Pangea

Minden, ami földtudomány

Alfred Wegener és a kontinensvándorlás elmélete

2017. május 03. 21:16 - Hágen András

Alfred Wegener a kontinensvándorlásról szóló elméletét 105 évvel ezelőtt 1912. január 6.-án ismertette. A Frankfurti Múzeumban ismertette a Német Földtani Társulat előtt elméletét a Pangea szuperkontinensről, amely év milliók folyamán részekre tagolódott és mozgásuk révén a mai helyükre kerültek. Nagy műve „Die Entstehung der Kontinente und Ozeane” (A kontinensek és az óceánok eredete) 1912-ben jelent meg. A harmadik kiadás 1922-ben jelent meg, amelyet sok nyelvre lefordították. Ezt a művet tekintik a lemeztektonika alapkövének.

Wegener ötletét az akkori szakemberek elutasították, mondván, hogy nem létezik olyan erő, amely a kontinenseket „feldarabolná”, továbbá olyanról sem tudnak, amely „szállítaná” őket.  Nem mellékesen meg kell említeni, hogy Wegener végzettségét tekintve nem volt geológus. Talán ez hátráltatta a geológus szakembereket, hogy elfogadják a klimatológus által ismertetett elméletet.

Doktori fokozatát csillagászatból szerezte, de az 1900-as évek elején, mint éghajlatkutató tevékenykedett. Az egyik legjobb meteorológussal dolgozott együtt, Vladimir Köppennel. Ennek ellenére maradandót a lemeztektonika kidolgozásában érte el. Mindössze egyetlen lelkes támogatója volt kontinensvándorlás elméletének Alexander L. Du Toit a Johannesburgi Egyetem geológus professzora.

Wegener elmélete számos kérdést hagyott nyitva. Ezek közül az egyik legfontosabb az elmélet bizonyítása. A 20. század elején a Wegener által feltett kérdésekre válasz nem érkezett, majd csak a 20. század közepe táján kapnak végső választ kérdéseikre, amelyet a kételkedők is elfogadnak. A válasz úgy érkezett, hogy a Challenger angol kutatóhajó elkezdi az óceán aljzatának fúrását.

 1. ábra Die Entstehung der Kontinente und Ozeane” (A kontinensek és az óceánok eredete) 1929-as kiadásának borítója.

Szeizmológiai ismeretek

A földrengések nemcsak szörnyű természeti katasztrófák a felszínen, hanem betekintést enged a Föld belsejébe is. Egymástól függetlenül két geofizikus Wadati és Bonieff 1954-ben felfedezte a lemezhatárokat, mégpedig szeizmikus aktivitások alapján. A modern tudományos szeizmológiai módszerekkel azt is lehet rekonstruálni, hogy milyen gyorsan mozogtak a kontinensek. Ezen lehetőség birtokában rekonstruálták, hogy milyen gyorsan haladt India Eurázsia irányába. A kontinens 140 millió évvel ezelőtt szakadt le Gondwana keleti részéről és évenként 2 cm sebességgel mozgott, úgy nevezve rotált a kontinens irányába. Ezen elméletét a szigetekre is alkalmazta, miszerint az Atlanti-hátság víz fölé emelkedő részei Izlandhoz és az Azori-szigetekhez hasonlóan szigeteket képeznek, amelyeket Wegener a mai Atlanti-óceán két oldalát szegélyező kontinensek szétválása során visszamaradt anyagból állónak tekintett. Az olyan szigetláncok, mint a Karib-tengert szegélyező Antillák vagy Japán és a Csendes-óceánt nyugati részének több szigeteivel, a kontinensek általános nyugati irányú sodródása során levált és visszamaradtnak, és a kontinensek anyagának tekintette.

A vándorlás elméletének gondolata azért is volt fontos, mert a köztudatban egy régi, idejétmúlt felfogás élt a szárazföldek formakincseinek kialakulásáról. A híres angol fizikus, Isaac Newton 1681-ben vetette fel a zsugorodási elméletét, amelynek alapja az volt, hogy a Föld belsejéből forró gázok törtek fel, így a földgolyó lelaposodott, ill. összezsugorodott, ami után a felső részek, azaz a felszín megszilárdult. Sokáig ezt tekintették a hegységképződés alapelvének, de nem mindegyik földtudománnyal foglalkozó szakember számára volt hihető ez az elképzelés. Wegener számára sem tűnt hihetőnek, és a lemeztektonika ismereteivel felvértezve, felvetette azon elképzelését, miszerint Amerika nyugati partvidékén az Andoktól Alaszkáig sorakozó hegységeket a földkéreg gyűrődéseiként értelmezze, amelyeket a szárazföldi táblák nyugat felé elmozdulása során fellépő feszültség hoz létre. Hasonlóképp jöttek létre az Új-Guinea hegységei is, szerinte az Ausztrál és Új-Gunieai lemez észak felé mozgása során jöttek létre. Ázsia hegységei a Himalájától egészen a Tien-Sanig India észak felé nyomulása során emelkedtek a magasba.

Fúrások az óceáni aljzatba

Az igazi áttörést azonban a 60-as években induló óceáni fúrási programok hzták. Korábban nem végeztek fúrásokat az óceáni aljzatba, csupán csak mágneses méréseket, a tengerfenék topográfiai vizsgálatával egyetemben. Ennek segítségével fedezték fel az óceánközépi hátságokat, valamint a mágneses polarizációra megfelelő párhuzamos sávozást a hátság mindkét oldalán. A fúrás viszont ellent mondott Wegener elméletének három tekintetben is. Az első az, hogy egyetlen magminta sem volt idősebb 200 millió évesnél, mind fiatalabb volt, mint amiket elméletében felvázoltak. A kontinentális pajzsok ellenben több mint négy milliárd évesek is lehetnek (lásd Kanadai-pajzs, Balti-pajzs stb.).

Másodsorban a fúrások segítségével kimutatható, hogy az óceánközépi hátságok közelében fekvő aljzatok fiatalok. Az életkor fordítottan arányos a távolságával, vagyis minél nagyobb a távolság az óceáni lemezen, annál idősebb az aljzat.

Harmadsorban az óceáni aljzat felső rétegének (fekü) üledéke minden esetben magmás kőzet, sohasem üledékes kőzet.

Ez is magyarázza azon elméletet, hogy a Föld felső-köpenyéből olvadt kőzet nyomul a felszínre a hátság tűzhányóiból. És ez válasz lehet arra is, hogy nem a kontinensek sodródnak, hanem a lemezek  „úsznak” a köpeny felső részén.

A lemeztektonika geodinamikája

 A Wegener elmélet a ’60-as évek második felében került helyes kontextusba, vagyis a kontinensek és az óceánok együttesen mozognak, mint litoszféra lemezek, de a kontinentális lemezek gyorsabban mozognak, mint kisebb sűrűségű, könnyebb lemezek. Ezek a lemezek a földtörténeti múltban folyamatosan mozogtak, hol összeütköztek, hol szétszakadtak, ezekhez a folyamatokhoz kapcsolhatóak a földrengések is, valamint a vulkáni működések.

A nagy mélységben hatalmas nyomás uralkodik, amely magas hőmérsékletet indukál, ezáltal a Föld külső magja képlékeny és mozog (dinamó effektus, magnetoszféra létrejötte), továbbá a köpeny is a hő miatt képlékeny, amelyben a superplume áramlás segítségével a hőt cserélnek a felső és alsó rétegek. A további hőt a radioaktív anyagok bomlása biztosítja a köpenyben.

2. ábra A Föld keresztmetszete az új globális geodinamikai modell illusztrálására (Courtillot et al., 2003)

A lemeztektonika csendes forradalma

A klasszikus fogalmat tekintve a lemeztektonika, a merev lemezek egy mechanikus folyamatát mutatja be mozgásról és ütközésről. A legújabb kutatási eredmények szerint, amelyet a Potsdami Geo Kutatási Centrum (GFZ) munkatára Onno Oncken is alátámasztott, hogy a lemeztektonika egy önszabályozó rendszer, amelyben kölcsönhatások játszódnak le. A professzor véleménye szerint a kontinensvándorlás nem egy klasszikus mechanikus rendszer, hanem egy bonyolult visszacsatolási rendszer.

A kölcsönhatások összetettebbek a kőzetrétegek és a földkéreg között, mint azt eredetileg gondolták. A forró kőzet olvadék utat tör magának a rétegek között és ott megakad, így a rossz hővezető litoszféra nem tudja elvezetni az ott rekedt hőt és mint egy hegesztőpisztoly repedéseket indukál a rideg litoszféra lemezek közt. Így történhetett a Gondwana kontinens szétesése 140-130 millió évvel ezelőtt. A déli szuperkontinensnek először a keleti (India, Antarktisz, Ausztrália) része szakadt le, majd ezt követően a nyugati (Dél-Amerika, Afrika) része is. Abban az időben vált külön kontinensé Afrika és Dél-Amerika, amely az időelteltével is megőrizte körvonalait, amely a 20. század elején Wegenernek is feltűnt.

3. ábra A két kontinens szétválása (Dél-Amerika és Afrika). (Wegener, A. 1912)

Alfred Wegener és tudományos kapcsolata a magyarokkal - Látnokok és mesteremberek

Vajon hogyan került kapcsolatba Wegener-elmélete a magyarokkal? Őszintén megfogalmazva csak egyetlen magyar tudóssal került kapcsolatba, még pedig báró Eötvös Lóránd Ágostonnal. A neves fizikus 1848. július 27-én született Budán. Felsőfokú tanulmányait a kor hagyományainak engedve jogászként abszolválja. Azonban nem kötötték le a jogi tanulmányok, ezért engedett megrögzött vágyának, hogy "külföldi egyetemen, jó tanárok vezetése alatt" megismerkedhessen a természet világával és az abban lejátszódó fizikai törvényekkel. Tanulmányait Heidelbergben folytatja 1867-ben. Olyan nagyágyúk tanították, mint Helmholtz, Bunsen, Kirchhoff. Így tett szert kiváló fizikai (és kémiai) ismeretekre.

733-1958jav.jpg

Eötvös Lóránd (1848-1919)

Eötvös a torziós inga, és a gravitációs mező mérésén kívül nagy figyelmet szentelt a Föld orbitális pályaelemeinek (Föld forgása tengelye kerül és tengelydőlése) változására és hogy azok hogyan is befolyásolják a kontinentális szárazulatokat.

Azt az eredményt kapta, hogy a gravitáció és a centrifugális erőnek köszönhetően a Föld forgása és az Egyenlítő környéki kiöblösödése egy nagyon csekély erőhatást indukál, ami a kontinentális táblákat az Egyenlítő felé lökdösi.

Eötvös ezen teóriáját használta fel Alfred Wegener, hogy magyarázza új elméletét a lemezek mozgásáról. A sarki taszítóerő felhasználásával sikerült választ kapni a Gondwanára és a Laurázsiára, majd a Pangea szuperkontinensre.

Kezdetben Wegener-elmélete hasonló fogadtatásban részesült Magyarországon, mint globálisan a Föld többi országában. Hiába találtak számos ponton egyezést a kontinensvándorlás és az élővilág elterjedése között, nem fogadták el, mert Wegener nem volt mesterember a földtanban. Ő csak egy meteorológus volt. Lee Smolin neves fizikus észrevételével élve a mesterek és a látnokok máshonnan érkeznek az adott tudományba. A mesterek azért kezdenek foglalkozni a tudománnyal, mert az iskolában kimagasló eredményeket értek el valamely tantárgyból. Ezzel szemben a látnokok egészen mások. Ők álmodozók. Azért kezdenek tudománnyal foglalkozni, mert kérdéseik vannak, amelyekre a tankönyvekből nem kapnak választ. A definíció szerint a látnokok olyan rendkívüli, független és motivált egyének, akik annyira elköteleződnek a tudomány iránt, hogy akkor is művelik, ha nem tudják fenntartani magukat, vagy esetleg üldözöttségnek teszik ki magukat. A történelemben számos ilyen „látnok” létezett a természettudományokban. Ha Ők nem lettek volna tudósok, akkor művésznek, esetleg írók lettek volna.

És mégis mozog a Föld

Ha visszatekintünk Wegener kutatás tevékenységére el kell ismernünk, hogy nagy jelentőségű volt. Ő felhasználta a földtudományok valamennyi segédtudományát (éghajlattan, őslénytan, kőzettan stb.), annak érdekében, hogy igazát bizonyítsa. A könyvének kiadása után Wegener elméletét gúnyosan fogadták. A csekély támogatás valósággal ártott szakmai előmenetelére. Ennek köszönhetően sokáig nem is foglalkozott senki sem a Wegener által nyitva hagyott kérdésekkel (éghajlatváltozás, a fajok földrajzi eloszlása, ill. kontinensvándorlás). A szakma nagy öregjei ugyan nem foglalkoztak a kérdésekkel, ezzel szemben az „amatőrök” kedvet kaptak hozzá és végül az eddiginél is szenzációsabb elméletek születtek.

 4. ábra Térkép a lemezek mozgásáról

Akár hogyan is nézzük, Wegener elmélete kiindulási pont volt, amely forradalmat jelentett a földtudomány komplex fejlődésében. Napjainkban is hasonló – igaz – csendes forradalom zajlik a lemeztektonika berkeiben, és az új kutatások során már tisztában lehetünk azzal, hogy bolygónk egy teljes rendszert alkot.

 

A cikk az Élet és Tudomány, LXVII. Évfolyam, 16. szám, pp. 496-499. megjelent, Wegenerrel az úszó földrészek nyomában. És mégis mozog a Föld. című írás bővített változata. 

Irodalom: 

  • Courtillot, Vincent – Davaille, A. – Besse, J. – Stock, J. (2003): Three Distinct Types of Hotspots in the Earth’s Mantle. Earth and Planetary Science Letters. 205, 295–308.
  • Sullivan, W. 1985: A vándorló kontinensek. – Gondolat kiadó, 388 p.
  • Vom Kopf auf die Füße gestellt: 100 Jahre Kontinentaldrifttheorie. Die moderne Plattentektonik und das Bild der Erde.
  • Wegener, A. 2005: Die Entstehung der Kontinente und Ozeane. – G.B.V. Berlin, Stuttgart, 481 p.
  • Kuhn, T. 1962: A tudományos forradalmak szerkezete. - Gondolat kiadó
  • Lambrecht K, 1926: Az Ősvilági élet. - Franklin Társulat
  • Smolin L. 2011: Mi a gubanc a fizikával. - Akkord kiadó
10 komment

A bejegyzés trackback címe:

http://pangea.blog.hu/api/trackback/id/tr2212475779

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben.

kukaberci 2017.05.05. 07:26:21

„A kontinens 140 millió évvel ezelőtt szakadt le Gondwana keleti részéről és évenként 20 cm/s sebességgel mozgott”. Ez 105 km/év. Elég derék, ennek fel kéne tűnnie néhány térképen is.

Ha kicsit számolunk, akkor 140 millió év alatt épp a 368 ezrdeik(!) földkerülést abszolválja szegény India. Csoda, hogy nem történt nagyobb baj...

Szóval az a 20cm/s évenként kicsit furcsa. Főleg, hogy állítólag Afrika és Amerika jelenleg kb. 2-3 cm/év sebességgel távolodik egymástól. Pl.: www.ngkszki.hu/seged/tszm-vulkjel/ltekton1.htm

Hágen András 2017.05.05. 08:51:09

Kedves Berci,
Koszonom, hogy szoltál.

Sigismundus · http://csakugyirkalok.blog.hu/ 2017.05.06. 19:11:15

Ha jól értelmezem a cikkben leírt történetet, Wegenernek tulajdonképpen nem volt semmi kutatási eredménye az elméletéhez, csak felállított egy hipotézist, és ezt utólag, 50-70 évvel később lett csak igazolva? Magyarán ő is egy volt a sok XIX-századvégi ötletelő tudósból, és ő az aki véletlenül beletalált?

Hágen András 2017.05.06. 22:18:51

@Sigismundus: Na jó azert nem voltak légből kapottak a sejtések, mert már gyanították, hogy nem állja meg a helyét a többi geológiai teória. Igazából már a cikkben is kifejtettem, hogy - igaz röviden - báró Eötvös Lóránd által felfedezett "sarki taszító erő" volt az az elmélet, amelyet Wegener tovább gondolt. A fizikus Smolin úgynevezi az ilyen kutatókat, hogy látnokok, mert nem szakmabeliek.
Egyébként Eötvös gondolatmenetét egymásik kutató is tovább gondolja, aki ugyancsak látnok volt. Azonban, hogy ki az a kutató még nem fedem fel.
Köszönöm az észrevételt. Kellemes hétvégét kívánok.

rdos · http://h2o.ingyenweb.hu/tema/6.html 2017.05.07. 14:36:23

@Sigismundus: Nem pont így volt. Wegener a kontinensek alakjából is és az óceánok túlpartján húzódó azonos kőzetekből illetve a fosszilis növény és állatvilág hasonlóságából vonta le azt a következtetését hogy a kontinensek elvándoroltak egymástól. "Szétszakadtak".

A hivatalos geológia az ő korában csak olyan "apróságokat" nem tudott megmagyarázni, mint a hegységek keletkezése. Látták a több km magasra felgyűrődött tengeri üledékeket és az volt az álláspont hogy ami addig süllyedt és üledékkel töltődött fel, az egy idő után valamilyen erő hatására kiemelkedett. Eu, meg miogeoszinklinális elmélet volt ha jól rémlik a neve.

Az akár több száz km-es takarós szerkezeteket is felismerték a geológusok pl, a közeli Alpokban, de hogy azt mi hozta hozhatta létre nem tudták. Szóval szerintem inkább zseni volt Wegener, még akkor is ha a "mozgató rúgót" nem is találta ki. :-)

Hágen András 2017.05.07. 21:36:58

@rdos: Így van valóban zseni volt Wegener. A latnok titulussal ezt akartam kifejezni.

Sigismundus · http://csakugyirkalok.blog.hu/ 2017.05.09. 08:49:49

Kösz a kiegészítéseket, helyére kerültek a dolgok, és kontinensek.

Hágen András 2017.05.09. 08:55:30

@Sigismundus: Ha minden rendben lesz, akkor Eötvös és Wegener kapcsolatáról egy nagyobb hangvételű cikkben fogok írni egy folyóiratban. Többet egyenlőre nem mondhatok róla, nem akarom ellőni a poént.

pitcairn2 2017.05.11. 21:53:47

@Sigismundus:

"Magyarán ő is egy volt a sok XIX-századvégi ötletelő tudósból, és ő az aki véletlenül beletalált?"

ebben a műfajban kb. Darwinnal lehet rokonítani...

ő se tudta megmagyarázni a "sejtései" mozgatórugóját pedig egy időben élt a megoldás alapjait kidolgozó Gregor Mendelel...

Hágen András 2017.05.12. 06:10:33

@pitcairn2: Wegener talált magyarázatot a kontinensvándorlásra, de erre is csak a későbbiekben lesz lehetőségem kitérni.