Wat zou u op uw lijst van de grote wetenschappelijke doorbraken van de 20e eeuw zetten?
Algemene relativiteit? Kwantummechanica? Iets met genetica, misschien?
Een ontdekking die iedereen zou moeten kennen, is de platentektoniek – de beschrijving van hoe de stijve buitenste schil van onze planeet (de lithosfeer) beweegt en wordt gerecycleerd.
De theorie viert dit jaar haar 50-jarig bestaan en enkele van de hoofdrolspelers die het raamwerk hebben opgezet zijn momenteel in Londen om de gelegenheid te markeren met een speciale conferentie bij The Geological Society.
De werkelijk grote ideeën in de wetenschap lijken niet alleen briljant eenvoudig en intuïtief wanneer zij in beeld komen, zij hebben dan ook die buitengewone kracht om zoveel andere vragen in de natuur te beantwoorden.
Plaattektoniek is daar een perfect voorbeeld van.
- Ruimtezicht op magnetisch gesteente van de Aarde
- Het in kaart brengen van de langzame kromming van het aardoppervlak
- Zwaartekrachtsatelliet peilt diepe Aarde
Het vertelt ons waarom de Himalaya’s zo hoog zijn; waarom Mexico zware aardbevingen ondergaat; waarom Australië een grote verscheidenheid aan buideldieren heeft ontwikkeld; en waarom Antarctica is bevroren.
Maar wanneer je aan de binnenkant van de luchtbel zit en probeert alle stukjes bewijs in een samenhangend verhaal te laten passen – lijkt de oplossing verre van voor de hand te liggen.
“We hadden geen idee wat de oorzaak was van aardbevingen en vulkanen en dat soort dingen,” herinnert Dan McKenzie zich. “Het is buitengewoon moeilijk om je nu nog te verplaatsen in de geestesgesteldheid die we hadden toen ik nog studeerde. En natuurlijk worden de ideeën die ik heb bedacht nu op de basisschool onderwezen.”
McKenzie wordt beschouwd als een van de architecten van de moderne plaattektoniek theorie.
In 1967 publiceerde hij een artikel in het tijdschrift Nature genaamd “The North Pacific: An Example of Tectonics on a Sphere” met Robert Parker, een andere afgestudeerde aan de Universiteit van Cambridge.
Hierin werd op basis van een reeks naoorlogse ontdekkingen een overtuigend beeld geschetst van hoe de zeebodem in dat deel van de wereld in staat was te bewegen, als een gebogen straatsteen, en aardbevingen te veroorzaken op plaatsen waar hij in wisselwerking stond met de andere grote platen massief gesteente die de aarde bedekten.
Hoewel het als een “aha!” moment werd gezien, was het eigenlijk een lange aanloop naar dat punt met een groep toegewijde wetenschappers die allemaal in 1966/67/68 naar de streep sprintten en doken.
Het verhaal gaat terug tot 1915 naar Alfred Wegener, de Duitse poolreiziger en meteoroloog, die we het meest associëren met het idee van continentale drift.
Wegener zag dat de continenten niet statisch waren, dat ze in de loop van de tijd verschoven moesten zijn, en dat de kustlijnen van Zuid-Amerika en Afrika er verdacht goed uitzagen, alsof ze ooit aan elkaar vastzaten. Maar hij kon geen overtuigend mechanisme bedenken om de beweging aan te drijven.
Dingen moesten echt wachten op WO II en de technologieën die dat voortbracht, zoals echosounders en magnetometers. Deze werden ontwikkeld voor de jacht op onderzeeërs en het opsporen van mijnen, en werden in vredestijd ingezet om de eigenschappen van de zeebodem te onderzoeken. En het waren deze onderzoeken die onthulden hoe platen worden gemaakt op mid-oceanische ruggen en worden vernietigd aan hun randen waar zij de continenten onderdrukken.
“Plaattektoniek komt echt van de oceanen. Toen ontdekten we de oceaanruggen, de subductiezones en de transformatiefracturen, enzovoort,” zei John Dewey van de universiteit van Oxford, een van die andere sprintende wetenschappers. “In de jaren zestig was er die enorm toegenomen kennis door oceanografische expedities.
“Tot die tijd keken we met microscopen naar dunne gesteentedoorsneden, naar breuken en ontsluitingen op het land. En zo nu en dan hadden we het geluk een onderdeel van platentektoniek te vinden, maar we wisten niet dat het platentektoniek was, omdat we de oceanen niet hadden. Zonder oceanen heb je niets,” vertelde hij aan het BBC-programma Science In Action.
Een van de belangrijkste waarnemingen was die van de verspreiding van de zeebodem – het proces waarbij nieuwe korst ontstaat op de bergkammen uit opstuwend magma.
Als het gesteente afkoelt en zich van een bergkam verwijdert, zet het de richting van het aardmagnetisch veld vast in zijn mineralen. En als het veld omkeert, zoals om de paar honderdduizend jaar, doet ook de polariteit in de rotsen dat… een zebra-achtig, gestreept patroon vormen voor de onderzoeksschepen en hun magnetometers.
In 1967 leidden alle wegen naar de voorjaarsvergadering van de American Geophysical Union. Zo’n 70 abstracts (samenvattingen van onderzoek) werden ingediend over zeebodem spreiding alleen al. Een onstuimige tijd, moet dat geweest zijn.
Het samenhangende verhaal van de platentektoniek stond op het punt snel op zijn plaats te vallen. McKenzie’s artikel werd in december van dat jaar gepubliceerd. Tegelijkertijd breidden andere onderzoekers het model uit om alle andere platen te beschrijven.
Wat betreft het mechanisme dat Wegener ontging, kunnen wetenschappers nu zien hoe het gewicht van onderliggende platen zo’n belangrijke rol speelt in de aandrijving van het hele systeem.
Zoals de slinky hond geen aanmoediging nodig heeft als hij eenmaal aan zijn tocht naar beneden is begonnen, zo lijkt het neerdalende gesteente een niet te stuiten vaart te hebben.
Tony Watts, een geoloog uit Oxford en deze week samensteller van de Plate Tectonics at 50-conferentie, legt uit: “We weten dat de snelst bewegende platen, die zich het snelst verspreiden, zeer lange platen hebben, lange stukken lithosfeer, die onder de oceaangeulen gaan.
“Het lijkt er dus op dat iets dat ’trench pull’ wordt genoemd een zeer belangrijke kracht is en men is het er algemeen over eens dat die groter is dan ‘ridge push’. Natuurlijk is alles in de diepe mantel door convectie met elkaar verbonden, maar ’t trekken van geulen lijkt de sleutel te zijn.”
In de wetenschap is nooit iets af. Er is bijvoorbeeld nog steeds een levendige discussie over wanneer en hoe de plaattektoniek op aarde precies op gang is gekomen. Meer dan vier miljard jaar geleden als gevolg van inslagen van asteroïden, aldus een recent artikel in Nature Geoscience.
Heden ten dage beschikken we over buitengewone hulpmiddelen zoals GPS en satellietradarinterferometrie, waarmee we de opmars van de platen millimeter voor millimeter kunnen volgen. Nog opmerkelijker is de techniek van de seismische tomografie, die de signalen van aardbevingen gebruikt om 3D-visualisaties van verzonken rotsplaten te maken.
“Plaattektoniek was een revolutie. Ik ben geoloog, dus ik zou dat zeggen,” vertelde Tony Watts aan BBC News.
“Terugkijkend is de geschiedenis van de geologie heel lang. De Geological Society werd opgericht in 1807, dus plaattektoniek kwam pas heel laat in de geschiedenis. Maar er waren de juiste technologieën voor nodig en een betrekkelijk kleine groep wetenschappers van sterk geleide instituten om het mogelijk te maken.
“Wat je ook moet onthouden is hoe jong sommige van deze wetenschappers waren: Dan McKenzie was nog maar net klaar met zijn proefschrift.”
