冷縮說

系解釋地殼運動的一種假說。這種假說認為，地球足由熾熱狀態逐漸冷卻而成的，由於冷卻，地球的體積和面積都逐漸在縮小，從而使地殼產生水平方向的擠壓力，造成地層的褶皺、斷裂和地殼的升降運動．僵這種假說在闡明有關地球起源和地質構造等方面(如褶皺的生成、振盪運動的解釋等)尚存在缺陷。

基本介紹

• 中文名：冷縮說
• 外文名：Contraction theory
• 性質：假說
• 學科：地質學

學說提出

地球冷縮說的提出 16世紀時，意夫利天文學家布魯諾提出地球收縮說。他把地球表面的褶皺和蘋果相比，蘋果乾了，內部收縮，表皮起皺，認為地球也是這樣．18世紀．康德一拉普托斯的星雲假說間世岳，地球收縮說又被重新提出來。1822年，法國著名地質學家博蒙開始考察火山地質，於1829年提出了冷縮說，發表在法國科學院《自然科學年報》上。1831年，他發表《論地球表面的幾次革命》，闡述了“激變論”；1852年．叉發表三卷巨著《論山系》，提出造山體系．進一步完整了冷縮說。

博蒙的冷縮說理論可概括如下：地球由熔融狀態冷卻，凝成一層殼層；繼續冷卻，半徑縮短，殼層彎曲而成緩慢起伏的不規則表面；再冷卻，壓力增大，使殼層沿某些線突然破裂；破裂一邊下陷，另一邊由於壓力消失而被抬升，形成山脈；下陷的一邊往下移動時，由於收縮的側壓力形成一一系列鶘皺．平行於裂縫並消失於遠處：在地殼變形中，地下熔融物質被推擠上升，沿裂縫凝成岩體．如山脈軸部花崗岩體；從軸線向兩側斜面上連續積成層岩層，成傾斜狀或水平狀延及山麓，擴展到平原。博蒙強調構造運動全球性突變，但他的突變論與居維葉的災變論不同。他不求助超自然力，只是依據對山脈的實際考察，產生出冷縮、擠援而急驟隆起的造山思想，所以得到許多地質學家的支持。

隆起說和冷縮說

第一個提出隆起說的是郝屯。他認為地內熱引起岩石膨脹與地位隆起；隆起寸伴隨有斷裂與扭曲，含礦熔液充填在裂隙中就是“礦脈”。他說： “從這種現象中，我們有能力形成確定判斷； 自然力是真實存在”。自然力既然能把<，礦脈”送到地層中，那么自然力也就能把熔融物質驅動到高山之顛。南美安第斯山與阿爾卑斯山軸部花崗岩就是證據。所以郝屯認為，地內熱與熔融物質是使海底地殼隆起為陸地以及陸地隆起為山脈的原因。但他留有餘地說： “我們只知道陸地是由地內熱固有力量使它隆起而成，但陸地為何保持它具有的隆起狀態，這個問題我們不打算去推測”。

1818年，布赫發展郝屯的隆起說，提出“隆起火山口說”。他把圓錐形火成岩山丘叫“隆起火山口”，並認定它由地內熔融物質向上突起而成。他認為熔融物質從頂端噴出是典型火山；如果突起過程中冷卻凝固就是圓錐形山fE,如果熔融物質活動呈帶狀分布就形成山系。他指出，險峻的山峰，從山頂到山腳，呈放射狀展布，而且有利刃般裂縫，這是火成岩侵入體造成隆起高山的證據。1824年，他發表《德國構造體系》，按走向把德意志山系分為四系。他還支持索修耳擠壓褶皺形成山脈的觀點，認為控制阿爾卑斯構造有一普遍法則，認識這一法則的方法是：沿兩條相互平行的路線橫切山脈作兩個地質斷面圖， 以可認識的時間間隔來比較兩個斷面圖，就可找出區域性構造差異。由於斷面會遇見地層缺失情況，所以在比較時要補充其他地質資料。布赫關於山脈成因、山脈的幾何排列、研究褶皺山脈的方法，給後人以有益的啟示。

1820年，瑞士學者斯圖德(B．Studer)獨立提出類似的“隆起說”，他認為阿爾卑斯的花崗岩體是隆起中心，叫“中心地塊”(Central Massive)。

隆起說在歐洲統治了20年，隨著觀察資料增多，隆起概念受到人們懷疑。人們看到，出露在山脈軸部的花崗岩體或輝斑岩體，多半比周圍的沉積岩古老，而不是象布赫說的，年青的火成岩侵入是山脈隆起的原因。這就動搖了隆起說的基礎。正是此時，冷縮說應運而生，

冷縮說用地球緩慢冷卻、收縮來解釋山脈成因與構造運動。其思想來源於康德一拉普拉斯的星雲假說，布豐的地球學說，創始人是法國著名地質學家波蒙(E．de Beau-mont，1798—1874)。

波蒙是法國諾曼第王族成員，幼年生活在宮廷，受到亨利五世的監護，後入法國多種工藝術學校，1819年入巴黎礦業學校，受到地質學教授維延(Villiens)的賞識。1822年他隨老師去英國考察，調查礦業與學習地質測量。歸國後在老師指導下繪製法國地質圖。1841年圖成，波蒙名聲大噪。29歲任礦!業學校地質學教授，37歲繼維延之後任法國礦業部督察，指導法國地質工作，直到逝世。

波蒙是個才華出眾、知識淵博的地質學家。他在岩石學，火山學，地震學、地層學，構造地質學等許多方面作過實地研究，對十九世紀地質思想有廣泛影響。

1822年他開始考察火山地質，1829年提出冷縮說，發表在法國科學院《自然科學年報》上。1831年發表《論地球表面的幾次革命》，闡述他的。激變論”。1852年發表三卷巨著《論山系》，提出他的造山體系。

波蒙的冷縮說可以概括如下：

地球由熔融狀態冷卻，凝成一層殼層；繼續冷卻，半徑縮短，殼層彎曲而成緩慢起伏的不規則表面，再冷卻，壓力增大，使殼層沿某些線突然破裂；破裂的一邊下陷，另一邊由於壓力消失而被抬升，形成山脈；下陷的一邊往下移動時，由於收縮的側壓力形成一系列褶皺，它平行於裂縫並消失於遠處；在地表變形中，地下熔融物質被推擠上升，沿裂縫線凝成岩體，如山脈軸部花崗岩體；從軸線兩側斜面上連續沉積成層岩層，成傾斜狀或水平狀延及山麓，擴展到平原。

波蒙支持居維葉的“災變論”，並用來說明造山運動。他認為地殼激變時期正是山脈隆起時期，全球所有山系都同時隆起；造山運動具有突然性、全球同時性。他說：每一個突變式的革命運動時期，地面上突然形成許多山脈。”由於這種突變與有機界的突變具有一致性，所以他把山系看成是地殼自然歷史中激變階段的歷史記錄。

波蒙把魏納的礦脈平行走向與布赫的山系幾何排列都吸收過來，提出全球山系平行走向的假說。他說全球山系共21個系(走向)，它是21個圓的切線，其中15個主要大圓的切線斜交成“五角網”，山脈隆起規則就是。五角網狀”。去其槽粕，取其精華，波蒙主張全球有個統一的構造史，這是合理的。

波蒙強調構造運動的全球性突變，和主張漸變論的賴爾展開論戰。他針對賴爾說：“有人曾經枉費心機地用地球表面正在起作用的緩慢而連續的變化來說明山脈的地質現象，這是極不可靠的。事實表明，所有山脈是同時隆起的，是和日常所見絕然不同的變化”。

波蒙的突變論不同於居維葉的災變論，他不求助於超自然力，只是依據對山脈的實際考察，提煉出冷縮、擠壓而急驟隆起造山的思想，所以得到許多地質學家的支持。

賴爾批駁波蒙，共有四點：(1)山脈平行隆起是鑑定造山年代的根據，(2)造山的同時性，(3)造山的突然性與暫短性；(4)造山的全球性。

關於(1)、(2)兩點，賴爾的批駁是正確的，關於(3)(4)兩點，賴爾的看法是片面的。賴爾只承認局部突變，否認可能的全球性突變，在方法論上犯了以偏概全的毛病。至於冷縮造山，賴爾雖加批駁，但論據不足。所以冷縮說在很長時期保持其生命力，並為其他學者所發展。 ． ·

法國地質學家特曼(J．Thurmann)也不同意波蒙的冷縮造山概念，但接受其側壓力沼皺造山的思想。

冷縮說、陸橋說與大洋永存說之關係

地質學並沒有完全脫離地殼皺縮的觀點。突出地提倡地殼冷縮說的有達那(Dana)、海姆(AlbertHeim)和蘇斯等。在地質教科書中，如在開塞爾④及科培爾⑧的文中，冷縮論作為一個基本概念被廣泛套用。如同一個乾癟的蘋果一樣，因內部水分的蒸發使表面產生了皺紋；地球也經冷卻而收縮，在它表面形成了褶皺山脈。蘇斯說得好：“我們當今正處於地球的消失時代”。冷縮論的歷史作用是應當肯定的，它在一個相當長的時期內為我們的地質方面的知識提供了一個十分扼要的見解。長期以來，因為冷縮說從大量的研究工作中取得了合理的結果，而且其基本概念的比較簡明及其在套用上的多樣化仍然支持著它的主要觀點。但，冷縮論和地球物理學上一切新結論直接發生矛盾，地質研究的方向越來越與冷縮論相悖，這是不容懷疑的事實。

僅憑地球皺縮的緣由來詮釋山脈的生成，本來就已相當困難。從在阿爾卑斯山脈中發現了復瓦狀平推褶皺式倒轉褶皺以來，冷縮論的解釋顯得更自圓其說。倍爾特朗德(Bertrand)、莎爾德特(Schardt)、呂各翁(Lugeon)等人的著作中關於阿爾卑斯山脈和其他許多山脈的生成的新見解，表示只有比過去構想的要大得多的皺縮程度才能順理成章。根據A．海姆的計算，過去構想阿爾卑斯山脈皺縮了二分之一的長度；所公認的平推褶皺構造，就應當是皺縮到原長度的四分之一或八分之一了。

假如以阿爾卑斯山的寬度約為150公里來計算，那它必然是從寬達600—1，200公里即緯度約5—10。的一部分地殼縮皺而來的。想以此論證地球是由於內部變冷而使直徑銳縮到如此程度的任何想法，都是荒謬的。E．凱塞爾說過，地球表面每縮短1，200公里，即使大約是縮短了地球圈的3%，其半徑亦約縮短3%，變化好像，然而如果測算相應的溫度變化那就十分顯著了。依據鎳(0．000013)、鐵(0．000012)、方解石(0．000015)和石英(0．00001)四種物質的平均膨脹係數(0．0000125)算來，僅是闡釋第三紀褶皺，就應當降溫2，400℃還要多一些。推算較古時期，當構造運動到處出現時，就需要更大的降溫了。但是，這和理論上的計算結果是無法相合的。由於，按照克爾文(LordKelvin)的計算，從地球內部向地表散失的極少熱量來估計，過去的地球是決不可能有這樣高的溫度。不過。魯次基也指出過①：克爾文的計算沒有把壓縮時的重力作用估計在內，在重力作用影響之下，儘管地球失熱，它的溫度仍是大體不變的，這樣就產生了收縮現象。但魯次基卻立刻接著指出：上面所引述的膨脹係數也許由於地球固有的高壓而減低數據，因而克爾文的計算也許還是合理的。可以認為，理論物理學在這個問題上還沒有取得合理的結果。然而在這方面，鐳的研究倒似乎提供了較為明確的結果。鐳在衰變時放出大量的熱。據喬利的測定，這種元素在一切岩石中存在著，分布廣，如果地球核心都有鐳的存在②，那么從地球內部不斷放出來的熱(這可從溫度隨礦井深度增減的測定來計算)可以彌補地球的失去的熱量而綽綽有餘。

斯特羅德認為，鐳只存在於地球的地殼中，這種觀點是否正確還不能肯定，不過無論如何，地球因放射失熱而急劇收縮的說法是顯然不合時宜了。我們知道，地球的含熱量正增加，這是不容懷疑的。

即使這樣的收縮曾經發生過，我們就應當承認，在地殼內部把壓力轉移180弧度是不可能的。因而A．海姆的假設，即整個大圓圈的收縮僅發生在大圓圈的某一點上，但這種說法是不能

成立的。許多學者，如阿姆弗雷①耐耶爾②、魯次基④和安德利④都反對這種說法，且認為地球的收縮如乾癟的蘋果皺皮一樣，應當作用於整個地球表面。近年來，尤其是科斯馬特(F．Koszmat)--再強調：解釋山脈的形成一定沿巨大的切線方向的地殼運動，而這一點和簡單的冷縮論不相符⑤。因為總碰到疑難，最近地質學上對於冷縮論的評價為：“冷縮論早就不被完全接受，但能取而代之並足夠解釋所有事實的其他學說還沒有發現。99⑥

我認為，冷縮說還有一點站住腳的主要原因，是在海洋盆地與大陸塊的論題上。A．海姆在這個論題上已經有點研究。他說過，“除非對過去大陸的變化作出了準確的考察……，和對大多數山脈的平均收縮程度有了較全面的測定，他們對於山脈和大陸間的內在關係與大陸相互之間的狀態等知識就不能期望得到任何進展。”海深的測量越來越頻繁，平坦的大洋底以及同樣平坦的大陸表面之間的高程差(在五公里以上)越來越顯著，解決這個問題也就越來越迫切。E．凱塞爾於1918年寫過。與特大體積的大陸塊相比起來，一切地面上的突起只是極小的東西，就像喜馬拉雅山那樣山脈只是在大陸塊表面上的一個較低的小皺紋一樣。因此，主張山脈是大陸的構架這箇舊觀點，已不能成立……。反過來認為大陸是先有，是決

定性的因素，而山脈僅是次要的，是後有的。①但是這些大陸岩塊的生成用冷縮論是怎樣解釋的呢?冷縮論的主張是當地殼處處下沉時，其中一部分因為受到拱狀壓力的作用。不過為什麼受到影響的地面竟然這樣廣大?這卻沒有說明，這種靜止的作用的拱形壓力已被赫格塞爾(Her—gesell)②在理論上反駁過了。它和比較時新的日益被證實的地殼均衡論(即地殼漂浮在可塑性的底部上的說法)是背道而馳的。

冷縮論的另一個概念，即賴爾主張：深海底的抬升和大陸塊的下降是不斷反覆變化著的，也和海陸永恆論相矛盾。我們對永恆論即使不能全部接受，但它對冷縮論的批評卻是十分中肯的(詳見下文)。依據一般承認的均衡論的觀點，整塊大陸要下沉達五公里之大，實質上是不可能的。另外，大陸上的海洋沉積物除為數極少的以外，都不是深海的，而是淺海的沉積物。大陸被陸架上的淺海所淹沒過，因而從來沒有陷落為深海底。這樣一來，冷縮論已被海陸事實所徹底駁倒了。

大陸漂移說則能闡釋上述所有疑點。依據大陸漂移說，褶皺山脈形成時所擁有的水平收縮是可能的。實際上，也只有依據漂移的理論，這種皺縮的發生才變為可能。假使地殼收縮了，而地球整體卻沒有按比例地收縮，那么地殼的每一次收縮必然使地面某一處產生一次裂變，整個地球表面了，也就不能被地球的最外層岩圈復這是必然的結果。加之，大陸塊表面與大洋底的差別，此外再找不到其他解釋。因此，大陸漂移說替換了冷縮說，也是合情合理。

另外還需說明的是：關於陸橋沉沒說與大洋永存說的關係問題。大陸漂移說對這兩個學說的關係和對冷縮論的關係根本不相符。陸橋說與大洋永存說在進行論戰時，他們提出的論據是正確的，在針鋒相對駁斥時所用的證據同樣也是正確的。關鍵是由於他們各執己見，有利於自己一方的事實固然成立，而在另一些事實面前卻站不住腳。大陸漂移卻不是如此，它能詮釋所有事實。它使爭執的雙方符合其一切合理要求，為闡述這兩種相互敵對的學說確實順理成章。做到這一點，我們應當深入問題一步。

陸橋論擁有的論據是確知遠離海洋的大陸上的動植物群具有極為密切的關係，這是以構想過去存在過廣大的陸地為前提。近來這方面的研究資料越來越多，致使這種連線的構想越來越具體化。儘管有少數人還是“一葉遮目”，不過大多數學者關於這些的陸橋的存在已予以肯定①。在此，我們說說本書第五節簡述的20個學者對一些陸橋存廢的看法。首先，北美洲與歐洲之間的陸橋，這是肯定的(儘管有時中斷)到了冰川時代它才最後脫落。非洲與南美洲間也有過這樣的陸橋，到白堊紀時代消失的。第三座陸橋是存在於馬達加斯加島和印度之間的雷謀利亞陸橋，它是於第三紀初斷裂的。最後一座陸橋是貢瓦納陸橋，它連線非洲、馬達加斯加島與印度一直達大洋洲，是在侏羅紀初期分開的。一直認為在南美洲與澳洲間一定有陸橋的連線，但說在南太平洋中建立一座陸橋的人是極少數。一般主張這個連線是以南極洲為過渡橋樑的。這是由於南極洲恰好位於兩洲間的最近距離上，並且，其間的親緣關係也只局限於耐寒的種類。

不過，他們還把許多淺海域地區都認為是過去的陸橋。陸橋說一直仍然沒有把大洋上的陸橋與淺海上的陸橋區分開來。但需說明的是大陸漂移說只針對深海區上的陸橋論題，對於淺海上的所謂陸橋，例如北美洲和西伯利亞之間的白令海峽等，是由原來的陸地升降的構想還是無可厚非的。

陸橋沉沒說的人有一個極為有力的依據，那就是相互遠離的大陸，由於動植物化石的相似性及其現有物種的親屬關係，它們問過去存在過平坦的陸地相連線是毋庸置疑的。他們假設這些存在過的大陸橋以後漸漸沉沒，終於成為洋底。這是依據收縮論就可以證明的，並不需深一步的論述。用水平移位來解釋，當然是想不到的。烏必希(L．Ubisch)指出過：大陸漂移說和現有大陸沉沒說相似能比較好地符合此要求，前者說明得更為合理。現有大陸間距離這樣遠，就是假設以前生物種類有可能通過中間大陸得以傳播，動植物的親緣關係能這樣密切，還是一個謎。

關於和陸橋說相悖的海陸永存說的依據卻不在於生物學領域，而在於地球物理學方面。他們主要觀點不是反對過去有過陸地的連線，而反對有過陸橋。第一個論據在前文已經說到，在大陸上深海沉積並非普遍存在，因此大陸塊看肯定是“永存”的。有些地層，如卡育所證明的白堊層，原來認為是深海沉降的，已被證實為淺水沉積物了。有為數極少沉積，比如非石灰性的阿爾卑斯放射蟲泥和一些紅色粘土(被當成一種紅色深海粘土)認為是在深海生成的，由於在深海中，海水能成為石灰質的溶劑①不過對於這些發現仍在爭論中。一般人認為它們不少是沉積在1—2公里深的海中。不過這樣深度的海洋仍是在大陸坡的範圍內。我們根據F．科斯馬特與K．安德雷的觀點，說阿爾卑斯放射蟲泥的沉降深度為4到5公里，因為這些海洋沉積物所占的面積是這樣小，因而大陸塊永恆的基本理論仍是切實可信的。大陸塊除了極少以外，在歷史上從來沒有成為洋底部；C．賴爾所說的反覆降，認為是永恆的大陸台地交替地被淺水淹沒罷了。

照此說來，難以構想在海洋中過去有過橋形大陸了。假如一處陸地的重新升起不能被他處海洋的再下沉等量地增補，那面積大為減小的海盆容納海洋內的全部海水將不可能有足夠的空間。原來的大陸橋的重新升起，就必會使海水面升高，能使所有的大陸，包括新舊的在內，除高山以外都將淹沒。換言之，即主張各大陸間有陸橋相連的陸橋說，並非能達到預期目的。為了闡釋清楚這個問題，正如衛林斯和彭克強調過：我們必須假設地球上海水在陸橋淹沒時曾有過成比例的遞增，除此之外沒有別的解釋辦法。這是不大可能的，尚無認真提出過、支持過這種說法。較為可能的是，海水在量上基本上沒有變化，因而在整個地質時期里，陸塊大部分是露在水面之上的。也就是說，假設大陸的位置保持不變(他們認為這是顯而易見的)，那么地球表面上的各大洋就是永遠存在的現象了。

永存說者是以地殼均衡的地球物理事實，以地殼均衡說為理論基礎的。依據均衡說，比較輕的地殼表層是懸浮在較重的下面一層岩漿之上的。如同漂浮在水裡的木頭塊一樣，假如上面加了重物，在水裡就浸沉得更深一些。按照阿基米德原理，最上層岩殼的變厚那么該地區會更多地沉陷在岩漿中。在大陸冰川時期就發生過這樣的事實。大陸在冰塊的重壓下而沉陷時所形成的海岸線，在冰塊消隔後會重新上升。吉爾在上升海岸區所描繪的等升線顯示：斯堪的納維亞的中部地區在最後一次冰期中最起碼沉降了250米在距離冰川中心較遠區域，下沉的程度相應小一些，據推測在最大冰期中沉降的幅度還要大些。吉爾在北美洲的冰川地區也同樣發現這種現象。M．P．魯次基根據均衡論測算出大陸冰川的實際厚度，斯堪的納維亞應為930米，北美洲應為1，670米，但北美洲的沉降幅度達到了500米。因為地殼下部的岩漿層畢竟不如水那樣易於流動，而是非常具有粘性的，這類彌補性的地殼均衡運動一定很滯後，因而海岸線一般總是在冰川已消融但陸地仍未上升之時形成。實際上，斯堪的納維亞仍在上升之中，據測定，速度為每100年就上升一米。也如費希爾所率先注意到的，沉積層的堆積也能使陸塊下沉。沉積加厚時陸塊下沉較慢，即使繼續進行新的沉積，地面高度也幾乎保持不變。如此一來，儘管在淺水之中，厚達數公里之多的沉積層仍是可以形成的。

普拉特認為重力測量是地殼均衡論的實際基礎均衡一詞為杜頓所創。1855年，普拉德已證實喜馬拉雅山不對鉛垂線測試發生事先構想所發生的作用①。因而此推論巨大山系的重力並不產生預期的偏差值(這一點實際已被公認)。這樣一來，巨大的山塊好像並不能被其地下部分的某種物質所補償。艾瑞、法那和黑爾姆特等人的論述中都曾提到過這一點。最近F．科斯馬特在一篇非常簡注的論文中也闡述到這點。海洋上卻不是這樣，由於大洋盆地的陷落，質量顯著減小，但重力值仍是正常的。過去對於島嶼的重力測量數據有一些不同的看法。但赫克爾自在船上測量重力的方法成功以後他採納莫恩的建議，不用鐘擺，由於在船上不能用鐘擺，而用了同時測讀水銀氣壓表與沸點溫度表的方法，曾經在大西洋、印度洋與太平洋前幾次航行中進行這樣測量，獲得了確切的結果。大洋海盆地的物質不足以被底下的物質過剩填補。這種情形恰好與山脈相反。隨著時代的進展，這種地殼下層的物質過剩與物質不足的情況到底應如何解釋，產生了各種不同的推測。普拉德構想地殼原為一種厚度均勻如同麵團一樣的物質，膨脹區域為大陸，壓縮區域為海洋。海福德和黑爾姆特進一步發展了這種構想，並且一般地用來解釋重力觀測的結果。