Geologia

Kritisoi ja tulkitse tärkeimpiä laattatektoniikan teoriaa tukevia todisteita.

Lattatektoniikka on nykygeologian tärkein käsite. Tässä jaksossa tutustut laattatektoniikan käsitteeseen, miten se toimii, miksi se on tärkeä ja miten se muokkaa maailmaa nykyään.

Laattatektoniikan teoria

Kun merenpohjan leviämisen käsite syntyi, tiedemiehet ymmärsivät, että se on mekanismi, jolla voidaan selittää, miten mantereet voivat liikkua maapallon pinnalla. Kuten tiedemiehet ennen meitä, me yhdistämme nyt mannerlaattojen ajelehtimisen ja merenpohjan leviämisen ajatukset laattatektoniikan teoriaksi.

Katso tämä video mannerlaattojen ajelehtimisesta ja merenpohjan leviämisen mekanismista, joka luo laattatektoniikan.

Maailman tektoniset levyt

Mannerlaatat ja mantereet liikkuvat maapallon pinnalla, mutta mikä oikeastaan liikkuu? Mikä osa maapallosta muodostaa ”levyt” laattatektoniikassa? Tähänkin kysymykseen saatiin vastaus sota-aikana – tässä tapauksessa kylmän sodan aikana – kehitetyn teknologian ansiosta. Levyt koostuvat litosfääristä.

1950-luvulla ja 1960-luvun alussa tiedemiehet perustivat seismografiverkostoja nähdäkseen, testasivatko vihollismaat atomipommeja. Nämä seismografit tallensivat myös kaikki maanjäristykset ympäri maapalloa. Seismisten tallenteiden avulla voitiin paikantaa maanjäristyksen epikeskus, eli piste Maan pinnalla suoraan maanjäristyksen tapahtumapaikan yläpuolella.

Maajäristysten epikeskukset hahmottelevat mannerlaattoja. Meren keskiosien selänteet, juoksuhautat ja suuret ruhjeet merkitsevät laattojen reunoja, ja niissä tapahtuu maanjäristyksiä (kuva 1).

Litosfääri jakautuu kymmeneen suureen ja useisiin pienempiin laattoihin (kuva 2). Laattojen reunat voidaan piirtää yhdistämällä maanjäristysten epikenttiä merkitsevät pisteet. Yksittäinen levy voi koostua kokonaan valtamerellisestä litosfääristä tai kokonaan mantereellisesta litosfääristä, mutta lähes kaikki levyt koostuvat näiden yhdistelmästä.

Levyjen liikkumista maapallon pinnalla kutsutaan laattatektoniikaksi. Laatat liikkuvat muutaman senttimetrin vuosivauhdilla, suunnilleen samalla nopeudella kuin kynnet kasvavat.

Miten laatat liikkuvat

Jos merenpohjan leviäminen ajaa laattoja, mikä ajaa merenpohjan leviämistä? Kuvittele kaksi konvektiosolukkoa vierekkäin vaipassa, kuten kuvassa 3.

1. Kahdesta vierekkäisestä solusta tuleva kuuma vaippa nousee harjun akselilla, jolloin syntyy uutta valtameren kuorta.
2. Konvektiosolun ylin raaja liikkuu vaakasuoraan poispäin harjanteen harjanteesta, samoin kuin uusi merenpohja.
3. Konvektiosolujen ulommat raajat syöksyvät syvemmälle vaippaan vetäen mukanaan myös valtamerenkuorta. Tämä tapahtuu syvänmeren juoksuhautojen kohdalla.
4. Materiaali vajoaa ytimeen ja liikkuu vaakasuunnassa.
5. Materiaali lämpenee ja saavuttaa vyöhykkeen, jossa se nousee jälleen ylös.

Katsokaa tämä animaatio manttelin konvektiosta ja katsokaa tämä video:

Levyjen rajat

Levyjen rajat ovat reuna-alueita, joissa kaksi levyä kohtaa. Useimmat geologiset toiminnot, kuten tulivuoret, maanjäristykset ja vuorten rakentuminen, tapahtuvat laattarajoilla. Miten kaksi levyä voi liikkua toisiinsa nähden?

• Divergentit laattarajat: kaksi levyä liikkuu poispäin toisistaan.
• Konvergentit laattarajat: kaksi levyä liikkuu toisiaan kohti.
• Transformoituvat laattarajat: kaksi levyä liukuu toistensa ohi.

Levyrajan tyyppi ja rajan kummallakin puolella esiintyvän kuoren tyyppi määrää, millaista geologista toimintaa siellä esiintyy.

Divergentit laattarajat

Levyt etääntyvät toisistaan valtameren keskivaiheen selänteiden kohdalla, joissa muodostuu uutta merenpohjaa. Kahden levyn välissä on repeämälaakso. Pinnalla olevat laavavirrat jäähtyvät nopeasti basaltiksi, mutta syvemmällä kuoressa magma jäähtyy hitaammin ja muodostuu gabroksi. Koko harjujärjestelmä koostuu siis magmakivistä, jotka ovat joko ekstrusiivisia tai intrusiivisia. Maanjäristykset ovat yleisiä valtameren keskiosien selänteillä, koska magman ja valtameren kuoren liikkeet aiheuttavat maankuoren järistyksiä. Valtaosa valtameren keskiosien selänteistä sijaitsee syvällä merenpinnan alapuolella (kuva 4).

Katsokaa nämä animaatiot:

• Divergenttinen laattaraja valtameren keskivaiheen harjanteella
• Divergenttinen laattaraja

Voiko divergenttisiä laattarajoja esiintyä maanosan sisällä? Mikä on tuloksena? Inkontinentaalinen repeämä (kuva 5), magma nousee mantereen alle, jolloin se ohenee, murtuu ja lopulta jakautuu kahtia. Uusi valtameren kuori purkautuu tyhjään tilaan, jolloin mantereiden väliin syntyy valtameri.

Konvergentit laattarajat

Kun kaksi levyä lähentyy toisiaan, lopputulos riippuu siitä, minkälaisesta litosfääristä levyt koostuvat. Olipa kyseessä mikä tahansa, kahden valtavan litosfäärilaatan törmääminen toisiinsa johtaa magman muodostumiseen ja maanjäristyksiin.

Ocean-Continent

Kun valtamerenkuori konvergoituu mannermaankuoren kanssa, tiheämpi valtamerilevy syöksyy mannerlaatan alle. Tätä prosessia, jota kutsutaan subduktioksi, tapahtuu valtamerten juoksuhautojen kohdalla (kuva 6). Koko aluetta kutsutaan subduktiovyöhykkeeksi. Subduktiovyöhykkeillä tapahtuu paljon voimakkaita maanjäristyksiä ja tulivuorenpurkauksia. Subduktoituva levy aiheuttaa sulamista vaipassa. Magma nousee ja purkautuu, jolloin syntyy tulivuoria. Nämä rannikon tulivuoret sijaitsevat subduktoituvan levyn yläpuolella olevassa linjassa (kuva 7). Tulivuoria kutsutaan mannerkaareksi.

Kuoren ja magman liike aiheuttaa maanjäristyksiä. Katso tätä karttaa maanjäristysten epikeskuksista subduktiovyöhykkeillä. Tämä animaatio osoittaa litosfäärin subduktion ja tulivuorikaaren syntymisen välisen yhteyden.

Koillis-Kalifornian tulivuoret – Lassen Peak, Mount Shasta ja Medicine Lake -tulivuori – sekä muut Tyynenmeren luoteisosan Cascade-vuoret ovat seurausta Juan de Fuca -laatan subduktiosta Pohjois-Amerikan laattojen alle (kuva 8). Juan de Fuca -laatta on syntynyt merenpohjan leviämisen seurauksena aivan Juan de Fuca -harjun edustalla.

Jos mannerkaaren magma on felsistä, se voi olla liian viskoosia (paksua) noustakseen kuoren läpi. Magma jäähtyy hitaasti muodostaen graniittia tai granodioriittia. Näitä suuria intrusiivisten magmakivien kappaleita kutsutaan batholiiteiksi, jotka saattavat joskus kohota ja muodostaa vuoriston (kuva 9).

Ocean-Ocean

Kun kaksi valtamerilaattaa lähentyy toisiaan, vanhempi, tiheämpi laatta uppoaa vaippaan. Valtamerihauta merkitsee paikkaa, jossa levy painuu vaippaan. Ylemmän valtamerenlaatan päälle kasvava tulivuorten rivi on saarikaari. Luuletko, että maanjäristykset ovat yleisiä näillä alueilla (kuva 10)?

Katsokaa tämä animaatio valtameren mannerlaattojen rajasta.

Kontinentti-kontinentti

Kontinenttilaatat ovat liian kelluvia subduktoitumaan. Mitä tapahtuu mannerlaattojen materiaalille, kun ne törmäävät toisiinsa? Koska se ei voi mennä muualle kuin ylöspäin, syntyy maailman suurimpia vuoristoja (kuva 11). Magma ei pääse läpäisemään tätä paksua kuorta, joten tulivuoria ei ole, vaikka magma pysyykin kuoressa. Metamorfiset kivet ovat yleisiä, koska mannermainen kuori joutuu jännityksen kohteeksi. Kun valtavat kuorilaatat törmäävät toisiinsa, mantereiden ja mantereiden yhteentörmäykset aiheuttavat lukuisia ja suuria maanjäristyksiä.

Katsokaa tämä lyhyt animaatio Intian laatan törmäyksestä Euraasian laattaan.

Katso tämä animaatio Himalajan kohoamisesta.

Appalakkien vuoristo on jäänne suuresta vuorijonosta, joka syntyi, kun Pohjois-Amerikka törmäsi Euraasiaan noin 250 miljoonaa vuotta sitten.

Transformaattiset laattojen rajat

Muuntautumislaattojen rajat nähdään muuntautumisvyöhykkeinä, joissa kaksi laattaa liikkuu toistensa ohi vastakkaisiin suuntiin. Mantereilla olevat muuntautumisviat aiheuttavat massiivisia maanjäristyksiä (kuva 12).

Kalifornia on geologisesti hyvin aktiivinen. Mitkä ovat kolme tärkeintä mannerlaattojen rajaa Kaliforniassa tai sen lähistöllä (kuva 13)?

1. Tyynenmeren ja Pohjois-Amerikan mannerlaattojen välinen muuntautuva mannerlaattojen raja synnyttää San Andreaksen jyrkänteen, joka on maailman tunnetuin muuntautuva jyrkänne.
2. Aivan rannikon edustalla divergentti laattaraja, Juan de Fuca -harju, luo Juan de Fuca -laatan.
3. Konvergentti laattaraja Juan de Fucan valtamerilaatan ja Pohjois-Amerikan mannerlaatan välillä synnyttää Kaskadien tulivuoret.

Lyhyt katsaus kolmenlaisiin mannerlaattojen rajoihin ja niissä esiintyviin rakenteisiin on tämän sanattoman videon aiheena.

Maan muuttuva pinta

Geologit tietävät, että Wegener oli oikeassa, koska mantereiden liikkeet selittävät niin paljon näkemäämme geologiaa. Suurin osa geologisesta toiminnasta, jota näemme planeetalla nykyään, johtuu liikkuvien mannerlaattojen vuorovaikutuksesta.

Missä Pohjois-Amerikan kartassa (kuva 14) vuoristoalueet sijaitsevat? Yritä vastata seuraaviin kysymyksiin käyttämällä hyväksi sitä, mitä olet oppinut laattatektoniikasta:

1. Millainen on Cascades-vuoriston geologinen alkuperä? Cascades on tulivuoriketju Tyynenmeren luoteisosassa. Niitä ei ole merkitty kaavioon, mutta ne sijaitsevat Sierra Nevadan ja Coastal Range -vuoriston välissä.
2. Mikä on Sierra Nevadan geologinen alkuperä? (Vihje: Nämä vuoret koostuvat graniittisista intruusioista.)
3. Mikä on Appalakkien vuoriston geologinen alkuperä Yhdysvaltain itäosassa?

Muistakaa, että Wegener käytti Atlantin länsi- ja itäpuolen vuorten samankaltaisuutta todisteena mantereiden ajelehtimishypoteesinsa puolesta. Appalakkien vuoristo muodostui konvergentilla laattarajalla Pangaian yhtyessä (kuva 15).

Ennen Pangaian yhtymistä mantereet erotti toisistaan valtameri siinä kohdassa, missä Atlantti nyt on. Proto-Atlantin valtameri kutistui Tyynenmeren kasvaessa. Tällä hetkellä Tyynimeri kutistuu Atlantin kasvaessa. Tämä superkontinenttisykli on vastuussa useimmista geologisista piirteistä, joita näemme, ja monista muista, jotka ovat jo kauan sitten kadonneet (kuva 16).

Tässä animaatiossa näkyy mantereiden liikkuminen viimeisten 600 miljoonan vuoden aikana alkaen Rodinian hajoamisesta.

Yhteenveto

• Litosfäärilaatat liikkuvat vaipassa olevien konvektiovirtojen vuoksi. Yhdenlaista liikettä tuottaa merenpohjan leviäminen.
• Levyjen rajoja voidaan paikantaa hahmottelemalla maanjäristysten epikenttiä.
• Levyt ovat vuorovaikutuksessa kolmenlaisilla levyrajoilla: divergentti, konvergentti ja transformaatio.
• Valtaosa maapallon geologisesta aktiivisuudesta tapahtuu mannerlaattojen rajoilla.
• Divergenttisellä rajalla tulivuoritoiminta synnyttää valtameren keskellä olevan selänteen ja pieniä maanjäristyksiä.
• Konvergenttisella rajalla, jossa on ainakin yksi valtamerilevy, syntyy valtamerihauta, kehittyy tulivuoriketju ja tapahtuu monia maanjäristyksiä.
• Konvergenttisella rajalla, jossa molemmat lautaset ovat mannerlaattoja, vuoristot kasvavat, ja maanjäristykset ovat yleisiä.
• Transformaatiorajalla on transformaatiohäiriö ja siellä tapahtuu massiivisia maanjäristyksiä, mutta siellä ei ole tulivuoria.
• Pitkän ajan kuluessa vaikuttavat prosessit luovat maapallon maantieteelliset piirteet.

Teorian kehittyminen

Muiden aiempien ja samanaikaisten ehdotusten mukaisesti meteorologi Alfred Wegener kuvaili vuonna 1912 laajasti sitä, mitä hän kutsui mannerten ajautumiseksi, ja laajensi sitä vuonna 1915 ilmestyneessä kirjassaan The Origin of Continents and Oceans (Maanosien ja valtamerten synty), ja siitä käynnistyi tieteellinen väittely, joka päätyi viisikymmentä vuotta myöhemmin laattatektoniikan teoriaan. Lähtökohtana oli (myös hänen edeltäjiensä esittämä) ajatus siitä, että nykyiset mantereet muodostivat aikoinaan yhtenäisen maamassan (jota myöhemmin kutsuttiin nimellä Pangea), joka ajautui erilleen ja irrotti siten mantereita maan vaipasta, ja hän vertasi niitä ”jäävuoreihin”, jotka koostuivat pienitiheyksisestä graniitista ja ajelehtivat tiheämmän basalttimeren päällä.

Tukea ajatukselle antoivat Etelä-Amerikan itärannikon ja Afrikan länsirannikon kyyhkysensuuntaiset ääriviivat sekä näiden reunojen kivimuodostumien yhteensopivuus. Vahvistusta niiden aiemmalle vierekkäisyydelle antoivat myös fossiiliset kasvit Glossopteris ja Gangamopteris sekä therapsidi eli nisäkkäiden kaltainen matelija Lystrosaurus, jotka kaikki ovat levinneet laajalti Etelä-Amerikassa, Afrikassa, Etelämantereella, Intiassa ja Australiassa. Eteläisellä pallonpuoliskolla työskenteleville kenttägeologeille todisteet näiden maanosien entisestä yhdistymisestä olivat patentteja. Eteläafrikkalainen Alex du Toit kokosi vuonna 1937 ilmestyneeseen julkaisuunsa Our Wandering Continents (Vaeltavat mantereet) joukon tällaisia tietoja ja meni Wegeneriä pidemmälle Gondwanan fragmenttien välisten vahvojen yhteyksien tunnistamisessa.

Mutta ilman yksityiskohtaisia todisteita ja liikkeen liikkeelle panevaa voimaa teoriaa ei yleisesti hyväksytty: maapallolla saattoi olla kiinteä kuori ja vaippa sekä nestemäinen ydin, mutta näytti siltä, että kuoren osat eivät mitenkään voineet liikkua. Arvostetut tiedemiehet, kuten Harold Jeffreys ja Charles Schuchert, arvostelivat mantereiden ajelehtimista suorasukaisesti.

Suurista vastalauseista huolimatta näkemys mantereiden ajelehtimisesta sai kannatusta, ja ”ajelehtivien” tai ”mobilistien” (teorian kannattajien) ja ”fixistien” (vastustajien) välillä käynnistyi vilkas keskustelu. Ensin mainitut saavuttivat 1920-, 1930- ja 1940-luvuilla tärkeitä virstanpylväitä ehdottaessaan, että konvektiovirtaukset olisivat voineet ohjata mannerlaattojen liikkeitä ja että levittäytyminen olisi voinut tapahtua meren alla valtameren kuoren sisällä. Geofyysikot ja geologit (sekä fixistit että mobilistit), kuten Vening-Meinesz, Holmes ja Umbgrove, ehdottivat käsitteitä, jotka olivat lähellä niitä elementtejä, jotka nyt sisältyvät laattatektoniikkaan.

Yksi ensimmäisistä geofysikaalisista todisteista, joita käytettiin tukemaan litosfäärilaattojen liikkeitä, tuli paleomagnetismista. Tämä perustuu siihen, että eri-ikäiset kivet osoittavat vaihtelevaa magneettikentän suuntaa, mikä on osoitettu tutkimuksissa 1800-luvun puolivälistä lähtien. Magneettiset pohjois- ja etelänavat kääntyvät ajan myötä, ja mikä on erityisen tärkeää paleotektonisissa tutkimuksissa, magneettisen pohjoisnavan suhteellinen sijainti vaihtelee ajan myötä. Aluksi, 1900-luvun alkupuoliskolla, jälkimmäinen ilmiö selitettiin ottamalla käyttöön niin sanottu ”polaarinen vaellus” (ks. näennäinen polaarinen vaellus), eli oletettiin, että pohjoisnavan sijainti on siirtynyt ajan myötä. Vaihtoehtoinen selitys oli kuitenkin se, että mantereet olivat liikkuneet (siirtyneet ja kiertyneet) suhteessa pohjoisnavaan, ja jokaisella mantereella on itse asiassa oma ”napavaellusreitti”. 1950-luvun loppupuolella osoitettiin onnistuneesti kahteen otteeseen, että näillä tiedoilla voitaisiin osoittaa mantereiden ajautumisen paikkansapitävyys: Keith Runcorn osoitti sen artikkelissaan vuonna 1956 ja Warren Carey maaliskuussa 1956 pidetyssä symposiumissa.

Toisen todisteen mantereiden ajautumisen puolesta antoivat 1950-luvun lopulla ja 60-luvun alussa syvien merenpohjien batymetriaa ja valtamerenkuoren luonnetta, kuten magneettisia ominaisuuksia, koskevat tiedot ja yleisemmin merigeologian kehitys, joka antoi todisteita siitä, että merenpohjan leviäminen pitkin valtameren keskiosien harjanteita ja magneettikentän kääntöpuolet olivat yhteydessä toisiinsa; nämä tiedot julkaisivat vuosina 1959-1963 seuraavat henkilöt: Heezen, Dietz, Hess, Hess, Mason, Vine, & Matthews ja Morley.

Yhtäaikaiset edistysaskeleet varhaisissa seismisissä kuvantamistekniikoissa Wadati-Benioffin vyöhykkeissä ja niiden ympärillä monien mannerreunoja rajaavien juoksuhautojen varrella sekä monet muut geofysikaaliset (esim. gravimetriset) ja geologiset havainnot osoittivat, miten valtameren kuori saattoi kadota vaippaan, mikä tarjosi mekanismin, jonka avulla voitiin tasapainottaa valtameren altaiden laajeneminen niiden reunoilla tapahtuvan lyhentymisen kanssa.

Kaikki nämä todisteet sekä merenpohjasta että mantereiden reunoilta tekivät vuoden 1965 tienoilla selväksi, että mannerlaattojen ajelehtiminen oli mahdollista, ja vuosien 1965 ja 1967 välisenä aikana julkaistujen julkaisujen sarjassa määritelty laattatektoniikan teoria kaikkine sen poikkeuksellisine selitys- ja ennustevoimineen oli syntynyt. Teoria mullisti geotieteet selittämällä monenlaisia geologisia ilmiöitä ja niiden vaikutuksia muihin tutkimuksiin, kuten paleogeografiaan ja paleobiologiaan.

Kontinenttidrift

1900-luvun lopulla ja 1900-luvun alussa geologit olettivat, että maapallon pääpiirteet olivat kiinteitä ja että suurin osa geologisista piirteistä, kuten altaiden kehittyminen ja vuorijonot, voitiin selittää maankuoren pystysuuntaisella liikkeellä, jota kuvataan niin sanotussa geosynkliiniteoriassa. Yleensä tämä asetettiin yhteyteen maapallon supistumisen kanssa, joka johtui lämpöhäviöstä suhteellisen lyhyen geologisen ajan kuluessa.

Havaittiin jo vuonna 1596, että Atlantin valtameren vastakkaiset rannikot – tai tarkemmin sanottuna mannerjalustojen reunat – ovat samankaltaisen muotoisia, ja ne näyttävät aikoinaan sopineen yhteen.

Sen jälkeen on esitetty monia teorioita tämän näennäisen täydentävyyden selittämiseksi, mutta oletus kiinteästä maapallosta vaikeutti näiden erilaisten ehdotusten hyväksymistä. joka käynnisti todellisen vallankumouksen ajattelussa. Merenpohjan leviämisen syvällinen seuraus on se, että uutta maankuorta syntyi ja syntyy edelleen jatkuvasti valtameriharjanteiden varrelle. Siksi Heezen kannatti S. Warren Careyn niin sanottua ”laajenevan Maan” hypoteesia (ks. edellä). Kysymys jäi siis edelleen avoimeksi: miten uutta kuorta voi jatkuvasti syntyä valtameriharjanteiden varrelle ilman, että maapallon koko kasvaa? Todellisuudessa tämän kysymyksen olivat jo ratkaisseet lukuisat tutkijat 40- ja 50-luvuilla, kuten Arthur Holmes, Vening-Meinesz, Coates ja monet muut: Ylimääräinen maankuori katosi niin sanottuja valtamerihautoja pitkin, joissa tapahtui niin sanottua ”subduktiota”. Näin ollen, kun eri tiedemiehet kuusikymmenluvun alkupuolella alkoivat järkeillä käytettävissään olevien merenpohjaa koskevien tietojen perusteella, teorian palaset loksahtivat nopeasti paikoilleen.

Kysymys kiehtoi erityisesti Princetonin yliopiston geologia ja merivoimien reservin kontra-amiraalia Harry Hammond Hessiä ja Yhdysvaltain rannikko- ja geodeettisen tutkimuslaitoksen tiedemiestä Robert S. Dietziä, joka ensimmäisenä keksi termin merenpohjan leviäminen. Dietz ja Hess (edellinen oli julkaissut saman ajatuksen vuotta aiemmin Nature-lehdessä, mutta etusija kuuluu Hessille, joka oli jo vuonna 1960 jakanut julkaisemattoman käsikirjoituksen vuoden 1962 artikkelistaan) kuuluivat niihin harvoihin, jotka todella ymmärsivät merenpohjan leviämisen laajat seuraukset ja sen, miten se lopulta sopisi yhteen tuohon aikaan epäsovinnaisen ja hyväksymättömän ajatuksen kanssa, joka koski mannerlaattojen ajelehtimista, sekä aiempien Holmesin kaltaisten työntekijöiden ehdottamien tyylikkäiden ja liikkeellepanevien mallien kanssa.

Samana vuonna Robert R. Coats Yhdysvaltain geologian tutkimuskeskuksesta kuvasi Aleuttien saarikaaren subduktion pääpiirteet. Hänen artikkeliaan, jota tuolloin ei juurikaan noteerattu (ja jopa pilkattiin), on sittemmin kutsuttu ”uraauurtavaksi” ja ”ennakoivaksi”. Todellisuudessa se itse asiassa osoittaa, että eurooppalaisten tutkijoiden 1930-luvulta 1950-luvulle asti tekemää ja julkaisemaa työtä saarikaarista ja vuoristovyöhykkeistä sovellettiin ja arvostettiin myös Yhdysvalloissa.

Jos maankuori laajeni valtameriharjanteiden varrella, Hess ja Dietz päättelivät Holmesin ja muiden heitä edeltäneiden tutkijoiden tavoin, sen täytyi kutistua muualla. Hess seurasi Heezeniä ja esitti, että uusi valtamerten kuori levittäytyy jatkuvasti poispäin harjuista liukuhihnamaisesti. Käyttäen aiemmin kehitettyjä mobilistisia käsitteitä hän päätteli oikein, että monia miljoonia vuosia myöhemmin valtameren kuori laskeutuu lopulta mannerreunoja pitkin, joissa muodostuu valtameren juoksuhautoja – hyvin syviä, kapeita kanjoneita – esimerkiksi Tyynenmeren altaan reunaa pitkin. Tärkeä askel, jonka Hess teki, oli se, että konvektiovirrat olisivat tämän prosessin liikkeellepaneva voima, ja hän päätyi samoihin johtopäätöksiin kuin Holmes oli tehnyt vuosikymmeniä aiemmin sillä erotuksella, että valtamerenkuoren oheneminen tapahtui Heezenin mekanismia käyttäen harjuja pitkin tapahtuvan leviämisen avulla. Hess päätteli näin ollen, että Atlantin valtameri laajeni, kun taas Tyyni valtameri kutistui. Kun vanha valtameren kuori ”kuluu” juoksuhautoihin (Holmesin ja muiden tavoin Hess ajatteli, että tämä tapahtuu mannerlaatan litosfäärin paksuuntumisena eikä, kuten nykyään ymmärretään, itse valtameren kuoren laajemmassa mittakaavassa tapahtuvalla painautumisella vaippaan), uusi magma nousee ylös ja purkautuu levittäytymisharjanteita pitkin muodostaen uutta kuorta. Itse asiassa valtamerialueita ”kierrätetään” jatkuvasti, ja samanaikaisesti syntyy uutta kuorta ja tuhoutuu vanhaa valtamerten litosfääriä. Näin uudet mobilistiset käsitteet selittivät näppärästi, miksi maapallo ei suurene merenpohjan levittäytyessä, miksi merenpohjaan kerääntyy niin vähän sedimenttiä ja miksi valtamerten kivet ovat paljon nuorempia kuin mannerten kivet.

Magneettinen raidoitus

Alkaen 1950-luvulta Victor Vacquierin kaltaiset tiedemiehet alkoivat havaita merenpohjassa outoja magneettisia vaihteluita, kun he käyttivät magneettisia mittalaitteita (magnetometrejä), jotka oli mukautettu toisen maailmansodan aikana sukellusveneiden havaitsemista varten kehitetyistä ilmalaitteista. Tämä havainto ei ollut täysin yllättävä, vaikka se olikin odottamaton, sillä tiedettiin, että basaltti – merenpohjan muodostava rautapitoinen vulkaaninen kivi – sisältää voimakkaasti magneettista mineraalia (magnetiittia) ja voi paikallisesti vääristää kompassilukemia. Islantilaiset merenkulkijat havaitsivat tämän vääristymän jo 1700-luvun lopulla. Vielä tärkeämpää on se, että koska magnetiitin läsnäolo antaa basaltille mitattavissa olevat magneettiset ominaisuudet, nämä äskettäin havaitut magneettiset vaihtelut tarjosivat uuden keinon syvän merenpohjan tutkimiseen. Kun vastamuodostunut kivi jäähtyy, tällaiset magneettiset materiaalit tallensivat maapallon silloisen magneettikentän.

Kun merenpohjaa kartoitettiin 1950-luvulla yhä laajemmin, magneettiset vaihtelut eivät osoittautuneet sattumanvaraisiksi tai yksittäisiksi tapahtumiksi, vaan ne paljastivat tunnistettavia kuvioita. Kun näitä magneettisia kuvioita kartoitettiin laajalta alueelta, merenpohjassa näkyi seepraa muistuttava kuvio: yksi raita oli normaalin napaisuuden omaava ja viereinen raita käänteisen napaisuuden omaava. Näiden normaalisti ja käänteisesti polarisoituneen kiven vuorottelevien kaistaleiden määrittelemä kokonaiskuvio tuli tunnetuksi nimellä magnetic striping, ja sen julkaisivat Ron G. Mason ja työtoverit vuonna 1961, jotka eivät kuitenkaan löytäneet näille tiedoille selitystä merenpohjan leviämisen kannalta, kuten Vine, Matthews ja Morley muutamaa vuotta myöhemmin.

Magneettisen stripingin löytyminen vaati selitystä. 1960-luvun alussa tiedemiehet, kuten Heezen, Hess ja Dietz, olivat alkaneet teoretisoida, että valtameren keskiosien selänteet merkitsevät rakenteellisesti heikkoja vyöhykkeitä, joissa merenpohja repeää kahtia pituussuunnassa selänteen harjaa pitkin (ks. edellinen kappale). Syvältä maapallon sisältä tuleva uusi magma nousee helposti näiden heikkojen vyöhykkeiden läpi ja purkautuu lopulta harjujen harjanteita pitkin muodostaen uutta valtameren kuorta. Tämä prosessi, jota aluksi kutsuttiin ”kuljetushihnahypoteesiksi” ja jota myöhemmin kutsuttiin merenpohjan leviämiseksi ja joka on toiminut miljoonien vuosien ajan, muodostaa edelleen uutta merenpohjaa koko 50 000 kilometrin pituisen valtameren keskiosien harjujen järjestelmän alueella.

Vain neljä vuotta sen jälkeen, kun kartat, joissa oli magneettisten raitojen ”seeprakuvio”, oli julkaistu, Lawrence Morley sekä Fred Vine ja Drummond Matthews asettivat vuonna 1963 toisistaan riippumatta oikein merenpohjan leviämisen ja näiden kuvioiden välisen yhteyden, jota nykyään kutsutaan Vine-Matthews-Morley-hypoteesiksi. Tämä hypoteesi yhdisti nämä kuviot geomagneettisiin käänteisilmiöihin, ja sitä tukivat useat todisteet:

1. raidat ovat symmetrisiä valtameren keskiosien harjujen harjujen ympärillä; harjun harjalla tai sen läheisyydessä kivet ovat hyvin nuoria, ja ne vanhenevat asteittain poispäin harjun harjalta;
2. nuorimmilla kivillä harjun harjalla on aina nykyinen (normaali) polariteetti;
3. harjun harjan suuntaisilla kivien raidoilla on vuorotellen vaihteleva magneettinen polariteetti (normaali-käänteisnormaali-normaali jne.).), mikä viittaa siihen, että ne ovat muodostuneet eri aikakausina, jotka dokumentoivat Maan magneettikentän (riippumattomien tutkimusten perusteella jo tunnetut) normaali- ja käänteisjaksot.

Selittämällä sekä seepraa muistuttavat magneettiset raidat että valtameren keskivaiheen harjujärjestelmän rakentumisen merenpohjan leviämishypoteesi (SFS, Seafloor Spreading Hypothesis) saavutti nopeasti käännynnäisiä, ja se edusti toista merkittävää edistysaskelta mannerlaattojen tektoniikkaan liittyvässä teorian kehittämisessä. Lisäksi valtamerten kuorta alettiin nyt arvostaa Maan magneettikentän geomagneettisten kenttäkäänteiden (GMFR) historian luonnollisena ”nauhanauhana”. Nykyään tehdään laajoja tutkimuksia, joiden tarkoituksena on kalibroida yhtäältä valtameren kuoren normaalikääntymiskuvioita ja toisaalta sedimenttikerrosten basalttikerrosten ajoituksesta (magnetostratigrafiasta) saatuja tunnettuja aikaskaaloja, jotta voidaan laatia arvioita menneisyyden leviämisnopeuksista ja rekonstruoida mannerlaattoja.

Teorian määrittely ja tarkentaminen

Kaikkien näiden pohdintojen jälkeen laattatektoniikka (tai kuten sitä aluksi kutsuttiin ”uudeksi globaaliksi tektoniikaksi”) tuli nopeasti hyväksytyksi tiedemaailmassa, ja sen jälkeen seurasi lukuisia käsitteitä määritteleviä artikkeleita:

• Vuonna 1965 Tuzo Wilson, joka oli alusta alkaen ollut merenpohjan leviämishypoteesin ja mannerlaattojen ajelehtimisen puolestapuhuja, lisäsi malliin käsitteen muuntumishäiriöt, ja näin saatiin valmiiksi tarvittavat häiriötyyppien luokat, joiden avulla laattojen liikkuvuus maapallolla saadaan toimimaan.
• Lontoon kuninkaallisessa seurassa (Royal Society of London) pidettiin vuonna 1965 mannerlaattojen ajelehtimista käsittelevä symposium, jota on pidettävä virallisena alkuna sille, että tiedeyhteisö on hyväksynyt laattatektoniikan, ja jonka abstraktit on julkaistu nimellä Blacket, Bullard & Runcorn (1965). Tässä symposiumissa Edward Bullard ja työtoverit osoittivat tietokonelaskelmalla, miten Atlantin molemmin puolin olevat mantereet sopisivat parhaiten valtameren sulkeutumiseen, mikä tuli tunnetuksi kuuluisana ”Bullardin sovituksena”.
• Vuonna 1966 Wilson julkaisi artikkelin, jossa viitattiin aiempiin laattatektonisiin rekonstruktioihin, ja esitteli käsitteen, joka nykyään tunnetaan nimellä ”Wilsonin sykli”.
• Vuonna 1967 American Geophysical Unionin kokouksessa W. Jason Morgan esitti, että maapallon pinta koostuu 12 jäykästä lautasesta, jotka liikkuvat toistensa suhteen.
• Kaksi kuukautta myöhemmin Xavier Le Pichon julkaisi täydellisen mallin, joka perustui kuuteen päälaattaan ja niiden suhteellisiin liikkeisiin, mikä merkitsi sitä, että tiedeyhteisö hyväksyi lopullisesti laattatektoniikan.
• Samana vuonna McKenzie ja Parker esittivät itsenäisesti Morganin mallin kaltaisen mallin, jossa levyjen liikkeiden määrittelyyn käytettiin käännöstä ja kiertoa pallolla.

Tarkista ymmärryksesi

Vastaamalla alla olevaan kysymykseen (kysymyksiin) näet, kuinka hyvin ymmärrät edellisessä jaksossa käsitellyt aiheet. Tätä lyhyttä tietovisaa ei lasketa kurssin arvosanaan, ja voit suorittaa sen uudelleen rajoittamattoman määrän kertoja.

Käytä tätä tietovisaa tarkistaaksesi ymmärryksesi ja päättäessäsi, (1) opiskeletko edellistä jaksoa tarkemmin vai (2) siirrytkö seuraavaan jaksoon.