Mitä laittaisit 1900-luvun suurten tieteellisten läpimurtojen listallesi?
Yleinen suhteellisuusteoria? Kvanttimekaniikka? Ehkä jotain genetiikkaan liittyvää?
Yksi löytö, jonka pitäisi olla kaikkien listalla, on levytektoniikka – kuvaus siitä, miten planeettamme jäykkä ulkokuori (litosfääri) liikkuu ja kierrätetään.
Teoria viettää tänä vuonna 50-vuotisjuhlavuottaan, ja eräät teorian kehyksen luoneet avainhenkilöt ovat parhaillaan Lontoossa juhlistamassa tätä tilaisuutta Geological Societyn erityiskonferenssilla.
Todella suuret tieteelliset ideat eivät näytä vain loistavan yksinkertaisilta ja intuitiivisilta, kun ne tulevat esiin, vaan niillä on silloin myös tämä poikkeuksellinen voima vastata niin moniin muihin kysymyksiin luonnossa.
Levytektoniikka on täydellinen esimerkki tästä.
- Avaruusnäkymä Maan magneettisista kivistä
- Maan hitaan pinnan vääntymisen kartoittaminen
- Painovoimasatelliitti tutkii syvää maapalloa
Se kertoo, miksi Himalajan vuoristo on niin korkea; miksi Meksikossa tapahtuu tuhoisia maanjäristyksiä; miksi Australiassa on kehittynyt monipuolinen ryhmä pussieläimiä; ja miksi Etelämanner joutui syväjäädytykseen.
Mutta kun olet kuplan sisäpuolella ja yrität saada kaikki todisteiden palaset sovitettua johdonmukaiseen kertomukseen – ratkaisu vaikuttaa hyvin kaukana ilmeisestä.
”Meillä ei ollut aavistustakaan siitä, mistä maanjäristykset, tulivuoret ja muut vastaavat johtuvat”, Dan McKenzie muistelee. ”Nyt on poikkeuksellisen vaikeaa asettua takaisin siihen mielentilaan, joka meillä oli opiskeluaikanani. Ja tietysti ideoita, jotka minä keksin, opetetaan nyt peruskoulussa.”
McKenzietä pidetään yhtenä modernin laattatektoniikan teorian arkkitehdeistä.
Vuonna 1967 hän julkaisi Nature-lehdessä artikkelin ”The North Pacific: An Example of Tectonics on a Sphere” yhdessä toisen Cambridgen yliopistosta valmistuneen Robert Parkerin kanssa.
Siinä hyödynnettiin sodanjälkeisiä löytöjä ja maalattiin vakuuttava kuva siitä, miten merenpohja tuossa osassa maapalloa saattoi liikkua kuin kaareva päällystekivi ja käynnistää maanjäristyksiä siellä, missä se oli vuorovaikutuksessa muiden maapalloa peittävien suurten kiinteiden kalliolaattojen kanssa.
Vaikka sitä pidettiinkin ”aha!”-hetkenä, siihen pisteeseen oli itse asiassa pitkä valmistautuminen, ja joukko sitoutuneita tiedemiehiä spurttasi ja sukelsi kohti viivaa vuosina 1966/67/68.
Tarina juontaa juurensa vuoteen 1915 Alfred Wegeneriin, saksalaiseen naparetkeilijään ja meteorologiin, jonka yhdistämme eniten ajatukseen mannerten ajautumisesta.
Wegener näki, että mantereet eivät olleet staattisia, vaan niiden oli täytynyt siirtyä ajan kuluessa, ja että Etelä-Amerikan ja Afrikan rannikkolinjat näyttivät epäilyttävän tiukasti istuvilta, ikään kuin ne olisivat joskus liittyneet yhteen. Mutta hän ei kyennyt keksimään vakuuttavaa mekanismia, joka olisi ohjannut liikettä.
Asiat todella saivat odottaa toista maailmansotaa ja sen synnyttämiä tekniikoita, kuten kaikuluotaimia ja magnetometrejä. Nämä sukellusveneiden jahtaamiseen ja miinojen löytämiseen kehitetyt laitteet otettiin rauhan aikana käyttöön merenpohjan ominaisuuksien tutkimiseksi. Juuri nämä tutkimukset paljastivat, miten mannerlaatat syntyvät valtameren keskellä olevilla harjuilla ja tuhoutuvat niiden reunoilla, missä ne painavat mantereita.
”Laattatektoniikka tulee todella valtameristä. Se oli silloin, kun löysimme valtameriharjanteet, subduktiovyöhykkeet ja muuntautumisvyöhykkeet ja niin edelleen”, sanoi John Dewey Oxfordin yliopistosta, toinen noista spurttaavista tutkijoista. ”Kuusikymmenluvulla tietämys lisääntyi valtavasti valtamerentutkimusretkien ansiosta.
”Siihen asti olimme katselleet mikroskoopilla ohuita kallioleikkauksia ja tarkastelleet maalla olevia ruhjeita ja paljastumia. Silloin tällöin olimme onnekkaita ja löysimme jonkin laattatektoniikan osatekijän, mutta emme tienneet, että kyseessä oli laattatektoniikka, koska meillä ei ollut valtameriä. Ilman valtameriä ei ole mitään”, hän kertoi BBC:n Science In Action -ohjelmassa.
Yksi tärkeimmistä havainnoista oli merenpohjan leviäminen – prosessi, joka synnyttää uutta kuorta harjuihin nousevasta magmasta.
Kallion jäähtyessä ja siirtyessä poispäin harjanteesta se lukitsee mineraaleihinsa Maan magneettikentän suunnan. Ja kun kenttä kääntyy, kuten se tekee muutaman sadantuhannen vuoden välein, niin myös kivien napaisuus muuttuu, mikä näyttää seepraa muistuttavan raidallisen kuvion kulkeville tutkimusaluksille ja niiden magnetometreille.
Vuonna 1967 kaikki tiet johtivat American Geophysical Unionin kevätkokoukseen. Pelkästään merenpohjan leviämisestä esitettiin noin 70 abstraktia (tiivistelmää tutkimuksista). Se oli varmasti huumaavaa aikaa.
Levytektoniikan yhtenäinen kertomus oli nopeasti loksahtamassa paikoilleen. McKenzien artikkeli julkaistiin saman vuoden joulukuussa. Samaan aikaan muut tutkijat laajensivat mallia kuvaamaan kaikkia muita laattoja.
Mekanismin osalta, joka oli jäänyt Wegenerin ulottumattomiin, tutkijat voivat nyt nähdä, miten alempana olevien laattojen painolla on niin suuri merkitys koko järjestelmän liikkeellepanemisessa.
Samoin kuin liukuva koira ei tarvitse kannustusta aloitettuaan matkansa alaspäin, niin myös laskeutuvalla kivellä näyttää olevan pysäyttämätön vauhti.
Tony Watts, Oxfordin geologi ja tämän viikon Plate Tectonics at 50 -konferenssin koollekutsuja, selittää: ”Tiedämme, että nopeimmin liikkuvilla, nopeimmin leviävillä laatoilla on hyvin pitkiä laattoja, pitkiä litosfäärin kappaleita, jotka painuvat meren kaivantoihin.
”Näyttää siis siltä, että ’juoksuhautojen vetovoima’ on hyvin tärkeä voima, ja sen katsotaan yleisesti olevan suurempi kuin ’harjujen työntövoima’.” [
”Niinpä näyttää siltä, että ’juoksuhautojen vetovoima’ on hyvin tärkeä voima. Tietysti kaikki on yhteydessä toisiinsa syvällä vaipassa konvektion kautta, mutta juoksuhautojen vetovoima näyttää olevan avainasemassa.”
Tieteessä ei ole koskaan mitään valmista ja kuopattua. Edelleen käydään vilkasta keskustelua esimerkiksi siitä, milloin ja miten laattatektoniikka tarkalleen ottaen käynnistyi maapallolla. Yli neljä miljardia vuotta sitten asteroidien iskujen seurauksena, väittää eräs tuore Nature Geosciencen artikkeli.
Tänä päivänä meillä on GPS:n ja satelliittitutkainterferometrian kaltaisia poikkeuksellisia välineitä, joiden avulla voimme seurata mannerlaattojen marssia millimetri millimetriltä. Vielä merkittävämpi on seismisen tomografian tekniikka, joka käyttää maanjäristysten signaaleja rakentaakseen 3D-visualisointeja uponneista kalliolaatoista.
”Levytektoniikka oli vallankumous. Olen geologi, joten sanoisin niin”, Tony Watts sanoi BBC Newsille.
”Kun katsoo taaksepäin, geologian historia on hyvin pitkä. Geologinen seura perustettiin vuonna 1807, joten laattatektoniikka tuli todella myöhään sen historiassa. Mutta sen toteuttamiseen tarvittiin oikeaa teknologiaa ja suhteellisen pieni joukko tutkijoita vahvasti johdetuista instituutioista.
”Toinen muistettava asia on se, kuinka nuoria jotkut näistä tutkijoista olivat: Dan McKenzie oli juuri saanut väitöskirjansa valmiiksi.”
