A lemeztektonikai elmélet megszületése
A lemeztektonikai elmélet megszületése
A lemeztektonikai elmélet megszületésében négy tudományterület eredményei játszották a fő szerepet. Ezek a területek a radiometrikus kormeghatározás, az oceanológia, a paleomágneses kutatás és a szeizmológia voltak, ami egyben azt jelenti, hogy a globális tektonikai elmélet kialakítása a fizikai alapokon nyugvó új földtudományi diszciplínák érdeme volt.
A radiometrikus kormeghatározás lényege, hogy a természetes radioaktív elemek bomlása során létrejövő „leányelemek” és „anyaelemek” egymáshoz viszonyított mennyisége az ezen elemeket magába záró ásvány megszilárdulási korától függ (bővebben lásd a módszertani fejezetben). A bomlás törvényének felhasználásával, az anyag- és leányelemek kezdeti és mai koncentrációjának meghatározásával a magmás eredetű ásványok és kőzetek kora elvileg pontosan meghatározható. A méréstechnika fejlődése eredményeként ennek gyakorlati megvalósítása az 1950-es évek második felétől vált lehetővé.
Az óceánok aljzatának mélységét és domborzatát mutató földgömb
Az oceanológiai kutatások a II. világháború után kaptak nagy lendületet, amikor a katonai eredmények és technikák tudományos célú felhasználása is megindult. Különösen fontos kiemelni az óceánok aljzatának hanghullámok segítségével történő részletes feltérképezését, valamint mágneses felmérését. Mindkét mérést szisztematikusan kiterjesztették a világtengerek egyre nagyobb területére. Az óceánok aljzat-térképét megszerkesztve új világ tárult a kutatók szeme elé.
Pólusvándorlási görbék az eurázsiai (EUR) és az észak-amerikai (É-AM) kontinens különböző korú kőzetei alapján (jobb oldali gömb). A két görbe tökéletes fedésbe hozható, ha az eurázsiai görbét a bal oldali gömbön látható fekete háromszög körül 38°-kal nyugatra forgatjuk. Ez a forgatás Európát és Észak-Amerikát pontosan abba a helyzetbe hozza, amit az alsó ábránkon látható számítógépes partvonalillesztés megkíván. A korok jelölése a bal oldali gömbön: Om/Sl – középső-ordovícium – alsó-szilur; Sm/u – középső- és felső-szilur; Su/Dl – felső-szilur – alsó-devon; Cl és Cu – Alsó- és felső-karbon; Pl és Pu – Alsó- és felső-perm; Tre és Tru – alsó- és felső-triász; Jl – alsó-jura; Jl/m – alsó- és középső-jura; T – tercier (harmadidőszak)
Az óceánok területének legnagyobb részét a közepes mélységű (4,8 km-nél nem mélyebb) óceáni medencék foglalják el. Felszínük nem teljesen sima, jellegzetes képződményeik az óceáni csatornák (kanyonok) és a vulkanikus eredetű önálló kúpok. A legjellegzetesebb mélydomborzati alakzatok azonban a hátságok. Az óceánok mélyén egy összefüggő, több száz kilométer széles, összesen mintegy 60 000 km hosszú, az átlagos fenékszint fölé 2-3 km-rel emelkedő hatalmas „hegység”, az óceáni hátságok húzódnak. Tagjaik: az Atlanti-, az Indiai-, az Indiai-Antarktiszi és a Kelet-Pacifikus-hátság. A hátságok tengelyébe központi hasadékvölgy ékelődik. A mélytengeri domborzati térképen jól látható, hogy csak a hátság folytonos: a hasadékvölgyet harántvetők darabokra szabdalják. A Csendes-óceán partjainak nagy része és a melanéziai szigetív mentén az óceáni medencék szintjénél 2-6 km-rel mélyebb, keskeny és elnyúlt szerkezetek, mélytengeri árkok találhatók.
Az óceáni kéreg váltakozó mágnesezettségű sávjainak kialakulási mechanizmusa. Az ábra jobb szélén lévő oszlop a földi mágneses tér polaritás-váltásainak menetét mutatja az utóbbi 3,5 millió év során. Amennyiben az új óceáni kéreg a hátság középvonalában szilárdul meg, majd ellentétes irányba mozog, akkor folyamatosan és szimmetrikusan rögzíti a földi tér változásait (fekete és fehér sávok)
Az óceáni területek pontos térképét felhasználva Edward Bullard és munkatársai érdekes kísérletet végeztek el. Wegener javaslatának megfelelően, de számítógép segítségével az Atlanti-óceánt szegélyező kontinensek selfperemeinek vonalát úgy illesztették egymáshoz, hogy az átfedések és hézagok területe minimális legyen. Végeredményként igen jó illeszkedés adódott, s megállapíthatjuk, hogy az elrendeződés nagyon hasonló Wegener eredeti kontinens-rekonstrukciójához.
A mai, különálló kontinensek selfperemének illesztése – Wegener rekonstrukciója után mintegy fél évszázaddal – számítógép segítségével. A kék szín a hézagokat, a piros az átfedéseket jelöli
Az oceanológia másik alapvető eredményét a tengeri mágneses mérések alapján szerkesztett óceáni mágneses anomália-térképek adták. Ezek a pozitívan és negatívan mágnesezett óceáni kéregdarabok elterjedésének olyan szabályszerűségét mutatták, amely kontinentális területeken sehol sem fordul elő. Nevezetesen: 1. A pozitív és negatív anomáliák egymást szabályosan váltogatva erősen elnyúlt sávokban jelentkeznek. Az anomáliasávok hossztengelyei egymással és az óceáni hátságok gerincvonalával pontosan párhuzamosan futnak. 2. A mágneses anomáliatér a hátság két oldalán a központi hasadékvölgyre vonatkozólag majdnem tökéletesen szimmetrikus. A földfizikai paraméterek eloszlásában teljességgel váratlan szabályosság és szimmetria magyarázatot követelt. 1963-ban Fred Vine és Drum Matthews meglehetősen egyszerű, ám következményeiben igen messzire vezető magyarázatát adták a jelenségnek. Paleomágneses mérésekből ismert a Föld minden helyén bekövetkező mágneses térfordulások jelensége. Tételezzük fel, hogy az óceáni hátságok gerince alatt olvadt anyag áramlik felfelé, amely a felszínre kerülve lehűl, az aktuális földmágneses térnek megfelelően felmágneseződik és jobbra-balra hozzánő a régi óceáni fenék anyagához. Folyamatos áramlás esetén az óceáni hátságok gerince mentén állandóan új óceáni fenékanyag képződik, amely a régi óceáni fenekét jobbra-balra „széttolja” (oceán floor spreading). Ha megfordul a mágneses tér, akkor az óceáni hátságok gerince mentén képződő és a régebbi fenékhez mindkét oldalról hozzánövő új fenék fordított mágnesezettségű lesz. Létrejönnek a pozitív és negatív anomáliájú, a hátság tengelyével párhuzamos, szimmetrikus sávok.
A részletes és ellenőrző vizsgálatok bebizonyították a Vine-Matthews modell helyességét és a világméretű hátságrendszer teljes területére való alkalmazhatóságát. Kiderült tehát, hogy az óceánok aljzata a hátságok mentén keletkezik, s azoktól távolodó mozgást végez, mégpedig igen jelentős, 1–10 cm/év sebességgel.
A 60-as évek elején a mágneses vizsgálatokkal a kontinensek Wegener által elképzelt mozgását is sikerült bizonyítani. Vulkáni és bizonyos üledékes kőzetek magukba rögzítik a kialakulásuk helyén és idején érvényes mágneses vektort. Paleomágneses vizsgálatokkal meg lehet határozni a Föld különböző helyeiről származó és eltérő korú kőzetek mágnesezettségét. Ezek alapján kiszámítható a mágneses pólusok helye. Ezekről tudjuk, hogy mindig a Föld földrajzi pólusai közelében helyezkedtek el, de a számítások mégis azt mutatják, hogy a pólushelyzetek látszólag jelentősen eltértek a Föld forgástengelyétől. Továbbmenőleg az is kiderült, hogy különböző kontinensek kőzetei alapján eltérő pólusvándorlási görbéket lehet leszármaztatni. Mivel (a gyors térfordulásoktól eltekintve) a mágneses pólusok mindig közel azonos helyen voltak, a pólusvándorlási görbék a kontinensek egymáshoz – és a Föld forgástengelyéhez – viszonyított vándorlását bizonyítják (lásd a legfelső ábrán).
A lemeztektonika megszületésében döntő szerepet játszottak az 50-es és 60-as évek szeizmológiai eredményei is. Ekkortájt vált világossá, hogy a Föld kémiai összetétel szerinti hármas felosztása (kéreg, köpeny, mag) mellett célszerű bevezetni egy másik felosztást is a reológiai viselkedés alapján. A részletes vizsgálatok ugyanis azt mutatták, hogy a kéregben és a köpenyben a rugalmas hullámok sebessége szisztematikusan nő a mélységgel, kivéve a 100–400 km közötti tartományt, ahol is egy csökkentsebességű zóna található. Elméleti megfontolások szerint a sebességcsökkenés azért lép fel, mert ebben a mélységtartományban a kőzetek hőmérséklete olyan közel kerül az olvadásponthoz, hogy részleges olvadás következik be. Ennek az lesz a következménye, hogy az itt lévő kőzetek plasztikussá, azaz könnyen deformálhatóvá válnak, szemben a legkülső körülbelül 100 km-es vastagságú övvel, amely rideg és merev módon viselkedik. Ez utóbbi zónát litoszférának (kőzetburoknak), míg az alatta lévő folyásra képes tartományt asztenoszférának nevezzük.
A másik fontos szeizmológiai eredmény az volt, hogy lehetővé vált a Földön kipattanó földrengések helyének pontos meghatározása, s ezáltal – sok év adatait felhasználva – jól kirajzolódtak a Föld szeizmikusan aktív területei. Világossá vált, hogy azok a helyek, ahol földrengések pattannak ki, viszonylag szűk, sávszerűen összefüggő öveket alkotnak. Ezek a következők: a Cirkumpacifikus öv, amely a Csendes-óceán partvidéke mentén húzódik; az Alp-Himalája-öv, amely Észak-Afrikától az Appenninek-Dinaridák vonalán át az alpi (eurázsiai) hegységrendszert követi és az indonéz szigetívek mentén kapcsolódik a Cirkumpacifikus övhöz; végül az óceánközépi hátságok öve, amely az előzőeknél jóval keskenyebb, szinte vonalszerű öv, tagjai a Közép-atlanti, az Indiai- és a Pacifikus-hátság. A rengéses övek hatalmas rengésmentes (aszeizmikus) blokkokat (táblákat) zárnak közre. Fontos szabályszerűség, hogy az óceánközépi hátságok alatt csak 100 km-nél sekélyebb fészekmélységű rengések pattannak ki. Ennél mélyebb rengések főleg a mélytengeri árkok területén fordulnak elő.
