Was würden Sie auf Ihre Liste der großen wissenschaftlichen Durchbrüche des 20. Jahrhunderts setzen?
Allgemeine Relativitätstheorie? Quantenmechanik? Vielleicht etwas, das mit Genetik zu tun hat?
Eine Entdeckung, die jeder kennen sollte, ist die Plattentektonik – die Beschreibung, wie sich die starre äußere Hülle unseres Planeten (die Lithosphäre) bewegt und wiederverwertet wird.
Die Theorie feiert in diesem Jahr ihr 50-jähriges Bestehen, und einige der Hauptakteure, die den Rahmen dafür geschaffen haben, sind derzeit in London, um diesen Anlass mit einer Sonderkonferenz der Geologischen Gesellschaft zu feiern.
Die wirklich großen Ideen in der Wissenschaft erscheinen nicht nur brillant einfach und intuitiv, wenn sie ins Blickfeld geraten, sie haben auch die außergewöhnliche Kraft, so viele andere Fragen in der Natur zu beantworten.
Die Plattentektonik ist ein perfektes Beispiel dafür.
- Blick aus dem Weltraum auf die magnetischen Gesteine der Erde
- Kartierung der langsamen Verwerfung der Erdoberfläche
- Schwerkraft-Satellit sondiert tiefe Erde
Sie sagt uns, warum der Himalaya so hoch ist; warum es in Mexiko verheerende Erdbeben gibt; warum sich in Australien eine vielfältige Gruppe von Beuteltieren entwickelt hat; und warum die Antarktis in eine Tiefkühltruhe gefallen ist.
Aber wenn man sich im Inneren der Blase befindet und versucht, alle Beweisstücke in eine kohärente Erzählung einzubauen, scheint die Lösung alles andere als offensichtlich zu sein.
„Wir hatten keine Ahnung, was die Ursache für Erdbeben, Vulkane und dergleichen ist“, erinnert sich Dan McKenzie. „Es ist außerordentlich schwierig, sich in die Situation zurückzuversetzen, in der wir uns befanden, als ich noch Student war. Und natürlich werden die Ideen, auf die ich gekommen bin, heute in der Grundschule gelehrt.“
McKenzie gilt als einer der Architekten der modernen Theorie der Plattentektonik.
Im Jahr 1967 veröffentlichte er in der Zeitschrift Nature einen Artikel mit dem Titel „The North Pacific: An Example of Tectonics on a Sphere“ (Ein Beispiel für Tektonik auf einer Kugel) zusammen mit Robert Parker, einem weiteren Absolventen der Universität Cambridge.
Dieser Artikel stützte sich auf eine Reihe von Entdeckungen der Nachkriegszeit und zeichnete ein überzeugendes Bild davon, wie sich der Meeresboden in diesem Teil der Erde wie ein gekrümmter Pflasterstein bewegen und Erdbeben auslösen konnte, wo er mit den anderen großen, die Erde bedeckenden Gesteinsschichten in Wechselwirkung trat.
Obwohl es als „Aha!“-Moment angesehen wird, war es in Wirklichkeit ein langer Vorlauf bis zu diesem Punkt mit einer Gruppe engagierter Wissenschaftler, die 1966/67/68 alle nach der Linie sprinteten und tauchten.
Die Geschichte geht zurück auf Alfred Wegener, den deutschen Polarforscher und Meteorologen, den wir am ehesten mit der Idee der Kontinentaldrift in Verbindung bringen.
Wegener erkannte, dass die Kontinente nicht statisch waren, dass sie sich im Laufe der Zeit verschoben haben mussten und dass die Küstenlinien Südamerikas und Afrikas verdächtig eng beieinander lagen, als wären sie einst miteinander verbunden gewesen. Aber er konnte sich keinen überzeugenden Mechanismus ausdenken, der die Bewegung antrieb.
Die Dinge mussten wirklich auf den Zweiten Weltkrieg und die daraus hervorgegangenen Technologien wie Echolote und Magnetometer warten. Sie wurden entwickelt, um U-Boote aufzuspüren und Minen zu finden, und wurden in Friedenszeiten eingesetzt, um die Eigenschaften des Meeresbodens zu erforschen. Und es waren diese Untersuchungen, die aufzeigten, wie Platten an mittelozeanischen Rücken entstehen und an ihren Rändern zerstört werden, wo sie die Kontinente unterschieben.
„Plattentektonik kommt wirklich von den Ozeanen. Damals entdeckten wir die ozeanischen Rücken, die Subduktionszonen, die Transformverwerfungen und so weiter“, sagt John Dewey von der Universität Oxford, ein weiterer dieser rasenden Wissenschaftler. „In den sechziger Jahren gab es diesen massiven Wissenszuwachs durch ozeanographische Expeditionen.
„Bis dahin hatten wir mit Mikroskopen auf dünne Gesteinsabschnitte geschaut und uns Verwerfungen und Aufschlüsse an Land angeschaut. Und hin und wieder hatten wir das Glück, eine Komponente der Plattentektonik zu finden, aber wir wussten nicht, dass es Plattentektonik war, weil wir keine Ozeane hatten. Ohne die Ozeane hat man nichts“, sagte er der BBC-Sendung „Science In Action“.
Eine der wichtigsten Beobachtungen war die Ausbreitung des Meeresbodens – der Prozess, bei dem durch aufsteigendes Magma neue Kruste an den Bergrücken entsteht.
Wenn das Gestein abkühlt und sich von einem Bergrücken entfernt, hält es in seinen Mineralien die Richtung des Erdmagnetfeldes fest. Und wenn sich das Feld umkehrt, was alle paar hunderttausend Jahre der Fall ist, ändert sich auch die Polarität im Gestein, was den durchfahrenden Forschungsschiffen und ihren Magnetometern ein zebraähnliches, gestreiftes Muster zeigt.
Im Jahr 1967 führten alle Wege zur Frühjahrstagung der Amerikanischen Geophysikalischen Union. Rund 70 Abstracts (Zusammenfassungen von Forschungsarbeiten) wurden allein zum Thema Meeresbodenausbreitung eingereicht. Es muss eine aufregende Zeit gewesen sein.
Die kohärente Darstellung der Plattentektonik war im Begriff, sich rasch zu verfestigen. McKenzies Arbeit wurde im Dezember desselben Jahres veröffentlicht. Parallel dazu erweiterten andere Forscher das Modell, um alle anderen Platten zu beschreiben.
Was den Mechanismus anbelangt, der Wegener entgangen war, können die Wissenschaftler nun erkennen, wie das Gewicht der unterschiebenden Platten eine so große Rolle beim Antrieb des gesamten Systems spielt.
Genauso wie der schlitternde Hund keine Ermutigung braucht, wenn er erst einmal seine Reise nach unten angetreten hat, scheint der absteigende Fels einen unaufhaltsamen Schwung zu haben.
Tony Watts, ein Geologe aus Oxford und Organisator der diese Woche stattfindenden Konferenz Plate Tectonics at 50, erklärt: „Wir wissen, dass die sich am schnellsten bewegenden Platten, die sich am schnellsten ausbreiten, sehr lange Platten haben, lange Stücke von Lithosphäre, die in den Ozeangräben untergehen.
„Es sieht also so aus, als ob der so genannte ‚Grabensog‘ eine sehr wichtige Kraft ist, und man ist sich allgemein einig, dass er größer ist als der ‚Kammschub‘. Natürlich ist alles im tiefen Mantel durch Konvektion verbunden, aber der Grabensog scheint der Schlüssel zu sein.“
Nichts ist in der Wissenschaft jemals ausgemacht und erledigt. Es gibt zum Beispiel immer noch eine lebhafte Debatte darüber, wann und wie genau die Plattentektonik auf der Erde in Gang kam. Vor mehr als vier Milliarden Jahren durch Asteroideneinschläge, heißt es in einem aktuellen Nature Geoscience-Artikel.
Heute verfügen wir über außergewöhnliche Instrumente wie GPS und Satellitenradar-Interferometrie, die es uns ermöglichen, die Bewegung der Platten Millimeter für Millimeter zu verfolgen. Noch bemerkenswerter ist die Technik der seismischen Tomographie, die die Signale von Erdbeben nutzt, um 3D-Darstellungen von versunkenen Felsplatten zu erstellen.
„Die Plattentektonik war eine Revolution. Ich bin Geologe, also würde ich das sagen“, sagte Tony Watts gegenüber BBC News.
„Wenn man zurückblickt, ist die Geschichte der Geologie sehr lang. Die Geologische Gesellschaft wurde 1807 gegründet, die Plattentektonik kam also sehr spät in ihrer Geschichte auf. Aber es brauchte die richtigen Technologien und eine relativ kleine Gruppe von Wissenschaftlern aus stark geführten Institutionen, um sie zu verwirklichen.
„Man darf auch nicht vergessen, wie jung einige dieser Wissenschaftler waren: Dan McKenzie hatte gerade erst seine Doktorarbeit abgeschlossen.“
