13. előadás: Geotektonika
13-1
13. előadás: Geotektonika
A Föld mai állapota évmilliárdokig tartó fejlődési folyamat eredménye, melynek során
óceánok, kontinensek, hegységek születtek és pusztultak el. A Föld dinamikai folyamatai
napjainkban sem szűntek meg, a földkéreg és a Föld belső részei jelenleg is szüntelen
mozgásban vannak. Erről tanúskodnak a napjainkban is gyakori földrengések és
vulkánkitörések.
A következőkben a Föld azon globális tektonikai mozgásaival foglalkozunk, amelyek
a geológiai korok alatt kialakították a Földünk mai arculatát: a kontinenseket, az
óceánokat, a hatalmas hegységrendszereket és a különféle földtani képződményeket
− és
amelyek napjainkban is döntő szerepet játszanak a Föld életében. Először röviden a
kontinensek vándorlásával és az óceáni medencék tágulásával foglalkozunk, majd a
lemeztektonika elméletét tekintjük át.
A kontinensek vándorlása
Francis B
ACON
angol filozófus már 1620-ban felhívta a figyelmet Afrika és Dél-
Amerika partvonalainak hasonlóságára, később Alexander H
UMBOLDT
is foglalkozott a
kérdéssel. Ugyanebből kiindulva a XX. század elején Alfred W
EGENER
fejében fordult
meg a gondolat, hogy a jelenlegi kontinensek egyetlen ősi "szuperkontinens" széttöredezett
darabjai, melyek a földtörténeti idők során vándoroltak ma ismert helyükre. Hipotézisét
igyekezett tudományos érvekkel is alátámasztani.
W
EGENER
az Atlanti-óceán két partját alkotó kontinensek partvonalainak
hasonlóságából arra a következtetésre jutott, hogy a kontinensek valamikor egyetlen
hatalmas őskontinenst: az ún. PANGEA-t alkották amely a földtörténeti idők folyamán
feldarabolódott és az egyes részek elvándoroltak egymástól. Elképzelésének igazolására
különböző bizonyítékokat keresett. Igen érdekes az érvelése, amely a földfelszín
különböző magasságainak gyakorisági előfordulásával kapcsolatos. Az 1. ábrán a
tengerszint feletti magasságok és a tengerszint alatti mélységek területi eloszlását mutatjuk
be. A görbe úgy készült, hogy a Föld legmagasabb csúcsa és a legmélyebb pontja közötti
szintkülönbséget 50 m-es közökre osztották, és meghatározták, hogy az egyes közökben
előforduló magasságoknak mekkora az összterülete. Jól látható, hogy a teljes földfelszín
kb. 510 millió
2
km
-nyi területének legnagyobb részét az óceáni medencék és az ún.
kontinentális platformok teszik ki.
Ha ezekből az adatokból, vagyis a kontinentális területek és a vízzel borított területek
együttes adataiból megszerkesztjük a magasságok gyakorisági görbéjét: az ún.
hipszometrikus görbét, akkor olyan görbét kapunk, amelynek két maximuma van ( 2. ábra).
A kapott eredmény geofizikai szempontból azért rendkívül érdekes, mert azt mutatja, hogy
a Földön a magasságok eloszlása nem véletlenszerű, hanem valamilyen törvényszerűséget
követ. A magasságok két jellegzetes érték: a kontinentális területek átlagos +100 m-es
magassága és az óceáni medencék
−
4800 m körüli átlagos mélysége körül statisztikus
szórást mutatnak. Az összehasonlítás kedvéért a 2 ábrán feltüntettük azt az esetet is,
amikor a Földön a magasságok eloszlása véletlenszerű lenne. Ebben az esetben a
tetszőleges magasságokra emelkedő kontinensekre és a tetszőleges mélységű óceánokra a
magasságok gyakorisági görbéje egyetlen maximummal rendelkező Gauss-görbe volna,
melynek
−
2440 m-nél
− vagyis a szilárd földfelszín átlagos magasságában lenne a
maximuma. W
EGENER
a kettős maximummal rendelkező görbét úgy értelmezte, hogy a
földkéreg két részből áll: a kontinenseket felépítő felső részét könnyebb kőzetek (pl.
Óravázlat a Geofizikai alapismeretek előadásaihoz
13-2
gránit); az alsó
− egyben az óceánok fenekét felépítő − részét pedig nagyobb sűrűségű
kőzetek (pl. bazalt, gabbró, peridotit) alkotják.
1. ábra: A földfelszín magasságainak területi eloszlása
7.4 ábra: A hipszometrikus görbe
A két különböző sűrűségű alsó és felső kéregrész között izosztatikus (úszási)
egyensúlyi állapot van. W
EGENER
tehát a Föld felszíni formáinak magassági eloszlásából a
földkéreg izosztatikus egyensúlyára, az izosztatikus egyensúly fennállásából
− vagyis az
úszás tényéből
− pedig az elúszásra következtetett. Valójában azonban nem ilyen egyszerű
a szétúszás magyarázata. Ahhoz, hogy a kontinensek szétdarabolódása és vándorlása
bekövetkezzék, igen komoly erőhatásokra van szükség.
13. előadás: Geotektonika
13-3
A geológiai és a paleoklimatológiai vizsgálatok eredményei
Az utóbbi időkben a különböző kontinenseken számos olyan kutatófúrást mélyítettek,
amelyek több ezer méter vastag rétegsorokat harántoltak át és igen gazdag ismeretanyaggal
egészítették ki a felszíni földtani kutatások eredményeit. Dél-Amerika, Afrika, India,
Ausztrália, sőt újabban az Antarktisz bizonyos részein sikerült teljesen hasonló geológiai
rétegsorokat kimutatni a devon és a tiász közötti időszakból
− pontosabban a 200-400
millió évvel ezelőtti időkből. Ezek a rétegsorok annyira jellegzetesek, hogy "Gondwana-
rétegsoroknak" nevezik őket.
A különböző földtani, kőzettani és paleontológiai megfigyelések eredményeiből
többek között következtetni lehet valamely terület földtörténeti, múltbeli éghajlatára. Így
pl. a sóképződés száraz sivatagi éghajlatra, a korallok elterjedése egyenlítő környéki
területekre, vagy pl. a kőszén elterjedése egykori meleg, nedves éghajlatra utal. Számunkra
azonban most a tillitek előfordulása lényeges, mivel ez egyértelműen a régi időszakok
hideg sarkvidéki klímájára, eljegesedett területekre jellemző. A Gondwana-rétegsorok
jellegzetes tillit rétegei arra utalnak, hogy a karbon és a perm időszakban Dél-Amerikában,
Afrika, India és Ausztrália déli részén, valamint az Antarktiszon hatalmas eljegesedés volt.
A 3. ábrán csillagokkal jelöltük a permokarbon eljegesedések területeit a különböző
kontinenseken. Ugyanakkor az északi félteke kontinensein biztosan meleg, páradús klíma
uralkodott, hiszen ekkor keletkeztek a hatalmas karbon időszaki kőszéntelepek.
3. ábra: A permokarbon eljegesedés nyomai a különböző kontinenseken
D
U
T
OIT
dél-afrikai geológus szerint a permokarbon eljegesedés 3. ábrán látható
szabálytalan területi eloszlása kétféleképpen magyarázható: a Földön a különböző
éghajlatú területek eloszlása vagy a földrajzi szélesség függvénye és a kontinensek
vándorolnak; vagy a kontinensek állandó helyzetben vannak és a különböző éghajlatú
területek eloszlása független a földrajzi szélességtől. Mivel a tapasztalat szerint a Földön a
különböző éghajlatú területek eloszlása a földrajzi szélesség függvénye és tekintélyes
vastagságú jégtakaró csak a sarkkörökön belül képződhet, ezért csak az első lehetőséget
választhatjuk. D
U
T
OIT
szerint a karbon időszakban a kontinensek a 4. ábrán látható
formában helyezkedtek el és csak utána vándoroltak a ma ismert helyzetükbe. Ezzel a
kontinens rekonstrukcióval világosan megérthető a karbon jégkorszak 3. ábrán látható
különös területi eloszlása.
Óravázlat a Geofizikai alapismeretek előadásaihoz
13-4
Ma már számos további geológiai bizonyíték is a rendelkezésünkre áll, ezek
részletezésétől azonban eltekintünk.
4. ábra: A permokarbon eljegesedés magyarázata D
U
T
OIT
szerint
A BULLARD-féle kontinens rekonstrukció
Mivel a tengerek vízszintje a földtörténeti idők alatt különböző okok miatt változik,
emiatt jelentősen megváltozhat a kontinensek partvonalainak alakja is. Ha tehát a
kontinensek ilyen módon értelmezett széleit
− vagyis magukat a partvonalakat − toljuk
egymás mellé, akkor még abban az esetben sem kaphatunk tökéletes illeszkedést, ha a
kontinensek valóban egyetlen tömbből származnak.
5. ábra: A B
ULLARD
-féle kontinens rekonstrukció
13. előadás: Geotektonika
13-5
Célszerű tehát nem a partszegélyeket, hanem a kontinensek valódi széleit, az ún. selfek
vonalát illeszteni. Ez pedig az a rész, ahol a sekélytengeri részek átmennek a mély óceáni
területekbe
− vagyis az 1. ábrán látható kontinentális lejtő területe. Ennek megfelelően
B
ULLARD
és munkatársai a kontinenseket úgy igyekeztek egymás mellé helyezni, hogy a
területeik közötti hézagok és átfedések a lehető legkisebbek legyenek. Ezt a minimum-
feladatot a legkisebb négyzetek módszerét felhasználva
− a lehetőségek igen nagy száma
miatt
− számítógéppel oldották meg. Az így elkészített kontinens rekonstrukciót az 5.
ábrán mutatjuk be. A kontinensekhez tartozó sekélytengeri részeket pontozott területek
mutatják; az illesztésnél adódó átfedéseket feketével, a fennmaradó hézagokat pedig
fehérrel jelöltük. Mivel az egymás mellé helyezett kontinensek közötti rések és átfedések
meglehetősen kicsik, ezért valójában igen jó illeszkedés adódott.
Érdekes megfigyelni, hogy melyek azok a helyek, ahol viszonylag rosszabb az
illeszkedés. Pl. Afrika és Dél-Amerika esetében a legnagyobb átfedések éppen a Niger és a
Kongó torkolatánál adódnak, ahol a folyók által szállított hatalmas mennyiségű hordalék
évmilliók alatt utólagosan módosította az afrikai kontinens eredeti szegélyvonalát.
Paleomágneses bizonyítékok
A korábbiakban már láttuk, hogy ha valamely vulkáni eredetű kőzetből mintákat
veszünk és meghatározzuk ezen kőzetminták eredeti fekvését, valamint a
mágnesezettségük irányát, akkor meg tudjuk mondani, hogy milyen volt a kőzet
keletkezésekor a földi mágneses tér iránya és a mágneses pólusok hol helyezkedtek el.
Elsőként Angliában és Észak-Európában végeztek ilyen vizsgálatokat és arra a
meglepő eredményre jutottak, hogy a kőzetminták mágnesezettségének iránya nem
állandó, hanem amint visszafelé haladunk a földtörténeti múltba, a mágneses irányok
fokozatosan a vízszintes irányhoz közelednek, majd el is érik ezt. A jelenséget
kétféleképpen értelmezhetjük: vagy a mágneses pólus vándorolt úgy, hogy egykor Anglia
és Észak-Európa területére esett a mágneses egyenlítő vidéke; vagy pedig maguk a kőzetek
− tehát a kontinensek − vándoroltak el, amelyek egykor a mágneses egyenlítő vidékén
voltak. Mivel a Föld mágneses tere és a Föld tengelykörüli forgása között kapcsolat van (a
Föld mágneses tengelye mindig a forgástengely közelében kell legyen, és ezt jelentősen
nem hagyhatja el) ezért a mágneses pólus nem vándorolhatott el számottevően, így a
kontinenseknek kellett elmozdulniuk.
A további részletes paleomágneses vizsgálatok során még az is kiderült, hogy a
különböző kontinensek kőzetei alapján más-más mágneses pólusvándorlási görbék
adódnak. A különböző kontinensekre adódó pólusvándorlási görbék a földtörténeti múltba
visszafelé haladva a 6. ábrán látható módon egyre jobban széttartanak. Ugyanakkor
azonban tudjuk, hogy Földünk mágneses tere dipólusos szerkezetű, ezért csak egyetlen
mágneses északi és déli pólusa van, aminek a Föld felszínén csak egyetlen nyomvonala
lehet. Ezért a 6. ábrán látható különböző pólusvándorlási görbék csak azzal
magyarázhatók, hogy a kontinensek ma nem azon a helyen vannak, mint ahol a vizsgált
kőzeteik keletkeztek.
Így az időben visszafelé haladva, egyre jobban széttartó és közel azonos alakú
mágneses pólusvándorlási görbék csak a kontinensek vándorlásával magyarázhatók. Ennél
azonban jóval többet is mondhatunk; mivel az egyetlen pólusvándorlási görbe
követelménye alapján meg tudjuk határozni az egyes kontinensek relatív helyzetét is a
földtörténeti múlt különböző időpontjaiban. Ezzel minden eddiginél pontosabb és
megbízhatóbb kontinens rekonstrukciót tudunk elkészíteni, sőt azt is pontosan meg tudjuk
Óravázlat a Geofizikai alapismeretek előadásaihoz
13-6
mondani, hogy a kontinensek mikor váltak szét egymástól és milyen útvonalon jutottak a
jelenlegi helyzetükbe.
6. ábra: Mágneses pólusvándorlási görbék a különböző kontinensekre
Igen jó példa erre Afrika és Dél-Amerika esete. A 6. ábrán látható, hogy a két
kontinensre két különböző pólusvándorlási görbe adódik. Ahogyan időben közeledünk a
földtörténeti jelenkor felé, a két görbe fokozatosan egyre közelebb kerül egymáshoz és
végül a jelenkori vulkáni kőzetek vizsgálata alapján azonos pólus adódik
− amely
természetesen azonos a mostani mágneses pólussal. Ha a két kontinenst a B
ULLARD
-féle
rekonstrukciónak megfelelően egymás mellé toljuk, akkor a kontinensek vándorlásának
legmeggyőzőbb bizonyítékát kapjuk: ugyanis így a mezozoikum előtti időkre a két
kontinens pólusvándorlási görbéje a meghatározás pontosságán belül egybeesik, majd a
mezozoikumtól a görbék két részre válnak és a jelenkor felé haladva egyre inkább
eltávolodnak egymástól. Ebből egyértelműen megállapítható, hogy Afrika és Dél-Amerika
a mezozoikum elején, kb. 200 millió évvel ezelőtt vált szét egymástól. A két kontinens
pólusvándorlási görbéjének a perm és a jelenkor közötti időpontokra történő
egybeejtésével az is meghatározható, hogy Afrika és Dél-Amerika milyen útvonalon jutott
a jelenlegi helyzetbe.
− A vizsgálat természetesen valamennyi kontinensre egyaránt
alkalmazható.
Az óceáni medencék tágulása
Az óceánok fenekének domborzatát nagy vonalakban már régebben ismerték, azonban
a részletes feltérképezésük csak az 1950-es években kezdődött meg H
EEZEN
amerikai
geofizikus vezetésével. Ezekben az időkben tárult teljes részletességgel a kutatók szeme
elé az óceánok mélyén a 7. ábrán látható hatalmas méretű, egymáshoz kapcsolódó
hátságrendszer, amely végighalad az Atlanti-, az Indiai-, és a Csendes-óceánon, valamint
az Északi-Jeges-tenger alatt. Ez a Közép-óceáni
− a továbbiakban röviden óceáni −
hátságrendszernek nevezett, mintegy 60000 km hosszúságú, több száz km széles és az
óceáni medencék 4800 m-es átlagos fenékmélysége fölé 1000-3000 m-rel kiemelkedő
óriási, összefüggő szerkezet általában az óceánok középvonala mentén a partvonalakkal
csaknem párhuzamosan halad. A hátságrendszer vonulatait számos, rá merőleges törés, ún.
transzform vetődés szabdalja 200-2000 km hosszúságú darabokra. A térképezés során
felfedezték, hogy a hátságok gerincvonalában vékony, mély hasadékszerű völgy található.
Később megállapították, hogy ezen középponti hasadékvölgy mentén igen sok sekélyfészkű
13. előadás: Geotektonika
13-7
földrengés keletkezik és tengeralatti vulkánok működnek. (A 8. ábrán, a Közép-Atlanti-
hátság kinagyított képén jól kivehető a középponti hasadékvölgy és az említett transzform
törések. )
7. ábra: Az óceánok fenekén végighúzódó világméretű hátságrendszer
8. ábra: A Közép-Atlanti-hátság
Óravázlat a Geofizikai alapismeretek előadásaihoz
13-8
A tengeri mágneses mérések eredményei
Röviddel az 1960-as évek előtt erősen megnövekedett az érdeklődés az óceánok iránt.
Ennek egyik következménye volt az óceánok felszínén elvégzett hatalmas mennyiségű
mágneses mérés, amelynek alapján ezekről a területekről igen részletes mágneses
anomália-térképek készültek.
1961-ben a S
CRIPPS
Oceanográfiai Intézet kutatói felfedezték, hogy Észak-Amerika
nyugati partjainál addig ismeretlen, erősen elnyúló, a partvonalakkal párhuzamosan futó
mágneses anomáliasáv-rendszer húzódik; de semmiféle olyan szabályos geológiai
szerkezetet nem sikerült találni, mely létrehozhatta volna ezeket. Az ilyenféle mágneses
hatóknak (mágneses kőzettesteknek) az eredete néhány évig teljesen titokzatos maradt.
9. ábra: Mágneses anomáliák változása Izland környékén
10. ábra: Mágneses anomáliák a Csendes-óceáni-hátság egyik
szelvényében
13. előadás: Geotektonika
13-9
Közben más kutatók egészen hasonló mágneses anomáliasáv-rendszereket találtak az
óceáni hátságok területén, ahol az anomália-térképek a hátságok gerincvonala feletti több
száz km szélességű övben meglepő szabályosságot mutattak: a pozitív és a negatív
mágneses anomáliák egymást szabályosan váltogatva, igen hosszú sávokban jelentkeztek.
E sávok hossztengelyei egymással és az óceáni hátság gerincvonalával párhuzamosak, sőt
az egész mágneses anomáliatér a hátság gerincvonalára szimmetrikus. Ezt szemlélteti a 9.
ábra, amelyen a Közép-Atlanti-hátság egy Izlandhoz közeli része feletti mágneses
anomáliák láthatók (feketével a pozitív, fehérrel a negatív anomáliákat jelöltük). Ugyanezt
a feltűnő szimmetriát láthatjuk a 10. ábra felső részén, a Csendes-óceáni-hátság gerincére
merőleges egyik szelvényben. A szimmetria kihangsúlyozása céljából a felső görbe alatt
(amely mérési eredmény) feltüntettük ugyanennek a görbének a hátság gerincére
vonatkozó tükörképét is.
A földmágneses anomáliák ilyen mértékű szabályos eloszlása nem lehet a véletlen
műve, tehát mindenképpen magyarázatot követel. A magyarázatot 1963-ban V
INE
és
M
ATTHEWS
, a Cambridge-i Egyetem kutatói adták meg. Magyarázatuk a mágneses
térfordulások jelenségére épült. Elképzelésük szerint az óceáni hátságok gerincvonala
mentén olvadt állapotú kőzetanyag áramlik a mélyből felfelé, mely a felszínre érve vagy a
felszín közelében lehűl és az aktuális mágneses térnek megfelelően felmágneseződik,
miközben mindkét oldalról hozzánő a régi óceáni fenék anyagához (11. ábra). A
folyamatos feláramlás következtében az óceáni hátságok gerince mentén állandóan új
óceáni fenékanyag képződik, amely a régebbi kőzeteket a hátság gerincvonalától jobbra és
balra széttolja. Ahogyan a korábban felszínre jutott kőzetanyag a hátságok gerincvonalára
szimmetrikusan széttolódik, váltakozóan normál és fordított mágnesezettségű kőzetsávok
alakulnak ki, annak megfelelően, hogy milyen polaritású volt a földmágneses tér az egyes
kőzetrészek keletkezésének időpontjában. Az óceánok felszínén végzett magnetométeres
mérésekkel ezeknek a normál és fordított mágnesezettségű kőzettesteknek megfelelő
mágneses tér mérhető, azaz ennek megfelelően jönnek létre az óceáni hátságok
gerincvonalával párhuzamos és erre szimmetrikus pozitív illetve negatív mágneses
anomáliasávok.
11. ábra: A mágneses anomáliasávok magyarázata
Óravázlat a Geofizikai alapismeretek előadásaihoz
13-10
A Vine-Matthews-hipotézis igazolása
A Vine-Matthews-hipotézist nagymértékben alátámasztotta, hogy az időközben egyre
gyarapodó tengeri mágneses mérések során az óceáni hátságok valamennyi szelvényében
teljesen hasonló, szabályos mágneses anomáliasáv rendszereket találtak. Ha az egyes
szelvényekben a Vine-Matthews-hipotézisnek megfelelő váltakozó mágnesezettségű
kőzetmodelleket veszünk fel, akkor az ezekre számított mágneses anomáliák jól
megegyeznek a valóságban mért anomáliákkal. Jó példa látható erre a 10. ábrán. Az ábra
alján felvett néhány km-es vastagságú óceáni fenéklemezen fehérrel a jelenlegi mágneses
térnek megfelelő "normál" mágnesezettségű, feketével pedig a fordított mágnesezettségű
kőzethasábokat jelöltük. A modell felett látható a felvett mágneses hatókra kiszámított
"elméleti" görbe, amely szinte tökéletesen megegyezik a valóságban mért és az ábra felső
részén látható görbével.
A főleg mágneses anomáliák alapján levezetett hátságmodell jó összhangban van más
geofizikai mérések eredményeivel is.
12. ábra: A földrengések kipattanási helyei
A legszembetűnőbb
− szinte matematikai szigorúságú − bizonyítékot az óceáni
hátságok mentén keletkező gyakori földrengések epicentrumainak eloszlása szolgáltatta.
Amint a 7. és a 8. ábrán is láthattuk; az óceáni hátságok gerince nem folytonos vonal,
hanem törések és vetődések által mintegy 200-2000 km hosszúságú szakaszokra tagolt
lépcsős futású szerkezet: Ezek a törések olyan pontokat kötnek össze, amelyek egykor
egymás mellett voltak. A törések egyébként pontosan jelentkeznek a mágneses
anomáliasávokban is, mivel ezek szorosan követik a hátság szétszabdalt gerincét. Mivel a
hátságok elvetődött gerince felett mindig a jelenlegi normális mágnesezettségű kőzeteknek
megfelelő anomáliasáv található, tőle szimmetrikusan két oldalra pedig a váltakozó előjelű
sávok, ez arra utal, hogy a szétszabdalt hátsággerincek ma is "élnek", azaz folyamatosan
termelik az új óceáni fenékanyagot. Ekkor viszont
− mivel a hátságok gerincvonala mentén
mindenütt anyag áramlik szét
− az elvetődött gerincrészek (a 12. ábra jobb oldalán látható
A és B pont) között az óceáni fenékanyag egymással ellentétes irányban mozog. Ez az
elmozdulás azonban nem folyamatos, hanem a jelzett A és B pont között a kőzetekben
először rugalmas energia halmozódik fel, majd amikor ez eléri a kőzetek törési
szilárdságát, az anyag a vetődési sík mentén eltörik, hirtelen elmozdulás lép fel és a
rugalmas energia földrengéshullámok formájában szétterjed. A 12. ábra jobb oldalán
világosan látszik, hogy az óceáni hátságok elvetődött gerincrészeit összekötő törési
13. előadás: Geotektonika
13-11
zónákban relatív elmozdulás kizárólag az A és a B pont között lép fel, ezen pontokon
kívül a kőzettestek már együtt mozognak; tehát a törési zóna mentén földrengések is csak
kizárólag itt keletkezhetnek. Ezt a típusú törést transzform törésnek nevezzük.
Ha most az eddigiektől függetlenül, csupán a morfológia alapján gondolkodnánk, a
törésvonalat látva a geológiában már jó1 ismert egyszerű harántvetődést gyanítanánk és
−
feltételezve, hogy a vetődési folyamat még ma is tart
− bizonyára arra a megállapításra
jutnánk, hogy a törési zónának teljes hosszában szeizmikus aktivitást kell mutatnia. (Ezt az
esetet a 12. ábra bal oldalán láthatjuk, ahol a szeizmikus aktivitás területét keresztekkel
jelöltük.
Az egyszerű harántvetődés és az óceánfenék széttolódását bizonyító transzform
vetődés tehát szeizmológiai vizsgálatokkal pontosan elkülöníthető. Mivel az óceáni
hátságok mentén a földrengések epicentrumainak eloszlása teljesen egyértelműen a
vetődések transzform jellegét igazolják, ez tehát nem egyéb, mint a spreading (az
óceánfenék szétterjedés) bizonyítása. Ugyancsak a széttolódást bizonyítja óceáni hátságok
mentén kipattanó földrengések fészekmechanizmusa.
Megállapíthatjuk tehát, hogy a világ óceánjain áthaladó hatalmas méretű
hátságrendszer Földünknek az a különös helyszíne, ahol a földkéreg állandóan születőben
van. A felszínre ömlő és szétterjedő kéreg alatti olvadt kőzetanyag eredményezi az
óceánok alatti ismert bazaltvulkánosságot és hozza létre a mágneses anomáliasávokat.
Ugyancsak ez magyarázza a hátságok magas hőáramát és a rendszerint pozitív gravitációs
Faye-anomáliákat, valamint a negatív Bouguer-anomáliákat. A hátságrendszer mentén
keletkező földrengéseket pedig a szétszakadó és a transzform vetődések vonalán
elmozduló
− közben egymással súrlódó − kőzettestek okozzák.
A globális tektonika (lemeztektonika) elmélete
Az 1960-as évek derekán a földtudományokkal foglalkozó szakemberek bizonyítva
láttak két különböző vándorlási elméletet: a kontinensek vándorlását és az óceáni
medencék széttolódását. Tisztázatlan volt azonban, hogyan kapcsolódik egymáshoz e két
mozgásrendszer, illetve van-e egyáltalán kapcsolat az óceánfenék széttolódása és a
kontinensek vándorlása között. Ezekben az időkben a szakemberek érezték, hogy
hamarosan nagy felfedezés fog bekövetkezni. Ez a felfedezés az 1960-as évek végén
született meg, amikor a két mozgásrendszert sikerült egységbe hozni és létrejött a szintézis,
amelyet lemeztektonikának nevezünk. A lemeztektonika elmélete szerint az óceáni
medencék és a kontinensek nem külön vándorolnak, hanem olyan nagy egységek (ún.
litoszféralemezek) mozognak, amelye általában óceáni és kontinentális területeket egyaránt
magukban foglalnak. A lemeztektonika alapvetően ú utakat nyitott a földtudományokban,
jelenleg a legátfogóbb és legjelentősebb geotektonikai elmélet, amely alkalmas arra, hogy
megmagyarázza a földtudományok alapproblémáit.
A lemeztektonika alaptételei
A lemeztektonika elmélete szerint a Földünk felszíne hat nagy és több kisebb, kb. 60-
120 km vastagságú litoszféralemezre osztható. Ugyanazon litoszféralemezek általában
kontinentális és óceáni területeket egyaránt magukban foglalhatnak. Ezek a közel
merevnek tekinthető lemezek egymáshoz viszonyítva mozognak. Közöttük három
különböző mozgásforma lehetséges: két lemez vagy távolodik egymástól, vagy szembe
mozog egymással, vagy elcsúszik egymás mellett. Ezt a 13. ábrán látható modell
szemlélteti.
Óravázlat a Geofizikai alapismeretek előadásaihoz
13-12
Az egymástól távolodó lemezszegélyek mentén a litoszféralemezek alatt levő
asztenoszférából állandóan új kőzetanyag tör a felszínre és nô hozzá a lemezszegélyekhez.
Ezek az akkréciós (növekedő) lemezszegélyek. Ilyenek az óceáni hátságok és valószínűleg
ilyen a most kialakuló Kelet-Afrikai-árok, a Vörös-tenger és a Bajkál tó vidéke.
A második mozgásforma esetében két lemez szembe mozog egymással. Attól függően,
hogy milyen típusú lemezek ütköznek, két alapeset lehetséges. Amikor kontinentális lemez
ütközik óceáni lemezzel, akkor az óceáni lemez a kontinentális terület alá bukik, lehatol
több száz km mélységbe, majd feloszlik az asztenoszféra anyagában. Ha azonban két
kontinentális lemez ütközik, akkor ennél lényegesen bonyolultabb kép alakul ki, mivel
egyik lemez sem tud a másik alá hatolni. Ekkor olyan zóna jön létre, ahol a kőzetek
összenyomódnak, meggyűrődnek, összetöredeznek, hatalmas alá- és fölétolódások
alakulnak ki. Az egymással szembe mozgó lemezek határai a konszumációs
lemezszegélyek, illetve az alátolódó lemezek esetében más néven a szubdukciós zónák.
Ezeken a területeken találhatók a mélytengeri árkok, ezekkel párhuzamosan helyezkednek
el az aktív szeizmikus és vulkáni övek és itt találhatók az orogén (hegységképződési) övek
is. Ilyen területek pl. a Csendes-óceánt szegélyező cirkumpacifikus öv és az Alp-
Himalájai-Melanéziai övezet.
13. ábra: A litoszféralemezek mozgásformái
A harmadik mozgásforma két lemez között a közeledés vagy a távolodás nélküli
horizontális elcsúszás, a transzform vetődés. A leghíresebb példa erre a kaliforniai Szent-
András-törésvonal és a törökországi Anatóliai-vetődés.
A különféle lemezszegélyek és mozgásformák vázlatos képe a 13. ábrán látható; ahol
A az akkréciós lemezszegélyeket, S a szubdukciós zónákat és T a transzform
vetődéseket jelöli.
Az egyes litoszféralemezek belső részei tektonikai szempontból nyugodt területek, a
tektonikai aktivitás zónái a lemezek szétszakadó, az egymással szembe mozgó és az
egymás mellett elcsúszó szegélyei. A Föld kérge és a felső köpenyének egy része
összefüggő és együttmozgó részt alkot, amelyet litoszféralemezeknek nevezünk. A lemez
elnevezést részben a merevségük, részben pedig az indokolja, hogy ezek vízszintes
kiterjedése legalább tízszerese, de több esetben néhány százszorosa a vastagságuknak. A
litoszféralemezek alatt levő több száz km vastag és igen kis merevségű övet
asztenoszférának hívjuk, míg a földköpeny fennmaradó részét, amely ismét nagyobb
merevséggel rendelkezik és a tektonikai folyamatokban már nem vesz részt, mezoszférának
szokás nevezni.
13. előadás: Geotektonika
13-13
A lemezhatárok megállapítása
A litoszféralemezek határainak megállapítása az esetek jelentős részében egyszerű
feladat, mivel ezek bizonyos felszíni formák alapján is felismerhetők. Lemezhatárok
vannak pl. az "élő" óceáni hátságok, a mélytengeri árkok és a transzform törések mentén.
A kevésbé egyértelmű esetekben a lemezhatárokat a Föld tektonikusan aktív zónái
jelölik ki, ezért a Föld szeizmicitás térképe a lemezhatárok megállapításához
nélkülözhetetlen. Bizonyos esetekben azonban a szeizmicitás térképek sem adnak biztos
segítséget a lemezhatárok meghatározásához. Az Alp-Himalájai öv nagy részén pl. a
földrengések több száz km szélességű sávban pattannak ki, ezért itt a lemezhatárok
helyének pontos meghatározása igen nehéz feladat. Bizonytalan lemezhatárok más
helyeken is előfordulnak; a későbbiekben ezekkel még részletesebben foglalkozunk.
A litoszféralemezek mozaikja
Ma még nincs véglegesen lezárva az a kérdés, hogy pontosan hány litoszféralemez
található a Földön, mivel egyrészt bizonyos lemezhatárok pontos megállapítása még nem
történt meg, másrészt a válasz attól is függ, hogy a lemezek legkisebb méretének és a
lemezhatárok menti legkisebb elmozdulásoknak mely értékét fogadjuk el. Így az
alapkérdés inkább az, hogy mekkora azon litoszféralemezek minimális száma, melyek
kielégítően meghatározzák a globális tektonikai modellt. L
E
P
ICHON
1968-ban hat
lemezből álló modellt alkalmazott és meghatározta az egyes lemezek közötti relatív
sebességeket. A hat legnagyobb lemez: az Amerikai-, az Eurázsiai-, az Afrikai-, az Indiai-
Ausztráliai-, az Antarktiszi-, és a Pacifikus-lemez. Később ezt a modellt további több mint
30 kisebb/nagyobb lemez, illetve tábla figyelembevételével finomították. A felsorolt
lemezek elhelyezkedése és a lemezhatárok a 14. ábrán láthatók.
14. ábra: A nagyobb litoszféralemezek és egymáshoz viszonyított
mozgási sebességük
Ma már geodéziai mérésekkel a különböző lemezhatárok mentén bárhol
meghatározható a lemezek egymáshoz viszonyított mozgási sebessége. A 14. ábrán a
nagyobb litoszféralemezek legjellegzetesebb egymáshoz viszonyított mozgási
Óravázlat a Geofizikai alapismeretek előadásaihoz
13-14
sebességértékeit is feltüntettük cm/év dimenzióban, (a pozitív értékek távolodást, a negatív
értékek közeledést jelentenek). Látható, hogy a legnagyobb elmozdulások a Pacifikus-, és
az Indiai-Ausztráliai-lemez határai mentén tapasztalhatók.
A Föld felszíni formáinak kialakulása
A földtudományokban régóta létezik néhány megoldásra váró alapprobléma. Ezek
közül leginkább az a folyamat vár magyarázatra, amely a Föld felszínét kialakította és
állandóan megújítja. Ezzel kapcsolatosan felmerül néhány igen fontos részletkérdés is, pl.:
a nagy lánchegységek kialakulása, az óceáni medencék feltűnően fiatal kora, az
ősmaradványok és a különböző kőzetek területi eloszlása stb. A lemeztektonika
segítségével a földtudományok alapkérdéseinek nagy részére kielégítő magyarázat adható,
ezek közül most csak egyetlen kérdéssel nagy lánchegységek képződésével foglalkozunk.
Érdekes, hogy a lánchegységek kőzeteinek nagy részét alkotó tengeri üledékek hogyan
kerülnek több száz, sőt több ezer méter magasságra. Képzeljük el azt az esetet, amikor
szárazföldi kőzetlemez alá olyan óceáni litoszféralemez tolódik, amely óceáni és
kontinentális területet egyaránt tartalmaz. Az óceáni lemez a kontinentális talapzat
közelében nagy mennyiségű olyan tengeri üledéket hordoz, amely a nyílt óceánon
képződött és közvetlenül a bázisos, ultrabázisos óceáni kéreganyagra rakódott le. Amikor a
szubdukciós zónában már az összes óceáni kőzetlemez alátolódott és a kontinentális
területek ütköznek, akkor érdekes jelenségek történnek. Az összeütközési zónában
bizonyos kőzetek, amelyek az óceánok mélyén terültek el (tehát a mélytengeri üledékek és
az ún. párnás bazaltok) összetorlódnak és akár több ezer métert elérő magasságba
gyűrődhetnek fel. Ha ehhez hozzávesszük az ütközés helyén kialakuló nagy nyomás-, és
magas hőmérséklet-értékeket, akkor könnyen megérthetjük, hogy ebben a zónában miért
jönnek létre kőzetátalakulások, hogyan fejlődnek ki a lánchegységek jellegzetes kőzetei.
A lemezek összetartó mozgását az ütközéseknél fellépő ellenálló erők előbb-utóbb
megállítják. Valószínű, hogy a lemezek relatív mozgásának periodikus megváltozásában
legfőbb ok a kontinensek összeütközése.
Dostları ilə paylaş: |