Denne pdf-fil er downloadet fra Illustreret Videnskabs website ( og må ikke videregives til tredjepart.

Transkript

1 Kære bruger Denne pdf-fil er downloadet fra Illustreret Videnskabs website ( og må ikke videregives til tredjepart. Af hensyn til copyright indeholder den ingen fotos. Mvh Redaktionen

2 Indblik Meteor gav pladetektonikken en kickstart: jorden er i evigt skred For over 30 år siden blev det videnskabeligt anerkendt, at kontinenterne driver rundt på Jordens overflade. En amerikansk geolog har i dag et kvalificeret bud på, hvad det var, der for omkring 2,5 milliarder år siden sendte landmasserne ud på deres uophørlige rejse. T il daglig tænker vi måske sjældent over det. Men vi ved godt, at Jordens landmasser er i konstant om end langsom bevægelse under vores fødder. For bare år siden var tanken om, at kontinenterne skulle flyde rundt som isbjerge på et hav, dog langtfra indlysende. Og det er egentlig ikke så sært. De kolossale kontinenter virker jo som selve indbegrebet af stabilitet. Når geologerne i dag alligevel ved, at jordoverfladen flytter sig, skyldes det teorien om pladetektonik eller kontinentaldrift, som det også kaldes. Ligesom Darwins evolutionsteori er den store, samlende teori inden for de biologiske videnskaber, er teorien om pladetektonikken den forenende teori i geologien. Teorien bygger på den antagelse, at Jorden yderst består af plader, der bevæger sig i forhold til hinanden. Og disse pladebevægelser kan forklare størstedelen af verdens jordskælv, vulkanudbrud og bjergkædedannelser nogle af de vigtigste fænomener, som den geologiske videnskab beskæftiger sig med. Teorien om pladetektonik og evolutionsteorien har mere tilfælles end blot at være forskernes grundlæggende teori 24 Af Keld Conradsen. Illustrationer: Henning Dalhoff univ. of minnesota duluth inden for et stort videnskabeligt felt. Lige som tilhængerne af Darwins teori i begyndelsen måtte kæmpe en hård kamp for teoriens anerkendelse, var også teorien om pladetektonikken i lang tid ude i kulden. Først i 1960 erne og 1970 erne accepterede de fleste geologer teorien, og i dag sætter ingen længere spørgsmålstegn ved den. Et uløst problem har dog været, hvordan det hele begyndte, altså hvad der i tidernes morgen satte pladernes bevægelser i gang. Nu foreslår den amerikanske geolog Vicki L. Hansen fra University of Minnesota Duluth, at det måske startede ved en ren tilfældighed for mere end 2,5 milliarder år siden. Vicki Hansen mener, Vicki Hansen fra University of Minnesota Duluth mener, at et meteornedslag på den unge Jord satte gang i jordoverfladens bevægelser.

3

4 Meteor skabte bevægelige plader For mere end 2,5 mia. år siden var Jorden meget varmere end i dag og havde en ret bøjelig skorpe. En meteor slog ifølge teorien et gigantisk hul i skorpen og lod opstigende magma fra dybet flyde ud på jordoverfladen. Konvektionsstrømme 1. En stor meteor rammer en langstrakt svaghedszone i jordskorpen. Svaghedszonen skyldes opvældende materiale i kappen under skorpen. Kraterrand Svaghedszone Størknet magma (to nye plader) Magma Skorpe Kappe 2. I krateret, hvor den gamle skorpe er tyndere, begynder magma at strømme op til overfladen, hvor det størkner til ny skorpe. Men da magma fortsat stiger op, opstår den første spredningszone, hvor to plader under dannelse bevæger sig i hver sin retning. 3. Opstrømningen af magma fortsætter. Spredningszonen bliver længere, mens pladerne vokser og skubbes ud til siden, indtil de rammer kraterets rand. Subduktionszone 4. Fortsat magmastrøm fra dybet skubber den tungere plade ind under den gamle skorpe. Den såkaldte subduktion er begyndt, dvs. processen, hvor pladen konstant forsvinder tilbage i kappen. Spredningszonen forlænges ind i svaghedszonen. at voldsomme meteornedslag forskellige steder på Jorden fik store mængder smeltet magma fra Jordens indre til at vælde op til jordoverfladen og satte gang i den proces, som geologerne kalder subduktion, og som er et helt afgørende element i pladetektonikken. Ingen troede på Wegeners teori Det var den tyske meteorolog, geofysiker og astronom Alfred Wegener, der allerede i 1915 fremsatte en teori om, at kontinenterne flytter sig, og at de engang i fortiden har været samlet i et enkelt, stort kontinent. Men Wegener blev mødt med en god portion skepsis af sine samtidige. På det tidspunkt fandtes der to andre teorier om Jordens udvikling, hvoraf den ene opererede med en uforanderlig jord, mens den anden hævdede, at Jorden var under afkøling og derfor var i færd med at trække sig sammen. Begge teorier havde forklaringer på jordoverfladens udseende, og hvordan bjergene var blevet dannet, men begge var af forskellige grunde i krise. Som et første indicium for sin nye teori kunne Wegener pege på, at kontinenterne passede sammen som brikker i et puslespil, bedst illustreret med Sydamerika og Afrika, der ville passe nydeligt sammen, hvis ikke lige Atlanterhavet lå imellem dem. Men Wegener havde også andre argumenter for sin teori. Især var der de geologiske ligheder mellem kontinenterne: Man kunne finde de samme fossiler på forskellige kontinenter, og der var hele bjergkæder på begge sider af oceanerne, der var meget lig hinanden med hensyn til bjergarter og struktur. Det var fx tilfældet med bjergene i Skandinavien, Skotland, Østgrønland og det nordøstlige Nordamerika. Wegener mente, at disse ting bedst kunne forklares med, at kontinenterne engang havde hængt sammen. Wegener arbejdede på sin teori, lige til han døde i En af grundene til, at teorien ikke slog igennem i Wegeners egen levetid, var, at han ikke kunne pege på den mekanisme, der var drivkraften bag kontinentaldriften. Hans bedste forslag var en kombination af Månens tiltrækningskraft og centrifugalkraften fra Jordens rotation, men den forklaring var han selv utilfreds med, og geofysikerne afviste den som en umulighed. Vendepunktet kom i årtierne efter anden verdenskrig. På grund af militære Illustreret Videnskab nr. 14/2009

5 Landskabet ved Østafrikas Rift Valley bærer tydeligt præg af de stærke underjordiske kræfter. En dag vil Østafrika revne langs med kløften, der ses til venstre, og give plads til et nyt hav. alamy/imageselect interesser og med hjælp fra nye sonarteknikker gav geologerne sig til at kortlægge oceanernes bundforhold. Resultatet var mildt sagt forbløffende: Midt ude i oceanerne viste der sig at findes mægtige bjergkæder, der strakte sig tusindvis af kilometer tværs over jordkloden. Centralt i disse bjergkæder, der meget naturligt blev døbt midtoceaniske højderygge, strømmede der glødende magma op fra Jordens indre i en tilsyneladende uophørlig proces. Geologerne opdagede også, at der var stejle skrænter mellem kontinenterne og oceanernes bund, de såkaldte kontinentalsokler, hvilket tydede på, at kontinenter og oceaner geologisk set var to helt forskellige størrelser. Endelig afslørede undersøgelserne dybhavsgravene, der oftest fandtes ved foden af kontinentalsoklerne, hvor kontinenter ne og oceanerne grænsede op til hinanden, og som kunne være helt op til 11 kilometer dybe. Samtidig med disse opdagelser var geologerne blevet i stand til mere præcist at måle jordskælvenes placer inger rundtomkring på Jorden. De viste sig at være koncentreret netop ved de nyopdagede midtoceaniske højderygge og ved dybhavsgravene. Altså måtte der disse steder foregå bevægelser i jorden, der fremkaldte jordskælvene. Disse opdagelser gav naturligvis forskerne stof til eftertanke. Det afgøren spl/foci Alfred Wegeners teori gik i glemmebogen efter hans død for snart 80 år siden. Illustreret Videnskab nr. 14/2009 Alsidig geofysiker skabte teorien om pladetektonik Den tyske meteorolog, geofysiker og astronom Alfred Wegener ( ) foreslog i 1915 som den første, at kontinenterne flyttede sig, og at de engang havde været samlet i et enkelt, stort kontinent. I hovedværket Die Entstehung der Kontinente und Ozeane baserede Wegener blandt andet sin teori på geologiske og palæontologiske ligheder mellem kontinenterne og på, at de passer sammen som brikker i et puslespil. Han mente også direkte at kunne måle, at Grønland bevægede sig mod vest, hvad man dog senere har kunnet afvise. Wegener var en alsidig herre. I 1906 forbedrede han sammen med sin bror den daværende verdensrekord i ballonfart til 52 timer, og i sine yngre år deltog han i flere ekspeditioner til den grønlandske indlandsis. Indlandsisen blev også hans skæbne. Han omkom under en ekspedition til Grønland i Et af Wegeners største problemer var, at han ikke kunne pege på den mekanisme, der kunne være drivkraften i kontinentaldriften. Derfor mistede hans teori tilslutning efter hans død. Det var først i 1960 erne, mere end 30 år efter Wegeners død, at man opdagede, at han havde haft ret i sin teori. 27

6 de gennembrud kom imidlertid først, da man fra omkring 1960 begyndte at sende skibe ud på oceanerne for at gennem bore oceanbunden. Især kom der skred i sagerne, da D/V Glomar Challenger i 1968 lagde fra kaj og i de næste 15 år gennemførte en lang række togter for det internationale forskningssamarbejde Deep Sea Drilling Project. Under et dække af havbundssedimenter fandt forskerne overalt størknet magma af den type, man kalder basalt. Basalten viste sig at gemme meget interessante oplysninger. Magma indeholder magnetiske mineraler, der i størkningsprocessen orienterer sig efter det fremherskende magnetfelt. På den måde kommer størknet, vulkansk klippe til at indeholde en slags forstenet magnetfelt. Nu er det sådan, at Jordens magnetfelt igennem dens lange historie har skiftet retning med omtrent en million års mellemrum. Disse såkaldte polvendinger har været særdeles nyttige i udforskningen af Jordens historie. Geologerne bruger dem bl.a. til at inddele fortiden i perioder. For tiden lever vi fx i en periode med normal magnetisering, der har fået navnet Brunhes, og som for ca år siden afløste Matuyama-perioden med omvendt nord-syd-orientering af magnetfeltet. Det betyder så videre, at et forstenet magnetfelt kan fortælle noget om klippens alder, hvis man altså kan placere det i serien af polvendinger. Forskerne gav sig til at undersøge de Varme fra Jordens indre giver uro på overfladen Teorien om pladetektonikken, også kaldet kontinentaldriften, forklarer, både hvordan oceanerne bliver skabt, hvorfor der opstår jordskælv og vulkaner på Jorden, og hvordan bjergkæderne bliver til. Teorien, som i dag er geologiens centrale teori, tager udgangspunkt i, at den yderste del af Jorden består af stive plader, hvorpå kontinenterne hviler. Disse plader bevæger sig, så kontinenterne med tiden flytter rundt på jordoverfladen. Pladetektonikken drives af såkaldte konvektionsstrømme i Jordens kappe, som igen skyldes varmeudvikling i Jorden. Konvektionsstrømmene er strømme af materiale, som bevæger sig parvis i modsat retning. Strømmene får kappemateriale til at stige op under de midtoceaniske højderygge, og de nydannede plader skubbes ud til hver sin side. Andre steder støder Jordens plader ind i hinanden. Det kan ske, ved at en oceanbundsplade glider ind under en anden plade i en såkaldt subduktionszone, eller ved at to plader med kontinenter øverst støder sammen. Det er ved pladegrænserne, at størstedelen af Jordens jordskælv og vulkaner findes, og det er også her, nye bjergkæder dannes. Udsnit Konvektionsstrømme Indre kerne Ydre kerne Kappe Spredningszone Her dannes ny havbund, når magma fra Jordens indre presses op på havbunden og størkner til nyt plademateriale. Ocean Oceanbundsskorpe Kontinentskorpe Subduktionszone En oceanbundsplade glider her ind under en anden plade. Stigende temperatur og tryk smelter lidt af oceanbundsskorpen og føder en vulkan. Vulkanisme Plade Plade

7 magnetiske mineraler i basalten og fandt til deres overraskelse en ubrudt serie af pol vendinger fra nutiden og tilbage i tiden, og det på en meget karakteristisk måde: De forstenede magnetfelter var fordelt helt symmetrisk omkring de midtoceaniske højderygge. Tættest på højderyggene fandtes de yngste magnetiseringsretninger, og længst væk de ældste. Det viste sig også, at selv den ældste oceanbund geologisk set var meget ung, højst ca. 200 mio. år, hvilket stod i skarp kontrast til kontinenterne, hvor der fandtes 3,8 mia. år gamle bjergarter. Disse opdagelser blev understøttet af de sedimenter, der i tidens løb var dalet ned på bunden af havet oven på basalten. Også de, opdagede forskerne, fordelte sig symmetrisk omkring højderyggene, og også de var ældre, jo længere man kom væk fra de undersøiske bjergkæder. Alt dette kunne kun betyde én ting: Der måtte hele tiden blive skabt ny ocean bund ude ved de midtoceaniske højderygge, som så i en fortløbende proces blev presset ud til siden. iodp Geologer har mange steder boret ned i oceanbunden ved de undersøiske bjergkæder. Studier af borekernerne har vist, at havbunden bevæger sig. Havbunden vokser hele tiden Dermed var de nødvendige brikker på plads til det puslespil, som forskerne samlede til den moderne teori om pladetektonik. I dag ved geologerne, at Jordens plader er stive legemer, der består af skorpen og den alleryderste kappe, og at de bevæger sig oven på en anden del af kappen, der er blødere og mere plastisk. Helt overordnet drives pladebevægelserne af varme i Jordens indre. Varmen fremkalder materialestrømme i kappen, der ganske vist er fast, men som på grund af den høje temperatur og det høje tryk alligevel kan flyde. Disse såkaldte konvektionsstrømme får smeltet materiale til at vælde op ved de midtoceaniske højderygge og størkne til basalt, der så hele tiden presses ud til siden af nyt materiale nedefra, så oceanet vokser. På den måde dannes der plader, der er forholdsvis tunge, fordi basalten er tung. Når sådan en plade støder ind i en plade med et kontinent øverst, der består af et lettere materiale som fx granit, eller eventuelt en anden oceanbundsplade, vil den synke ned under den og til sidst genoptages i kappen. Det er denne subduktionsproces, der er forklaringen på, at oceanbunden er så ung, fordi den ældste oceanbund hele tiden forsvinder tilbage Illustreret Videnskab nr. 14/2009 jamstec i kappen. Subduktionen sker ved dybhavsgravene, hvor oceanbundspladen på vej nedad udløser voldsomme jordskælv. Desuden smelter pladen delvist og sender magma op mod overfladen. Bag ved dybhavsgraven danner magmaen enten bjergkæder (fx Andesbjergene) eller vulkanske ø-buer (fx Filippinerne). Kontinenterne forbliver derimod på grund af deres lavere vægt yderst på pladerne og transporteres rundt som en del af dem. Nogle gange kan de imidlertid også kollidere, som det er tilfældet med Indien, der er i fuld gang med at ramle ind i Asien og undervejs danner Mange forskningsskibe som dette har udforsket havbunden omkring de såkaldte midtoceaniske højderygge. Himalaya. En speciel situation opstår, når der dannes nye konvektionsstrømme i kappen. Hvis processen med opstigende, varmt materiale går i gang neden under et kontinent, brækker det midt over og adskilles efterhånden af et ocean, sådan som det skete med Afrika og Sydamerika, og som det er i gang med at ske i den østafrikanske Rift Valley-zone. Meteornedslag startede det hele Geologerne kender altså de processer, der driver pladetektonikken. De ved også, at den har været i gang i milliarder af år. Men der findes næsten ingen teorier om, hvordan den begyndte. Især har det knebet med ideer til, hvordan subduktionen, processen med de neddykkende oceanbundsplader, kom i gang. Her er det så, Vicki Hansens nye hypotese kommer ind i billedet. Allerførst, siger den amerikanske geolog, må man forestille sig den tidlige Jord, som den tog sig ud for mere end 2,5 milliarder år siden. På mindst to områder var den unge Jord afgørende forskellig fra den moderne: For det første blev den bombarderet med store og små meteorer, hvilket forskerne ved fra meteorkratere på både Månen og Mars og fra modeller af Solsystemets udvikling. For det andet var 29

8 Jorden væsentligt varmere end i dag. Det sidste betød ifølge Vicki Hansen, at hele Jorden var omgivet af en forholdsvis bøjelig skorpe. Denne skorpe var homogen og altså uden de forskelle i massefylde og elasticitet, der er mellem nutidens plader, og som er en forudsætning for pladetektonikken. I kappen under skorpen må der have været konvektionsstrømme magen til de nutidige. Disse strømme, gætter Vicki Hansen nu på, kan visse steder have gjort skorpen tyndere i langstrakte zoner. Enormt krater satte magmaen fri Hvis en meteor nu slog ned i netop sådan en svaghedszone og i kollisionen udgravede et skorpekrater på måske mere end 1000 kilometer i diameter, kan det have startet en proces, der ikke siden lod sig stoppe: Ud over at have gjort skorpen endnu tyndere på nedslagsstedet kan kollisionen have ført til lokal opvarmning i kappen, som har fået magma til at stige opad. Denne magma trængte igennem skorpen op til overfladen, hvor det størknede som tung og stiv skorpe. Hvis denne proces nu fortsatte, ville man få dannet et spredningscenter, der startede ved meteorens nedslagspunkt, men som snart udviklede sig til en langstrakt zone magen til et lille stykke af de moderne midtoceaniske højderygge. Vicki Hansen forestiller sig nu videre, at spredningen fortsatte og pressede den fortyndede skorpe i krateret ud mod siden. På et tidspunkt stødte den nydannede todelte plade mod kraterranden, der ikke lod sig presse væk. Derfor begyndte pladen at synke ned, og subduktionen var i gang. Senere fortsatte spredningscenteret med at udvide sig langs den fortyndede skorpezone for til sidst at blive til en langstrakt spredningszone, en slags ur-midtoceanisk højderyg. Præcis hvornår subduktionen kan være gået i gang, tør Vicki Hansen ikke sige kun at det mindst er 2,5 milliarder år siden. Men hun anfører, at det sammenfald af omstændigheder, som hun opererer med i sin hypotese, kan være indtruffet flere gange forskellige steder på Jorden. Subduktionen kan altså være startet ad flere omgange. Under alle omstændigheder var terningerne kastet. For som Vicki Hansen siger, er subduktion som en virus: Når først den er startet, kan den meget let sprede sig. Siden har subduktionszonerne uophørligt opslugt oceanbundspladerne, mens kontinenterne er blevet skubbet rundt på jordoverf laden. Fra iskolde polar områder til brændende ækvatoregne, tilbage til kulden og atter videre hele tiden skubbet frem af spredningszonerne ved de midtoceaniske højderygge. Det er forklaringen på, at man i kolde områder som Grønland og Antarktis kan finde fossiler af både dyr og planter, der har levet i varme klimazoner. Nogle Havbunden afslører kontinenternes bevægelser I 1960 erne og 1970 erne opdagede geologerne, at der midt ude i oceanerne findes flere tusind kilometer lange, undersøiske bjergkæder. Ved disse såkaldte midtoceaniske højderygge strømmer der uafbrudt glødende lava op fra Jordens varme indre. Den størknede lava, som også kaldes basalt, indeholder magnetiske mineraler, som orienterer sig efter Jordens magnetfelt, som det ser ud på det tidspunkt, hvor lavaen er størknet. Med mellemrum skifter Jordens magnetfelt retning, og da disse polvendinger er nøje kortlagt, har geologerne kunnet bestemme basaltens alder mange forskellige steder på havbunden. Også havbunds-sedimenterne kunne aldersbestemmes, og konklusionen var klar: Ved de midtoceaniske højderygge fordeler magnetfelter og sedimenter fra fortiden sig symmetrisk ud fra højderyggene: De yngste findes nærmest højderyggene, de ældste længere væk. Disse opdagelser viste forskerne, at der hele tiden bliver dannet ny oceanbund, og at oceanbundspladen bevæger sig i retning væk fra højderyggene. Geologerne havde altså for første gang lokaliseret den kraft, der driver pladetektonikken. For 2,5 mio. år siden Matuyama-periodeN (Omvendt magnetfelt) For 0,7 mio. år siden spl/foci Brunhes-periodeN (Normalt magnetfelt) De såkaldte black smokers langs den midtatlantiske højderyg vidner om de store mængder lava under havbunden. For 0,7 mio. år siden Spredningszone Matuyama-periodeN (Omvendt magnetfelt) For 2,5 mio. år siden

9 gange er kontinenterne brækket i stykker, andre gange er de stødt sammen, og mindst tre gange igennem de seneste 1,5 milliarder år har de været samlet i et enkelt, stort kontinent, senest i Pangæasuperkontinentet, der begyndte at falde fra hin anden for 250 millioner år siden. Pladetektonikken stopper en dag Om andre 250 millioner år vil kontinenterne atter have samlet sig til et superkontinent, siger de prognoser, geologerne har opstillet. Men også dette superkontinent vil blive brudt op, og sådan vil det fortsætte. På meget lang sigt, og her taler vi hundredvis af millioner år eller meget sandsynligt endda milliarder af år, vil pladetektonikken imidlertid dø ud. For i det helt store perspektiv har Jorden siden sin dannelse for 4,6 milliarder år siden været under af køling. Meget langsomt ganske vist, fordi henfald zaf radioaktive grundstoffer i Jorden hele tiden har udviklet varme, der har iodp Vulkansk materiale kaldet basalt er her fanget i et borerør fra et forskningsskib. for sinket processen, men dog under afkøling. Konvektionsstrømmene i kappen er dybest set Jordens måde at skaffe sig af med varmen på. Og når de en dag stopper, fordi varmeudviklingen i Jorden aftager, er det slut med pladetektonikken. Om også Vicki Hansens hypotese om subduktionens oprindelse vil dø ud, eller om den vil overleve og med tiden blive til fast stof for alle geologistuderende, er det for tidligt at sige noget om. Foreløbig er den blevet godt modtaget af andre geologer. Vicki Hansen siger, at det er en af den slags hypoteser, der bliver testet gennem meget lang tid. Hun sammenligner den med hypotesen om, at Månen blev skabt ved et sammenstød mellem Jorden og et himmellegeme på størrelse med Mars tidligt i Jordens historie. Den hypotese blev fremsat i 1960 erne og 1970 erne og blev i første omgang opfattet som noget sludder. Men siden er der dukket nye data op, der har støttet den, og nu forekommer den ikke længere umulig. Vicki Hansen kunne også have peget på Alfred Wegener. For hvis der kan drages en lære af historien om teorien om kontinenternes drift, så er det, at videnskabelige hypoteser nogle gange skal gå gruelig meget igennem, før de ender med at blive anerkendte. Find mere om emnet på Den midtatlantiske højderyg Den midtatlantiske højderyg er tydelig på dette kort, hvor mørkeblåt angiver dybt vand, og lyseblåt lavere vand. spl/foci