一位卓越地球物理学家与其睿智的学生在地球深部行为这样一个地球物理学中心问题上存在长达几十年的纠缠争论。

根据简历，现年57岁的唐 · 安德森（Don L. Anderson）和41岁的托马斯 · 乔丹（Thomas H. Jordan）这样两位地球物理学家简直就像同一个人。他们都在卡尔特克（Caltech）取得高级学位，18年前的乔丹还是安德森的学生，且在同行中具有不相上下的威望。在专业领域，他们同在研究地球内部的作用机理，以及地球内部释放的热量如何引起火山、地震和造山活动。

从各种报道还可以发现他们在学术上原有的师徒关系是友爱和开拓的。乔丹在谈到安德森时说道：“他是我的导师，他主导卡尔特克地震实验室已有22年。作为一位科学家，我的许多方面都出自于他的教导。他的兴趣是非常广泛和多学科性的。”

既然如此，这两位知识上具有血缘的人物在看问题上为何还有不一致之处呢？问题就在于乔丹自1972年离开卡尔特克后的两年中，新、老两代科学家及高级研究人员逐渐变成了学术死对头。就像其它事情一样，他们不休的争论就是两个极端派别各自对地球物理学中心问题作解释，即地球如何把其融溶状态的地核和覆于其上的地幔中热量运送到地表？是如同乔丹所提出的地幔就像火炉上的一锅沸水从上到下是相通搅动的，还是如同安德森所认为的地幔上层存在一道任何物质都不能逾越的物理屏障？

争论的结果酿成了地质学上两种巨大的分歧。如果安德森的地幔分层模式正确，那么地球深部除了热量就不存在物质从下地幔运到上地幔，使得下地幔永处于封闭状态。在这种情况下，上地幔便会是地壳上岩石的物质源头，包括诸如夏威夷岛的火山热点，以及古海洋构造板块的最终消亡带。但如果乔丹的地幔混和模式得到正确证明，那么其导师原有的世界观点将受到沉重打击。

自从导师和学生开始出现思想裂痕之日起，他们就分道扬镳了。乔丹原在卡尔特克，现在斯克里普斯海洋研究所工作的一位同学，名叫让－贝尔纳 · 明斯特（Jean-Bernald Minster）说道：“他们各自发展着自己的地球观，然后寻找证据来证明。他们都是出类拔萃，且富高度竞争性的地球物理学家。”

他们的观点分歧可能应归结于他们在揭示地球深部奥秘中所持的不同科学哲学方法。例如当乔丹在地震资料中发现地球内部有一陡变图像时，安德森则认为这是地球内部复杂性带来的混乱而不必大惊小怪，除非从实验和理论上能证实这种陡变图像有其更多的约束条件。

有时这种相互对抗也是针锋相对的，但安德森和乔丹还是经常保持着学术上的礼貌。明斯特曾注意到在由安德森当时多次主持的美国地球物理联合会的发言上，一些人都希望看到他们唇枪舌剑、血口喷人。相反地，安德森和乔丹对此却表现得“十分开明而又有分寸”。

还没有人赢得这场舌战，但大多数观察者认为这还是有价值的。新近离开卡尔特克到由乔丹领导的麻省理工学院地球、大气和行星科学系工作的布拉德福德 · 黑格（Bradford Hager）说道：“我认为这是建设性的，唐 · 安德森主要贡献之一便一直迫使人们去质疑他们的假说，因而也全面地促进科学发展。”

在地球深部研究中，假设无疑发挥着重要作用。由于地球厚度达2900公里，上面覆盖着地壳，因此地幔的深度相当于火星的表面厚度。华盛顿卡内基研究所地磁部的地震学家保罗 · 西尔弗（Paul silver）解释说/仍然没有充足的资料证明你的地球观，因而你必须提出假说和依靠直觉去指导你的研究。”

对于安德森来说，他开始具有假说应归溯到他青年时期和沿整个美国东海岸采集岩石标本的那些岁月。他多年来一直保持着这种强烈爱好，首先是大学时代严格的地质训练，而后是跟谢弗龙（Chevron）使用人造地震波寻找石油达一年之久，最后是为了保证空军飞机的安全着陆对格陵兰海冰进行直接的钻孔和地震声测。有了这些经历，可以说他是名副其实的地质学家和地震学家。

以后安德森还大大地拓宽了自己的视野。1960年在智利和1964年在阿拉斯加发生的地震是本世纪规模最大的两次。当地震学家明白这些震动如何使地球出现一个行星盘大小的环形构造时，他们振奋起来了。通过对这些强烈震动作回声研究，研究人员可以了解整个地球的特性和各圈层的性质。安德森就是用毕生的精力来揭示地球深部的奥秘。

安德森说道：“我已经把地球作为我的研究课题，我认为地震学本身是永恒的。地震学是引发细节问题的有效途径。我乐于使用并把它作为研究的起点和首要步骤。我的研究涉及地震学、石油学和行星类型多方面。目前研究者中具备多学科知识的还不多，这便是我碰到麻烦的原因。”

到了60年代后期，对成为当时争论焦点问题的跨学科研究使安德森对上、下地幔存在根本差别的看法产生怀疑。上地幔包括构造板块沉落的最初600公里左右，而下地幔是指发现有大量地球岩石的地方。

安德森是以其特有的多学科研究来得出结论的。根据已知的岩石成分，他推测了引起地壳形成的上地幔物质组成，然后利用实验结果和理论推算了地震时的地震波跟它穿越下地幔较高温、压岩石时的表现行为一样，并假设下地幔具有与上地幔相同的已知物质组成。

通过监测穿越下地幔的地震波行为，安德森能够验证岩石的性质是否与他的预测相符。结果是不相符的，因此他认为下地幔比上地幔密度高，且富含Fe和Si，同时认为下地幔和上地幔是不可能混和的，相反是分层的，就像油浮在水上面一样。

乔丹在卡尔特克时也曾经热衷于地幔分层理论中提出的依据。首先是作为60年代中、后期的大学生，然后是70年代中期作为安德森的研究生。在他还是大学生时，虽然跟安德森合作写过“下地幔富铁”的一些论文，但其时的乔丹还是有他的疑问。他说：“坦白地讲，我没有在那些论文中提供令人信服的证据。我认为那些论文没有就下地幔的组成和性质作很强的约束条件说明。”

乔丹和安德森都认识到在那些论文被认为是当时的最大可能情况时，实际上他们也没有在论文中提供充分的证据。其时的安德森虽清楚他的地幔分层模式在受日益支持，但随着乔丹对其模式怀疑的逐日滋生，他本人原已犹豫的心思也显得更加不安。在一起共事以至乔丹继续攻读博士期间，他们初生的分歧仍没有锋芒毕露，因为乔丹当时的博士论文题目没有直接涉及许多年来成为地球物理学家悬而未决的地幔分层理论。

在卡尔特克的日子里，可以说他们还是一直和睦相处的。但在乔丹取得博士学位并于1972年离开卡尔特克的几年中，他和安德森的观点便日渐矛盾起来。1974年，乔丹和一位大学生合写的一篇论文便声称他们在一深海沟处发现沉入上地幔的巨厚海洋板片按板块构造新理论中的俯冲过程，在加勒比海穿越到下地幔中。

根据乔丹所提出的板片能穿越原以为穿越不得的边界层的初次研究，发自加勒比海底下的地震波也显示了600和1400公里深度处具有一小圆块的冷岩石。它之所以能被探测到是由于这块冷岩石的地震波速度较快，造成了通过它的地震波传达地震仪的时间比预想的要早。所观察到的历时差证实了乔丹所认为的“小圆块冷岩石是由南美洲底下的俯冲作用造成”的观点。乔丹认为：“这一发现使我相信上、下地授之间确实存在着巨大的垂直通量。”

与此同时，安德森以自己的研究方法也探索着板片穿越的问题。他问自己：海洋板片真有足够密度下沉到上地幔并顺利穿越到下地幔吗？如果有什么东西作用它，这也许能够。他设想板片具有100公里厚，且因它在地球表层曾经有过1亿年左右的冷却成岩时期而在进入上地幔后成为密度最大的物质。

为了弄清楚板片究竟能否穿越，安德森计算了板片密度是如何随远离地表而变化。在上地幔，板片中的矿物密度已经比周围环境的物质要高，且随着板片的下沉和压力的增大，矿物密度还会更高。但据安德森的计算，这些矿物还是未能变得有足够的密度继续沉降到下地幔，他说/我对此已经深信不疑。”

根据安德森的观点，板片在沉降到上地幔200公里以下的某一可能位置后就会相互堆集，这时如果板片由底部开始充分受热，便会因再次向地表涌升而形成火山。他说道：“除了热量，我还没有发现什么东西可以在特定方向上穿越上、下地幔间的边界。我认为上、下地幔是在自对流。纵然这种看法有谬误可能，但我目前仍没发现这种可能的任何迹象。”

在安德森探索地幔分层理论时，乔丹却在一丝不苟地寻觅其它板片穿越现象。1977年，他获得了一幅板片沉入到太平洋西北边缘鄂霍次克海底部的“漂亮图像”，该板片到达了上地幔，再穿过边界层，最后落到下地幔300公里深处。为了再现这块板片，乔丹使用了板片本身地震活动强烈部位所发出的地震波。

乔丹认为他已经证明了自己的观点，但地震学界仍没有给予很大的关注。于是在80年代初，他和他的学生，即现在华盛顿大学的肯尼思 · 克里杰（Kenneth Creager）以及哥伦比亚大学拉蒙特——多尔蒂地质观察室的卡伦 · 菲希尔（Karen Fischer），开始在整个西太平洋进行板片的地震影像。到80年代中期，乔丹调查组在许多地方，包括千岛 - 勘察加、日本、马里安纳和汤加－克马德克等海沟处探测到一些板片穿越到670公里深处的边界屏障深达数百公里。

最后人们对此刮目相看了，但首要人物安德森仍有成见。他的宗旨就是认为地球图像要比乔丹所说明的复杂得多。安德森曾在格陵兰冰岛的岁月使他深知地工作的复杂性。地震波的表现随方向变化而不同，因为冰晶排列趋于按某一优势方向。冰的地混特性还取决于晶格周围所含的大量微滴状海水，因此如同冰块中矿物晶体的定向排列，岩石则会部分融溶形成液体。

安德森首先辩论的便是认为板片矿物的优势方向排列把乔丹胡弄得自以为发现了板片在地球深部的扩张。过了一段时间，安德森和他一位姓周（H. W. Zhou）的学生开展了具有10多次地震活动的板片地震研究，并在最近撰文说明乔丹所描述的板片没有广泛涉及问题的全部。他们认为地震波的历时差是在地幔某一部位而不是在俯冲带引起，并认为持俯冲带引起历时差的看法正给人以板片穿越进入下地幔的错觉。

乔丹不买他们的账，且认为这些观点是对板片的歪曲。他说：“我们知道这些事情。我并非说我们所做的就是尽善尽美，但使用的高精技术是远非一般情况下的肉眼观察所能比拟的。最终的结果也是理论和事实相吻合。”

一旦谈到板片下沉的历时就会无休止地继续下去，但这种争执也隐含着一种更加理性的辩论。安德森对乔丹的地震研究确实存在怀疑，但他也没有更多证据可以反驳。他说：“我看不出有什么方式使板片能有足够的冷度或密度向下穿越到下地幔中。我们的计算是据实审慎的。我认为乔丹也会做同样计算，他非常聪明，知识渊博。”

即使乔丹作计算，他也不会乐此不疲。他有自己获取科学依据的习惯方法。在诸如板片的地震图像上，他说：“最基本的约束条件应来自直接的观察。我不会尝试使用实验结果来对地球下结论。可是安德森对此坚信不疑，尽管在其地幔分层理论的辩论中大家都说他固执己见。”安德森对此的反应还是认为乔丹所用的地震资料站不住脚，并认为乔丹的假说应建立在岩石的理论和实验基础上才能得出独特的答案。

一些不轻易落入“若像乔丹这样有成就的地震学家还不能决断，我奈何为之？”旧俗观念的研究人员也是偏信乔丹的观点。奥斯汀得克萨斯大学的斯蒂芬 · 格兰德（Stephen Grand）也做过许多板片在地幔中历时的工作，其中的一部分还是他在卡尔特克另一位教授指导下的博士论文。他说：“虽然我未清楚板片是否真能穿越地幔，但我认为安德森的论点十分脆弱。他在宣扬自己的观点，但仍没有指出乔丹的做法错在哪里。他只是坚信许多地球化学家都知道的一个事实：上、下地幔的化学性质不同。大多数人都相信乔丹的做法，尽管他所做的仍没有证实一些业已认同的有关地球深部结构的成熟看法。”

僵局就是这样形成。两位独树一帜的地球物理学家在地球65%的岩石体与地质学的可能关系上意见不一。在文献首次提及深潜板片后的十多年来，地震学家就开始认真确证乔丹的提法是否正确。然而地震学家已经通过一种能覆盖全球的新型数字地震仪系统进行资料接收，以期望有助于解决这种争端。

那么这两位理论提倡者对其自身理论前景又作何看待呢？安德森相信他最终会胜利。他宣称那些反对他的人现在所关注的一件东西正是被一系列观察、实验研究和理论支持的地幔分层理论。他说：“我现在不敢想象许多人都同意我的观点，但我已备就有力的证据去反驳。我想他们最后会改变立场的，只是进展速度缓慢罢了。”

与此同时，乔丹则放弃这种争执。他说：“我在继续研究所有不同问题。我已停止为这全球性的问题辩解。我想我的认识不会全错，我正为其发展而工作着。”科学就如同家庭一样，其中每个家庭的后代都有难以改变统一的思想或立场。

［Science，1990年第1期］