冷缩说

解释地壳运动的假说

系解释地壳运动的一种假说。这种假说认为，地球足由炽热状态逐渐冷却而成的，由于冷却，地球的体积和面积都逐渐在缩小，从而使地壳产生水平方向的挤压力，造成地层的褶皱、断裂和地壳的升降运动．僵这种假说在阐明有关地球起源和地质构造等方面(如褶皱的生成、振荡运动的解释等)尚存在缺陷。

学说提出

地球冷缩说的提出 16世纪时，意夫利天文学家布鲁诺提出地球收缩说。他把地球表面的褶皱和苹果相比，苹果干了，内部收缩，表皮起皱，认为地球也是这样．18世纪．康德一拉普托斯的星云假说间世岳，地球收缩说又被重新提出来。1822年，法国著名地质学家博蒙开始考察火山地质，于1829年提出了冷缩说，发表在法国科学院《自然科学年报》上。1831年，他发表《论地球表面的几次革命》，阐述了“激变论”；1852年．叉发表三卷巨著《论山系》，提出造山体系．进一步完整了冷缩说。

博蒙的冷缩说理论可概括如下：地球由熔融状态冷却，凝成一层壳层；继续冷却，半径缩短，壳层弯曲而成缓慢起伏的不规则表面；再冷却，压力增大，使壳层沿某些线突然破裂；破裂一边下陷，另一边由于压力消失而被抬升，形成山脉；下陷的一边往下移动时，由于收缩的侧压力形成一一系列鹕皱．平行于裂缝并消失于远处：在地壳变形中，地下熔融物质被推挤上升，沿裂缝凝成岩体．如山脉轴部花岗岩体；从轴线向两侧斜面上连续积成层岩层，成倾斜状或水平状延及山麓，扩展到平原。博蒙强调构造运动全球性突变，但他的突变论与居维叶的灾变论不同。他不求助超自然力，只是依据对山脉的实际考察，产生出冷缩、挤援而急骤隆起的造山思想，所以得到许多地质学家的支持。

隆起说和冷缩说

第一个提出隆起说的是郝屯。他认为地内热引起岩石膨胀与地位隆起；隆起寸伴随有断裂与扭曲，含矿熔液充填在裂隙中就是“矿脉”。他说： “从这种现象中，我们有能力形成确定判断；自然力是真实存在”。自然力既然能把<，矿脉”送到地层中，那么自然力也就能把熔融物质驱动到高山之颠。南美安第斯山与阿尔卑斯山轴部花岗岩就是证据。所以郝屯认为，地内热与熔融物质是使海底地壳隆起为陆地以及陆地隆起为山脉的原因。但他留有余地说： “我们只知道陆地是由地内热固有力量使它隆起而成，但陆地为何保持它具有的隆起状态，这个问题我们不打算去推测”。

1818年，布赫发展郝屯的隆起说，提出“隆起火山口说”。他把圆锥形火成岩山丘叫“隆起火山口”，并认定它由地内熔融物质向上突起而成。他认为熔融物质从顶端喷出是典型火山；如果突起过程中冷却凝固就是圆锥形山fE,如果熔融物质活动呈带状分布就形成山系。他指出，险峻的山峰，从山顶到山脚，呈放射状展布，而且有利刃般裂缝，这是火成岩侵入体造成隆起高山的证据。1824年，他发表《德国构造体系》，按走向把德意志山系分为四系。他还支持索修耳挤压褶皱形成山脉的观点，认为控制阿尔卑斯构造有一普遍法则，认识这一法则的方法是：沿两条相互平行的路线横切山脉作两个地质断面图，以可认识的时间间隔来比较两个断面图，就可找出区域性构造差异。由于断面会遇见地层缺失情况，所以在比较时要补充其他地质资料。布赫关于山脉成因、山脉的几何排列、研究褶皱山脉的方法，给后人以有益的启示。

1820年，瑞士学者斯图德(B．Studer)独立提出类似的“隆起说”，他认为阿尔卑斯的花岗岩体是隆起中心，叫“中心地块”(Central Massive)。

隆起说在欧洲统治了20年，随着观察资料增多，隆起概念受到人们怀疑。人们看到，出露在山脉轴部的花岗岩体或辉斑岩体，多半比周围的沉积岩古老，而不是象布赫说的，年青的火成岩侵入是山脉隆起的原因。这就动摇了隆起说的基础。正是此时，冷缩说应运而生，

冷缩说用地球缓慢冷却、收缩来解释山脉成因与构造运动。其思想来源于康德一拉普拉斯的星云假说，布丰的地球学说，创始人是法国著名地质学家波蒙(E．de Beau-mont，1798—1874)。

波蒙是法国诺曼底王族成员，幼年生活在宫廷，受到亨利五世的监护，后入法国多种工艺术学校，1819年入巴黎矿业学校，受到地质学教授维延(Villiens)的赏识。1822年他随老师去英国考察，调查矿业与学习地质测量。归国后在老师指导下绘制法国地质图。1841年图成，波蒙名声大噪。29岁任矿!业学校地质学教授，37岁继维延之后任法国矿业部督察，指导法国地质工作，直到逝世。

波蒙是个才华出众、知识渊博的地质学家。他在岩石学，火山学，地震学、地层学，构造地质学等许多方面作过实地研究，对十九世纪地质思想有广泛影响。

1822年他开始考察火山地质，1829年提出冷缩说，发表在法国科学院《自然科学年报》上。1831年发表《论地球表面的几次革命》，阐述他的。激变论”。1852年发表三卷巨著《论山系》，提出他的造山体系。

波蒙的冷缩说可以概括如下：

地球由熔融状态冷却，凝成一层壳层；继续冷却，半径缩短，壳层弯曲而成缓慢起伏的不规则表面，再冷却，压力增大，使壳层沿某些线突然破裂；破裂的一边下陷，另一边由于压力消失而被抬升，形成山脉；下陷的一边往下移动时，由于收缩的侧压力形成一系列褶皱，它平行于裂缝并消失于远处；在地表变形中，地下熔融物质被推挤上升，沿裂缝线凝成岩体，如山脉轴部花岗岩体；从轴线两侧斜面上连续沉积成层岩层，成倾斜状或水平状延及山麓，扩展到平原。

波蒙支持居维叶的“灾变论”，并用来说明造山运动。他认为地壳激变时期正是山脉隆起时期，全球所有山系都同时隆起；造山运动具有突然性、全球同时性。他说：每一个突变式的革命运动时期，地面上突然形成许多山脉。”由于这种突变与有机界的突变具有一致性，所以他把山系看成是地壳自然历史中激变阶段的历史记录。

波蒙把魏纳的矿脉平行走向与布赫的山系几何排列都吸收过来，提出全球山系平行走向的假说。他说全球山系共21个系(走向)，它是21个圆的切线，其中15个主要大圆的切线斜交成“五角网”，山脉隆起规则就是。五角网状”。去其槽粕，取其精华，波蒙主张全球有个统一的构造史，这是合理的。

波蒙强调构造运动的全球性突变，和主张渐变论的赖尔展开论战。他针对赖尔说：“有人曾经枉费心机地用地球表面正在起作用的缓慢而连续的变化来说明山脉的地质现象，这是极不可靠的。事实表明，所有山脉是同时隆起的，是和日常所见绝然不同的变化”。

波蒙的突变论不同于居维叶的灾变论，他不求助于超自然力，只是依据对山脉的实际考察，提炼出冷缩、挤压而急骤隆起造山的思想，所以得到许多地质学家的支持。

赖尔批驳波蒙，共有四点：(1)山脉平行隆起是鉴定造山年代的根据，(2)造山的同时性，(3)造山的突然性与暂短性；(4)造山的全球性。

关于(1)、(2)两点，赖尔的批驳是正确的，关于(3)(4)两点，赖尔的看法是片面的。赖尔只承认局部突变，否认可能的全球性突变，在方法论上犯了以偏概全的毛病。至于冷缩造山，赖尔虽加批驳，但论据不足。所以冷缩说在很长时期保持其生命力，并为其他学者所发展。． ·

法国地质学家特曼(J．Thurmann)也不同意波蒙的冷缩造山概念，但接受其侧压力沼皱造山的思想。

冷缩说、陆桥说与大洋永存说之关系

地质学并没有完全脱离地壳皱缩的观点。突出地提倡地壳冷缩说的有达那(Dana)、海姆(AlbertHeim)和苏斯等。在地质教科书中，如在开塞尔④及科培尔⑧的文中，冷缩论作为一个基本概念被广泛应用。如同一个干瘪的苹果一样，因内部水分的蒸发使表面产生了皱纹；地球也经冷却而收缩，在它表面形成了褶皱山脉。苏斯说得好：“我们当今正处于地球的消失时代”。冷缩论的历史作用是应当肯定的，它在一个相当长的时期内为我们的地质方面的知识提供了一个十分扼要的见解。长期以来，因为冷缩说从大量的研究工作中取得了合理的结果，而且其基本概念的比较简明及其在应用上的多样化仍然支持着它的主要观点。但，冷缩论和地球物理学上一切新结论直接发生矛盾，地质研究的方向越来越与冷缩论相悖，这是不容怀疑的事实。

仅凭地球皱缩的缘由来诠释山脉的生成，本来就已相当困难。从在阿尔卑斯山脉中发现了复瓦状平推褶皱式倒转褶皱以来，冷缩论的解释显得更自圆其说。倍尔特朗德(Bertrand)、莎尔德特(Schardt)、吕各翁(Lugeon)等人的著作中关于阿尔卑斯山脉和其他许多山脉的生成的新见解，表示只有比过去构想的要大得多的皱缩程度才能顺理成章。根据A．海姆的计算，过去构想阿尔卑斯山脉皱缩了二分之一的长度；所公认的平推褶皱构造，就应当是皱缩到原长度的四分之一或八分之一了。

假如以阿尔卑斯山的宽度约为150公里来计算，那它必然是从宽达600—1，200公里即纬度约5—10。的一部分地壳缩皱而来的。想以此论证地球是由于内部变冷而使直径锐缩到如此程度的任何想法，都是荒谬的。E．凯塞尔说过，地球表面每缩短1，200公里，即使大约是缩短了地球圈的3%，其半径亦约缩短3%，变化好像，然而如果测算相应的温度变化那就十分显著了。依据镍(0．000013)、铁(0．000012)、方解石(0．000015)和石英(0．00001)四种物质的平均膨胀系数(0．0000125)算来，仅是阐释第三纪褶皱，就应当降温2，400℃还要多一些。推算较古时期，当构造运动到处出现时，就需要更大的降温了。但是，这和理论上的计算结果是无法相合的。由于，按照克尔文(LordKelvin)的计算，从地球内部向地表散失的极少热量来估计，过去的地球是决不可能有这样高的温度。不过。鲁次基也指出过①：克尔文的计算没有把压缩时的重力作用估计在内，在重力作用影响之下，尽管地球失热，它的温度仍是大体不变的，这样就产生了收缩现象。但鲁次基却立刻接着指出：上面所引述的膨胀系数也许由于地球固有的高压而减低数据，因而克尔文的计算也许还是合理的。可以认为，理论物理学在这个问题上还没有取得合理的结果。然而在这方面，镭的研究倒似乎提供了较为明确的结果。镭在衰变时放出大量的热。据乔利的测定，这种元素在一切岩石中存在着，分布广，如果地球核心都有镭的存在②，那么从地球内部不断放出来的热(这可从温度随矿井深度增减的测定来计算)可以弥补地球的失去的热量而绰绰有余。

斯特罗德认为，镭只存在于地球的地壳中，这种观点是否正确还不能肯定，不过无论如何，地球因放射失热而急剧收缩的说法是显然不合时宜了。我们知道，地球的含热量正增加，这是不容怀疑的。

即使这样的收缩曾经发生过，我们就应当承认，在地壳内部把压力转移180弧度是不可能的。因而A．海姆的假设，即整个大圆圈的收缩仅发生在大圆圈的某一点上，但这种说法是不能

成立的。许多学者，如阿姆弗雷①耐耶尔②、鲁次基④和安德利④都反对这种说法，且认为地球的收缩如干瘪的苹果皱皮一样，应当作用于整个地球表面。近年来，尤其是科斯马特(F．Koszmat)--再强调：解释山脉的形成一定沿巨大的切线方向的地壳运动，而这一点和简单的冷缩论不相符⑤。因为总碰到疑难，最近地质学上对于冷缩论的评价为：“冷缩论早就不被完全接受，但能取而代之并足够解释所有事实的其他学说还没有发现。99⑥

我认为，冷缩说还有一点站住脚的主要原因，是在海洋盆地与大陆块的论题上。A．海姆在这个论题上已经有点研究。他说过，“除非对过去大陆的变化作出了准确的考察……，和对大多数山脉的平均收缩程度有了较全面的测定，他们对于山脉和大陆间的内在关系与大陆相互之间的状态等知识就不能期望得到任何进展。”海深的测量越来越频繁，平坦的大洋底以及同样平坦的大陆表面之间的高程差(在五公里以上)越来越显著，解决这个问题也就越来越迫切。E．凯塞尔于1918年写过。与特大体积的大陆块相比起来，一切地面上的突起只是极小的东西，就像喜马拉雅山那样山脉只是在大陆块表面上的一个较低的小皱纹一样。因此，主张山脉是大陆的构架这个旧观点，已不能成立……。反过来认为大陆是先有，是决

定性的因素，而山脉仅是次要的，是后有的。①但是这些大陆岩块的生成用冷缩论是怎样解释的呢?冷缩论的主张是当地壳处处下沉时，其中一部分因为受到拱状压力的作用。不过为什么受到影响的地面竟然这样广大?这却没有说明，这种静止的作用的拱形压力已被赫格塞尔(Her—gesell)②在理论上反驳过了。它和比较时新的日益被证实的地壳均衡论(即地壳漂浮在可塑性的底部上的说法)是背道而驰的。

冷缩论的另一个概念，即赖尔主张：深海底的抬升和大陆块的下降是不断反复变化着的，也和海陆永恒论相矛盾。我们对永恒论即使不能全部接受，但它对冷缩论的批评却是十分中肯的(详见下文)。依据一般承认的均衡论的观点，整块大陆要下沉达五公里之大，实质上是不可能的。另外，大陆上的海洋沉积物除为数极少的以外，都不是深海的，而是浅海的沉积物。大陆被陆架上的浅海所淹没过，因而从来没有陷落为深海底。这样一来，冷缩论已被海陆事实所彻底驳倒了。

大陆漂移说则能阐释上述所有疑点。依据大陆漂移说，褶皱山脉形成时所拥有的水平收缩是可能的。实际上，也只有依据漂移的理论，这种皱缩的发生才变为可能。假使地壳收缩了，而地球整体却没有按比例地收缩，那么地壳的每一次收缩必然使地面某一处产生一次裂变，整个地球表面了，也就不能被地球的最外层岩圈复这是必然的结果。加之，大陆块表面与大洋底的差别，此外再找不到其他解释。因此，大陆漂移说替换了冷缩说，也是合情合理。

另外还需说明的是：关于陆桥沉没说与大洋永存说的关系问题。大陆漂移说对这两个学说的关系和对冷缩论的关系根本不相符。陆桥说与大洋永存说在进行论战时，他们提出的论据是正确的，在针锋相对驳斥时所用的证据同样也是正确的。关键是由于他们各执己见，有利于自己一方的事实固然成立，而在另一些事实面前却站不住脚。大陆漂移却不是如此，它能诠释所有事实。它使争执的双方符合其一切合理要求，为阐述这两种相互敌对的学说确实顺理成章。做到这一点，我们应当深入问题一步。

陆桥论拥有的论据是确知远离海洋的大陆上的动植物群具有极为密切的关系，这是以设想过去存在过广大的陆地为前提。近来这方面的研究资料越来越多，致使这种连接的构想越来越具体化。尽管有少数人还是“一叶遮目”，不过大多数学者关于这些的陆桥的存在已予以肯定①。在此，我们说说本书第五节简述的20个学者对一些陆桥存废的看法。首先，北美洲与欧洲之间的陆桥，这是肯定的(尽管有时中断)到了冰川时代它才最后脱落。非洲与南美洲间也有过这样的陆桥，到白垩纪时代消失的。第三座陆桥是存在于马达加斯加岛和印度之间的雷谋利亚陆桥，它是于第三纪初断裂的。最后一座陆桥是贡瓦纳陆桥，它连接非洲、马达加斯加岛与印度一直达大洋洲，是在侏罗纪初期分开的。一直认为在南美洲与澳洲间一定有陆桥的连接，但说在南太平洋中建立一座陆桥的人是极少数。一般主张这个连接是以南极洲为过渡桥梁的。这是由于南极洲恰好位于两洲间的最近距离上，并且，其间的亲缘关系也只局限于耐寒的种类。

不过，他们还把许多浅海域地区都认为是过去的陆桥。陆桥说一直仍然没有把大洋上的陆桥与浅海上的陆桥区分开来。但需说明的是大陆漂移说只针对深海区上的陆桥论题，对于浅海上的所谓陆桥，例如北美洲和西伯利亚之间的白令海峡等，是由原来的陆地升降的构想还是无可厚非的。

陆桥沉没说的人有一个极为有力的依据，那就是相互远离的大陆，由于动植物化石的相似性及其现有物种的亲属关系，它们问过去存在过平坦的陆地相连接是毋庸置疑的。他们假设这些存在过的大陆桥以后渐渐沉没，终于成为洋底。这是依据收缩论就可以证明的，并不需深一步的论述。用水平移位来解释，当然是想不到的。乌必希(L．Ubisch)指出过：大陆漂移说和现有大陆沉没说相似能比较好地符合此要求，前者说明得更为合理。现有大陆间距离这样远，就是假设以前生物种类有可能通过中间大陆得以传播，动植物的亲缘关系能这样密切，还是一个谜。

关于和陆桥说相悖的海陆永存说的依据却不在于生物学领域，而在于地球物理学方面。他们主要观点不是反对过去有过陆地的连接，而反对有过陆桥。第一个论据在前文已经说到，在大陆上深海沉积并非普遍存在，因此大陆块看肯定是“永存”的。有些地层，如卡育所证明的白垩层，原来认为是深海沉降的，已被证实为浅水沉积物了。有为数极少沉积，比如非石灰性的阿尔卑斯放射虫泥和一些红色粘土(被当成一种红色深海粘土)认为是在深海生成的，由于在深海中，海水能成为石灰质的溶剂①不过对于这些发现仍在争论中。一般人认为它们不少是沉积在1—2公里深的海中。不过这样深度的海洋仍是在大陆坡的范围内。我们根据F．科斯马特与K．安德雷的观点，说阿尔卑斯放射虫泥的沉降深度为4到5公里，因为这些海洋沉积物所占的面积是这样小，因而大陆块永恒的基本理论仍是切实可信的。大陆块除了极少以外，在历史上从来没有成为洋底部；C．赖尔所说的反复降，认为是永恒的大陆台地交替地被浅水淹没罢了。

照此说来，难以设想在海洋中过去有过桥形大陆了。假如一处陆地的重新升起不能被他处海洋的再下沉等量地增补，那面积大为减小的海盆容纳海洋内的全部海水将不可能有足够的空间。原来的大陆桥的重新升起，就必会使海水面升高，能使所有的大陆，包括新旧的在内，除高山以外都将淹没。换言之，即主张各大陆间有陆桥相连的陆桥说，并非能达到预期目的。为了阐释清楚这个问题，正如卫林斯和彭克强调过：我们必须假设地球上海水在陆桥淹没时曾有过成比例的递增，除此之外没有别的解释办法。这是不大可能的，尚无认真提出过、支持过这种说法。较为可能的是，海水在量上基本上没有变化，因而在整个地质时期里，陆块大部分是露在水面之上的。也就是说，假设大陆的位置保持不变(他们认为这是显而易见的)，那么地球表面上的各大洋就是永远存在的现象了。

永存说者是以地壳均衡的地球物理事实，以地壳均衡说为理论基础的。依据均衡说，比较轻的地壳表层是悬浮在较重的下面一层岩浆之上的。如同漂浮在水里的木头块一样，假如上面加了重物，在水里就浸沉得更深一些。按照阿基米德原理，最上层岩壳的变厚那么该地区会更多地沉陷在岩浆中。在大陆冰川时期就发生过这样的事实。大陆在冰块的重压下而沉陷时所形成的海岸线，在冰块消隔后会重新上升。吉尔在上升海岸区所描绘的等升线显示：斯堪的纳维亚的中部地区在最后一次冰期中最起码沉降了250米在距离冰川中心较远区域，下沉的程度相应小一些，据推测在最大冰期中沉降的幅度还要大些。吉尔在北美洲的冰川地区也同样发现这种现象。M．P．鲁次基根据均衡论测算出大陆冰川的实际厚度，斯堪的纳维亚应为930米，北美洲应为1，670米，但北美洲的沉降幅度达到了500米。因为地壳下部的岩浆层毕竟不如水那样易于流动，而是非常具有粘性的，这类弥补性的地壳均衡运动一定很滞后，因而海岸线一般总是在冰川已消融但陆地仍未上升之时形成。实际上，斯堪的纳维亚仍在上升之中，据测定，速度为每100年就上升一米。也如费希尔所率先注意到的，沉积层的堆积也能使陆块下沉。沉积加厚时陆块下沉较慢，即使继续进行新的沉积，地面高度也几乎保持不变。如此一来，尽管在浅水之中，厚达数公里之多的沉积层仍是可以形成的。

普拉特认为重力测量是地壳均衡论的实际基础均衡一词为杜顿所创。1855年，普拉德已证实喜马拉雅山不对铅垂线测试发生事先设想所发生的作用①。因而此推论巨大山系的重力并不产生预期的偏差值(这一点实际已被公认)。这样一来，巨大的山块好像并不能被其地下部分的某种物质所补偿。艾瑞、法那和黑尔姆特等人的论述中都曾提到过这一点。最近F．科斯马特在一篇非常简注的论文中也阐述到这点。海洋上却不是这样，由于大洋盆地的陷落，质量显著减小，但重力值仍是正常的。过去对于岛屿的重力测量数据有一些不同的看法。但赫克尔自在船上测量重力的方法成功以后他采纳莫恩的建议，不用钟摆，由于在船上不能用钟摆，而用了同时测读水银气压表与沸点温度表的方法，曾经在大西洋、印度洋与太平洋前几次航行中进行这样测量，获得了确切的结果。大洋海盆地的物质不足以被底下的物质过剩填补。这种情形恰好与山脉相反。随着时代的进展，这种地壳下层的物质过剩与物质不足的情况到底应如何解释，产生了各种不同的推测。普拉德设想地壳原为一种厚度均匀如同面团一样的物质，膨胀区域为大陆，压缩区域为海洋。海福德和黑尔姆特进一步发展了这种设想，并且一般地用来解释重力观测的结果。

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