Vicki L. Hansen, við Minnesota-háskóla í Duluth, telur að loftsteinn sem skall niður á hina ungu jörð hafi komið jarðskorpuflekunum á hreyfingu.

Við leiðum kannski ekki hugann að því á hverjum degi, en okkur er þó fullljóst að þurrlendi jarðar er á stöðugri hreyfingu undir fótum okkar – þótt það fari sér hægt. Fyrir aðeins 30-40 árum var sú tilhugsun að jarðskopuflekarnir væru á reki líkt og ísjakar á hafi nokkuð framandi. Og það var svo sem ekkert skrýtið. Fátt virðist staðfastara en einmitt meginlöndin.

Nú vita jarðfræðingar þetta með vissu og sú vissa byggist á kenningunni um rek jarðskorpuflekanna. Á svipaðan hátt og þróunarkenning Darwins er þessi kenning nú orðin grundvallarkenning í jarðfræði. Hún byggist á því að jarðskorpan sé samsett úr flekum á hreyfingu. Hreyfing jarðskorpuflekanna getur skýrt megnið af öllum jarðskjálftum, eldgosum og tilurð fellingafjalla, en allt eru þetta meðal mikilvægustu fyrirbrigða á sviði jarðfræðinnar.

Landrekskenningin og þróunarkenningin eiga fleira sameiginlegt en að vera grundvallarkenningar hvor á sínu sviði. Rétt eins og fylgjendur Darwins þurftu að berjast hatrammlega fyrir viðurkenningu, var landrekskenningin lengi framan af úti í kuldanum. Það var ekki fyrr en á 7. og 8. áratug síðustu aldar sem vísindamenn tóku almennt að aðhyllast landrekskenninguna. Nú dettur engum lengur í hug að draga sannleiksgildi hennar í efa. Upphaf landreksins hefur þó lengi verið mönnum ráðgáta.

Nú setur bandaríski jarðfræðingurinn Vicki L. Hansen, við Minnesota-háskóla í Duluth, fram þá tilgátu að jarðskorpuflekarnir kunni að hafa komist á hreyfingu fyrir tilviljun fyrir meira en 2,5 milljörðum ára. Vicki Hansen álítur að stórir loftsteinar sem fallið hafi niður allvíða á jörðinni hafi orðið þess valdandi að mikið hraun hafi flætt upp á yfirborðið og komið af stað skörunarferlinu þar sem einn jarðskorpufleki rennur inn undir annan, en þetta ferli er einmitt einkennandi fyrir landrekið.

Enginn trúði Wegener

Það var þýski veðurfræðingurinn, jarðfræðingurinn og stjörnufræðingurinn Alfred Wegener, sem árið 1915 setti fram þá kenningu að meginlöndin færist til og að þau hefðu eitt sinn endur fyrir löngu verið öll saman komin í einu stóru meginlandi. Samtíðarmenn Wegeners lögðu hins vegar ekki trúnað á kenninguna. Á þessum tíma voru ríkjandi tvær aðrar kenningar um þróun jarðarinnar. Samkvæmt annarri var jörðin talin óumbreytanleg, en hin gerði ráð fyrir að hnötturinn væri enn að kólna og þess vegna að draga sig saman. Báðar þessar kenningar fólu í sér skýringar á útliti yfirborðsins og því hvernig fjöll hefðu myndast, en báðar voru þó komnar í ákveðna sjálfheldu af mismunandi ástæðum. Sem fyrstu vísbendingu fyrir gildi kenningar sinnar gat Wegener bent á að meginlöndin féllu hvert að öðru líkt og púslkubbar. Best sást þetta á lögun Suður-Ameríku og Afríku, sem myndu passa ágætlega saman ef Atlantshafið væri ekki á milli. Wegener hafði þó fleiri röksemdir fyrir kenningu sinni, einkum jarðfræðileg líkindi milli meginlanda. Sams konar steingervinga var að finna á aðskildum meginlöndum og báðum megin heimshafanna mátti líka sjá fjallgarða sem líktust mjög varðandi bergtegundir og byggingu. Þetta gilti t.d. um fjöll í Skandinavíu, Skotlandi, Austur-Grænlandi og í norðausturhluta Norður-Ameríku. Wegener taldi auðveldast að skýra þetta með því að þessi lönd hefðu eitt sinn öll legið saman.

Wegener hélt áfram að vinna að kenningu sinni allt þar til hann lést 1930. Ein af ástæðum þess að kenningin naut ekki viðurkenningar um hans daga, var sú að honum tókst ekki að benda á drifkraftinn að baki landrekinu. Bestu tilgátur hans í því efni voru aðdráttarafl tunglsins og miðflóttaaflið frá snúningi jarðar. Þessar skýringar var hann þó ekki ánægður með sjálfur og jarðeðlisfræðingar vísuðu þeim á bug sem hreinum fjarstæðum.

Kaflaskil urðu svo á árunum eftir síðari heimsstyrjöld. Af hernaðarlegum ástæðum og með nýrri sóntækni tóku jarðfræðingar að kortleggja aðstæður á hafsbotni. Niðurstöðurnar komu vægast sagt á óvart. Úti í miðjum heimshöfunum reyndust stórir fjallgarðar teygja sig um þúsundir kílómetra víða um hnöttinn.

Miðsvæðis í þessum fjallahryggjum, sem í upphafi voru nefndir „miðúthafshryggir“ streymdi upp hraun úr iðrum jarðar, að því virtist óaflátanlega. Jarðfræðingarnir uppgötvuðu nú líka að mjög brattar hlíðar voru frá landgrunni og niður á hafsbotn. Þetta benti til að meginlöndin og úthöfin væru afar ólík fyrirbrigði. Síðast en ekki síst fundust nú djúphafsgjár, oftast rétt við rætur landgrunns. Þessar gjár gátu náð niður á 11 km dýpi. Á þessum tíma var jarðfræðingum líka orðið kleift að mæla upptök jarðskjálfta víðs vegar á hnettinum mun nákvæmar en áður. Upptökin reyndust einmitt vera við hina nýfundnu fjallahryggi í miðjum heimshöfunum og við djúphafsgjárnar. Á þessum stöðum hlutu sem sagt að verða einhverjar hræringar í jarðskorpunni.

Þessar uppgötvanir komu vísindamönnunum að sjálfsögðu til að klóra sér í höfðinu. En fyrir alvöru urðu þó kaflaskil upp úr 1960 þegar tekið var að bora í hafsbotninn frá skipum. Skriður komst á málið þegar D/V Glomar Challenger lagði frá bryggju 1968 og hóf boranir á vegum fjölþjóðaverkefnisins „Deep Sea Drilling Project“. Þessar boranir stóðu næstu 15 árin.

Undir þekju setlaga komu vísindamennirnir alls staðar niður á storknað hraun af þeirri gerð sem kallast basalt. Og basaltið reyndist geyma áhugaverðar upplýsingar. Í bráðnu hrauni eru segulmálmar sem við storknun snúa sér eftir ríkjandi segulsviði. Af þessu leiðir að klöpp sem orðið hefur til í eldgosi, varðveitir eins konar steingert segulsvið. Á langri ævi hefur segulsvið jarðar snúist við nálægt einu sinni á milljón ára fresti. Þessi svonefndu pólskipti hafa reynst einkar nytsamleg í rannsóknum á jarðsögunni. Jarðfræðingar nota þau m.a. til að skipta jarðsögunni í tímabil. Á okkar dögum snýr segulsviðið „rétt“ og þetta tímabil, sem fengið hefur heitið Brunhes, tók við Matuyama-tímabilinu fyrir um 700.000 árum, en þá var norðursegulskautið þar sem suðurskautið er nú. Þetta merkir jafnframt að steinrunnið segulsvið getur sagt nokkurn veginn til um aldur klapparinnar, ef á annað borð er unnt að tímasetja klöppina gagnvart pólskiptum. Vísindamennirnir rannsökuðu segulmálma í basaltinu og fundu sér til undrunar samfellda röð pólskipta frá okkar dögum og aftur í tímann. Röðin var líka mjög sérkennandi. Samhverfar raðir fundust út frá neðansjávarhryggjum í miðjum úthöfum. Næst þeim voru yngstu steinrunnu segulsviðin en síðan æ eldri eftir því sem fjær dró.

Það kom einnig í ljós að jafnvel elsti hafsbotninn var á jarðsögulegan mælikvarða mjög ungur og ekki eldri en 200 milljón ára. Þetta var í beinni andstöðu við meginlöndin þar sem finna mátti 3,8 milljarða ára gamalt berg. Setlögin sem í tímans rás höfðu sigið niður á sjávarbotninn studdu líka niðurstöðurnar. Vísindamennirnir uppgötvuðu nú að yngsta setið var næst neðansjávarhryggjunum en eldra eftir því sem fjær dró.

Af öllu þessu var aðeins unnt að draga eina ályktun: Það hlaut stöðugt að hafa orðið til nýr sjávarbotn við neðansjávarhryggina. Og smám saman hafði sjávarbotninn færst fjær eftir því sem nýr bættist við.

Sjávarbotninn vex stöðugt

Þar með voru fundnir þeir púslkubbar sem vísindamennirnir röðuðu saman í landrekskenningu nútímans. Nú vita jarðfræðingar að jarðskorpuflekarnir eru stinnir og gerðir úr jarðskorpunni sjálfri ásamt allra efsta lagi möttulsins. Flekarnir fljóta ofan á neðri hluta möttulsins sem er mýkri og lausari í sér. Megindrifkrafturinn í flekahreyfingunum er hitinn í iðrum jarðar. Hitinn veldur hraunstraumum í möttlinum, sem þrátt fyrir að vera þéttur í sér, er fljótandi vegna hitans og þrýstingsins. Þetta svokallaða hitauppstreymi veldur því að bráðið hraun streymir upp í djúpsjávarhryggjunum og storknar þar og verður að basalti sem síðan þrýstist til hliðar af völdum nýs hrauns. Basaltið er þungt og þessir jarðskorpuflekar verða því tiltölulega þungir.

Þegar slíkur djúpsjávarfleki rekst á jarðskorpufleka með þurrlendi efst og úr léttara efni, svo sem graníti, eða jafnvel á annan hafsbotnsfleka, rennur brún djúpsjávarflekans undir brún hins og efnið bráðnar og rennur saman við möttulinn. Þessi stöðuga skörun veldur því að hafsbotnar eru jafn ungir og raun ber vitni. Elsti hluti sjávarbotnsins hverfur stöðugt aftur niður í möttulinn. Skörunin verður við djúphafsgjárnar og þar getur hafsbotnsfleki á niðurleið valdið kröftugum jarðskjálftum. Að auki bráðnar brún flekans og sendir glóandi hraun upp á yfirborðið. Handan við djúphafsgjána myndast annað hvort fjallgarðar á borð við Andesfjöll eða eldfjallaeyjar á borð við Filippseyjar.

Meginlöndin eru léttari í sér og haldast því yst á jarðflekum sínum og flytjast með þeim. Fyrir kemur þó að landflekar rekist á. Gott dæmi er Indland sem nú rekst harkalega á Asíu og myndar Himalajafjöll í atganginum. Sérstakar aðstæður koma upp þegar hitauppstreymi myndast á nýjum stað. Gerist þetta undir meginlandi, brotnar það á endanum í tvennt og nýtt haf myndast á milli brotanna. Þannig skildust Afríka og Suður-Ameríka að á sínum tíma og nú má sjá merki um sömu þróun á svæði sem kennt er við Rift-dal í Austur-Afríku.

Loftsteinn markaði upphafið

Jarðfræðingarnir þekkja sem sagt þau ferli sem knýja landrekið. Þeim er líka ljóst að það hefur staðið yfir í milljarða ára. En nánast engar hugmyndir eru á kreiki um hvernig þetta hófst. Einkum hefur þótt skorta kenningar um hvernig skörunin, sem sagt hvernig einn jarðskorpufleki sekkur undir annan, hófst.

Það er hér sem Vicki Hansen kemur til sögunnar með nýja tilgátu sína. Allra fyrst, segir þessi bandaríski jarðfræðingur, verður maður að sjá fyrir sér hina ungu jörð eins og hún var útlits fyrir meira en 2,5 milljörðum ára. Og hún var frábrugðin því sem nú er að minnsta kosti að tvennu leyti. Í fyrsta lagi rigndi þá enn niður loftsteinum bæði stórum og smáum. Þetta sjá vísindamenn á loftsteinagígum á tunglinu og Mars og líkön af myndun sólkerfisins sýna þetta líka. Í öðru lagi var jörðin miklum mun heitari en nú. Þetta telur Vicki Hansen fela í sér að jörðin hafi verið hulin tiltölulega sveigjanlegri jarðskorpu. Þessi skorpa var öll einsleit og sem sagt enginn munur á massafylli eða teygjanleika. Í möttlinum undir jarðskorpunni hljóta að hafa verið hitastraumar sambærilegir þeim sem þar eru nú. Og Vicki Hansen ímyndar sér að þetta uppstreymi gæti hafa gert jarðskorpuna veikari fyrir á sumum stöðum en öðrum.

Hraunstreymi leyst úr læðingi

Ef loftsteinn skall til jarðar einmitt þar sem jarðskorpan var veikust fyrir og áreksturinn myndaði gíg, kannski meira en 1.000 km í þvermál, gæti það hafa komið af stað ferli sem ekki varð auðveldlega stöðvað. Auk þess sem jarðskorpan varð enn þynnri á þessu svæði getur höggið hafa aukið enn á hitann í möttlinum þar fyrir neðan og þannig valdið hraunstreymi upp á við. Þetta hraun braust upp á yfirborðið, storknaði þar og myndaði þunga og stinna skorpu. Hafi ferlið haldið áfram, hefur það breiðst út frá þessum miðpunkti og eftir þeim línum þar sem jarðskorpan var veikust fyrir og smám saman teygt úr sér yfir langt svæði, ekki ósvipað hluta af þeim neðansjávarhryggjum sem við þekkjum nú.

Vicki Hansen sér svo fyrir sér að þynnri jarðskorpa í gígnum eftir loftsteininn hafi af völdum hraunstreymisins pressast til hliðar og rekist á gígbarmana, sem verið hafa of traustir til að láta undan. Flekabarmarnir hafa þá tekið að renna undir gígbarminn og þar með var skörunarferlið hafið. Síðar mynduðust svo lengri sprungur þar sem jarðskorpan var þynnst út frá gígnum og þar streymdi nýtt hraun upp. Þannig mynduðust að lokum löng sprungusvæði, eins konar forsögulegir djúpsjávarhryggir.

Nákvæmlega hvenær skörunin hófst þorir Vicki Hansen ekki að fullyrða, en segir þó a.m.k. vera liðna 2,5 milljarða ára síðan. En hún bætir því við að sú röð tilviljana sem hún tilgreinir í tilgátu sinni, gæti hafa átt sér stað mörgum sinnum og víða á hnettinum. Þannig gæti skörunin hafa byrjað á mörgum stöðum. En alla vega var teningunum kastað, því þegar skörun jarðskorpufleka er á annað borð hafin, breiðir hún auðveldlega úr sér.

Alla tíð síðan hafa skörunarsvæðin stöðugt gleypt kanta hafsbotnsflekanna en meginlandsflekarnir hafa færst úr stað um yfirborð hnattarins, frá ísköldum svæðum til hitabeltisins, til baka og í kuldann og svo áfram og áfram. Þetta er skýringin á því að á svo köldu landi sem Grænlandi og Suðurskautslandinu má finna steingervinga af dýrum og plöntum sem lifað hafa í miklu hlýrra loftslagi. Stundum hafa meginlönd brotnað sundur en í önnur skipti hefur þau rekið saman og a.m.k. þrisvar á síðustu 1,5 milljörðum ára hafa þau myndað sameiginlegt stórmeginland, síðast Pangeu, sem tók að brotna sundur fyrir um 250 milljónum ára.

Landrekið stöðvast

Eftir 250 milljónir ára munu meginlöndin að nýju hafa sameinast í eitt ofurmeginland, samkvæmt þeim reiknilíkönum sem jarðfræðingar hafa sett upp. En á endanum mun þetta meginland einnig rofna og þannig heldur það áfram. Til mjög langs tíma litið, eftir a.m.k. mörg hundruð milljón ár eða þó öllu fremur milljarða ára, fer þó svo að lokum að landrekið stöðvast.

Í hinu stóra samhengi séð hefur jörðin nefnilega verið að kólna allt frá því að hún varð til fyrir 4,6 milljörðum ára. Kólnunin hefur vissulega verið afar hæg, vegna þess að sundrun geislavirkra efna hefur alltaf skapað hita, sem hægt hefur á kólnuninni. Hitauppstreymið til yfirborðsins veldur því hins vegar að jörðin gefur frá sér hita. Og þegar kólnunin hefur náð því stigi að hitastraumarnir stöðvast, hefur landrekið líka gengið sína leið á enda.

Hvort sú tilgáta sem Vicki Hansen hefur nú sett fram um uppruna skörunarinnar á fyrir höndum að deyja út, eða kannski verða skyldulesning fyrir alla jarðfræðistúdenta er allt of snemmt að fullyrða nokkuð. Í upphafi hefur tilgátunni verið vel tekið af öðrum jarðfræðingum. Vicki Hansen segir tilgátu sína flokkast með þeim sem þurfi langan tíma til að sanna eða afsanna. Hún líkir henni við þá tilgátu að tunglið hafi myndast eftir árekstur milli jarðarinnar og hnattar á stærð við Mars mjög snemma í sögu jarðar. Sú tilgáta kom fram á 7. og 8. áratugnum og var í upphafi afgreidd sem tómt bull. Síðan hafa komið fram nýjar vísbendingar sem þykja styðja þetta og hugmyndin er nú ekki lengur talin útilokuð.

Og Vicki Hansen hefði ekki síður getað bent á Alfred Wegener. Það má svo sannarlega læra af sögu landrekskenningarinnar að sumar tilgátur vísindamanna þurfa iðulega að ganga í gegnum langa og stranga erfiðleika áður en þær öðlast viðurkenningu og verða jafnvel grundvallarkenningar.