[提要] 1956年的国际地球物理年中,科学家们提交了显示出全球洋中脊系的第一张图件;大约10年以后,洋脊的海底扩张成为极快构造学理论的重要部分,从而证明大陆漂移的概念是正确的。在这里,一位目睹了这一段五十多年发展历史的地球物理学家记述了参与其中的一些人物。

五十八年以前,那时,我还是一个学生,差不多就像我久已从事的地球物理学研究一样,第一次在野外度过了一个夏天。我很高兴地说,在我的师长之中,有三位已经九十岁左右了,他们仍然还健在,除他们之外,几乎谁也未能在长时期内掌握着第一手资料。也许,谁也不能说在三所第一流的大学里试图研究地球物理学是很倒霉的,这三所大学都在试图教授这门学科,但是,迄今还没有一所大学弄清楚怎样去做。要想强调这一点那还为时过早,因此,我必须把我所说的进一步局限在固体地球上。

1908年,我出生在加拿大的渥太华,我是我那快乐而又认真的父母亲的长子,十五年以后,作为林业队中的名学生助手被送到了北方森林。在以后的五年中,有三年我担任了Noel Odell的野外助,今天,他仍然健在在剑桥大学。那时,他刚从珠穆朗玛峰回来,去的时候,他是一位地质学家,回来的时候,他成了一名英雄。不用说,他的声望和他那温和的举止都给我留下了深刻的印象。尽管在那时我已经进了多伦多大学,而且,在第一学年中,物理学得以成功地通过,但是我决定,我还是应该在森林中待一辈子,向那些在他们的风华之年仿佛觉得实验室中的物理学试验重复而又乏味的人们阐明地质学的奥秘,就非常像我在赞美他们那些高雅的理论一样。

1927年秋天,当我申请转学的时候,该校所有的权威们无不为之震惊。一个有前途的学生竟然为了地质学而放弃了像物理学这样有声望的学科John Mclennan教授(后来为爵士)感到沮丧和恼火,然而却无济于事。在那个时候,地质学家们仅仅进行小区域填图,并且,对他们所遇到的岩石和化石进行鉴定,的确,他们谁也未曾想过某人或许要暴露出他们的知识局限性。这种局限性则正是他们所进行一般性辩论时的异议所在。

第一次世界大战期间,许多物理学家被雇用为大炮的声波测距员,当然,他们帮不了什么忙,但是,声波的存在他们却注意到了。事实上,大约在1908年,Ludger Mintrop就已经在德国开始研究。这次大战结束的时候,我后来曾有过一次很好的机会见到过John C. Karcher,他研究了用小型爆破所产生的这些声波,并且,在1921年,他在用地震方法勘探石油方面获得了一项专利权。这种方法一成功,就对一个多世纪以前曾分别在康沃尔和瑞典首次使用的既有活力而又易于复兴的电和磁的方法激起了轩然大波。

当第一批地球物理勘探者们来到采矿营地的时候,那里的人们不知应该如何对待他们,而且,对所有这些操作者们也是真假莫辨,把他们统统看作是同属气象学家一类。不久,美国矿产局和加拿大地质调查所决定进行研究,他们雇用了麦吉尔大学的A. S. Eve和D. A. Keys教授以及多伦多大学的Lauchlan Gilchrist教授来研究和检验这些方法。那时,我要求转学,这项工作开始得很顺利,而且Gilchrist正好决定在采矿勘探方面开始讲授一门课程,并引起了学生们的注意。在他的庇护下,安排我专修物理学和地质学两门课,但是,他只能在地球物理学中安排两门很不重要的讲授课程,其中有一门我则是其唯一的学生。虽然如此,当我在1930年毕业的时候,我却能够自诩,我是偶然成为加拿大地球物理学家培训课程计划中的第一位毕业生。当然,也已经有了一些从事实践的地球物理学家,但是,他们已经掌握了他们的职业专长。据我所知,总共有一个人测量重力,一个或许两个地震学家,四个或五个人研究地球磁场,两位物理海洋学者,一些气象学家和大地测量者,以及人数迅速增加的地球物理勘探者,他们当中有些非常有才干,而有些则为江湖术士。

因为人们并不完全知道什么是地球物理学,同时也因为在地质学上很容易做出满意的成绩,所以,使我有很好的机会获得剑桥大学的奖学金,当然,我是去那里跟圣约翰学院的Harold Jeffreys爵士进行研究。他也仍然健在,关于他这位伟大的人物,后来已故的Edward Bullard爵士(他自己则是个很勤快的人)曾对我说过,当我去看他的时候,我感到唯有时间才是天才。”我恭听了Jeffreys的八个讲座,遗憾的是,我对它们既未能听见也未能弄懂,但Jeffreys—贯如此,并非认为是和我过不去。既然如此,我还是和我的家庭教师James Wordie爵士在家里待得多。虽然他是一个很机灵的苏格兰人,由于在Shackleton的许多次不成功的探险中,有一次,他在南极洲冻僵了,在一条翻倾的救生船下吃着生海豹肉和企鹅,然而,他的头头却以此而出了名,我经常能见到他,尽管常常并没有一些什么更好的理由,不过,他对我喜爱探险而很感兴趣,而且,对于在剑桥大学我在旅行、划船、飞行和喝酒等方面花费了两年时间似乎并无愠色。至少,这些是我记忆的一些方面。

回想起来,我猜想,对于我似乎是在欺诈之中被怂恿来到剑桥大学,Wordie暗自受着痛苦的折磨。当然,我是作为一个学生,而且在后来,他始终对我都以最大的诚挚相待。

我所能知道的就是像这样的一些事情。Gerald Lenox-Conynghum是一位很有才干的数学家和工程师。当他在1921年作为印度调查所所长要退休的时候表示,详细的考察工作需要更多训练有素的后起之秀,并要求对地球有更深入的了解。他能够在特里尼蒂得到研究员地位和大地测量学义务讲师的职务。同时他还表示,为了达到这个目的,他需要一位有经验的地球物理学家的帮助。正当找不出人的时候,他发现伟大的物理学家Ernest Rutherford爵士常常在星期六的晚上到特里尼蒂餐厅吃饭,所以,他自己相应地安排在下个星期六吃饭的时候能挨Rutherford坐下。他问他是否能够提出一个可能的人选Rutherford提议了一个核物理方面的学Edward Bullard,后来,通知Bullard去从事这项工作。同时,与这些事情有关的一项章程是要着手创办大地测量和地球物理系,但是,一直到1931年我已经在剑桥大学待了一年的时候,这一章程还来通过;其时,Bullard为了他的博士学位而留下来做野外工作,测定整个东非裂谷的重力场。这是一个很明智的决定,但是,这也意味着当时我见不到Bullard了,虽然,我确实还记得他那非常果敢的妻子冲进来塞了一本物理学,以便她能在同样也是他们的蜜月的旅行中帮助“Teddy”

剑桥大学的Bullard时代

在获准进入马丁莱高地的大地测量和地球物理系之前,我在剑桥大学指定要研究的一些地球物理学方面花了两年的时间。十五年以后,正当另一项章程要作出表决,我作为一个毕业生能够到评议会大厅对大地测量学和地球物理学与其他地球科学的合并作出表决的时候,我恰好在剑桥大学。因此,我目睹了他在马丁莱高地建立这样一个声名显赫的大地测量和地球物理系的Bullard时代的全部历史。由于他那创造性才智和他惯于邀请全世界的同事们在这里度过他们的假期,因此,他对这门学科的发展产生了巨大的影响。

他聪明而情趣横溢,而且也很离经叛道。斯克里普斯研究所有一张照片拍摄的是他的背影,坐在一块巨砾之上,没穿衣服,却戴着顶大阔沿帽。我记得那是在寒冷十月的一个傍晚,当时,他是多伦多大学的物理系主任,他动员了一个混合组的所有人员在安大略北部的一个湖中光着身子游泳,他们这些人并没有迟疑。几乎谁也不会有这样的生活乐趣,但是,像他这样有才华的科学家在他们之中为数却不是很多。

Bullard自言继承了他祖父的原始气质。这是位曾经以Bullard淡色啤酒闻名的啤酒酿造商,他竞选议员并被当选,但是,由于被指控向选民们行贿啤酒和金钱而除名。十年以后,他一次又一次地当选,但现在却参加的是另一党的竞选Bullard的外祖父居住在泰晤士河的平坦谷里,由于单调的景色使人厌倦,他在他庭院的脚下竖起了一座马特霍恩山的模型,并装点以一具锡制小鹿和流动着的瀑布。他的外孙能从屋子里通过望远镜观察到。

当我极为沮丧地返回到加拿大的时候,我找不到固定的工作。虽然地质调查所所长想要雇用一名地球物理学家,但是他告诉我说不可能,而且,他还建议我在获得地质学博士以后或许给我谋一个职位。因此,我就写信给哈佛大学、马萨诸塞理工学院和普林斯顿大学,他们都愿意接纳我,但是,我有三个理由而选择了后者。普林斯顿大学是唯一提供我薪水、计划要教授物理学以及人缘我又很熟悉的地方(现在对当时这么微乎其微的人进大学,特别要做毕业论文是无法理解的)。

R. M. Field鼓动我去普林斯顿。他是一位非凡的人物,他的能力、热情和见解力汹涌奔放。而在其他的教授们看来,巴不得他是一个兜售商,为此之故,他未能很好地得以发挥,他们对他的教授才华不屑一顾。他确实未能从事研究工作,但他却神奇般地吸引着新生班级的学生们,他组织过许多规模巨大的野外旅行,而且,他有着他的那些有研究意识的同事们所缺少的想象气概。特别是,他是哈佛大学Alexander Agassiz的学生,而Alexander Agassiz是提出冰期和冰盖存在的瑞士地质学家和动物学家Louis Agassiz的子。Alexander Agassiz是一位海洋动物学家,而且,他曾给Field燃起了地质学家们应该去勘探大洋洋底这样的信念。

唯有HMS挑战者号的航海对勘探深部大洋的洋底作了大规模的艰苦性尝试,而地质学家们则普遍猜测洋底平缓而微具倾斜,而且是在古老的基底上覆盖着沉积地层的一套完整的序列。

1931年,Field听说宾夕法尼亚州伯利恒的利哈伊大学的Maurice Ewing在美国地球物理协会的小型年会上,提交了一篇关于地震勘探石油理论的论文。Field极为敏感地意识到,在陆上业经证实是如此可用而有效的方法,同样对洋底进行详细调查和发现位于它们下面是些什么也提供了基本的可能性。

由于他那惯有的见解力,Field得到了当时美国海岸和大地测量调查所所长William Bowie提供的2000美元的款额,而且,他还和他一起来到了利哈伊大学,在那里,Ewing的职业是物理学的兼职讲师。Field和Bowie说服Ewing接受这笔款额,并把它用于进行全世界大洋的地震勘探!

我相信,Field希望要把Ewing带到普林斯顿去,但未能说服普林斯顿大学支付薪水。此时,Field着手招收学生,1933年秋天,我们三个人来到普林斯顿研究地球物理学。D. C. Skeels是蒙大拿州的一位罗得语学者,他在数学和地质学上已经有了学位。G. P. Woolland是佐治亚理工学院的一位工程师,而第三个就是我。

遗憾的是,Ewing仍然留在利哈伊,在一些周末,我驱车到160公里以外的伯利恒去帮助他处理他在新泽西州海岸平原所广泛进行的地震勘查的结果。在了解了那里的地质情况以后,他把他的工作向外延伸到整个大陆架,一直到大洋深部。

那时,Ewing是一个很活泼的年轻人,刚刚结婚,教学工作非常努力,但是,他仍然乐意领我们上他的屋子里吃晚饭,并进行很有趣的闲谈。后来,他被强制劳动,并且隐居了。

那一年,Harry Hess也来到普林斯顿,他是矿物学的讲师。他还没有卷入到地球物理学之中。我有幸结识了这两位很有才智的人,这两位很努力的工作者,他们以不同的方式作出了这么多的贡献。他们是很要好的朋友,但也可能相互间小有猜忌,Ewing的早期生活非常艰苦,要比刊登在New Yorkor杂志中所发表的传记故事更为艰苦,也许,这就是Ewing编辑这本故事的原因。无论如何,他都是筹集经费和组织巨大事业的坚强领导者和具有伟大天赋的人。Hess是一个很孤独的人,在第二次世界大战期间的一些年代里,他指挥了一条海军运输船对西南太平洋进行了一次单船调查。在那里,他发现了平顶的海山——巨大的水下火山——或者他们所称之为的烈火山。他曾经让我看过他编纂的太平洋图。但是,Hess完成和出版的仅是太平洋中的几块,而加勒比的其他一些人,Ewing,哥伦比亚大学的Bruce Heezen和Marie Tharp,以及斯克里普斯的Henry Menard Robert Dietz和Roger Revelle等,组织了庞大的队伍,编纂和出版了整个大洋的图件。虽然如此,Hess毕竟具有地质学家的眼光和对地球的洞察力,作为物理学家的Ewing来说,尽管他设计出了许多新的仪器,派遣了一支又一支的探险队,但是,这些他是永远也达不到的。Hess以夸张的方式表达了这种差别,那时,他曾对我说“收集的资料之多而提供的观点之少,谁也比不上Maurice。”为了准备1956年的国际地球理年——NewScientist创办的一年Ewing和Heezen搜集了所有已经知道的大洋中脊的图件,提交了第一幅作品,同时建议把它们都统一在整个世界范围的一张图上。

大约在1855年,美国海洋学工作者Matthew Maury,以及挑战者号和其他的探险队,就已经发现了这种洋中脊系存在的表征。1930年左右,达勒姆大学地质学教授Arthur Holmes提出,在这些洋脊的下面可能有上涌的对流。1960年,Hess利用新的资料,把这种看法加以引申,建立了洋中脊的海底扩张概念。

我仍然要转回到以前。早在三十年代,无论是Hess或者是普林斯顿大学的任何人,对地球物理学都有相当的了解,然而,这是因为跟随Ewing去循规蹈矩的研究是不切实际的,我们必须教授我们自己所能够教授的地球物理学而且,我们还要取得地质学的学位,在蒙大拿州熊牙山我自己的论文地区,摆在我面前的是,登山、大断层、航空相片——它首次被应用——以及仍然多少还是未经开化的西部地区。

加拿大地质调查所所长给我他所允诺的以及填图十年和干预军事服务机构这样的工作,这对他来说倒是很合适的。当战争结束的时候,加拿大行政部门也许要让这支唯一长期自发的探险队尽量去加拿大的北极地区进行探险。我参加了“麝香牛训练”,这次训练是以“全地形”运载工具从哈得逊湾北部的铁路尽头到北极群岛旅行了500公里,在北极群岛,我们队伍中的Morris Innes对运动着的北磁极重新进行了定位,然后从那里经由科珀曼和麦肯齐河谷返回到艾伯塔的铁路尽头。这就导致我在1946年参加了美国空军的北极首次飞行以及另外的一些长距离飞行,这些长距离的飞行是要飞过北极地区去寻找并终于发现了在南极洲以外任何地方所发现的最后一批岛屿。

当我回到文明和平民生活之中的时候,我接受了我的第三位九十岁的师长,当时加拿大国家研究委员会会长C. J. Mackenzie的忠告,到多伦多大学进行了二十年综合型而不是分解型的研究。

这是一段黄金般的时期。突然间采用了许多新的现代化仪器,包括质谱分析仪、磁通量闸门磁力仪、测定古地磁的旋转仪、重力仪、改进的地震仪、测定热流的仪器以及其他许多仪器,连同购买这些仪器的经费一起部署到全世界的陆地和海洋上。而且,航线的开放对整个全球的旅行更为廉价、迅速和方便了。

正如我已经提到过的以及其他科学家在许多大洋中所开展的勘探那样,他们开始把地质学从只不过对许多孤立的地区进行填图而改变为对整个大陆作易于理解的研究。大断层年代的确定和调查使之有可能把古老的地盾区分成许多不同年代的地区。为了进行这项工作,我是加拿大第一张构造图和第一张冰川地质图编制组的成员。

航空相片是很有用的,我们利用它们发现了许多大断层,但我们同时还发现,加拿大的大多数断层均为冰碛物所覆盖。典型的冰川特征表现得如此明显,以至于那些坐在办公室中的许多助手们能够编制出冰川特征的总形式和最后一次冰川运动图,而在以前对这些大多还不清楚。后来,我收集了全世界的大断层和海洋岛屿的资料。

我们当中的许多人都考虑到,地质学和天文学与其他的科学不同,对它们要进行研究的主要课题太大,以至于不能带进实验室中。在这一点上,它们与生理学、化学和物理学显然不同。既然如此,如果作为整体来研究某种动物的生理学是切实可行的,那么,把地球作为一个整体来研究,即使意味着首先要收集大量的资料,似乎也是切实可行的。

一个问题是,当人们试图这么做的时候,他们会遇到许多矛盾。另一个问题是,其他的科学能以准确的理论引以自豪,根据这些理论人们能够作出可靠的预测,然而,有关地球的理论,还不能做出任何的判断。地质学和物理学之间的这种差异对我这个大学生来说,已经是很明显了。但是,像大多数其他的人一样,我是太笨了,以至于对这种难题还领悟不出答案来。

这正如德国的地球物理学家阿尔弗列德 · 魏格纳在1921年所指出的,实际上,地球是活动的,试图应用一些以静止的观点作为依据的理论是得不出判断的。

有一些具有很伟大想象力或确凿资料的地质学家们信奉魏格纳。他们包括瑞士地质学家Emile Argand和他的同事们、南非人Alexander du Toit和他的学生们、塔斯马尼亚的Warren Cary以及W. A. J. M. Van Watershoot Van der Gracht等。但是,正如其他一些革命的情况一样,地质调查所、大学系科、采矿公司以及石油组织等所有产业部门反对任何什么大陆漂移的观点,而且,在我所上过的那三所大学中,几乎连提都未提过。新的方法逐渐获得了以前所缺乏的各种资料,这些资料也逐渐迫使大多数的地球科学家们改变了他们的观点。四十年代晚期和五十年代早期所出现的一个特别重要的问题是,很难解释在静止的地球上怎样能够发生巨大的断层位移。

同时,科学家们正在加强古地磁的研究,而且,他们的研究结果表明大陆是运动的。Victor Vacquier发现了洋底具有形式规则的磁性痕迹特征,与此同时,英国的地球物理学家Fred Vine和D. H. Matthews对此作了解释,这些都尤其需要承认地球是活动的。

特别重要的会议似乎有四次。第一次是在1926年由美国石油协会召开的,1928年出版,谴责了已故的魏格纳(他当时还在世),以后则忘却了三十年。第二次是在1956年由Carey和E。Irving在塔斯马尼亚组织的,置许多反对意见,于不顾1958年出版,这次会议在敞开思想方面是很有影响的。然而,1964年在伦敦皇家协会的安排下,我们的现代解释才开始集会,板块构造学理论问世。最后一次会议于1980年2月在柏林召开,恰好纪念魏格纳一百周年,提出了许多具有广泛意义的新观点。

我很高兴地回顾了这些很令人愉快的记忆。唯一使我感到内疚的是,由于回忆的篇幅和时间所限,我不可能提到所有作出贡献的人。就一个要应该从事的伟大事业来说,必须要有许许多多的利利普蒂恩式的人们来装潢我们活动地球的美丽图画。

New Scientist,1981年11月26日)

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Teddy为Edward的爱称译者注。

马特霍恩山(Matterhorn)位于瑞士与意大利边界的彭奈恩阿尔卑斯山脉中,海拔约4560米——译者注。

③ 利利普蒂恩(Lilliputian)为Jonathan Swift 1726年所著讽刺文学格利游记(Guliver's Travels)中描写的一个想象国家Lilliput小人国中的矮小居民。作者在这里喻指为地球科学的发展作出贡献的许多无名英雄们——译者注。