Tudjuk, hogy a talaj, amelyen járunk, szilárd kőzetből van (hacsak nem tévedünk véletlenül egy futóhomokos területre …). De mi a helyzet a Föld rétegeivel kicsit mélyebben a lábunk alatt?
A Föld belseje több rétegből áll. A bolygó felszínét, ahol mi élünk, kéregnek nevezzük – ez valójában egy nagyon vékony réteg, a legvastagabb pontján mindössze 70 kilométer mély. A kéreg és az alatta lévő litoszféra (a kéreg és a felső köpeny) több “tektonikus lemezből” áll. Ezek lassan mozognak a bolygó felszínén, és a legtöbb földi vulkán és földrengés a tektonikus lemezek közötti határvonalakon történik.
Mélyen a bolygó közepén található a “belső mag”, amelyről úgy gondoljuk, hogy szilárd vasból és nikkelből áll. Ezt veszi körül a “külső mag”, amely szintén vasból és nikkelből áll, de olvadt. A külső magban lévő konvekciós áramlatok hozzák létre a Föld mágneses terét.
A külső mag és a kéreg között pedig a földköpeny található, amely mintegy 2900 kilométer vastagságával a bolygó nagy részét (mintegy 84 térfogatszázalékát) teszi ki. A Föld belső hőjét a felszínre hordozó, konvektív köpeny úgy kúszik, mint a kátrány egy forró napon. Ez a felborulás a “motor”, amely dinamikus Földünket hajtja – ez teszi bolygónk geológiáját olyan érdekessé, mivel ez teszi lehetővé a tektonikus lemezek mozgását. Enélkül nem lennének vulkánok, földrengések … és valójában a Föld nem lenne képes fenntartani az életet.
A köpeny dinamikájának rejtélyeit kutatja Dr. Rhodri Davies, az Ausztrál Tudományos Akadémia 2018-as Anton Hales-érmének nyertese.
A köpeny dinamikájának modelljeinek kidolgozásához fejlett számítástechnikai eszközöket használ, amelyek segítenek megérteni a köpeny viselkedését és azt, hogyan befolyásolja a Föld felszínét. Ezek a modellek nagyméretű geofizikai és geokémiai adathalmazokat kombinálnak azzal a tudással, hogy az egyes ásványok hogyan viselkednek bizonyos hőmérsékleti és nyomásviszonyok mellett, így fényt derítenek a köpeny szerkezetére, korlátokat szabnak a köpeny áramlásának módjára, és bemutatják, hogy ez az áramlás hogyan irányítja a vulkanizmust és más felszíni jellemzőket.
Tudjuk, hogy a Föld legtöbb vulkánja a tektonikus lemezhatároknál található, ahol a lemezek:
- elmozdulnak egymástól, mint jelenleg Ausztrália és az Antarktisz között
- elmozdulnak egymás felé úgy, hogy az egyik visszacsúszik az alatta lévő köpenybe, mint Ausztrália tektonikus lemezének északi pereménél Pápua Új-Guinea és Indonézia alatt
- csúsznak egymás mellett, ami a hírhedt kaliforniai San Andreas törésnél történik.
Néhány vulkán azonban a tektonikus lemezeken belül helyezkedik el, távol ezektől a határfolyamatoktól. Ezeket nevezzük lemezen belüli vulkánoknak. Sokukat köpenyfúvókák okozzák – forró kőzetek régiói, amelyek a Föld mag-köpeny határáról áramlanak felfelé a felszín felé. Eközben olvadt kőzetanyagot szállítanak, amely a Föld mély köpenyének üzenetét tartalmazza; egy olyan üzenetet, amelyet Dr. Davies munkája lehetővé teszi számunkra, hogy megfejtsük. Ez segített megszilárdítani a lemezen belüli vulkáni szigetláncokat létrehozó folyamatokkal kapcsolatos elméleteket.
Például több területről származó megfigyeléseket kombinálva kimutatta, hogy Ausztrálián belül vulkáni láncok alakultak ki, amikor az ausztrál tektonikus lemez észak felé sodródott több köpenytölcsér felett. Ennek eredményeképpen a kontinenst északról dél felé átszelő, 34 és 9 millió évvel ezelőtt keletkezett vulkánok láncolata alakult ki. Akár hiszik, akár nem, a ma tektonikailag álmos ausztrál kontinens a világ egyik legkiterjedtebb lemezen belüli vulkáni régiójának ad otthont, a szárazföldön még körülbelül 5000 évvel ezelőtt is voltak kitörések.
A hawaii szigetvilág feltehetően hasonló folyamat révén alakult ki. Hawaii a vulkánok és víz alá merült hegylánc délkeleti határán fekszik, amely északnyugat felé haladva egyre öregebbé válik. Ez a lánc Oahu szigeténél kettéválik, és Davies és csoportja nemrég megállapította, hogy ez a kettéválás a Csendes-óceáni lemez irányának eltolódása miatt következett be, nagyjából hárommillió évvel ezelőtt.
Mindezen tényezők beépítése a köpeny viselkedésének modellezéséhez javítja bolygónk működésének megértését. Ez segít megmagyarázni azokat a folyamatokat, amelyek a Föld egyedülálló és látványos geológiáját eredményezik, és lehetővé teszi számunkra, hogy jobban megértsük a bolygó fejlődését a több mint 4,5 milliárd évvel ezelőtti kialakulása óta.
Megmagyarázza a Föld egyedi és látványos geológiáját.