Teoriju par to, kā zemeslodes plātnes pārvietojas, izvirzīja Arturs Holmss pirms 50 gadiem, un mūsdienās tai piekrīt vairākums zinātnieku. Tagad kāda amerikāņu ģeoloģe piedāvā jaunu versiju par apstākļiem, kādos pirms aptuveni 2,5 miljardiem gadu iekustējās kontinenti.
Ikdienā mēs par to varbūt pat neiedomājamies, tomēr kontinenti mums zem kājām atrodas pastāvīgā, lai arī lēnā kustībā. Vēl pirms 30–40 gadu doma, ka kontinenti peld kā aisbergi jūrā, pat daudziem zinātniekiem nešķita pati par sevi saprotama. Un tas nemaz neizbrīna, jo milzīgie kontinenti cilvēkiem jau kopš senseniem laikiem šķiet stabilitātes iemiesojums.
Plātņu tektonikas jeb kontinentu drifta teorija apgalvo, ka Zemes virsma atrodas nepārtrauktā kustībā. Gluži tāpat kā Darvina evolūcijas teoriju var dēvēt par “jumta” teorija, kas apvieno dažādas bioloģijas zinātnes, plātņu tektonikas teorija veic līdzīgu apvienojošu funkciju ģeoloģijā. Šī teorija pamatojas uz atziņām, ka Zemes ārējo kārtu veido plātnes, kas kustas cita attiecībā pret citu, un ar šo nemitīgo plātņu kustību var izskaidrot lielāko daļu pasaulē notiekošo zemestrīču, vulkānu izvirdumu un milzīgo kalnu grēdu tapšanas procesu – vairākas svarīgas parādības, kas ir ģeoloģijas aplūkojamo jautājumu lokā.
Plātņu tektonikas teorijai un evolūcijas teorijai ir daudz vairāk kopīga nekā tikai tas, ka abas ir pamatteorijas plašā zinātnes nozarē.
Gluži tāpat kā Darvina teorijas piekritēji sākumā bija spiesti izcīnīt sīvu cīņu, lai viņu uzskati tiktu atzīti, arī plātņu tektonikas teorija ilgu laiku bija nepelnīti atstāta novārtā.
Tikai 20. gadsimta 60. gados lielākā daļa ģeologu pieņēma šo teoriju, un mūsdienās tās pamatus neviens vairs neapšauba. Tomēr neviena teorija nav pilnīga, un plātņu tektonikas teorijā viens no šādiem neatrisinātiem jautājumiem ir trūkstošais skaidrojums par to, kā viss sācies, proti, kāds mehānisms laiku rītausmā ierosinājis plātņu kustību.
Tagad amerikāņu ģeoloģe Vikija L. Hansena no Minesotas universitātes Dulūtā izvirza pieņēmumu, ka varbūt liktenīgais pavērsiens gluži nejauši atgadījies pirms vairāk nekā 2,5 miljardiem gadu. Zinātniece uzskata, ka apjomīgas meteorītu sadursmes ar zemeslodi dažādās tās vietās izraisīja izkusušas dzīļu magmas izvirdumus Zemes virspusē. Tādējādi tika ierosināts process, ko ģeologi sauc par subdukciju un kas ir viens no vissvarīgākajiem plātņu tektonikas elementiem.
Neviens neticēja Vēgenera teorijai
Vācu meteorologs, ģeofiziķis un astronoms Alfrēds Vēgeners jau tālajā 1912. gadā izvirzīja teoriju, ka kontinenti pārvietojas un ka tālā pagātnē tie bijuši apvienoti vienā milzīgā kontinentā. Tomēr laikabiedri pret Vēgenera uzskatiem izturējās ļoti skeptiski. Tolaik jau eksistēja divas citas nozīmīgas teorijas par zemeslodes attīstību – viena no tām sludināja Zemes nemainīgumu, savukārt otra apgalvoja, ka mūsu planēta pamazām atdziest un tāpēc pastāvīgi saraujas.
Abām teorijām bija savs izskaidrojums attiecībā uz zemeslodes veidolu un kalnu izcelsmi, tomēr tās abas – katra gan atšķirīgu iemeslu dēļ – bija nonākušas strupceļā. Par labu savai teorijai Vēgeners pirmām kārtām minēja to, ka vairāku kontinentu ārējās kontūras sader kopā kā mozaīkas gabaliņi – vislabāk to ilustrē Dienvidamerika un Āfrika, kas itin glīti sakļautos kopā, ja vien starp tām neatrastos Atlantijas okeāns. Tomēr Vēgeneram bija arī citi argumenti, kas apstiprināja viņa teoriju. Viens no galvenajiem – kontinentu ģeoloģiskā līdzība, proti, dažādos kontinentos abpus okeānam bija atrodamas vienādas fosilijas un sastopamas iežu un struktūras ziņā ļoti līdzīgas kalnu grēdas. Tas sakāms, piemēram, par Skandināvijas, Skotijas, Austrumgrenlandes un Ziemeļamerikas ziemeļaustrumu daļas kalniem. Pēc Vēgenera uzskatiem, šādu līdzību vislabāk var izskaidrot ar kontinentu kādreizējo saistību.
Vēgeners turpināja pilnveidot teoriju līdz pat savai nāvei 1930. gadā. Viens no iemesliem, kāpēc teorija neguva atbalstu pētnieka dzīves laikā, bija tas, ka viņš nespēja izskaidrot cēloņus, kas radījuši kontinentu drifta mehānismu. Pēc viņa domām, driftu nodrošina Mēness pievilkšanas spēks un Zemes rotācijas centrbēdzes spēks, taču Vēgeners pats nebija īpaši apmierināts ar šādu skaidrojumu, un ģeofiziķi noraidīja to kā neiespējamu.
Vēsturiskais pagrieziens pienāca pēc Otrā pasaules kara. Militāro interešu vārdā ģeologi sāka apzināt okeānu dibenā valdošos apstākļus, un viņiem bija iespēja izmantot jaunos hidrolokatorus.
Rezultāts bija, maigi sakot, pārsteidzošs – okeānu vidū atklājās varenas kalnu grēdas, kas stiepās tūkstošiem kilometru garumā pāri zemeslodei.
Šajās kalnu grēdās, kas gluži dabiski tika nosauktas par vidusokeāniskajām grēdām, no zemeslodes dzīlēm augšup kāpa versmaini karsta lava, un šķita, ka tas ir nebeidzams process. Ģeologi atklāja arī to, ka starp kontinentiem un okeāna dibenu atrodas stāvas krantis, tā dēvētās kontinentālās nogāzes. Tas vedināja domāt, ka no ģeoloģiskā viedokļa kontinenti un okeāni ir nevis vienots veselums, bet atšķirīgi veidojumi. Visbeidzot pētījumos atklājās arī dziļvagas, kuras visbiežāk atradās kontinentālo šelfu pakājē jeb vietā, kur kontinenti robežojas ar okeāniem, un kuras varēja sasniegt pat 11 kilometru dziļumu. Vienlaikus ar šiem atklājumiem ģeologiem pavērās iespēja precīzāk noteikt zemestrīču epicentrus itin visur pasaulē. Izrādījās, ka tie koncentrējas tieši jaunatklāto vidusokeānisko grēdu un dziļvagu reģionos. Tas nozīmēja, ka šajās vietās notiek tādas Zemes kustības, kas izraisa zemestrīces.
Minētie atklājumi, nenoliedzami, deva zinātniekiem vielu pārdomām. Tomēr izšķirīgie argumenti par labu teorijai tika atrasti tikai tad, kad 50. gadu otrajā pusē uz okeāniem nosūtīja kuģus urbumu veikšanai jūras gultnē. Pētniecība sevišķi strauji pavirzījās uz priekšu, kad vēl pēc 10 gadiem, 1968. gadā, jūrā devās īpašs urbšanas kuģis “Glomar Challenger”, lai turpmākos 15 gadus starptautiskā projekta “Dziļjūras urbumi” ietvaros veiktu virkni ekspedīciju.
Zem jūras gultnes nosēdumu kārtas zinātnieki it visur atrada sacietējušu lavu – bazaltu – un izrādījās, ka tas glabā sevī daudz interesantas informācijas. Magma satur magnētiskus minerālus, kuri sacietēšanas procesā iegūst orientāciju telpā atkarībā no valdošā magnētiskā lauka. Tēlaini izsakoties, šie vulkāniskie ieži satur magnētiskā lauka pārakmeņojumus. Te gan jāņem vērā, ka zemeslodes magnētiskais lauks tās ilgajā pastāvēšanas laikā ir mainījis virzienu aptuveni ar miljonu gadu lieliem starplaikiem. Magnētisko polu maiņas ir ļoti noderējušas, pētot mūsu planētas vēsturi. Ģeologi tās, piemēram, izmanto, lai iedalītu pagātni periodos.
Pašlaik mēs dzīvojam periodā, kam raksturīga normāla magnetizācija. Zinātnieki šo laika posmu sauc par Brunesa periodu, un tas aptuveni pirms 700 000 gadu nomainīja Matujamas periodu ar pretēju jeb reverso magnētiskā lauka ziemeļu–dienvidu orientāciju. Tātad senā magnētiskā lauka “pieraksti” iežos sniedz informāciju par tā vecumu, ja vien izdodas to ietilpināt polu maiņas sērijā. Zinātnieki pētīja bazalta magnētiskos minerālus un konstatēja nepārtrauktu Zemes magnētiskā lauka polu maiņas secību, turklāt ļoti raksturīgā veidā – iežos konstatētie magnētiskie lauki attiecībā pret vidusokeāniskajām grēdām bija sadalījušies pilnīgi simetriski. Vistuvāk pie tām atradās jaunākie magnetizācijas virzieni, bet vistālāk – vecākie.
Tāpat izrādījās, ka no ģeoloģiskā viedokļa pat visvecākā okeāna gultne ir samērā jauna. Tai ir ne vairāk kā 200 miljonu gadu – krasā pretstatā kontinentiem, kur atrasti 3,8 miljardus gadu veci un pat vēl senāki ieži. Šos atklājumus papildināja ziņas par nogulām, kas, laikam ritot, bija uzkrājušās jūras dibenā virs bazalta slāņa. Zinātnieki noskaidroja, ka arī tās sadalītas simetriski attiecībā pret zemūdens kalniem un to vecums palielinās, attālinoties no vidusokeāniskajām grēdām.
Viss iepriekš minētais var nozīmēt tikai to, ka ap vidusokeāniskajām grēdām pastāvīgi veidojas jauna okeāna gultne, savukārt pašas grēdas nerimtīgā procesā tiek atstumtas uz malām.
Jūras gultne atjauninās
Tādējādi mozaīkā, ko zinātnieki lika kopā, lai izveidotu plātņu tektonikas teoriju, daudzi svarīgi gabaliņi pakāpeniski atrada savu vietu. Mūsdienās ģeologi zina, ka zemeslodes plātnes ir cieti ķermeņi, kas sastāv no garozas un mantijas ārējās kārtas, un ka tās kustas virs mantijas otras – mīkstākās un plastiskākās – daļas.
Būtībā plātņu kustību nodrošina Zemes dzīļu siltums. Tas ierosina iežu pārvietošanos mantijā, kas, nenoliedzami, ir stingra, tomēr augstās temperatūras un augstā spiediena dēļ tik un tā plūstoša. Šīs konvekcijas straumes liek izkusušajiem iežiem izvirst vidusokeānisko grēdu apvidū un tur sacietēt. Savukārt jauni, no dzīlēm nākuši ieži nemitīgi spiež uz malām, panākot okeāna paplašināšanos. Tādējādi rodas diezgan masīvas un smagas plātnes, jo bazaltam ir liels blīvums. Tomēr šīs plātnes nav pārāk biezas, un tās samērā viegli pārvietojas.
Kad šāda masīva plātne saduras ar plātni, uz kuras atrodas kontinents, ko veido vieglāki nogulumieži, kā arī granīts, vai arī ar kādu citu okeāna plātni, tā palien apakšā zem tās un vēlāk atkal atgriežas mantijā. Tieši šis subdukcijas process izskaidro, kāpēc okeāna dibens ir tik jauns – vecākās okeāna gultnes daļas gluži vienkārši visu laiku pazūd atpakaļ mantijā. Subdukcija norisinās dziļvagu reģionos, kur mantijā grimstošā okeāna plātne izraisa milzīgas zemestrīces. Turklāt plātne daļēji izkūst un no tās izveidojusies magma kāpj augšup, līdz sasniedz Zemes virsmu. Otrpus dziļvagai no šīs magmas veidojas kalnu grēdas (piemēram, Andu kalni) vai arī vulkānisko salu loki (piemēram, Filipīnas).
Turpretī kontinenti vieglākā svara dēļ paliek plātņu virspusē un, būdami to sastāvdaļa, tiek pārvietoti. Dažkārt gan notiek arī kontinentālo plātņu sadursmes, kuru dēļ, piemēram, Indija pilnā sparā triecas iekšā Āzijā, šajā procesā veidojot Himalajus. Īpaša situācija rodas, kad mantijā izveidojas jaunas konvekcijas straumes. Ja karsto iežu augšupcelšanās process sākas zem kontinenta, tas pārlūst uz pusēm un to pamazām sadala jauns okeāns, kā tas savulaik notika ar Āfriku un Dienvidameriku un kā patlaban vērojams Lielajā Rifta ielejā jeb Austrumāfrikas lūzumzonā.
Visu aizsāka meteorīta kritiens
Tātad ģeologiem tagad ir zināmi plātņu tektonikas pamatā esošie procesi. Turklāt šāda plātņu pārvietošanās notiek jau miljardiem gadu. Tomēr gandrīz neviena teorija neizskaidro, kā tas viss savulaik sācies. Jo sevišķi ir trūcis ideju par to, kā tika ierosināta subdukcija – process, kurā okeāna plātnes iegrimst mantijā.
Tieši šajā kontekstā interesanta ir Vikijas Hansenas jaunā hipotēze. Kā apgalvo amerikāņu ģeoloģe,
vispirmām kārtām agrīnā Zeme jāiztēlojas tāda, kāda tā bija pirms vairāk nekā 2,5 miljardiem gadu. Vismaz divējādā ziņā tā būtiski atšķīrās no tagadējās planētas.
Pirmkārt, Zeme nemitīgi tika bombardēta ar lieliem un maziem meteorītiem, par ko zinātnieki ir pārliecinājušies, pētot Mēness krāterus un Saules sistēmas attīstības modeļus. Otrkārt, Zemes ārējie slāņi bija ievērojami siltāki nekā mūsdienās, tātad, pēc Vikijas Hansenas domām, visu zemeslodi ietvēra samērā elastīga garoza. Šī garoza bija homogēna, un tai nepiemita blīvuma un elastības atšķirības, kas raksturīgas mūsdienu plātnēm un kas ir plātņu tektonikas priekšnosacījums. Mantijā zem garozas būs bijušas konvekcijas plūsmas, līdzīgas tagadējām. Vikija Hansena izvirza pieņēmumu, ka šīs straumes padarījušas garozu plānāku gareniski stieptās zonās.
Milzīgs krāteris atbrīvoja magmu
Ja nu kāds meteorīts nokrita tieši šādā plānākas Zemes garozas zonā un sadursmē izrāva garozā krāteri aptuveni 1000 kilometru diametrā, tas varētu būt ierosinājis procesu, ko vēlāk vairs nebija iespējams apturēt. Sadursme būs padarījusi garozu vēl plānāku ne vien meteorīta kritiena vietā, bet arī panākusi lokālu mantijas uzkaršanu, kā ietekmē magma sākusi celties augšup. Šī magma izspiedusies līdz pat virspusei, kur sacietējusi, veidojot cietu un stingu garozu. Šim procesam turpinoties, būs izveidojies spredinga centrs, kas sākumā atradies meteorīta kritiena vietā, bet vēlāk attīstījies par izstieptu zonu, kas zināmā mērā pielīdzināma nelielam mūsdienu vidusokeānisko grēdu fragmentam.
Pēc Vikijas Hansenas domām, spredings būs turpinājies un krātera vietā plānāko garozu spiedis uz malām. Kādā brīdī jaunizveidotā divdaļīgā plātne atdūrusies pret krātera malu, ko nav bijis iespējams aizstumt prom. Tāpēc plātne sākusi grimt, tādējādi izraisot subdukciju. Vēlāk spredinga centrs turpinājis plesties plašumā plānākas garozas zonas virzienā, visbeidzot izveidodams garenu spredinga zonu – sava veida vidusokeānisko pirmgrēdu.
Precīzu laiku, kad varētu būt sākusies subdukcija, Vikija Hansena nespēj noteikt – vien to, ka tas norisinājies pirms vismaz 2,5 miljardiem gadu. Tomēr viņa piebilst, ka tāda apstākļu sakritība, kādu viņa konstatējusi savas hipotēzes ietvaros, varētu būt notikusi vairākas reizes dažādās zemeslodes vietās. Tas nozīmē, ka subdukcija var būt sākusies vairākos posmos. Lai vai kā, kauliņi bija mesti. Vikija Hansena apgalvo, ka subdukcija salīdzināma ar vīrusa infekciju – reiz sākusies, tā ļoti ātri vēršas plašumā.
Kopš tā laika subdukcijas zonas nepārtraukti aprij okeāna dibena plātnes, savukārt kontinenti tiek pārvietoti pa planētas virsu. No ledainiem polārajiem apgabaliem līdz svelmainiem ekvatora reģioniem, atpakaļ aukstumā un atkal tālāk – vidusokeāniskajās grēdās izvietotās spredinga zonas nemitīgi pārvietojušas kontinentus šurpu turpu. Tas arī izskaidro, kāpēc tādos aukstos apvidos kā Grenlande un Antarktīda ir atrodamas siltās klimatiskajās zonās dzīvojušu dzīvnieku un augu fosilijas.
Plātņu kustības reiz beigsies
Dažkārt kontinenti ir salūzuši gabalos, citkārt uzskrējuši viens otram virsū, un vismaz trīsreiz pēdējos 1,5 miljardos gadu tie bijuši savienoti vienā milzīgā kontinentā. Pēdējo reizi – superkontinentā Pangejā, kas sāka izirt pirms 250 miljoniem gadu.
Vēl pēc 250 miljoniem gadu kontinenti atkal būs apvienojušies superkontinentā – šādas prognozes izvirza ģeologi.
Tomēr arī šis superkontinents sašķelsies sīkāk, un tā tas turpināsies. Ļoti tālā nākotnē – tas attiecināms uz simtiem miljonu gadu vai, visticamāk, pat miljardiem gadu – plātņu tektonika tomēr pamazām apsīks.
Raugoties pavisam plašā perspektīvā, zemeslode kopš tās rašanās pirms 4,6 miljardiem gadu ir atradusies atdzišanas procesā – gan ļoti lēnā, jo Zemes radioaktīvo elementu sabrukšana visu laiku rada siltumu, kas šo procesu pagausina. Mantijā esošās konvekcijas straumes ir veids, kā zemeslode atbrīvojas no siltuma. Un tad, kad tās kādu dienu apstāsies, mazinoties siltuma apritei, arī plātņu tektonikai būs pienācis gals.
Vēl ir par agru izteikt prognozes, vai arī Vikijas Hansenas hipotēze par subdukcijas izcelšanos tiks noraidīta vai izdzīvos un ar laiku kļūs par neiztrūkstošu nodaļu ģeoloģijas mācību grāmatās. Daži ģeologi šo hipotēzi atbalsta, savukārt pati Vikija Hansena uzsver, ka šī ir viena no tādām hipotēzēm, kas tiek pārbaudītas ilgā laika posmā. Zinātniece to salīdzina ar hipotēzi par Mēness rašanos mūsu planētas sākumos, Zemei saduroties ar Marsa lieluma debess ķermeni. Šo hipotēzi zinātnieki izvirzīja pagājušā gadsimta 60. un 70. gados, un sākotnēji tā tika uztverta kā nepamatota. Tomēr daudzi laika gaitā iegūti dati apstiprina šo hipotēzi, un tagad tā vairs nemaz nešķiet pilnīgi ignorējama.
Vikija Hansena varētu minēt arī piemēru ar Alfrēdu Vēgeneru. Ja nu ir iespējams izdarīt secinājumus no stāsta par kontinentālā drifta teoriju, skaidrs ir viens – dažkārt zinātniskajām hipotēzēm ir jāiziet caur uguni un ūdeni, iekams tās gūst vispārēju atzinību.