通过钻探塞浦路斯群山,地质学家希望得到更多有关海床的资料。看来,这岛上最高的岩石曾经深躺在海底。

去年春天的一个傍晚,在塞浦路斯的特罗多斯群山上,一个农民赶着驮着羊草的驴子,爬上一条蜿蜒曲折的路。当他走过我们身旁时,带着惊奇的神色礼貌地向我们致敬。我们有些人正敲着岩石在开路,其他人踱着步、挥手争论着是否可以炸开峭壁,开宽路边的小平地来安装下钻探的整套装置。这农民看到的是一组非正式的地球科学家。这个组织的名称是国际地壳研究钻探组(International Cru-stal Research Drilling Group,简称ICRDG)。那时他们刚开始着手进行一种看来似乎是令人好奇而又矛盾的考察研究活动:钻穿山脉来了解海床的很多问题。

ICRDG组织中的一个成员是伊恩 · 加斯(Ian Gass),他是地质学家,现在开放大学任教。二十世纪五十年代期间,他在塞浦路斯地质调查所(Cyprus Geological Survey)工作。当时,他曾画了特罗多斯山地的地画,思索着它的起源。最后,他认为这是蛇绿岩(ophiolite)。这个词来自于希腊的ophio,意即“蛇”。它原先用来表示像绿斑蛇纹岩(形似蛇皮)那样的岩石,但并没有暗示这类岩石是如何形成的。加斯说:“十九世纪的地质学家会在任何绿色的脏东西周围圈上线,称之谓蛇绿岩,然后信步离去。”然而,在本世纪早期,这个词的意义已扩大,它包括其他一些岩石,如“枕状”熔岩。这类岩石通常跟蛇纹岩一起发现,但对于它们之间的联系至今还未有一般可接受的解释。

在详细地研究了特罗多斯山地以后,加斯开始相信这3000平方公里是一小块海底。由于地球动力运动的巨大作用,这块海底就被碰撞到塞浦路斯岛上来了。加斯与他人合作写了一篇论文,文窣说岛上有四分之一是蛇绿岩(用的是蛇绿岩的现代词义)。现在,地质学家们相信,蛇绿岩是海底地壳的熔结碎块。已有几百种被鉴定出来了,其中有很多正在被研究。地质学家们希望能以此找到海洋如何形成的证据。

海洋是如何形成的呢?现代第一种被接受的说法是普林斯顿大学的哈里 · 赫斯(Harry Hess)在1960年提出的。赫斯在第二次世界大战中指挥过一艘军舰,舰上的回声探测器测出了太平洋底的一些奇特山脉。对于这些山脉的起源进行了推测以后,赫斯在他称为“地球诗集中的篇章”的短文中陈述了海底扩张的概况。其要点如下:在大洋中脊上熔岩从地壳下面的地幔上升,并朝两边蔓延,形成了新的海底,新的海洋地壳缝合两大板块的边缘(这两大板块缓慢移动,覆盖了下层地幔)。这新的海洋地壳移出它的出生地,最后当海底和大陆相撞时,海洋地壳被撞碎,俯冲回地幔之中。

赫斯的说法还处于崭新而非正统的阶段时,就已引起了一些地球科学家们的各种想象。他们后来又一起聚集到塞浦路斯山上。弗雷德 · 瓦因(Fred Vine)便是其中的一位。1963年他刚从剑桥大学地球物理系毕业,便和他的导师德拉蒙德 · 马修斯(Drummond Matthews)一起,证明了与周期性的地球磁场反向现象结合在一起的海床扩张现象完全可以说明大洋中脊两侧的那种惊人的磁力模式。

这一工作及时地帮助了地质观点从怀疑发展到相信海底扩张学说及全球板块构造学说的整体概念。想用传统的方法(即集中在露头上,敲打出证据来)使地质学家们信服是完全不可能的事情,这成了新示例受到阻力的一个原因。尽管海底岩石覆盖了地球表面的70%以上,它们最终还是不易了解的,在地质学家和地质学之间躺着令人气馁的障碍:深深的滚滚大海。

吉姆 · 霍尔(Jim Hall)是ICRDG的创建者及骨干之一。当他跟瓦因一样“被海底这个臭虫咬了一口”时,正在自己的祖国英国及非洲大陆从事着地质研究。1971年他去加拿大达尔胡西大学,同年又从哈利法克斯出航,乘着Hudson号考察船进行第一次海洋地质研究旅行。他收集岩石,但是发现像Hudson号船上的这种钻探机是很粗糙的采样工具,无法指出海底被钻探岩石的正确方位,也无法穿透海洋基底。为了要得到满意的数据,霍尔决定:还得钻探。

在达尔胡西霍尔的办公室里装饰有他所帮助组织的钻探考察活动的纪念品。在其他工作者的合作下,他从亚速尔群岛和百慕大群岛地区的圣米格尔边缘探入大西洋底。1974年他登上Glomar Challenger号,进行了深海钻探计划第37段航程。在那次航海中,船上的钻探装置在下降到水下3000米以后,穿透了一薄层沉积物,并钻入下面的玄武岩600米,第一次成功地穿透了海洋地壳。

乘着Glomar Challenger号返回海岸时,霍尔遇到了其他一些跟他一样热衷于海底研究的人们a他们谈到了联合起来共同工作的问题。到1978年,他们组织了国际地壳研究钻探组。同时,一个十二人左右的小组,和一些毕业生和钻探工一起,在冰岛着手工作。冰岛是个理想的地方,那儿新的海洋地壳出现在水面附近活跃的洋脊上,而不是深埋在海底。就是这个差异,意味着冰岛地壳与正常的海洋地壳是不同的。

1982年初,ICRDG的总部从雷尔在达尔胡西大学的办公室迁到塞浦路斯。当我在那儿访问霍尔和他的同事们时,他们正在开始最雄心勃勃的工程。这一组人真可谓是国际性的,他们包括从英国来的弗雷德 · 瓦因,美国来的保尔 · 鲁宾逊(Paul Robin-son)(塞浦路斯计划主任)和保尔 · 约翰逊(Paul Johnson),西德的汉斯 · 乌尔里克 · 施明克(Hans-Ulrich Schmincke),丹麦的肯特 · 布鲁克斯(Kent Brooks),冰岛的英格瓦 · 伯格 · 弗里德利夫森(Ingvar-Birgir Fridliefsson),以及塞浦路斯地质调查所的安德烈亚斯 · 帕纳伊奥多(Andreas Panayiotou)和所主任乔治 · 康斯坦丁诺(George Constantinou)。

ICRDG的成员们集合在一起,献出各自的技能,集中大家的收益,但是却难以得到进行研究性钻探的资金。塞浦路斯当时的计划就是分别从几个钻孔采集海洋地壳上层4000米的样品,以取得5000米岩心。为了这一目的,钻探费用估计最终将达加币110万元(将近60万英镑),而且其中大部分费用至今已经提高。看来,对于研究性钻探存在着一种偏见,地质学家们感到有些基金会“明显地认为蛇绿岩工作是浪费时间。他们认为不把脚弄湿是不可能得到有关海洋的任何资料的。”

根据有限的证据、钻探到的岩心、地震数据以及通过蛇绿岩实地考察中所得到的资料,地球科学家们构思出一幅层状的海洋地壳图。在最底层是蛇纹岩和方辉橄榄岩等这类地幔岩,这些地幔岩是喷出的岩浆(即熔岩)积留在地壳内部凝结、变质而成的。

中层是略呈绿色的辉长岩,一种从未喷出地充表面的岩浆,它在岩浆房里慢慢地凝结成一种坎糊糊的粗糙晶体。上层是由熔岩组成的。这里,上升的熔岩凝结起来,在扩张的海底的裂缝里形成散开的似纸牌状,这就是所谓的席状岩墙(细粒熔岩的垂直分布薄片)。在这上面是从地壳喷出来的热熔岩,经海水冷却后形成鳞茎状的紫色枕状熔岩。

在钻探过程中发现了一根岩柱,从这些岩石上模糊而简单的岩石层序、结构和成分可以看到岩石的历史。从熔岩开始的上面的层序是地质学家曾期望在刺穿海底地壳6000米后才能发现的。但是要在塞浦路斯山地上钻探这样一个孔却不现实,费用和困难随着钻探深度迅速上升。于是,便准备在塞浦路斯钻几个孔(大约五个)。因为特罗多斯的蛇绿岩已经隆起并且被侵蚀,一片完全的海洋地壳层已干燥地高高暴露在塞浦路斯主要的小山坡上。这样,将通过五个钻孔,在最高的4000米蛇绿岩的叠层中切片取样。自然界在形成特罗多斯山地时,各类岩石之间的水平关系已显露出来,它们之间的垂直关系将通过这些钻孔探索到。

在奥林匹斯山的最高点,地幔岩是可见的。周围的斜坡是辉长岩(辉长岩地区的气候容易形成很好的土质,酿塞浦路斯甜葡萄酒的葡萄就是生长在那儿的)。辉长岩周围一圈是席状岩墙。最外圈,标志着山地外围的是枕状熔岩。从奥林匹斯山上下来,经过这些同心圆,可以想象你正看到岩浆从大洋中脊涌出,最终从火山口喷射出来,产生了大量的矿石。潜水艇在海底观察到的所有现象中最奇怪的可能要数黑色冒烟物——喷涌出成簇硫矿的东太平洋底高地上的温泉了(《New Scientist》,第92卷第7页)。观察到黑色烟就是看到矿石的真正形成。在矿石下面钻探,如ICRDG在塞浦路斯干的那样,就是研究黑色冒烟物化石的形成。

如我所写的,塞浦路斯工程的钻探阶段仍在进行之中,四个钻孔已经完成了。第一个孔,取样熔岩层上部喷出物的那个孔,在钻到500米时,由于技术上的问题,被迫停止进行。第二个孔和第三个孔的钻探工作已经在阿格罗基比亚(Agrokipia)的矿床下进行。所有取得的岩心都已详尽地描述,样品也已取出,在地球化学、古地磁学和其他实验室进行研究。第四个孔从席状岩墙底面开始,已钻到1850米深处,这样可以取得辉长岩的样品。目的是要收集到足够的信息来回答关于海洋地壳岩浆房的问题。如果基金够的话,将要钻探第五个孔来完成上部喷出物的取样工作。

通过这样的研究能获得些什么呢?举例来说,ICRDG前一段时期的工作证明了海底的生长是断续的,大西洋中脊上的喷发是零星发生的。每一次主要的喷发都是从截然不同的岩浆房发出的。这组人员还从亚速尔群岛获得一些有关火山冲出海浪,结果又由于积累的熔岩的重量而一次又一次地沉下去的证据。

在塞浦路斯进行的工程将使人们看到特罗多斯蛇绿岩的起源,看到海洋地壳的结构。通过揭示海底矿物形成的过程,可以开发矿藏勘探的新技术。

然而难以理解的是,在塞浦路斯寻找水竟是地质工作中最重要的一项任务:农业的增长和旅馆的发展加快了水的耗费。地图上涂有蓝色的岛上的湖泊是干涸的,每条河里都有一个坝。而且几乎所有从旅游事业中得到的相当的收益都花在水的工程上了。但是,特罗多斯蛇绿岩四散的恽长岩可能含有很多水。通过钻探辉长岩所获得的信息可能在这个半干旱的岛上有着极其现实的价值。

但是搞地质并不单是为了应用。甚至在现在,当它在板块构造学说中有着统一的、基本的理论时,其中很大部分还是观察性的科学,靠直觉,以至到主观的程度。搞地质就像在户外玩谜一般的拼板游戏:在地球表面之间,在钻探的孔里以及时间这四维中进行巨大的拼板游戏。事情总有点滴遗漏,但还有着足够的机会来进行想象。

[New Scientist,1983年2月]