| 小科普： 随我看地球 – 四十集 地球最长的水下“拉链”：大西洋洋中脊 我们的地球像一个巨大的气球，正在慢慢膨胀，但膨胀的地方不是均匀的，而是集中在一些“缝隙”上。其中最著名的一条缝隙，就藏在大西洋的正中间 — 那就是大西洋洋中脊（Mid-Atlantic Ocean Ridge）。它不是什么科幻电影里的怪物脊背，而是地球上最长的山脉系统，一条纵贯南北的水下山链。别看它藏在水下几千米深处，它可是地球板块的“离婚现场”，每天都在悄无声息地让欧洲和美洲的距离多出几厘米。听起来浪漫？其实它更像一对夫妻在离婚时把沙发从中间锯开 — 一边推一边拉，结果沙发越来越长。 大西洋洋中脊的经典海底全景地形图，主要由Marie Tharp亲手绘制。20世纪50年代，Bruce Heezen负责出海收集声纳测深数据（当时女性不允许上研究船），而Marie Tharp则在实验室里将这些数据点逐一连接、绘成详细的剖面图和地形图。她就是那个用笔、墨水和尺子，一点一点“画”出大西洋中脊的人！看看这位“主角”长啥样（图1）：
大西洋中脊不是一夜之间冒出来的，它是大西洋打开的“副产品”。大约2亿年前，超级大陆泛古陆开始裂开，美洲板块和欧亚/非洲板块开始“分道扬镳”。机制超级简单：海底扩张！地幔里的热物质向上涌（对流），把洋壳从中间顶开，新熔岩从裂谷里喷出来，冷却成新洋壳，向两边推。扩张速度慢得像乌龟爬 — 每年只有2-5厘米（北美和欧洲每年拉远约2.5 cm）。这么慢，你这辈子都看不到大西洋变宽，但几百万年后，欧洲人去纽约旅游可能得坐潜艇了。在地质时间尺度上，它确实在让大西洋越来越宽。脊的中间有一条著名的中央裂谷，宽25-50公里，深1-3公里，像一条巨大的伤疤。这就是扩张的主战场。裂谷两侧是平行山脊，布满转换断层 — 板块拉扯时，岩石像拉面一样被扯裂。 洋中脊的高耸地貌主要源于热膨胀作用，而非挤压褶皱。从地幔上涌的岩浆温度极高，密度较低，受热膨胀后使洋中脊区域显著隆起，形成海底山脉。随着板块向两侧推移，岩石逐渐冷却、收缩、密度增大，海底高度也随之下降。因此，洋中脊本质上是一座“热山”。 关于这一过程，有一段令人印象深刻的往事。上世纪八十年代末，我在哥伦比亚大学的导师曾提出一个数学公式，用以模拟洋中脊岩石随板块推移逐渐冷却并导致海底加深的过程。我发现该公式存在缺陷，无法准确描述这一地质现象，便向他指出错误。导师当时回应：“文章已发表，无法修改了。”约半年后，另一位美国大学教授来信指出同一错误。导师心怀忐忑的拿着信询问他的博士生，博士生答道：“纪君早就和您说过了。” 由于洋中脊中央不断喷出新玄武岩，冷却时里面的铁矿物像小磁针一样，对准当时的地球磁场方向“定格”。新岩石从中间诞生，向两侧慢慢推开，老岩石被挤到远处。所以离中脊越近，岩石越年轻；越远越老这种完美对称。这种现象只有在“从中间不断添新料、向两边推”时才会出现。如果大陆固定不动，海底不会有这种条纹。这直接推翻了以前的“地球收缩论”，支持魏格纳的大陆漂移，并成了板块构造理论的“铁证”（图2）。这个发现叫Vine-Matthews-Morley假设（1963年），当年被誉为20世纪地球科学最重要证据之一。没有磁条带，板块理论可能还得争论好多年！
说到这里，得提提转换断层（transform faults）。这些家伙是横切中脊的“横杠”，像把中脊切成一段一段的。为什么需要它们？因为地球是球形的，扩张不是到处均匀的，所以中脊被错开，转换断层就是连接错开段的“桥梁”。在断层上，板块水平错动，产生大量地震。别担心，它们不是世界末日级别的，通常浅源、小震级，但足够让海底抖一抖。 大西洋中脊最热闹的地方，不是山顶，而是那些海底黑烟囱（black smokers）。这些是热液喷口，海水渗进裂谷，被下面岩浆加热到300-400℃，带着矿物质喷出来，像深海里的烟囱在抽烟。喷出的水黑乎乎的，因为富含硫化物，冷却后形成高高的“烟囱”塔，有些高达几十米。看起来可像工业污染？其实是地球的“温泉浴缸”！从图3我们可以欣赏到大自然创造的黑烟囱及其生物是多么壮观。
当然，中脊不是安静的养老院。它是火山和地震的活跃区。扩张时，岩浆喷发形成枕状玄武岩；转换断层上地震频发；裂谷里小火山不断。整个中脊像个脾气大的青少年，动不动就抖一抖、喷一喷。但这些活动也创造了新洋壳 — 地球的“皮肤”在这里不断更新。 最酷的一点：大西洋中脊唯一出露地表的地方是冰岛！因为那里有个热点（hotspot），岩浆供应超多，把中脊顶出了水面。冰岛就是中脊的“露头”，你能在辛格维利尔国家公园（Thingvellir）看到裂谷 — 北美板块和欧亚板块的边界. 当你站在裂谷里，你其实就一只脚在美洲，一只脚在欧洲！冰岛人还利用地热取暖、发电，活火山到处是，号称“冰与火之国”。冰岛上的中脊露面现场（图3）：
最后，说说生命起源的关系。黑烟囱的化学合成生态，让科学家们脑洞大开，认为生命可能起源于洋中脊附近。那里深海热液喷口与橄榄岩发生化学反应，产生氢气、甲烷等小分子，并为早期生命提供能量与矿物质温床，活像个原始的“生命孵化器”，人们称之为“碱性热液喷口假说” 或 “蛇纹石化产氢假说”。这种高温高压的碱性环境，模拟了地球早期的原始条件，为"生命前体物质"的合成创造了关键契机。有些人甚至猜，外星生命（比如木卫二的地下海洋）也可能依靠类似机制。总之，大西洋中脊不光是地质明星，还是生命起源的“嫌疑现场”。 大西洋中脊，就像地球的一个慢动作拉链，正在把大西洋拉大，顺便在深海里开派对、养怪兽、制造地震火山，还可能藏着生命的终极秘密。下次你看大西洋地图时，想想水下那条隐形的巨脊 — 它安静却强大，每天都在重塑我们的星球。 作者简介：章纪君博士，1982年12月赴美国纽约哥伦比亚大学拉蒙特地质研究所(Lamont-Doherty Geological Observatory)研究海洋浮游有孔虫；1984年赴美国田纳西州Vanderbilt 大学学习海洋钙质超微浮游生物; 自1987年至2013年在美国自然历史博物馆微体古生物出版社和拉蒙特地质研究所从事特殊出版物编辑，海洋古生物及生物地层学和天外物质的研究。1991年进入加拿大哈里法克斯的达尔豪斯(Dalhousie)大学深造，1996年取得博士学位。在学期间获奖情况：1996-1999年：美国弗罗里达大学美国国家科学基金会 (NSF) 的博士后资助。1993-1996年连续四年获达尔豪斯大学研究生 Izaak Walton Killam 纪念奖学金。1994年获美国地质学会 (GSA) 学生研究奖。1993年获美国全球一年一度一人的Cushman 基金会学生奖。1991-1993年连续二次获达尔豪斯大学研究生奖学金。1991-1996仼达尔豪斯大学助教。 1997年在法国Anger大学地质系做访问教授。2000年后在利比亚－美国合营公司－”绿州石油公司”任实验室主任，从事古生物，地层和古盆地重建工作， 同时担任石油公司的地质，古生物学的教育培训工作。 出版物二部书，中文版一部由”海洋出版社”出版, 合著1988, 438pp; 另一部英文版由Springer-Verlag 出版社出版, 合著, 1985, 370pp. 1985-1986期间曾参与中国的“辞海”汇编。 在”海洋出版社”1988年专著一书中，命名了16个第四纪底栖有孔虫新物种. 另外在美国 ”Micropaleontology”1995年一文中，命名了一个渐新世(Oligocene)的浮游有孔虫一个新属(Protentelloides) 和二个新种(Protentelloides primitiva 和Protentelloides dalhousiei). 出版文章20余篇，发表于各种科学杂志上, 如Palaios,Deep Sea Research, Marine Micropaleontology, Micropaleontology, Paleoceanography, Geology, Oceanography Acta Sinica等.为绿洲石油公司撰写内部专业报告20余篇. |
