蔣子堃

現(xiàn)代的陸地和海洋，如今都各自安好地分布在地球表面，成為各種動(dòng)植物繁衍生息的家園。你可曾知道，在漫長的地球歷史中，陸地板塊相聚又分離，不斷變化著它們的位置。通過測量古地磁的數(shù)據(jù)推算出陸地板塊的位置變化是傳統(tǒng)地質(zhì)學(xué)的研究方法，而中國地質(zhì)大學(xué)劉本培教授通過觀察古植物化石的年輪也能得知陸地板塊是否發(fā)生過位置的旋轉(zhuǎn)。接下來就讓我們帶上羅盤、放大鏡，走近植物莖干化石——木化石，通過測量和觀察樹木年輪，一起探尋大地轉(zhuǎn)圈圈的秘密吧。

尋找北半球樹木生長的秘密

在北半球，植物都具有向陽生長的特性，顯示出南大北小的不對稱生長趨勢。樹木的中心，也就是樹的髓部往往不在樹木年輪的中心，樹木越往北，樹木年輪中心也越向北偏移。而年輪中心的偏移情況恰恰就是樹木展現(xiàn)出向陽生長的特征。

下圖從左至右分別展示了四個(gè)緯度方向上的樹木年輪情況。北緯60°左右的俄羅斯松木，樹木年輪的中心明顯偏向北方;北緯45°左右的長白山冷杉，樹木年輪顯示有明顯的兩側(cè)不對稱生長;北緯25°左右的云南麗江老君山樹木，仍然可見明顯的樹木年輪兩側(cè)不對稱生長;而北緯10°以內(nèi)的熱帶雨林地區(qū)樹木，年輪中心則沒有明顯的偏移現(xiàn)象。

孤木樹樁的向陽性測量

從圖中我們得知，樹木年輪中心的偏移從北向南展現(xiàn)出由強(qiáng)到弱最后到?jīng)]有的生長規(guī)律（越靠近北極偏移得越多）。那么北半球樹木年輪向陽生長的方向是正南方向嗎？測量后我們發(fā)現(xiàn)，樹木年輪的向陽性偏移是南偏西。這是因?yàn)闃淠旧L最旺盛的時(shí)間是午后時(shí)光，而那時(shí)太陽不在正南方向，而在南偏西方向，所以我們推測樹木最大生長方向在南偏西方向。

現(xiàn)生樹木的向陽性測量

為了驗(yàn)證上面的規(guī)律，我們分別用位于北京香山臥佛寺公交站（北緯40°左右）和吉林樺甸林場（北緯43°左右）的現(xiàn)生樹木進(jìn)行了樹木年輪的向陽性測量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在北緯39°～ 43°之間，測量的平地、無遮擋、遠(yuǎn)離水源的樹木年輪向陽性方向（最大生長方向）是219°± 5°。而這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果也完全證實(shí)了樹木年輪中心偏移的規(guī)律。

為什么選擇平地、無遮擋以及遠(yuǎn)離水源？因?yàn)闃淠灸贻唽ν饨绲母蓴_因素反應(yīng)很敏感。一般來說，樹木在山地（南坡、北坡皆可）向重力性生長超過了向陽性生長，會(huì)造成年輪偏移方向不準(zhǔn)，因此只能選平地。另外，如果A、B兩棵樹相互遮擋，A樹特別大，遮擋住了B樹，B樹會(huì)繞過A樹繼續(xù)向光生長，那年輪偏移方向?qū)樹來說，也是不準(zhǔn)確的。除此之外，我們在甘肅水渠旁的樹樁上發(fā)現(xiàn)，所有的樹都有向水生長的趨勢?；谝陨弦蛩赜绊?，我們選擇了僅受陽光影響的樹樁進(jìn)行了測量。

硅化木的向陽性測量

調(diào)查完現(xiàn)生樹木的向陽性方向規(guī)律后，我們又在同一緯度帶的同一地區(qū)發(fā)現(xiàn)了原位、直立保存的硅化木，繼而設(shè)想，侏羅紀(jì)時(shí)期的樹木是否應(yīng)該也具有相同的規(guī)律。硅化木是木化石的一種。數(shù)億年前的樹木因種種原因被深埋入地下，樹干周圍的化學(xué)物質(zhì)在地下水的作用下進(jìn)入樹木內(nèi)部，替換了原來的木質(zhì)成分，保留了樹木的形態(tài)，經(jīng)過石化作用形成了木化石。由于硅化木往往都水平直立地保存在高地且遠(yuǎn)離水源之地，野外觀察時(shí)稍加注意便可以排除遮擋因素，因此我們推測，原位、直立保存的硅化木也具備向陽生長的特性。

侏羅紀(jì)時(shí)期的板塊旋轉(zhuǎn)

通過對以上硅化木進(jìn)行測量后發(fā)現(xiàn)，硅化木向陽性數(shù)據(jù)和現(xiàn)生樹樁向陽性數(shù)據(jù)之間發(fā)生了偏差。具體來說，侏羅紀(jì)中晚期遼寧西部硅化木向陽性數(shù)據(jù)為237°，與現(xiàn)生的219°± 5°差了13°～23°，而侏羅紀(jì)晚期北京延慶的硅化木樹樁的向陽性數(shù)據(jù)為233.5°，與現(xiàn)生數(shù)據(jù)差了9.5°～19.5°。古地磁的數(shù)據(jù)顯示華北板塊在地質(zhì)歷史上發(fā)生過位置的偏移，從侏羅紀(jì)中晚期到現(xiàn)在曾經(jīng)發(fā)生過旋轉(zhuǎn)，但是怎么旋轉(zhuǎn)尚有爭議。我們觀察上面的數(shù)據(jù)，侏羅紀(jì)中晚期的數(shù)據(jù)與現(xiàn)在的數(shù)據(jù)差了13°～23°，這說明硅化木所在的時(shí)期緯度比現(xiàn)今高，所以發(fā)生了順時(shí)針方向的旋轉(zhuǎn)，侏羅紀(jì)晚期數(shù)據(jù)變小，但仍然比現(xiàn)今數(shù)據(jù)大9.5°～19.5°，說明了板塊持續(xù)的順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。這一結(jié)論驗(yàn)證了華北板塊從侏羅紀(jì)中晚期到現(xiàn)在曾經(jīng)發(fā)生過順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，也驗(yàn)證了主流的古地磁學(xué)家的觀點(diǎn)。

通過測量樹木向陽性數(shù)據(jù)來驗(yàn)證大地持續(xù)轉(zhuǎn)圈圈的過程，是古生物學(xué)與大地構(gòu)造學(xué)的學(xué)科交叉，也是多學(xué)科之間的交叉與驗(yàn)證，從一個(gè)小小的樹木向陽性的數(shù)據(jù)，就可以推測出地球板塊的旋轉(zhuǎn)理論。其實(shí)，從生活中的細(xì)節(jié)入手，只要你善于觀察，也可以探索出更多科學(xué)的奧秘！