A geológiának a lemeztektonika elmélete olyan, mint a fizikának a Newton-törvények: ez a mozgatórugója szinte minden folyamatnak. A fizika alaptörvényeivel ellentétben azonban ez a földtudományi alapvetés csak alig fél évszázada vált széles körben elfogadottá.

A lemeztektonika a Föld külső, szilárd kőzetburkának a mozgásait magyarázza. Leegyszerűsített, hétköznapi nevén ez a kontinensvándorlás. Az elmélet kiindulópontja elég látványos: ha elkezdjük nézegetni a Föld térképét, hamar feltűnhet, hogy a kontinensek lefutásai hasonlók – a legszembetűnőbb ez Dél-Amerika keleti és Afrika nyugati partjai esetében. Azaz, ha „leemeljük” a kontinenseket az asztenoszféráról, amin „úsznak”, és elkezdjük kedvünkre tologatni őket, akkor kisebb-nagyobb átfedéssel egy nagy kontinenst tudunk kirakni belőlük.

Pontos térképek kellettek ahhoz, hogy észrevegyék Afrika és Dél Amerika összeilleszthetőségét

Ez legelőször Alfred Lothar Wegener, német meteorológusnak, geofizikusnak, sarkkutatónak jutott eszébe a XX. század elején, aki 1915-ben megjelent, A kontinensek és óceánok eredete című könyvében írta le a kontinensvándorlás elméletét. Hogy miért ilyen későn?

Gondoljunk csak bele! Ma már szinte bárkinek feltűnik ez, ha rátekint egy világtérképre. Viszont ehhez az egyszerű pillantáshoz szükséges egy viszonylag pontos világtérkép, amelyre nem csak úgy „ránézésre”, nagyjából vannak rárajzolva a kontinensek, hanem pontosan fel van mérve az alakjuk, nagyságuk, elhelyezkedésük, egymástól mért távolságuk. Az ilyen pontosságú térképek csak a XIX. század végén kezdtek megjelenni.

Alfred Wegener, aki az első lökést adta
Forrás: Wikipedia

Wegener kontinensvándorlási elméletét sok kortárs tudóstársa szkepticizmussal fogadta. Bár több bizonyítékot is felsorakoztatott, a legalapvetőbb dolgot, a lemezek mozgását nem tudta megmagyarázni. Az újabb előrelépésre közel fél évszázadot kellett várni.

Harry Hess, a Princeton Egyetem geológia professzora akkor kezdett érdeklődni az óceánok geológiája iránt, amikor az Egyesült Államok haditengerészeténél szolgált a második világháborúban. A haditengerészet tisztjeként lehetősége nyílt a szonár használatára, s az új technológia segítségével feltérképezte az óceán fenekének egy darabját a Csendes-óceán északi részén.

1962-ben publikálta Az óceánmedencék története című könyvét, amelyben felvázolt egy elméletet, hogyan vándorolhatnak a kontinensek. Ez az elmélet később „Sea Floor Spreading” (tengerfenék szétterülés) néven vált ismertté. Hess fedezte fel, hogy az óceánok középen sekélyebbek, és ő azonosította az óceánközépi hátságokat, amelyek a környező, általában sík tengerfenék fölé magasodnak, akár 1,5 km-rel is. Azt is megfigyelte, hogy az óceánok legmélyebb részei nagyon közel vannak a Csendes-óceán kontinentális pereméhez, és a Japán partjainál futó Mariana-árok esetében az óceánárkok több mint 11 km-es mélységig nyúlnak le.

Az egyes kontinentális kőzetlemezek a világtérképen és azok mozgásai
Forrás: Wikimedia commons

Az úszkáló kőzetlemezek elmélete

Hess úgy képzelte, hogy az óceánok a központi hátságukból „nőnek ki”, ahol olvadt kőzetanyag (bazalt) tör felszínre. Ez új tengerfeneket hoz létre, amely aztán – egy futószalaghoz hasonlóan – mindkét irányba eltávolodik a gerinctől. Ezzel párhuzamosan az óceánfenék lehűl, és az abisszikus (mélytengeri) síkság szintjére süllyed, amely körülbelül 4 km mélységben húzódik. Úgy gondolta, hogy az óceáni árkok azok a helyek, ahol az óceáni fenék megsemmisül és a mélybe bukva beolvad az asztenoszféra (a földköpeny felső, folyékony magmából álló része, amelyen a kőzetlemezek úsznak) anyagába. Bár elmélete roppant logikus volt – és máig megdönthetetlennek bizonyult –, Wegenerhez hasonlóan sajnos ő sem tudta bizonyítani elméletét. Innentől kezdve azonban felgyorsultak az események.

A bizonyítékot Frederick Vine és Drummond Matthews a Cambridge-i Egyetem brit geológusai szolgáltatták. Ők azt vizsgálták, hogy „miért csíkos az óceán feneke”. No, persze nem szó szerint! Ám ha azokra a térképekre pillantunk, amelyen az óceánfenék kőzeteinek mágneses polaritása látható, akkor egy zebra képe rajzolódik ki előttünk: egymással párhuzamos fehér és fekete, azaz normál (a jelenlegivel megegyező) és fordított (azaz a maival ellentétes) polaritású csíkok váltakoznak egymással. Tudták, hogy ha Hessnek igaza van, akkor a zebracsíkos mintázat nem véletlen, hanem a Föld mágneses tere időről időre irányt vált, a pólusai felcserélődnek és e folyamat nyomait őrzi a tengerfenék.

Ez azért lehetséges, mert amikor az óceánközépi hátságból a forró magma a felszínre tör és hirtelen megszilárdul, akkor „belefagy” a Föld mágneses mezejének éppen aktuális polaritása, a vulkáni anyagban lévő mágneses ásványoknak köszönhetően. (Az óceán fenekének sziklái vasat tartalmaznak. Ahogy az olvadt anyag lehűl és megkeményedik, a benne lévő vasdarabok a Föld mágneses pólusai irányába sorakoznak, így jön létre a mágnesezett csíkokból álló minta.)

Az óceán fenék zebracsíkosságának létrejötte
Az első ábrán a feltörő és megszilárduló magma szétfolyik a tengerfenéken. A második ábrán egymillió évvel később, a bolygó mágneses polaritása megfordul és a csíkok is ehhez igazodnak, 2 millió évvel később a polaritás visszaáll és az akkor megszilárduló magmacsikok is követik ezt.
Forrás: divediscover.whoi.edu

Mit bizonyít a zebracsíkos tengerfenék?

Vine és Matthews vette észre, hogy az óceánközépi hátságok két oldalán a polaritáscsíkok szimmetrikusak és mérésekkel bizonyították, hogy a tengerfenék bazaltjai a hátság két oldalán nagyjából azonos ütemben öregednek. Ez bizonyította Hess elméletét, mely szerint az óceáni lemezek a hátságokon keletkeznek és futószalagszerűen távolodnak tőlük. A bizonyíték most már megdönthetetlen volt, az okot azonban még mindig nem ismerték. Szerencsére már erre sem kellett sokat várni.

1966-ban Dan McKenzie részt vett egy konferencián, ahol hallotta Vine előadását, amely a tengerfenék szétterüléséről és a mágneses anomáliákról szólt. McKenzie ekkoriban a Föld köpenyének konvekcióját (hőáramlását) tanulmányozta és ezen ismereteit felhasználva dolgozta ki elméletét, amely szerint a földköpeny mozgásban lévő rétegei szabályozzák a kéreglemezek mozgását. Az alsó köpeny viszkozitása című tanulmánya még ugyanabban az évben megjelent. Ezzel pedig a tudományos kirakós utolsó darabja, az ok is a helyére került és előttünk állt immáron a lemeztektonika teljes képe.

A geológia „mozgástörvényei” alapvetően e négy kutató nevéhez fűződnek. Bár megjelenésük sokkal bonyolultabb, mint az elegánsan egyszerű Newton-törvényeké, de fontosságuk azokhoz mérhető: ugyanúgy az alapjait jelentik saját tudományterületüknek.