大地怎样转圈圈

蒋子堃

现代的陆地和海洋，如今都各自安好地分布在地球表面，成为各种动植物繁衍生息的家园。你可曾知道，在漫长的地球历史中，陆地板块相聚又分离，不断变化着它们的位置。通过测量古地磁的数据推算出陆地板块的位置变化是传统地质学的研究方法，而中国地质大学刘本培教授通过观察古植物化石的年轮也能得知陆地板块是否发生过位置的旋转。接下来就让我们带上罗盘、放大镜，走近植物茎干化石——木化石，通过测量和观察树木年轮，一起探寻大地转圈圈的秘密吧。

寻找北半球树木生长的秘密

在北半球，植物都具有向阳生长的特性，显示出南大北小的不对称生长趋势。树木的中心，也就是树的髓部往往不在树木年轮的中心，树木越往北，树木年轮中心也越向北偏移。而年轮中心的偏移情况恰恰就是树木展现出向阳生长的特征。

下图从左至右分别展示了四个纬度方向上的树木年轮情况。北纬60°左右的俄罗斯松木，树木年轮的中心明显偏向北方;北纬45°左右的长白山冷杉，树木年轮显示有明显的两侧不对称生长;北纬25°左右的云南丽江老君山树木，仍然可见明显的树木年轮两侧不对称生长;而北纬10°以内的热带雨林地区树木，年轮中心则没有明显的偏移现象。

孤木树桩的向阳性测量

从图中我们得知，树木年轮中心的偏移从北向南展现出由强到弱最后到没有的生长规律（越靠近北极偏移得越多）。那么北半球树木年轮向阳生长的方向是正南方向吗？测量后我们发现，树木年轮的向阳性偏移是南偏西。这是因为树木生长最旺盛的时间是午后时光，而那时太阳不在正南方向，而在南偏西方向，所以我们推测树木最大生长方向在南偏西方向。

现生树木的向阳性测量

为了验证上面的规律，我们分别用位于北京香山卧佛寺公交站（北纬40°左右）和吉林桦甸林场（北纬43°左右）的现生树木进行了树木年轮的向阳性测量。实验结果表明，在北纬39°～ 43°之间，测量的平地、无遮挡、远离水源的树木年轮向阳性方向（最大生长方向）是219°± 5°。而这一实验结果也完全证实了树木年轮中心偏移的规律。

为什么选择平地、无遮挡以及远离水源？因为树木年轮对外界的干扰因素反应很敏感。一般来说，树木在山地（南坡、北坡皆可）向重力性生长超过了向阳性生长，会造成年轮偏移方向不准，因此只能选平地。另外，如果A、B两棵树相互遮挡，A树特别大，遮挡住了B树，B树会绕过A树继续向光生长，那年轮偏移方向对B树来说，也是不准确的。除此之外，我们在甘肃水渠旁的樹桩上发现，所有的树都有向水生长的趋势。基于以上因素影响，我们选择了仅受阳光影响的树桩进行了测量。

硅化木的向阳性测量

调查完现生树木的向阳性方向规律后，我们又在同一纬度带的同一地区发现了原位、直立保存的硅化木，继而设想，侏罗纪时期的树木是否应该也具有相同的规律。硅化木是木化石的一种。数亿年前的树木因种种原因被深埋入地下，树干周围的化学物质在地下水的作用下进入树木内部，替换了原来的木质成分，保留了树木的形态，经过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远离水源之地，野外观察时稍加注意便可以排除遮挡因素，因此我们推测，原位、直立保存的硅化木也具备向阳生长的特性。

侏罗纪时期的板块旋转

通过对以上硅化木进行测量后发现，硅化木向阳性数据和现生树桩向阳性数据之间发生了偏差。具体来说，侏罗纪中晚期辽宁西部硅化木向阳性数据为237°，与现生的219°± 5°差了13°～23°，而侏罗纪晚期北京延庆的硅化木树桩的向阳性数据为233.5°，与现生数据差了9.5°～19.5°。古地磁的数据显示华北板块在地质历史上发生过位置的偏移，从侏罗纪中晚期到现在曾经发生过旋转，但是怎么旋转尚有争议。我们观察上面的数据，侏罗纪中晚期的数据与现在的数据差了13°～23°，这说明硅化木所在的时期纬度比现今高，所以发生了顺时针方向的旋转，侏罗纪晚期数据变小，但仍然比现今数据大9.5°～19.5°，说明了板块持续的顺时针方向旋转。这一结论验证了华北板块从侏罗纪中晚期到现在曾经发生过顺时针方向旋转，也验证了主流的古地磁学家的观点。

通过测量树木向阳性数据来验证大地持续转圈圈的过程，是古生物学与大地构造学的学科交叉，也是多学科之间的交叉与验证，从一个小小的树木向阳性的数据，就可以推测出地球板块的旋转理论。其实，从生活中的细节入手，只要你善于观察，也可以探索出更多科学的奥秘！