1. 蜗牛的形态特征是什么
蜗牛属腹足纲大蜗牛科的软体动物。其壳呈圆形,右旋或左旋。
头部显着,上有2对触角,后1对触角的上方有眼。腹面有扁平宽大的足,但肉眼不易察觉。其外套腔顶壁壳中的外膜,有很多很细的血管,称为“肺”,能呼吸空气。
无厣,在干燥或冬眠时能分泌粘液,以堵塞壳口。嗅觉很灵敏。
2. 蜗牛是物理学家谁发现的
涡流(Eddy Current,又称为傅科电流)现象,在1851年被法国物理学家莱昂·傅科所发现
3. 像斯帕拉捷的科学家的故事
斯帕拉捷
开放分类: 科学家、名人、意大利人
拉扎罗·斯帕拉捷(Lazzaro Spallanzani,1729—1799)是意大利着名的博物学家、生理学家和实验生理学家。
生平简介
斯帕拉捷于1729年1月12日出生于意大利斯坎迪亚诺镇,他的父亲是一位有名的律师,母亲出身富裕之家。斯帕拉捷15岁中学毕业后进入勒佐——艾米里亚耶稣神学院,在那里他学习了五年,受到很好的语言学和哲学等方面的教育。1749年,他转入着名的波伦亚大学学习法律。他的堂姐芭西是一位杰出的妇女,在波伦亚大学任物理学和数学教授,在她的引导下,斯帕拉捷对自然科学发生了浓厚兴趣,从而转学自然科学,1753年取得博士学位。此后不久,教会任命他为牧师,1760年成为神父。教会的经济支持,保证了他科学事业的顺利进行。
1761年,他首次外出进行科学考察。他通过研究多重相互联系的因素证明,山间泉水不像笛卡儿所说的那样是由海水变来的,而是如瓦里斯纳里所指出的那样,是雨(雪)水渗入地下后流出来的。这充分展示了斯帕拉捷严谨的治学态度和逻辑思维能力。就在这一年,瓦里斯纳里把布丰和尼达姆关于自然发生的思想和着作介绍给他,引起了他极大的注意。从1762年开始,他对自然发生问题进行了深入研究,并取得很大的成功。
自然发生说是一种从古代就已流传的关于生物起源的假说,认为生物是由非生命物质发展起来的。从人类文明的最早期直到17世纪,自然发生学说在人们的心目中几乎是普遍存在且又是毫无疑问的信念。亚里士多德是自然发生说的代表人物,他认为晨露同粘液或粪土相结合就会产生萤火虫、蠕虫、蜂类等的幼虫……。赫尔蒙特甚至还提出产生老鼠的方法。1668年意大利医生雷迪(Redi)证明,腐肉所生的蛆虫是由苍蝇产下的卵孵化而来的,从而驳倒了上述荒唐的认识。斯帕拉捷通过上百次对比实验,发现将浸液放在密封的长颈瓶中煮1小时,就不会再有微生物发生。他指出,浸液中的微生物是由于消毒不彻底或由于来自空气的污染造成的。斯帕拉捷对自然发生问题的研究具有双重意义:首先,他早于巴斯德近一个世纪,用科学实验批驳微生物自然发生说,并且实验构思相当巧妙,对此巴斯德极为钦佩,他特地请人画了一幅斯帕拉捷的画像,悬挂在餐厅中,以便天天瞻仰。他由此发明了高温消毒法。第一罐罐头食品就是依据这种方法制成的。当然,由于历史条件,他没能彻底驳倒微生物的自然发生说,也没有回答生命最初的起源问题。斯帕拉捷于1765年发表了《用显微镜进行观察的实验》论文,总结了他关于自然发生问题的研究。瑞士博物学家博内特(C.Bonnet)看到该论文后非常高兴,开始同斯帕拉捷建立友谊,并很快成为好朋友。
1765年,斯帕拉捷开始了动物再生能力的研究。他用蚯蚓做了数千次实验,认识到有利于蚯蚓再生的一些切口的准确位置。他在研究了蛞蝓的触角,蜗牛的头、触角和足,蝾螈的尾巴、四肢和上颚,以及青蛙、蟾蜍的四肢的再生后发现:动物的再生能力,低等动物比高等动物强、年幼动物比成年动物强、体表组织比内部器官强等事实。此外,他还用蜗牛作过异体头部的移植实验获得成功。他将研究成果收集在《略论动物的再生》和《关于陆生蜗牛头部再生的实验结果》两部着作中。
在这一时期,斯帕拉捷还对动物的血液循环系统进行系统研究。关于血液循环,哈维已将血液循环途径基本研究清楚了。斯帕拉捷观察了心脏有节律的跳动,从而推动血液流动,他发现,血液在大的动脉血管中同样有节律的跳动式流动,到了小动脉,才开始变得均匀。他还观察到单个红细胞有时会变形,以便通过卷曲的毛细血管。他还首先发现,在恒温动物中,存在着动静脉交织在一起的结构。提出动脉的跳动除心脏产生的压力外,还有血管壁的弹性作用。1768年,他发表了《论心脏的运动》一文,总结了这方面的成果。同年,斯帕拉捷当选为英国伦敦皇家学会会员。
1777年,斯帕拉捷开始研究动物的消化生理。当时人们普遍认为动物的胃只能将食物磨碎,不能将食物中的有机物分解,也就是说动物的胃只有物理性消化,没有化学性消化。
1783年,斯帕拉捷将食物装在打有小孔的金属管或小球中,并让动物吞下装有肉块的小球,这样食物就不受物理性消化的影响,而胃中的液体却可以进入小球中。过一段时间,他把小球取出来,发现球内的肉块消失了,所以,他推断胃中的液体一定有某种物质可以消化食物。他首先引入“消化液”一词,认为消化液中含有某种能分解食物的化学成分,所谓消化就是消化液对食物的分解过程。这同腐败现象有本质区别,他指出消化液是强烈防腐的。他用实验证明消化速度不但同食物的性质和消化液的多少有关,而且还与温度的高低有关,而体温是最适宜的温度。他还指出,小肠的分泌物或许能完成全部消化过程。由于当时的实验条件和实验方法较落后,斯帕拉捷并没有弄清楚胃液中究竟是什么物质将食物消化了,直到五十多年后,也就是1836年,德国的生理学家施旺从胃液中提取出了消化蛋白质的物质,后来称为“胃蛋白酶”,从而才解开了胃的消化之谜。
1771—1780年,斯帕拉捷还进行了受精问题的研究。现在我们知道,进行有性繁殖的生物,其子代个体是通过精子和卵细胞的结合,即受精作用,产生受精卵,而后由受精卵发育形成的。但在18世纪,对于受精过程的认识还相当模糊。1677年,人们发现了精子,而卵子则是人们早已熟知的,但在受精过程中,这两者有什么关系呢?
一种观点认为精子在受精时起重要作用,忽视卵细胞的作用。1677年8月,哈姆(J.Ham)第一个观察到了精子,并得到列文·虎克的认同。后来有的学者认为,在人的精子中包含有非常小的人,在其他的动物的精子中也有极度缩小的该动物,这是精源论者的观点。另一种是卵源论者的观点,他们轻视精子的作用。布丰等人认为精子只不过是精液中的寄生物,即使有的学者承认精液作用,但当时也不清楚到底是精液中的哪一部分起作用。斯帕拉捷是一名卵源论者,他认为卵中含有极度缩小的该生物个体,如青蛙的卵中已存在着蛙,这样,在卵还没有排出体外时,蝌蚪就已存在于卵中——以某种方式蜷曲和紧密地集聚着,只要有雄性的能使之受精的液体的存在,随时准备展开自身。
尽管斯帕拉捷的有些观点不正确,但他在受精问题的研究上成绩不斐,他设计了许多精彩的实验,否定了一些错误认识。他在观察青蛙、蝾螈等两栖动物的繁殖时发现了它们是体外受精,从而否认了动物只能体内受精,不可能进行体外受精的错误观点。具体的做法是:他为雄蛙设计了一种特殊的紧紧贴身的塔夫绸“裤子”,穿着这些独特服装的蛙像平时一样企图交配,交配后,虽然雌蛙产下许多卵,但没有一个卵能发育。而当一些卵与保留在裤子上的精液接触后,正常的发育便开始了。后来,他直接从精囊中收集精液并把它小心地“涂”在卵上,这些处理过的卵都能正常地发育成蝌蚪,而没有与精液接触过的卵则解体。这样,斯帕拉捷就发明了一种人工授精方法。
斯帕拉捷还利用人工受精的方法,进一步探究了精液中哪些部分具有受精功能,非精液物质到底有没有受精作用问题。他又设计了一系列精巧的实验,他用血液、血液提取物、电流、醋、酒、尿、柠檬汁、油等物质与青蛙卵接触,结果都不能使卵受精和发育,而青蛙精液,即使稀释到原浓度的1/8000,仍然具有受精能力。那么究竟精液中哪种成分具有受精能力呢?有人说是气味,为了检验这个观点,他先把几滴青蛙精液放在一片玻璃上,再将面筋粘在另一片玻璃罩上,面筋上粘着26枚青蛙卵,而后将玻璃罩倒扣在精液上面,使精子和卵细胞不接触。过一段时间,装置中已有一半精液蒸发掉了,此时卵也湿润了,但把卵放入水中后,它们并未发育。为了检查剩余的精液是否有效,他把一些卵与此精液接触,这些卵受精了,并且能发育。通过这个实验,斯帕拉捷证明了精液的气味不能使卵受精。后来,他又将精液进行过滤,通过过滤把精液分成两部分,没有精子的粘液和含有精子的粘稠物,然后分别用来进行人工授精实验,发现前者没有受精能力,而后者用水稀释后仍有受精能力。事实是显而易见的,但由于斯帕拉捷原有的知识和信仰,使他认为完成受精作用的是残留在过滤纸上的液体,而不是精子。
另外,斯帕拉捷还对电鳗的放电现象,蝙蝠飞翔时的定向问题等进行研究。同时,他还是一位不知疲倦的旅行家和无畏的探险者,他使帕维亚自然博物馆成为意大利最着名的博物馆。他还是火山学的奠基者之一。
斯帕拉捷患有前列腺肥大症和慢性膀胱炎,最后导致无尿症。1799年2月11日与世长辞,终年70岁。斯帕拉捷把他的一生连同一部分遗体都献给了科学事业,根据他的遗嘱,他有病的膀胱献给了帕维亚自然博物馆。
斯帕拉捷的蝙蝠实验
1793年夏季的一个夜晚,意大利科学家斯帕拉捷走出家门,放飞了关在笼子里做实验用的几只蝙蝠。只见蝙蝠们抖动着带有薄膜的肢翼,轻盈地飞向夜空,并发出自由自在的“吱吱”叫声..斯帕拉捷见状,感到百思不得其解,因为在放飞蝙蝠之前,他已用小针刺瞎了蝙蝠的双眼,“瞎了眼的蝙蝠怎么能如此敏捷地飞翔呢?”他下决心一定要解开这个谜。
在进行这项实验之前,斯帕拉捷一直认为:蝙蝠之所以能在夜空中自由自在地飞翔,能在非常黑暗的条件下灵巧地躲过各种障碍物去捕捉飞虫,一定是由于长了一双非常敏锐的眼睛。他之所以要刺瞎蝙蝠的双眼,正是想证明这一点。事实却完全出乎他的意料之外。
意外的情况更激发了他的好奇心。“不用眼睛,那蝙蝠又是依靠什么来辨别障碍物,捕捉食物的呢?”于是,他又把蝙蝠的鼻子堵住,放了出去,结果,蝙蝠还是照样飞得轻松自如。“奥秘会不会在翅膀上呢?”斯帕拉捷这次在蝙蝠的翅膀上涂了一层油漆。然而,这也丝毫没有影响到它们的飞行。
最后,斯帕拉捷又把蝙蝠的耳朵塞住..这一次,飞上天的蝙蝠东碰西撞的,很快就跌了下来。斯帕拉捷这才弄清楚,原来,蝙蝠是靠听觉来确定方向,捕捉目标的。
斯帕拉捷的新发现引起了人们的震动。从此,许多科学家进一步研究了这个课题。最后,人们终于弄清楚:蝙蝠是利用“超声波”在夜间导航的。它的喉头发出一种超过人的耳朵所能听到的高频声波,这种声波沿着直线传播,一碰到物体就迅速返回来,它们用耳朵接收了这种返回来的超声波,使它门能作出准确的判断,引导它们飞行。
“超声波”的科学原理,现已广泛地运用到航海探测、导航和医学中去1793年的夏天,一个炎热的下午,斯帕拉捷来到了郊外的一所旧房子里,捉到了几只蝙蝠,他把捉来的几只蝙蝠放在笼子里,高高兴兴地回家了。他想:今天,我一定要弄清楚,蝙蝠到底靠什么能使它在夜晚自由飞行呢?
晚上,他匆匆吃完晚饭后,就把准备好的黒油漆拿出来,在一只蝙蝠的身上涂上油漆,1只,2只,3只,4只······终于帮这些小精灵们穿上了“黑大衣”。于是,它就把涂上油漆的蝙蝠全放了出去。结果蝙蝠还是在夜空中飞行的那么敏捷,那么轻松,在他们身上涂上油漆,丝毫没有影响它们的飞行。斯帕拉捷弄不懂了,他抓了抓自己的头,有点灰心,但是他没有放弃一丝机会,应为他相信自己肯定会成功。
斯帕拉捷看着这些在天空中自由飞翔地小东西们,决定明天再到外面去捉蝙蝠来做实验,一定要弄清楚:蝙蝠到底靠啥特殊地本领在天空中自由地飞行。了。
4. 蜗牛是法国物理学家谁发现
蜗牛的发现是法国物理学家赫兹在户外进行电学实验时发现的。
所以这只是一种新的动物,发现而已,并不代表着什么特殊的。
5. 蜗牛有没有惯性
不管是静止的还是运动的物体都有惯性。
物体保持静止状态或匀速直线运动状态的性质,称为惯性。惯性是物体的一种固有属性,表现为物体对其运动状态变化的一种阻抗程度,质量是对物体惯性大小的量度。当作用在物体上的外力为零时,惯性表现为物体保持其运动状态不变,即保持静止或匀速直线运动;当作用在物体上的外力不为零时,惯性表现为外力改变物体运动状态的难易程度。在同样的外力作用下,加速度较小的物体质量大惯性较大,加速度较大的物体质量小惯性较小。所以物体的惯性,在任何时候(受外力作用或不受外力作用),任何情况下(静止或运动),都不会改变,更不会消失。惯性是物质自身的一种属性。
在物理学里,惯性(inertia)是物体抵抗其运动状态被改变的性质。物体的惯性可以用其质量来衡量,质量越大,惯性也越大。艾萨克·牛顿在巨着《自然哲学的数学原理》里定义惯性为:
惯性,是物质固有的属性,是一种抵抗的现象,它存在于每一物体当中,大小与该物体的质量成正比,并尽量使其保持现有的状态,不论是静止状态,或是匀速直线运动状态。
更具体而言,牛顿第一定律表明,存在某些参考系,在其中,不受外力的物体都保持静止或匀速直线运动。也就是说,从某些参考系观察,假若施加于物体的合外力为零,则物体运动速度的大小与方向恒定。惯性定义为,牛顿第一定律中的物体具有保持原来运动状态的性质。满足牛顿第一定律的参考系,称为惯性参考系。稍后会有关于惯性参考系的更详细论述。
惯性原理是经典力学的基础原理。很多学者认为惯性原理就是牛顿第一定律。遵守这原理,物体会持续地以现有速度移动,除非有外力迫使改变其速度。
在地球表面,惯性时常会被摩擦力、空气阻力等等效应掩蔽,从而促使物体的移动速度变得越来越慢(通常最后会变成静止状态)。这现象误导了许多古代学者,例如,亚里士多德认为,在宇宙里,所有物体都有其"自然位置"──处于完美状态的位置,物体会固定不动于其自然位置,只有当外力施加时,物体才会移动。
定义
惯性是一切物体的固有属性,无论是固体、液体或气体,无论物体是运动还是静止,都具有惯性。一切物体都具有惯性。
惯性定义:我们把物体保持运动状态不变的属性叫做惯性。惯性代表了物体运动状态改变的难易程度。惯性的大小只与物体的质量有关。质量大的物体运动状态相对难于改变,也就是惯性大;质量小的物体运动状态相对容易改变,也就是惯性小。
当你踢到球时,球就开始运动,这时,因为这个球自身具有惯性,它将不停的滚动,直到被外力所制止。 任何物体在任何时候都是有惯性的,它要保持原有的运动状态。
注意
1、惯性不等同于惯性定律。惯性是物体本身的性质,而惯性定律讲的是运动和力的关系(力不是维持物体运动的原因,力是改变物体运动的原因)。
2、惯性是物体固有的一种属性,不能说"由于惯性的作用""获得惯性"。正确的是"具有惯性"。
常说"某物体受到惯性(力)的作用"或"由于惯性的作用",这一说法是错误的。应该说是由于物体具有惯性(或由于惯性)。科学家也曾经把惯性作为假想力而存在。
一切物体都有惯性,与它是否运动,是否受力无关,它是物体的一种属性。物体具有保持原来运动(或静止)状态的属性,这种属性称为惯性。所有物体都具有惯性。(可以理解为静止也是一种惯性)
转动惯量
转动惯量是惯性的另外一种形式,指的是刚体在旋转时维持其匀速旋转运动的倾向。除非有外力矩施加,刚体的角动量不会改变。这理论称为角动量守恒定律。由于陀螺仪的转动惯量,它可以抵抗任何对于旋转轴方向的改变。
6. 有关魏格纳的作品,我很着急
魏格纳是德国气象学家、地球物理学家、天文学家,大陆漂移说的创始人。1880年11月1日生于柏林,1930年11月在格陵兰考察冰原时遇难。1910年提出“大陆漂移说”,1912年得到证实。他在《海陆起源》一书中提出了着名的“大陆漂移说”。
主要研究大气热力学和古气象学。1912年提出关于地壳运动和大洋大洲分布的假说——“大陆漂移说”。他根据大西洋两岸,特别是非洲和南美洲海岸轮廓非常相似等资料,认为地壳的硅铝层是漂浮于硅镁层之上的,并设想全世界的大陆在古生代石炭纪以前是一个统一的整体(盘古大陆),在它的周围是辽阔的海洋。后来,特别是在中生代末期,盘古大陆在天体引潮力和地球自转所产生的离心力的作用下,破裂成若干块,在硅镁层上分离漂移,逐渐形成了今日世界上大洲和大洋的分布情况。但这一假说却难以解释某些大问题,如大陆移动的原动力、深源地震、造山构造等。[2]
大陆漂移学说理论
主要的证据:泛大陆存在及大陆破裂
漂移的证据主要有﹕
①大西洋两岸的海岸线相互对应
特别是巴西东端的直角突出部分与非洲西岸呈直角凹进的几内亚湾非常吻合。
②大西洋两岸构造呼应
美洲和非洲﹑欧洲在地层﹑岩石﹑构造上遥相呼应。例如北美纽芬兰一带的褶皱山系与西北欧斯堪的纳维亚半岛的褶皱山系相对应﹐都属早古生代造山带﹔非洲南端和南美阿根廷南部晚古生代构造方向﹑岩石层序和所含化石相一致。
③相邻大陆
特别是大西洋两岸古生物群具有亲缘关系。如巴西和南非石炭-二叠系的地层中均含一种生活在淡水或微咸水中的爬行类──中龙化石﹐而迄今为止世界上其他地区都未曾发现。又如主要生长于寒冷气候条件下的舌羊齿植物化石广泛分布于非洲﹑南美﹑印度﹑澳大利亚﹑南极洲等诸大陆的石炭-二叠系中。而这些大陆所在的气候带却不相同。
④石炭纪-二叠纪时
在南美洲﹑非洲中部和南部﹑印度﹑澳大利亚都发生过广泛的冰川作用。这些地区除南美洲和南极洲外﹐都处于热带或温带地区。与此同时﹐在北半球除印度以外的广大地区并未找到确切的晚古生代冰川遗迹﹐相反却见到许多暖热气候的生物化石。这表明上列出现古冰川的诸大陆在当时曾相连接﹐为一个统一的大陆。
⑤现代科学的发展
为大陆漂移提供更直接的证据﹕精确的大地测量的数据证实大陆仍在缓慢地持续水平运动﹔古地磁的资料表明许多大陆块所处的位置并不代表它初始位置﹐而是经过了或长或短的运移。
大陆漂移思想是一种活动论﹐它的提出是对固定论的挑战﹐并为板块构造学的建立和发展奠定了基础﹐对地球科学的发展起了很大的推动作用。但大陆漂移的机制问题至今依然没有解决。
大陆漂移学说形成
发展历程
大陆漂移说是阿尔弗雷德·魏格纳(1880—1930)在1912年一篇重要的学术论文中提出来的,并且在几年后(1915)出版的一部专着中加以发展和完善。人们几乎立刻就意识到了这个假说潜在的革命性质,因为它要求对地理学的全部基础进行重新修订。20世纪20-30年代间,地理学家对大陆运动的观念进行了广泛的讨论,结果,反对意见几乎是同声一片。因此,魏格纳提出的地球漂移说长期以来处于我所说的理论革命阶段,直到50年代中期,不断发现的新证据才越来越对大陆可能运动的假说有利。但直到本世纪(20世纪)60年代,一场地球科学革命才真正发生。
历史分析
历史分析表明,这场地球科学革命结束了长达半个世纪之久的理论革命状态外仅仅是因为人们勉强接受了一整套已处休眠状态或早先被摒弃的观念或理论。这场科学革命伴随着研究地球的新手段和传播知识的新技术的产生而产生。不仅许多地球科学家沿着非传统的路线思考,而且,有不少物理学家也投入了地球科学的研究之中,并做出了伟大的发现。因此,最终发生的地球科学革命并不仅仅是长期受到抵制的、作为传统观念的一次根本性转变的大陆漂移说的简单复活,而且还创立了新的板块构造理论来描述大陆的漂移。从某种意义上说,魏格纳的原始理论并未导致一场科学革命,但是,最终的科学革命确实体现了魏格纳理论中大陆运动这一中心思想和把地表分成两类地域(陆地和海底)的观念。
主要特点
这场革命的一个最突出的特点就是,处在学科工作中的地理学家普遍意识到他们正在经历一场地球科学革命。许多科学家撰写文章或专论都强调了考察大陆和地球的思维方式所发生变化的革命性质;他们写出了标题醒目的着作,如《地球科学中的革命:从大陆漂移说到板块构造说》(哈拉姆1973)或《地球科学革命的严峻年代》(格伦1982)。强调革命性不仅是后来历史性或评论性文章和书籍的特点,也是地球科学革命年代中学术论文的特点。例如,《科学》杂志中的一篇颇具新意的学术论文(奥普代克1966)的标题是“南海深海岩心的古磁研究”,它的副标题是“确定地球历史事件发生时间的革命方法”。1970年,在讨论“新的一类错误”期间,J.T.威尔逊声称关于地磁逆转的发现构成了地球科学中的“革命”。在(国际科学联合会理事会的)“上地幔计划”(U.M.P.)的最终报告(1972)中,“U.M.P.实施期间提出的板块构造的统一概念”被说成是地球科学中的一场“革命”(舒利文1974,343)。
详细经过
魏格纳以倡导大陆漂移学说闻名于世,他在《大陆和海洋的形成》这部不朽的着作中努力恢复地球物理、地理学、气象学及地质学之间的联系——这种联系因各学科的专门化发展被割断——用综合的方法来论证大陆漂移。魏格纳的研究表明科学是一项精美的人类活动,并不是机械地收集客观信息。在人们习惯用流行的理论解释事实时,只有少数杰出的人有勇气打破旧框架提出新理论。但由于当时科学发展水平的限制,大陆漂移由于缺乏合理的动力学机制遭到正统学者的非议。魏格纳的学说成了超越时代的理念。
早在1620年的时候,英国的哲学家、政治家弗朗西斯·培根就在地图上观察到,南美洲东岸和非洲西岸可以很完美地衔接在一起。虽然培根喊出了着名的言语“知识就是力量”,但他不是真正的科学家,他只是将自己关于两块大陆的想法说了出来,而没有试图去寻找证据,来证实两岸曾经是相连的。在培根之前的人们没有想到这一点是有情可原的,因为哥伦布在1492年才发现了美洲,当时的地图错误百出,只是到了培根的时代,大西洋两岸的海岸线才绘制得像模像样。但是培根之后将近300年的时间里,竟然没有一个科学家认真思考过,为什么大洋两岸的陆地竟可以严丝合缝地拼在一起。许多人也许在心里有过疑问,但是却都没有去行动。最终,历史将荣誉授予了一位德国人。
1910年的一天,年轻的德国气象学家魏格纳身体欠佳,躺在病床上。百无聊赖中,他的目光落在墙上的一幅世界地图上,他意外地发现,大西洋两岸的轮廓竟是如此相对应,特别是巴西东端的直角突出部分,与非洲西岸凹入大陆的几内亚湾非常吻合。自此往南,巴西海岸每一个突出部分,恰好对应非洲西岸同样形状的海湾;相反,巴西海岸每一个海湾,在非洲西岸就有一个突出部分与之对应。这难道是偶然的巧合?这位青年学家的脑海里突然掠过这样一个念头:非洲大陆与南美洲大陆是不是曾经贴合在一起,也就是说,从前它们之间没有大西洋,是由于地球自转的分力使原始大陆分裂、漂移,才形成如今的海陆分布情况的?
第二年,魏格纳开始搜集资料,验证自己的设想。他首先追踪了大西洋两岸的山系和地层,结果令人振奋:北美洲纽芬兰一带的褶皱山系与欧洲北部的斯堪的纳维亚半岛的褶皱山系遥相呼应,暗示了北美洲与欧洲以前曾经“亲密接触”;美国阿巴拉契亚山的褶皱带,其东北端没入大西洋,延至对岸,在英国西部和中欧一带复又出现;非洲西部的古老岩石分布区(老于20亿年)可以与巴西的古老岩石区相衔接,而且二者之间的岩石结构、构造也彼此吻合;与非洲南端的开普勒山脉的地层相对应的,是南美的阿根廷首都布宜诺斯艾利斯附近的山脉中的岩石。
阿尔弗雷德·魏格纳对此作了一个很浅显的比喻。他说,如果两片撕碎了的报纸按其参差的毛边可以拼接起来,且其上的印刷文字也可以相互连接,我们就不得不承认,这两片破报纸是由完整的一张撕开得来的。除了大西洋两岸的证据,魏格纳甚至在非洲和印度、澳大利亚等大陆之间,也发现有地层构造之间的联系,而这种联系都限于中生代之前即2.5亿年以前的地层和构造。看来,报纸的版面规模巨大。
沉浸在喜悦中的魏格纳又考察了岩石中的化石。在他之前,古生物学家就已发现,在远隔重洋的一些大陆之间,古生物面貌有着密切的亲缘关系。例如,中龙是一种小型爬行动物,生活在远古时期的陆地淡水中,它既可以在巴西石炭纪到二叠纪形成的地层中找到,也出现在南非的石炭纪、二叠纪的同类地层中。而迄今为止,世界上其它大陆上,都未曾找到过这种动物化石。淡水生活的中龙,是如何游过由咸水组成的大西洋的?
更有趣的是,有一种园庭蜗牛,既发现于德国和英国等地,也分布于大西洋对岸的北美洲。蜗牛素以步履缓慢着称,居然有本事跨过大西洋的千重波澜,从一岸传播到另一岸?当时没有人类发明的飞机和舰艇,甚至连鸟类还没有在地球上出现,蜗牛是怎么过去的?
再来看一看植物化石——舌羊齿,这是一种古代的蕨类植物,广布于澳大利亚、印度、南美、非洲等地的晚古生代地层中,即现代版图中比较靠南方的大陆上。植物没有腿,也不会游泳,如何漂洋过海的?
为解释这些现象,魏格纳之前的古生物学家曾提出“陆桥说”,他们设想在这些大陆之间的大洋中,一度有狭长的陆地或一系列岛屿把遥远的大陆连接起来,植物与动物通过陆桥远涉千万里,到达另外的大陆;后来这些陆桥沉没消失了,各大陆被大洋完全分隔开来。这种观点被称为“固定论”,即大陆与海洋是固定不动的。而魏格纳的解释则是“活动论”的,各大陆之间古生物面貌的相似性,并不是因为它们之间曾有什么陆桥相连,而是由于这些大陆本来就是直接连在一起的,到后来才分裂漂移,各奔东西。固定论与活动论的争论,与火成论与水成论的争论、渐变论与灾变论的争论一道,被人们称为地质学三大论战。作为活动论的先驱,魏格纳一开始几乎是孤军奋战。
古代冰川的分布也支持魏格纳的想法。距今约3亿年前后的晚古生代,在南美洲、非洲、澳大利亚、印度和南极洲,都曾发生过广泛的冰川作用,有的地区还可以从冰川的擦痕判断出古冰川的流动方向。从冰川遗迹分布的规模与特征判断,当时的冰川类型是在极地附近产生的大陆冰川。而且南美、印度和澳大利亚的古冰川遗迹残留在大陆边缘地区,冰川的运动方向是从海岸指向内陆,显然冰川是不会登陆向高处运动的,这说明这些大陆上的古冰川不是源于本地。面对这种古冰川的分布及流向特征,过去的地质学家一筹莫展。然而正是这些特征,却为大陆漂移说提供了强有力的证据。
在魏格纳看来,上述出现古冰川的大陆在当时曾是连接在一起的,整个大陆位于南极附近。冰川中心处于非洲南部,古大陆冰川由中心向四方呈放射状流动,这就很合理地解释了古冰川的分布与流动特征。我们看到的冰川向陆地内部运动的表象,其实是因为原来巨大的大陆分裂开来,原来的内陆变成了沿海的缘故。
除古冰川遗迹外,蒸发盐、珊瑚礁等古气候标志,也可用来推断它们形成时的古纬度。古纬度与大陆的位置是冲突的,这也说明以前的大陆不在今天所处的地方。
证据似乎已经很充分了。在严谨的科学研究的基础上,魏格纳的代表作《海陆的起源》于1915年问世了。在这本书里,魏格纳阐述了古代大陆原来是联合在一起、而后由于大陆漂移而分开,分开的大陆之间出现了海洋的观点。魏格纳认为,大陆由较轻的含硅铝质的岩石如玄武岩组成,它们像一座座块状冰山一样,漂浮在较重的含硅镁质的岩石如花岗岩之上(洋底就是由硅镁质组成的),并在其上发生漂移。在二叠纪时,全球只有一个巨大的陆地,他称之为泛大陆(或联合古陆)。风平浪静的二叠纪过后,风起云涌的中生代开始了,泛大陆首先一分为二,形成北方的劳亚大陆和南方的冈瓦纳大陆,并逐步分裂成几块小一点的陆地,四散漂移,有的陆地又重新拼合,最后形成了今天的海陆格局。
魏格纳这一“石破天惊”的观点立刻震撼了当时的科学界,招致的攻击远远大于支持。一方面这个假说涉及的问题太宏大了,如若成立,整个地球科学的理论就要重写。必须要有足够的证据,假说的每个环节都要经得起检验;另一方面,魏格纳在大学中获得的是天文学博士学位,主要研究气象,他并非地质学家、地球物理学家或古生物学家。在不是自己的研究领域发表看法,人们对其假说的科学性难免会产生怀疑。
1912年-1913年冬天在格陵兰岛
魏格纳理论最主要的弱点是:巨大的大陆是在什么上漂移的?驱动大陆漂移的力量来自何方?魏格纳认为硅铝质的大陆漂浮在地球的硅镁层上,即固体在固体上漂浮、移动。对于推动大陆的力量,魏格纳猜测是海洋中的潮汐,拍打大陆的岸边,引起微小的运动,日积月累使巨大的陆地漂到远方;还有可能是太阳和月亮的引力。根据魏格纳的说法,当时的物理学家立刻开始计算,利用大陆的体积、密度计算陆地的质量。再根据硅铝质岩石与硅镁质岩石摩擦力的状况,算出要让大陆运动,需要多么大的力量。物理学家发现,日月引力和潮汐力实在是太小了,根本无法推动广袤的大陆。
大陆漂移学说以轰动效应问世,却很快在嘲笑中销声匿迹。虽然魏格纳找到的证据很多,但是如果别人找出一个反对这个科学理论的证据,比如大陆漂移的动力不足,这个学说只能叫做假说,而不是真正的理论。当人们解释中龙、舌羊齿等古生物的分布时,依然用陆桥说来搪塞,虽然陆桥说显得很荒唐,但是当时人们认为,还有一种理论更加荒唐,那就是魏格纳的大陆漂移学说。有人开玩笑说,大陆漂移学说只是一个“大诗人的梦”而已。
只有魏格纳还孤独地吟唱着自己的诗篇。1930年魏格纳第四次深入格陵兰岛考察气象时,不幸长眠于冰天雪地之中,年仅50岁,他的遗体在第二年夏天才被发现。他离去的早了一点儿,因为德国的一艘科学考察船刚刚从大西洋回国,带来了一个消息,在大西洋中间存在一条很长的洋中脊,那里有巨大的裂谷。凭着魏格纳广博的学识,他将有可能找到解决大陆漂移动力问题的方案,洋底的移动会提供大陆漂移的线索。可惜他与这个消息永远地隔绝了。同许多超越时代的科学家一样,他又出生得早了一点,未能等到他的学说被世人接受的一天。也许,只有人迹罕至的冰雪大陆,才能理解魏格纳生前的孤独吧。魏格纳的灵魂被冰封在格陵兰的积雪中,大陆漂移学说则被尘封在图书馆的书架上,无人问津。
1912年1月6日,魏格纳在法兰克福地质学会上做了题为“大陆与海洋的起源”的演讲,提出了大陆漂移的假说。此后,由于研究冰川学和古气候学第二次去了格陵兰。在随后的第一次世界大战中,他的研究工作中断了,在战场上身负重伤,养病期间他于1915年出版了《海陆的起源》一书,系统地阐述了大陆漂移说。
大陆漂移说一提出,就在地质学界引起轩然大波。年轻一代为此理论欢呼,认为开创了地质学的新时代,但老一代均不承认这一新学说。魏格纳在反对声中继续为他的理论搜集证据,为此他又两次去格陵兰考察,发现格陵兰岛相对于欧洲大陆依然有漂移运动,他测出的漂移速度是每年约1米。1930年4月,魏格纳率领一支探险队,迎着北极的暴风雪,第4次登上格陵兰岛进行考察,在零下65℃的严寒下,大多数人失去了勇气,只有他和另外两个追随者继续前进,终于胜利地到达了中部的爱斯密特基地。11月1 日,他在庆祝自己50岁的生日后冒险返回西海岸基地。1930年11月2日,魏格纳在第4次考察格陵兰时遭到暴风雪的袭击,倒在茫茫的雪原上。在白茫茫的冰天雪地里,他失去了踪迹。直至第二年4月才发现他的尸体。他冻得像石头一样与冰河浑然一体了。
六大板块
1968年,法国地质学家勒比雄在前人研究的基础上提出6大板块的主张,它们是——欧亚板块、非洲板块、美洲板块、印度板块、南极板块和太平洋板块。板块学说很好地解决了魏格纳生前一直没有解决的漂移动力问题,使地质学在一个新的高度上获得了全面的综合。随着板块运动被确立为地球地质运动的基本形式,地学也进入了一个新的发展阶段。大陆分久必合、合久必分,海洋时而扩张、时而封闭,已成为人们接受的地壳构造图景。到了20世纪80年代,人们确实相信,从大陆漂移说的提出到板块学说的确立,构成了一次名副其实的现代地学领域的伟大的革命