Co umieściłby Pan na swojej liście wielkich przełomów naukowych XX wieku?
Ogólna względność? Mechanika kwantowa? Może coś związanego z genetyką?
Jednym z odkryć, które powinno znaleźć się na liście każdego, jest tektonika płyt – opis tego, jak sztywna zewnętrzna powłoka naszej planety (jej litosfera) porusza się i jest poddawana recyklingowi.
Teoria ta obchodzi w tym roku 50-lecie, a niektórzy z kluczowych graczy, którzy stworzyli jej ramy, są obecnie w Londynie, aby uczcić tę okazję specjalną konferencją w The Geological Society.
Prawdziwie wielkie idee w nauce nie tylko wydają się genialnie proste i intuicyjne, kiedy się skupiają, ale również mają tę niezwykłą moc odpowiadania na wiele innych pytań w Naturze.
Tektonika płyt jest tego doskonałym przykładem.
- Kosmiczny widok ziemskich skał magnetycznych
- Mapowanie powolnego wypaczania powierzchni Ziemi
- Satelita grawitacyjny sonduje głęboką Ziemię
To mówi nam, dlaczego Himalaje są tak wysokie; dlaczego Meksyk doświadcza niszczących trzęsień ziemi; dlaczego Australia rozwinęła zróżnicowaną grupę marsupiali; i dlaczego Antarktyda poszła w głęboki mróz.
Ale kiedy jesteś wewnątrz bańki, próbując sprawić, by wszystkie kawałki dowodów pasowały do spójnej narracji – rozwiązanie wydaje się bardzo dalekie od oczywistości.
„Nie mieliśmy pojęcia, co jest przyczyną trzęsień ziemi, wulkanów i tego typu rzeczy”, wspomina Dan McKenzie. „Niezwykle trudno jest teraz wrócić do stanu umysłu, który mieliśmy, gdy byłem studentem. I oczywiście, pomysły, na które wpadłem, są teraz nauczane w szkole podstawowej.”
McKenzie jest uważany za jednego z architektów współczesnej teorii tektoniki płyt.
W 1967 roku opublikował w czasopiśmie Nature pracę zatytułowaną „The North Pacific: An Example of Tectonics on a Sphere” wraz z Robertem Parkerem, innym absolwentem Uniwersytetu Cambridge.
Zarysował w nim wysyp powojennych odkryć, by namalować fascynujący obraz tego, jak dno morskie w tej części globu było w stanie się poruszać, podobnie jak zakrzywiona kostka brukowa, inicjując trzęsienia ziemi tam, gdzie oddziaływało z innymi wielkimi płytami litej skały pokrywającej Ziemię.
Although seen as an „aha!” moment, it was actually a long run-up to that point with a group of committed scientists all sprinting and dipping for the line in 1966/67/68.
Historia wraca do 1915 roku do Alfreda Wegenera, niemieckiego badacza polarnego i meteorologa, którego najbardziej kojarzymy z ideą dryfu kontynentalnego.
Wegener mógł zauważyć, że kontynenty nie były statyczne, że musiały się przesuwać w czasie, i że linie brzegowe Ameryki Południowej i Afryki wyglądały podejrzanie ciasno, jakby kiedyś były połączone. Ale nie mógł wymyślić przekonujący mechanizm do prowadzenia ruchu.
Things really had to wait for WWII and the technologies it spawned, such as echosounders and magnetometers. Opracowane w celu polowania na okręty podwodne i znajdowania min, zostały wykorzystane w czasie pokoju do badania właściwości dna morskiego. I to właśnie te badania ujawniły, jak płyty powstają na grzbietach śródoceanicznych i niszczą się na ich krawędziach, gdzie podcinają kontynenty.
„Plate tectonics really comes from the oceans. To wtedy odkryliśmy grzbiety oceaniczne, strefy subdukcji i uskoki transformacyjne, i tak dalej” – powiedział John Dewey z Uniwersytetu Oksfordzkiego, kolejny z tych sprintujących naukowców. „W latach sześćdziesiątych nastąpił masowy wzrost wiedzy dzięki ekspedycjom oceanograficznym.
„Do tego czasu patrzyliśmy przez mikroskopy na cienkie fragmenty skał, przyglądając się uskokom i wychodniom na lądzie. I co jakiś czas mieliśmy szczęście znaleźć jakiś element tektoniki płyt, ale nie wiedzieliśmy, że to tektonika płyt, bo nie mieliśmy oceanów. Bez oceanów nie masz nic”, powiedział BBC w programie Science In Action.
Jedną z kluczowych obserwacji było to, że rozprzestrzenianie się dna morskiego – proces, który tworzy nową skorupę na grzbietach z wypływającej magmy.
Jak skała stygnie i oddala się od grzbietu, blokuje w swoich minerałach kierunek ziemskiego pola magnetycznego. I jak pole odwraca się, jak to robi co kilkaset tysięcy lat, tak robi biegunowość w skałach, przedstawiając zebra-jak, pasiasty wzór do przemierzania statków badawczych i ich magnetometrów.
W 1967 roku, wszystkie drogi prowadziły do wiosennego spotkania Amerykańskiej Unii Geofizycznej. Przedstawiono tam około 70 abstraktów (streszczeń badań) dotyczących samego tylko rozprzestrzeniania się dna morskiego. Musiały to być bardzo ciekawe czasy.
Spójna narracja tektoniki płyt miała się szybko ułożyć w całość. Praca McKenziego została opublikowana w grudniu tego samego roku. Równolegle inni badacze rozszerzali model, aby opisać wszystkie pozostałe płyty.
Jeśli chodzi o mechanizm, który umknął Wegenerowi, naukowcy mogą teraz zobaczyć, w jaki sposób ciężar płyt poddanych naporowi odgrywa tak istotną rolę w napędzaniu całego systemu.
Much as the slinky pies potrzebować żadny zachęta raz ono zaczynać swój podróż na dół, w ten sposób the schodzić skała pojawiać się niepowstrzymany pęd.
Tony Watts, geolog z Oxfordu i zwołujący w tym tygodniu konferencję Plate Tectonics at 50, wyjaśnia: „Wiemy, że najszybciej poruszające się płyty, te, które rozprzestrzeniają się najszybciej, mają bardzo długie płyty, długie kawałki litosfery, które schodzą pod ziemię w rowach oceanicznych.
„Wygląda więc na to, że coś, co nazywa się 'ciągnięciem rowu’ jest bardzo ważną siłą i ogólnie przyjmuje się, że jest ona większa niż 'parcie grzbietu’. Oczywiście, wszystko jest połączone w głębokim płaszczu poprzez konwekcję, ale trench pull wydaje się być kluczowy.”
Nic nigdy nie jest zrobione i odkurzone w nauce. Tam jest wciąż żywa debata na przykład o dokładnie kiedy i jak tektonika płyt ruszyła na Ziemi. Więcej niż cztery miliardy lat temu w wyniku uderzeń asteroid, argumentował jeden z ostatnich artykułów Nature Geoscience.
Dzisiaj dysponujemy niezwykłymi narzędziami, takimi jak GPS i satelitarna interferometria radarowa, które pozwalają nam obserwować marsz płyt, milimetr po milimetrze. Jeszcze bardziej niezwykła jest technika tomografii sejsmicznej, która wykorzystuje sygnały trzęsień ziemi do tworzenia trójwymiarowych wizualizacji zatopionych płyt skalnych.
„Tektonika płyt była rewolucją. Jestem geologiem, więc powiedziałbym, że” Tony Watts powiedział BBC News.
„Patrząc wstecz, historia geologii jest bardzo długa. Towarzystwo Geologiczne zostało założone w 1807 roku, więc tektonika płyt pojawiła się naprawdę późno w jej historii. Ale potrzebowała odpowiednich technologii i stosunkowo małej grupy naukowców z silnie kierowanych instytucji, aby to się stało.
„Inną rzeczą, o której należy pamiętać, jest to, jak młodzi byli niektórzy z tych naukowców: Dan McKenzie dopiero co skończył swoją pracę doktorską.”
.