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(zhǎng)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(guò)測(cè)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(guó)地質(zhì)大學(xué)劉本培教授通過(guò)觀察古植物化石的年輪也能得知陸地板塊是否發(fā)生過(guò)位置的旋轉(zhuǎn)。接下來(lái)就讓我們帶上羅盤、放大鏡，走近植物莖干化石——木化石，通過(guò)測(cè)量和觀察樹(shù)木年輪，一起探尋大地轉(zhuǎn)圈圈的秘密吧。

尋找北半球樹(shù)木生長(zhǎng)的秘密

在北半球，植物都具有向陽(yáng)生長(zhǎng)的特性，顯示出南大北小的不對(duì)稱生長(zhǎng)趨勢(shì)。樹(shù)木的中心，也就是樹(shù)的髓部往往不在樹(shù)木年輪的中心，樹(shù)木越往北，樹(shù)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(shù)木展現(xiàn)出向陽(yáng)生長(zhǎng)的特征。

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

孤木樹(shù)樁的向陽(yáng)性測(cè)量

從圖中我們得知，樹(shù)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(zhǎng)規(guī)律（越靠近北極偏移得越多）。那么北半球樹(shù)木年輪向陽(yáng)生長(zhǎng)的方向是正南方向嗎？測(cè)量后我們發(fā)現(xiàn)，樹(shù)木年輪的向陽(yáng)性偏移是南偏西。這是因?yàn)闃?shù)木生長(zhǎng)最旺盛的時(shí)間是午后時(shí)光，而那時(shí)太陽(yáng)不在正南方向，而在南偏西方向，所以我們推測(cè)樹(shù)木最大生長(zhǎng)方向在南偏西方向。

現(xiàn)生樹(shù)木的向陽(yáng)性測(cè)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(chǎng)（北緯43°左右）的現(xiàn)生樹(shù)木進(jìn)行了樹(shù)木年輪的向陽(yáng)性測(cè)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在北緯39°～ 43°之間，測(cè)量的平地、無(wú)遮擋、遠(yuǎn)離水源的樹(shù)木年輪向陽(yáng)性方向（最大生長(zhǎng)方向）是219°± 5°。而這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果也完全證實(shí)了樹(shù)木年輪中心偏移的規(guī)律。

為什么選擇平地、無(wú)遮擋以及遠(yuǎn)離水源？因?yàn)闃?shù)木年輪對(duì)外界的干擾因素反應(yīng)很敏感。一般來(lái)說(shuō)，樹(shù)木在山地（南坡、北坡皆可）向重力性生長(zhǎng)超過(guò)了向陽(yáng)性生長(zhǎng)，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(shù)相互遮擋，A樹(shù)特別大，遮擋住了B樹(shù)，B樹(shù)會(huì)繞過(guò)A樹(shù)繼續(xù)向光生長(zhǎng)，那年輪偏移方向?qū)樹(shù)來(lái)說(shuō)，也是不準(zhǔn)確的。除此之外，我們?cè)诟拭C水渠旁的樹(shù)樁上發(fā)現(xiàn)，所有的樹(shù)都有向水生長(zhǎng)的趨勢(shì)?；谝陨弦蛩赜绊懀覀冞x擇了僅受陽(yáng)光影響的樹(shù)樁進(jìn)行了測(cè)量。

硅化木的向陽(yáng)性測(cè)量

調(diào)查完現(xiàn)生樹(shù)木的向陽(yáng)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(shù)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(shù)木因種種原因被深埋入地下，樹(shù)干周圍的化學(xué)物質(zhì)在地下水的作用下進(jìn)入樹(shù)木內(nèi)部，替換了原來(lái)的木質(zhì)成分，保留了樹(shù)木的形態(tài)，經(jīng)過(guò)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(cè)，原位、直立保存的硅化木也具備向陽(yáng)生長(zhǎng)的特性。

侏羅紀(jì)時(shí)期的板塊旋轉(zhuǎn)

通過(guò)對(duì)以上硅化木進(jìn)行測(cè)量后發(fā)現(xiàn)，硅化木向陽(yáng)性數(shù)據(jù)和現(xiàn)生樹(shù)樁向陽(yáng)性數(shù)據(jù)之間發(fā)生了偏差。具體來(lái)說(shuō)，侏羅紀(jì)中晚期遼寧西部硅化木向陽(yáng)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(shù)樁的向陽(yáng)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(guò)位置的偏移，從侏羅紀(jì)中晚期到現(xiàn)在曾經(jīng)發(fā)生過(guò)旋轉(zhuǎn)，但是怎么旋轉(zhuǎn)尚有爭(zhēng)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(shuō)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?lè)较虻男D(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(shuō)明了板塊持續(xù)的順時(shí)針?lè)较蛐D(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(guò)順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，也驗(yàn)證了主流的古地磁學(xué)家的觀點(diǎn)。

通過(guò)測(cè)量樹(shù)木向陽(yáng)性數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證大地持續(xù)轉(zhuǎn)圈圈的過(guò)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(shù)木向陽(yáng)性的數(shù)據(jù)，就可以推測(cè)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！