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跨界气象学家魏格纳
时间:2015-03-23 14:30来源:科学技术部人才中心
说到气象学,不得不提到一个略带传奇色彩的人物,尽管他的成就与气象并无直接关联,但按照时髦的说法,他够跨界。

每年的3月23日是世界气象日。气象学与我们的生活息息相关,随着社会的发展,气象问题也逐渐越来越受到人们的重视。早在1951年3月23日,世界气象组织第一届大会上,原国际气象组织就改组为世界气象组织,成为政府间的国际气象合作机构,并与联合国建立了关系。1960年6月,世界气象组织执行理事会决定把每年的3月23日定为世界性的纪念日。每年的世界气象日都确定一个主题,要求各成员国每年在这一天举行庆祝活动,主要是为了使各国广大群众更好地了解世界气象组织的活动情况以及气象部门在经济和国防建设等方面所作出的卓越贡献,推动气象学在航空、航海、水利、农业和人类其他活动方面的应用。2015年气象日的主题是气候知识支持气候行动。

说到气象学,不得不提到一个略带传奇色彩的人物,尽管他的成就与气象并无直接关联,但按照时髦的说法,他够跨界。

他在北极探过险,他在战场负过伤

此人可谓文物双全,打的了敌人,搞的了科研。作为一个普通人,他在第一次世界大战时参军,并两度负伤;作为一个气象学家,他毕业于因斯布鲁克大学,以优异成绩获得了天文学和气象学博士学位,致力于高空气象学的研究。他和弟弟两人驾驶高空气球在空中连续飞行了52小时,打破了当时的世界纪录。他还著有气象学专著《大气圈热力学》;作为一个地质学家,他在一次生病住院百无聊赖中偶然发现了“大陆漂移说”,并以此,改变了人们对地球的认识。这个人,就是魏格纳。

阿尔弗雷德·魏格纳在1880年11月1日出生在于柏林,他是牧师家庭的五个孩子中最小的一个。他的父亲理查德·韦格纳是一个神学家,在柏林文科中学教授语言。1886年,他的家人购买了赖因斯贝尔格附近的一间宅邸,他们将这里当作度假别墅。今天,当地校舍附近的建筑物设立有阿尔弗雷德·韦格纳纪念站和旅游资讯办公室 。

他后来毕业于柏林洪堡大学,魏格纳在1905年成为林登堡航空气象台助理。阿尔弗雷德·魏格纳与他的兄弟库尔特(比他年长两岁)对于气象及极地研究有同样的兴趣。他们率先使用气象探测气球来追踪空气。魏格纳兄弟在从1906年4月5日至7日间创下气球连续飞行的新纪录,在空中停留长达52.5小时。

魏格纳在1906年首次参加格陵兰岛探险,这次经验象征着他生命中一个决定性的转折点。丹麦人路德维希·埃里克森率领这次的探险队,目标是格陵兰岛最后一个人类未知的地区:东北海岸。魏格纳在远征期间于格陵兰岛附近的丹麦港(Danmarkshavn)建造了第一个气象观测站,他使用风筝和气球进行观测北极气候。探险队队长和他的两个同事在远征期间于旷野丧命。第一次世界大战之前,他于1908年在马尔堡大学担任气象学,天文学和宇宙物理学应用讲师。他于这段时期留意到非洲大陆西岸和南美洲东岸的海岸线很相似,因此推测大陆原本是相连的,并于1915年出版《大陆与大洋的起源》一书。

魏格纳于1914年被征召入伍,担任步兵预备役军官。他在比利时前线,经历了激烈的战斗。他两次受伤,被认为不适合为继续服役,随后被分配到气象服务队。

他于第二次前往格陵兰考察期间,曾在冰岛短暂停留,购买冰岛马来作为驮兽,探险队后来抵达丹麦港。即使在内陆冰之旅开始了探险队几乎全军覆没的产犊冰川。丹麦探险队队长约翰·彼得·科赫(Johan Peter Koch)后来在冰川的冰裂缝跌倒,因此摔断了腿,花了几个月来康复。韦格纳和科赫格陵兰岛东北部的内陆冰盖度过第一个冬天。他在1913年回国后,韦格纳与前导师弗拉迪米尔·彼得·柯本的女儿结婚。

1919年,魏格纳在德国海军天文台任职,因此与他的妻子和两个女儿搬到了汉堡。1921年,他被任命为汉堡大学新的高级讲师。韦格纳在1924年担任奥地利卡尔·弗朗岑斯大学气象学和地球物理学授。他的研究集中在物理、光学以及龙卷风。直到1920年代末为止,他持续研究第二次格陵兰岛探险的成果(冰观测、大气光学)。

1926年11月,魏格纳在纽约市美国石油地质学家协会研讨会提出了大陆漂移理论,并招致其他科学家批评。韦格纳在1929年开始他第三次格陵兰考察,为以后的主力出征奠定基础。他做出一个创新的测试,使用螺旋桨来驱动雪地车。

在他的诸多头衔中,其中最著名的,便是他是“大陆漂移说”的创立者,可大家也许有所不知,这一改变世界的理论,竟是他在医院里发现的。

偶然的发现

说起偶然发现,这是科学界常有的事。最著名的例子就是青霉素的发明。英国有个细菌学家叫弗莱明。有一次感冒,鼻涕滴在了细菌的培养基里,发现了溶菌酶。随后在他外出度假的时候,据说发生了一连串的偶然事件,使得青霉素得以发现。当然,这个故事说起来话长,而且有多个演绎的版本。言归正传。下面这个故事,也有很多文学化的演绎。

1910年的一天,年轻的魏格纳因病住进了医院。性格豪放、天性好动的魏格纳,在静谧舒适的病室里坐卧难安,就像软禁在牢笼中的困兽一般。他只得耐着性子,面对病房里的地图,呆呆地出神。实在无聊时,魏格纳就站起来,用食指沿着地图上的海岸线,画着各个大陆的海岸线,借此消磨时光。他画完了南美洲,又画非洲;画完了大洋洲,又画南极洲。突然,手指慢了下来,停在地图上南美洲巴西的一块突出部分,眼睛却盯住非洲西岸呈直角凹进的几内亚湾。瞧!这两者的形状竟是让人不可思议地吻合!魏格纳被自己偶然的发现惊呆了,他精神大振,“难道这是真的?”他站在地图面前,仔细端详着美洲、非洲大陆外形上的不同特点。果然,巴西东海岸的每一个突出部分,都能在非洲西海岸找到形状相似的海湾;同时,巴西的每个海湾,又能在非洲找到相应的突出部分。“这不会是一种巧合吧?”兴奋至极的魏格纳一口气将地图上所有的一块块陆地都进行了比较,结果发现,从海岸线的相似形状上看,地球上所有的大陆块都能够较好地吻合在一起。于是,这位病中的年轻人的脑海里形成了一个崭新的惊人奇想:在太古时代,地球上所有的陆地都是连在一起的,即只有一块巨大的大陆板块。后来因为大陆不断漂移,才分成今天的各个大陆,因而它们之间的海岸线有着惊人的吻合。

他把自己的这一想法,跟他的老师、著名气象学家,也就是他的岳父大人柯本教授说了。柯本教授认真地盯着地图看了一会儿,觉得魏格纳讲得确实有些道理。他告诉魏格纳,在地质学界,占领导地位的,一直都是“海陆固定”的学说。所谓的“海陆固定”说,其主要观点就是,地壳升降是地球史上海陆变迁的主要原因,无论地壳如何升降,大陆块在地球上的位置是固定不变的,大洋盆地是永存的。但是,自17世纪以来,许多人对“海陆固定”说产生了怀疑。比如,哲学家培根就曾经指出:非洲西部和南美东部海岸线的吻合,不可能是偶然的巧合,肯定有着某种原因。19 世纪中叶,地质学家斯尼德尔发现欧洲和北美煤层中的植物化石雷同,他认为,煤层形成时期的石炭纪,欧洲大陆和美洲大陆曾经连接为统一的大陆。19世纪末,进化论的创立者达尔文的儿子、英国天文学家乔治?达尔文又认为,月球原本是地球上的一部分地壳脱离地球后演变成的,而在月球形成后,地球上的大陆块重新调整了位置,大陆便发生了漂移。柯本教授好心地劝魏格纳,不要揽下这项“份外”的课题。因为大陆漂移问题至少涉及到地质、古生物、动物地理和古气候等一系列学科,论证起来,不是那么轻而易举的。然而,勇于探索的魏格纳决心要把这个问题搞个水落石出,他开始努力地吸取地质学和古生物学知识,从浩如烟海的资料和典籍中收集大陆曾经连接和漂移的证据,从各个大洲之间的联系和对比中进行考察和寻索。

小心求证

魏格纳没有孤立地看待各个局部地区的地质资料,而是从全球或洲际的范围内加以考察和追踪。魏格纳想到,如果现在被大洋隔开的大陆从前果真是一个大陆的话,那么,在当时所形成的地层也一定像大陆轮廓一样可以拼接起来,同时,由这些地层褶皱所形成的褶皱山系也必定可以连接起来。

魏格纳首先考察了大西洋两岸的褶皱山系和地层。他发现,大西洋两岸的岩石、地层和褶皱构造确实像搭积木一样可以搭配起来。如巨大的非洲片麻岩高原和巴西的片麻岩高原遥相对应,二者所含的火成岩和沉积岩,以及褶皱延伸的方法也非常一致。

魏格纳对于这种地层和构造上彼此相接的现象,作了一个比喻。他说,这就好比一张被撕碎的报纸,如果按其毛边拼接起来,报纸上的印刷文字行列也恰好齐整切合,凭这一点,我们就得承认这两片报纸原来是连在一起的。魏格纳特别强调,由于相互衔接切合的不只是一个行列,而是有多个行列,这就排除了“偶然”和“巧合”之类的解释,把这一原则应用于大陆,正好为大陆曾经贴合提供了一个有力的证据。

魏格纳不仅思维跳跃、不囿俗套,而且注重实践、尊重科学,因此,他没有急于向世界公布自己的发现,而是一头扎进科学研究当中。为了给自己的学说寻找证据,他随后收集了包括海岸线的形状、地层、构造、岩相、古生物等多方面的资料,并认真地进行了分析探究,正式提出了“大陆漂移说”。

在1912年德国地质协会的讲演会上,魏格纳郑重地向科学界人士说明:现在世界上的各大洲,在古生代是一个连接在一起的巨大的大陆块。那时还没有大西洋,整个陆地的周围被原始海洋所包围。两亿年前,由于太阳、月球对地球的引潮力,以及地球自转所产生的离心力的作用,古大陆开始出现分离。大陆慢慢分裂成若干块,就像冰块浮在水面上一样,这些花岗岩质陆地浮在玄武岩质基底上,逐渐漂移分离。美洲脱离了欧洲和非洲向西移动,在它们中间逐渐形成了大西洋。非洲有一半脱离了亚洲,在漂移过程中,它的南端沿顺时针方向略有扭动,渐渐与南亚次大陆分开,中间形成了印度洋。南极洲、澳大利亚则脱离亚洲、非洲向南移动,而后又彼此分离,形成了今天的南极洲和澳大利亚。由于大陆漂移,大陆前缘受阻,形成了褶皱山脉,如科迪勒拉山系等等。大陆漂移的最后结果,终于形成了今天地球上的各大洲。

魏格纳提出了大量的非常强有力的证据来支持大陆漂移,但是在那个年代,他提出的机制不能说服当时大部分的地球物理学家和地质学家。虽然他的想法吸引了一些支持者,例如南非的地质学家亚历山大·杜托伊特(Alexander du Toit)和英国的阿瑟·霍尔姆斯(Arthur Holmes),但是该假说普遍受到科学家怀疑。韦格纳作品的美国版于1925年出版,美国石油地质学家协会举办的研讨会对其极为怀疑,特别反对大陆漂移假说。

1943年,乔治·盖洛德·辛普森写了一篇文章,强烈攻击这个理论(以及大陆桥沉没说),并提出了自己的意见。亚历山大·杜托伊特在隔年上写了一篇文章反驳辛普森,但是乔治·盖洛德·辛普森的影响力如此强大,韦格纳的大陆漂移假设在美国仍然不被学界接受。直到1950年代后,他所提出的大陆漂移假说才重新获得逐步肯定。

1929年率领探险队第四次前往格陵兰考察,在他领导下,14名队员在该岛三千米高地上建立了3个考察站,进行格陵兰冰盖厚度测量与全年北极气象的观测。1930年11月,韦格纳与爱斯基摩人向导罗姆斯·威廉带着狗试图穿越冰原,回到西海岸。6个月后,1931年5月12日,阿尔弗雷德·韦格纳的尸体在伊斯米特(Eismitte)与西基地中间被发现,并插著雪橇作成的十字架,爱斯基摩人向导罗姆斯·威廉(Rasmus Villiumsen)则不知去向。当时韦格纳已经50岁,也是一个老烟枪,有人认为他是因为心脏衰竭产生的过度劳累而死。

后人为纪念他,月球及火星上有以他命名的陨石坑魏格纳(Wegener)。小行星29227也是以他为名的。他丧命在格陵兰岛的地区,以他的名字被命名为韦格纳半岛。

1980年,韦格纳百年诞辰时,阿尔弗雷德·魏格纳极地与海洋研究所(Alfred Wegener Institute for Polar and Marine Research)在德国不来梅港成立。魏格纳勋章也是以他名字命名。

(科技部人才中心根据公开资料整理)

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