葛利普脉动理论的产生、发展及影响探究(3)

　　2. 3 脉动理论下的古生代地层
　　
　　葛利普自美国返回中国后，即全力发展和完善其脉动理论，至1940 年，以《年代的节律： 从脉动理论和极控理论看地球的历史》（ The Rhythm of the Ages: Earth History in the Light of the Pulsation and Polar Control Theories） 为名的洋洋巨着诞生，脉动和极控理论及一部新地球史最终形成。在此期间，葛利普经常撰文或报告，与同行交流讨论。如他多次在中国地质学会年会上报告其关于脉动理论的论文。1933 年10 月于中国地质学会与北京博物学会的联合会议上报告。1933 年11 月以《沧桑论及古生代地层之分法》宣读于中国地质学会第十次年会，引起热烈讨论。[15,40]1936 年，在南京举行的中国地质学会第十二次年会上发表论文《依据脉动学说来划分古生代系统并各系统名称之订定》，因未亲自出席，由计荣森代为宣读，并以图示说明。报告后亦有热烈讨论，如翁文灏指出脉动说属全球性的理论，而葛利普所拟的新名多用中国地名，且有新旧混用者，似有不妥； 此外，据葛氏理论，同一脉动纪的造山运动应大体相当，但为何太平洋沿岸的中生代运动甚为剧烈，而大西洋沿岸的则轻微不着，对脉动说提出了质疑。中央大学的贝克（ Hans Becker）则表示很赞赏提出脉动说的理论勇气，但在此一理论尚未获得证实之前，即用于全球颇有危险。黄汲清在赞赏葛氏的理论勇气之余，亦表示需厘清所谓正负脉动的显着区别，以及它们是以海的范围还是沉积的类型而确定。葛利普对这些质疑都作了相应的答复。[41-43]
　　
　　葛利普系统综合世界各地的古生物和地层信息，对上述论文或报告扩充发表。1934至1935 年，在《国立北京大学自然科学季刊》连续发表长文《古生代地层之沧桑观》（ Palaeozoic Formation in the Light of the Pulsation Theory） ,根据脉动理论将古生代地层分为：下寒武脉动系； 中寒武或艾伯塔（ Albertian） 脉动系； 寒奥脉动系。这些文章修订后于1936 ~ 1938 年分为4 卷出版。惜后续各卷未能问世。
　　
　　在多方交流讨论的基础上，葛利普对其理论作了修正，即将原来每一系以下、中、上的三分法改为二分法，即下部代表海进，上部代表海退，共成为一个独立的脉动单位。[15]传统的三分法是美国地质学家威廉斯（ Henry S. Williams,1847 ~ 1918） 提出来的，每一个系分为下、中、上三个部分，用以表示古（ Eo-） 、中（ Meso-） 、新（ Neo-） 之意，代表动物或植物群之兴、盛、衰三个连续的时期。葛利普刚提出脉动理论时，亦采用三分法，但其意却与威廉斯略异，所谓下、中、上分别代表连续的海进或海退层序，标志则是海相动物群。但由于这种三分法与脉动理论不相协调，因此他将之改为两分法，如寒武脉动系分为海进的下部和海退的上部，成为一独立的脉动周期，但这仅占传统寒武系的一部分。1936 年，葛利普根据脉动理论对古生代地层重新作了厘定，在《脉动理论下的古生代地层分类修订》（ Revised Classification of Palaeozoic Systems in the Light of Pulsation Theory） 一文中将古生代分为12 个脉动周期。[41]在1940 年出版的《年代的节律》一书中则被划分为14 个脉动。（ [26],27 页）
　　
　　在地球的脉动历史中，间脉动纪（ interpulsation period） 代表海退之后以陆相沉积为主的地质构造时期。1938 年2 月26 ~ 28 日，中国地质学会在长沙举行年会，葛利普在会上发表《间脉动期在中国地层学上之意义》一文，由王钰代读。[44]在重新划分14 个脉动纪的基础上，葛利普以世界各地地质现象为例，对14 个间脉动纪中主要的地质活动： 侵蚀（ erosion） 作用、陆相沉积（ continental sedimentation） 、造山变形（ orogenic deformation） 、火山活动（ volcanicity） 进行了系统的论述。[45]葛氏认为地槽是“山链的孵化器”,地槽消耗殆尽的时候就是发生褶皱之时，山脉因此生长形成，这就是间脉动纪。（ [26],51 页）
　　
　　规律性的海进海退是脉动理论的基础。葛利普认为地球的脉动能用保存于地层记录的海进和海退现象加以说明，全球性规律的海进海退就像人的脉搏一样，导致各地区地层建造、古生物演化及古地理变迁具有一定的节律。他正是以此为原则并以丰富的化石证据对古生代地层作了新的划分。但这个划分同他的脉动理论一样，也经历了不断的修正与发展。现以《中国地质史》、“沧桑论中之轩轾”、“脉动理论下的古生代地层分类修订”（ 简称“修订”） 、《年代的节律》为例说明葛氏对于古生代地层划分之发展（ 表1） .
　　
　　葛利普1933 年提出脉动理论时，他对于古生代地层的划分还采取传统的方式，分为寒武、奥陶、志留、泥盆、狄南、宾夕法尼亚（ 石炭） 、二叠7 个系，每个系又分为上、中、下三个统。至1936 年则分为12 个脉动系（ pulsation system） ,但方案尚不甚清晰。1940 年则明确分为14 个脉动系，每个系分上下两部，下部代表海进，上部为海退，共同组成一个脉动沉积地层。每两个脉动系之间代表一个间脉动纪，如震旦脉动系和塔康脉动系之间为比尔森纪（ Pilsenerian） ,以此类推从下至上分别为： 普里布拉姆纪（ Pribramian） 、阿克通纪（ Arctomian） 、若贝尔纪（ Rhobellian） 、彼得洛夫纪（ Petrovian） 、普林利蒙纪（ Plynlimonian） 、沙林纪（ Salinan） 、奥里斯坎尼纪（ Oriskanian） 、蒙特普勒桑特纪（ Monteplaisantian） 、毛赫丘克纪（ Mauch-chunkian） 、拉纳克纪（ Lanarkian or Hintonian） 、洛钦瓦尔纪（ Lochinvarian） 、后昆古尔纪（ Post Kungurian or Lebachian） 、阿帕拉契纪（ Appalachian） .（ [26],27 页）
　　
　　2. 4 极控理论
　　
　　在葛利普的地球理论体系中，脉动理论是其核心和重点，极控理论则用来配合前者一起说明地球的演变与历史。与脉动理论一样，关于极控理论的整体框架早在1933 年即已形成。在“年代的节律---脉动论，地球历史的新观点”一文中，除未提及“极控理论”之名，实际上葛利普已经以地外星体的假设、大陆漂移说以及乔利的岩石放射性理论解释了泛大陆的产生、海陆格局的形成，以及海进海退之原因。
　　
　　1940 年，葛利普出版《年代的节律： 从脉动理论和极控理论看地球的历史》一书，是其对脉动理论和极控理论的总结。书中用这两个理论系统阐述了从原始地球到人类出现的历史，被他看作是最重要的贡献，并将此书献给他的妻子安亭、女儿约瑟芬和两个外孙女。
　　
　　葛利普指出在众多的地质现象中，有两类是最为重要的。其一是海洋的脉动，通过节律性的全球海进和海退，影响了古生代以后地层的形成和生物的迁移。其二是极控（ polar control） ,即硅铝圈（ sial-sphere ） 在地球自转离心力的作用下绕极轴的周期运动。（ [26],vii-ix） 两者合在一起即可解释地层的形成以及整个地球的历史。葛利普采纳当时的地球结构理论，将原始地球（ primitive earth） 从外至内分为六个圈层： 最外为气圈（ atmo-sphere） ,主要由二氧化碳组成； 下面是包裹整个地球的水圈（ hydro-sphere ） ,厚度约2. 64 公里； 以下依次为富含硅和铝的酸性岩层硅铝圈（ sial-sphere） ,厚度约40 公里； 富含硅、镁、钙、氧化铁的硅镁圈（ sima-sphere） ,厚1200 公里； 其下或为富铁橄榄岩圈（ pallassite sphere ） ,厚1700 公里； 最中心为由镍、铁及其他重金属元素组成的镍铁圈（ nifesphere） ,厚3500 公里。各圈的比重从地表至地心累增，地表为2. 75,硅铝圈和硅镁圈交接处约3. 1,硅镁圈和橄榄岩圈交接处4. 75,橄榄岩圈和镍铁圈交接处约5. 0,地心达11. 0,整个地球的平均比重则为5. 52.（ [26],6 ~ 8 页）
　　
　　原始地球何以转变成为现在的样子？ 在当时板块学说尚未兴起，以及天体动力学尚未成熟的情况下，葛利普设想一个外来的客星体（ stellar visitor） 靠近地球南极，在适当的位置将地球北部的硅铝圈吸引至南极周围，形成魏格纳所谓的泛大陆（ Pangaea） ,硅铝圈在被拖拽的过程中即形成山脉和地槽； 水圈则被迫向北方撤退，淹没硅铝圈移出的硅镁圈，形成最初的泛大洋（ Panthalassa） .（ [26],11 ~ 13、18 ~ 19 页） 此后，出露的硅铝圈（ 即泛大陆） 就在地球自转离心力（ impetus） 的驱动下周期性地移动，各大陆分裂形成。大陆边缘遭遇硅镁圈的阻碍便会形成地槽，另一端则因牵拉张力产生断裂或火山。因地球自转轴基本恒定，两极和气候带保持不变，因此大陆在移动的过程中会遭遇不同的环境与气候带，从而产生化石链条的断裂以及冰川的迁移。（ [26],viii） 但在一些火成力量（ 如岩脉、岩柱、岩基） 入侵极盖（ sial-cap） 附近时，因周围力量或比重的变化，从而导致两极顺时针或逆时针的移动，进一步会影响到硅铝圈的漂移。（ [26],13 页） 这就是所谓的极控理论。在《年代的节律》一书的扉页葛利普以一块台面呢（ 代表硅铝圈） 包裹着一个地球仪，来模拟泛大陆的形成（ 图2） .在该书的最后，作者则以24 幅彩色插图表示从泛大陆到第四纪详细的海陆变迁，尤其是地槽和陆表海位置的变化。此外，葛利普还猜想地球的生命来自于地球之外的星体。（ [26],16 页）
　　
　　极控理论是在魏格纳（ Alfred Wegener,1880 ~ 1930） 大陆漂移说的基础上发展起来的。魏格纳1912 年在法兰克福会议上最早提出大陆漂移的假说。1915 年出版着名的《海陆的起源》，从地球物理学、古生物学、古气候学、大地测量学等方面论证了现在的海陆格局是如何从“泛大陆”漂移形成的。其核心思想是，现在地球上所有的陆地在石炭纪之前是连接在一起的泛大陆，周围则是泛大洋； 从中生代开始，泛大陆在潮汐力和地球自转产生的离心力的共同作用下，产生向西和向赤道的分裂、漂移，形成现在的海陆格局。[46]但早期魏格纳这种“犁地式前进”的大陆漂移理论，因其驱动力实在太过微小，再加上他作为一名气象学家的身份，故支持者寥寥。1929 年《海陆的起源》第四版才把大陆漂移的动力归于地幔对流。[23]