狂的观点，但又是一流的，”Kirschvink说。“它解释了不是一个或两个，而是半打生物圈历史上最重要的、奇怪的事情。”

    接下来的一年中，其它研究小组证明，恐龙统治的白垩纪时期出现了真极快速偏移的两个脉冲。那些运动比我们推断的寒武纪大摆动有秩序些，但是如果正巧发生在今天，它们可能在几百万年内——陆地正常运动速度的10倍，就把伦敦带到卡萨布兰卡。

    这个速度—— 一个100米冲刺而不是晚间的漫步——使一些研究者产生了很深的怀疑。这与我们所了解的使陆地飞速运动的地球很不一样。“Kirschvink的假设基于一个令人赞赏的观点，不过还没有被证实。”密歇根州大学的地质学家Rob Van der Voo说。“这些观点非常奇怪，”佛罗里达大学的Joseph Meert说，“迅速的真极偏移是很难发现的，我没有得到任何证据。”

    我们知道，地球上至少出现过小规模的真极偏移，是由地球形状的微小不平衡激发的。篮球、行星和其它旋转的东西从来不是完美的球形，上面总是存在一些隆起，如篮球上的突起或行星上的陆地。最稳定的旋转方式就是使最大的隆起位于离旋转轴最远的赤道上。这就是为什么一个短而粗的旋转陀螺比高而细的陀螺更难打翻的原因。

    短时间内，非球形物体能够绕不同的轴旋转。假设物体沿一个轴向伸长——称为“扁长球体”，如橄榄球，沿长轴进行旋转，其旋转路径很不错，但不稳定。轻轻一推就脱离了运动轨道。“这就是我们为什么如此注意四分卫的原因，即，保证橄榄球围绕最不稳定的轴旋转。”澳大利亚西部大学的Evans说。

    地球是个扁长球体，陆地按照某个行列排布，这已经得到证明。在不同的地质历史时期，陆地被分成叫做“超大陆”的连续块体，周围是球形海洋。距现在最近的这种块体是大约2亿年前分解的联合古陆。再早的一个可能存在于1亿～7亿年前。超大陆形成了巨大的陆地覆盖层，几乎覆盖了半个地球。覆盖层本身稍微改变了地球的平衡。但是，极偏移倡导者说，真正使这些事情严重的是堆积在地壳下的下地幔热岩。

    超大陆下面很热，因为没有发生消减作用，一部分地幔物质的温度得不到降低。一般地，海底温度较低，发生消减作用时，海底从消减带俯冲到另一个板块下面，这样，一部分地幔物质的温度就下降了。但这只发生在地幔边缘。因此，超大陆下面的地幔还是很热的，滚烫的熔岩从底部升起，就像壶中沸腾的水，从边缘下沉，在中间升起。随着时间的流逝，下面的物质越来越多，超大陆停留在某个位置，不能再移动。于是，地球的平衡被破坏，像空中的橄榄球。

    为了保持地球的稳定旋转，外壳和大部分地幔物质从外部岩心滑脱，将多余的块体推向赤道。如果超大陆的中心向极地靠拢，那么，1000万～1500万年内就能横穿地表的四分之一左右——90度角。

    最后，超大陆下面的高温物质穿过陆地，喷发出来的物质四处流淌，形成了新的海洋。Evans说，短时间内，热地幔物质依然向上搅动，影响全球的平衡。最后，零星几次快速的真极偏移可能会伴随着Evans所说的“振荡”相，直到消除地球内部的块体。这就是Kirschvink和Evans所说的发生在寒武纪的事情。

    “超大陆的喷发物质能够存在几亿年。”Evans说。

    真极偏移的观点建立在岩石中微弱的磁学痕迹基础上。一些岩石的金属颗粒的排列方向与磁场方向一致，岩石融化后就会暴露了其形成地点，由于风化作用、温度升高或化学反应等作用，岩石中的原始信号可能被“覆盖”。“这就像你把最喜欢的音频带放在散热器上，却去寻找被毁坏的音乐，”Van der Voo说，“热能消磁。”尽管如此，古地磁学家还是发现了灵敏的方法，对这些复杂的因素进行归类，从而估计出地球的磁极位置如何随时间而变化。

    《科学》杂志中关于寒武纪的文章分析了四个主要陆地的磁资料。今天的陆地是从陆地碎块演化来的，根据陆地碎块的记录可以知道，大约5亿3千5百万年～5亿2千万年前，磁极绕地球表面旋转了90度——与北极到赤道的摇摆幅度相等。对澳大利亚和西伯利亚岩石的进一步分析也证明了这个论点。这一运动与地球的明显变化是一致的。例如，多伦多大学物理学家Jerry Mitrovica和Jon Mound的模拟研究发现，当陆地移向或远离极地时，海平面应升高或下降200米左右。Kirschvink认为，从沉积岩记录可以看出，恰当的时间和地点确实出现了海进或海退。

    因而，这与寒武纪新生命的异常开花这种现象之间存在某种关系。几乎所有的现代动物都起源于寒武纪。Kirschvink和Evans认为，真极偏移是导火索。“陆地从极地向赤道移动，很大程度上可能扰乱了海洋的循环模式。”Kirschvink说。假设墨西哥暖流停止了，北欧将迅速变冷。随着寒武纪大陆块的移动，这类运动就会快速连续地出现。气候的波动严重影响生态系统的变化，生物的适应速度将比通常情况下快25－50倍。另外，海平面的变化可能会把沿海人口和海洋隔开。

    地球物理学家通过对地球内部的模拟研究，发现地幔的快速流动足以产生消减运动，从而产生真极偏移。但是古地磁学家对此没有太大把握。有些研究者指出，寒武纪的运动速度严格依赖于与磁资料有关的年代。但也有人不接受这个观点。

    挪威地质勘察学者Meert与合作者Trond Torsvik对这个假设给出了最严厉的批评。Torsvik和Meert对陆地是如何移动的这个问题进行了辩论，特别是Baltica(今斯堪的纳维亚半岛和俄罗斯的一部分)和西伯利亚。“Kirschvink的假设条件很苛刻：它要求每个陆地在1千5百万年内旋转90度。”Meert说，资料显示，这一要求没法满足。“Baltica甚至不能合拢，西伯利亚在很短的时间内就会下沉。没有什么是值得信服的。”

    Kirschvink不客气地进行了批驳。他指出，Torsvik推断出了极地的三个新位置，其中之一就是岩石加热后的磁覆盖层。

    2000年的研究使得争论更加热烈，矛头指向白垩纪时期真极偏移的快速爆发问题。第一，海洋地质学家William Sager和地质年代学家Anthony Koppers认为，8400万年前，陆地在200万年内翻转了大约20度。根据是海平面下被称为海山的火山结构。这些巨大的火山岩从海底喷发出来，常常形成岛屿，冷却时还保留着地球磁场的方向。尽管水逐渐侵蚀它们，但是科学家依然能够测出古磁化强度。Sager和Koppers发现，北太平洋两组海山的年龄几乎相同，但磁化方向明显不同。他们认为，真极偏移是最好的解释。

    “大多数古地磁研究团体对此都提出了怀疑。”罗切斯特大学的John Tarduno说。人们很难从海山得出准确的地磁方向和年龄。Sager甚至不能肯定观察目标是否是固体岩石。“如果你得到关于陆地的正确信息，你就有可能不再使用这些资料。”Sager承认。

    Tarduno质疑的第二个研究结果是：法国蒙彼利埃大学古地磁学家Michel Prévot和同事的报道。他们发现偏转20度的情况出现在1亿1千万年前，持续时间不到1千万年。但Tarduno等人对同一间隔内不同组的岩石进行了分析，没有发现真极偏移。谁都坚持自己的观点。“争论非常激烈，我们不能确定哪个解释是最好的。”Prévot叹息道。

    没有迹象表明关于寒武纪爆炸的争论短时间内会降温。正如Meert指出的那样:"岩石越老,它们发生某些事情的可能性就越大。当我们往前追溯时间越长，,人们还是越容易接受一个奇怪的假设的。"