Kontinentų dreifas: nuo globalaus pseudomokslo iki globalios teorijos

Remdamasis šiais ir daugybe kitų duomenų, Wegeneris rekonstravo tokią pasaulio paleogeografiją. Viršutiniame paleozojuje (akmens anglies ir permo periodai) bei žemutiniame mezozojuje (triasas) Žemėje buvo tik vienas superkontinentas (vok. Urkontinent), kuriam Wegeneris suteikė gal kur pasiskolintą Pangėjos (gr. „Visa Žemė“) pavadinimą. Pangėją supo pasaulinis Panatlaso vandenynas (gr. „Visa Jūra“). Prieš 200 ir 180 mln metų, juros periode, Pangėja suskilo į du kontinentus, tarp kurių susidarė Tetijos okeanas. Wegeneris pietinį kontinentą pavadino Gondvana, kaip ir Suessas, o šiaurinio kontinento – Laurazijos – pavadinimą pasiūlė jo pasekėjas, Pietų Afrikos kompanijos „De Beers“ vyr. geologas Alexander du Toit 1937 m. Kreidos ir triaso periodų sandūroje, prieš 65 mln metų, visi dabartiniai kontinentai vienas nuo kito atsiskyrė, išskyrus Australiją, iki galo dar neatsiskyrusią nuo Antarktidos. Indijos subkontinentas tuo metu buvo daug piečiau ir judėjo link Azijos, su kuria galiausiai susidūrė ir suformavo Tibetą ir Himalajų kalnus. Ši Wegenerio paleorekonstrukcija iš esmės sutampa su dabartine; pagrindinis skirtumas tas, kad Wegeneris manė, jog triaso periode ašigalių precesija smarkiai nukreipė Žemės ašį ir klimato juostas visuose kontinentuose.

Wegeneris nesiėmė nagrinėti, kokia jėga judina kontinentus, išsakęs hipotezę apie Koriolio jėgą, „bėgimą nuo ašigalių“ (masės pasislinkimą link pusiaujo dėl Žemės sukimosi ir gravitacijos), potvynio jėgos, konvekcijos SiMa sluoksnyje, ir pastebėjęs, kad „geologija dar laukia savo Niutono“.

Mokslo bendruomenė į Wegenerio teoriją dėmesį atkreipė XX a. trečiojo dešimtmečio pradžioje, kai išėjo jau trečiasis Wegenerio knygos leidimas. Atsirado šiek tiek Wegenerio šalininkų. Jau minėtas Arthuras Holmesas pateikė Wegeneriui idėją, kad kontinentus judinanti konvekcija vyksta mantijoje. Alexanderis du Toitas 1923 metais atlikęs ekspediciją į P. Ameriką, paliudijo, kad Brazilijos nuosėdinių formacijų stratigrafija – Transvaalio stratigrafijos kopija ir nurodė daug Wegenerio klaidų, kurių ištaisymas jo teoriją padarė dar labiau tikėtina.

Du Toito kolega Reginaldas Aldworthas Daly'is, sukūręs hipotezę apie astenosferą, padėjo išspręsti Wegenerio kritikų nurodomą problemą. Jeigu okeaniniai SiMa bazaltai tokie plastiški, kad jai juda granitiniai SiAl kontinentai, tai vandenynų kalnagūbriai ir gilios įdubos (pavyzdžiui, Marianų įduba, su Challengerio gelme, pačiu giliausiu pasaulinio vandenyno tašku) negali egzistuoti – jie turi išsilyginti, kaip abisalinės lygumos, o taip nėra. Daly padarė prielaidą, kad po SiMa sluoksniu esanti Barrello astenosfera panaši į stiklą: mechaniškai veikiant, trapi, tačiau aukštoje temperatūroje ir nuolat slegiama, tampa plastiška (dabartinis supratimas kiek skiriasi nuo Daly suformuluotojo).

Dar vienas Wegenerio šalininkas, olandų geologas Willem van Waterschoot van der Gracht, aptiko okeano, užsivėrusio kaledoninės kalnodaros metu (ordovikas ir devono pradžia), požymius – šiuolaikinėse rekonstrukcijose tai Japeto vandenynas. Van der Grachto aptiktas reiškinys plokščių tektonikoje vadinamas „superkontinentų ciklu“ – maždaug kartą per 200–500 milijonus metų Žemės plokštės susijungia į vientisą superkontinentą, kuris paskui vėl suskyla. Japeto vandenyno, pagal dabartinę rekonstrukciją atsiradusio dėl seniau nei prieš pusę milijardo metų suskilusio superkontinento Panotijos, užvėrimas sukūrė Wegenerio Pangėją. „Superkontinentų ciklą“ aprašė jau kitos kartos geologas, vienas iš plokščių tektonikos kūrėjų John Tuzo Wilson – kurio garbei ciklas pavadintas „Wilsono ciklu“.

Tačiau dauguma tiek Europos, tiek ir JAV geologų Wegenerio teorijai priešinosi. Kadangi meteorologas Wegeneris įsibrovė į svetimą teritoriją ir kadangi Wegenerio tyrimas buvo metatyrimas (rėmėsi ne nuosavais lauko tyrimais,o mokslinės literatūros tyrimais), nusipelniusių geologų požiūris buv kaip į nekompetentingą diletantą. Įdomu, kad Wegenerio kritikai atakavo jį iš mokslo progreso pozicijų: seismologas Bailey Willisas, „sąsmaukų koncepcijos“ šalininkas, pareiškė, kad Wegenerio teorija atsiliko nuo šiuolaikinio mokslo, kaip fizika iki Piero ir Marijos Kiuri darbų. 1926 metais van der Grachtas Niujorke sukvietė Wegenerio teorijos aptarimo simpoziumą. Jame Wegenerį palaikė tik Van der Grachtas ir Tayloras – kiti geologai pagerbė Wegenerį, kruopščiai ir rimtai iš visų pusių ir požiūrio taškų jo darbą sukritikuodami. Svarbiausias simpoziumo priekaištas buvo, kad Wegeneris faktus nagrinėja pasirinktinai, atsižvelgdamas tik į tuos, kurie atitinka jo teoriją. Wegeneris pritaiko sprendimą pagal užduotį ir todėl tokio būdo laikyti moksliniu negalima, nusprendė simpoziumas.

Wegenerį, panašu, tokia kritika ne itin nuliūdino. 1929 metais jis išleido paskutinįjį „Kontinentų ir okeanų kilmės“ leidimą ir ėmė ruošti dar vieną, jau ketvirtą, ekspediciją į Grenlandiją – seisminiu būdu matuoti ledo skydo storį pačiame salos centre. 1930-ųjų metų ekspedicijoje jis per sunkų žiemojimą ir mirė nuo širdies priepuolio.

Po Wegenerio mirties „kontinentų dreifą“ rimtai vertino tik nedaugelis mokslininko šalininkų, o daugeliui ortodoksiškų geologų tai buvo marginalinė teorija, mokslinis vėjavaikiškumas. Vieni profesoriai apie šią teoriją studentams išvis nepasakojo, kiti tik laidė jos adresu juokelius. Bet jeigu Wegeneris būtų pragyvenęs dar 30 metų, būtų galėjęs sulaukti naujojo savo teorijos triumfo – kurį smarkiai priartino Antrasis pasaulini karas ir dar labiau – Šaltasis karas.

Antrasis pasaulinis karas, kaip ir Pirmasis, buvo intensyvaus povandeninio karo prieš transporto maršrutus ir priešininkų karo laivus, scena. Šaltojo karo metu povandeniniai laivai irgi buvo labai svarbūs – ir kaip lėktuvnešių naikinimo priemonė, ir jau vėliau kaip povandeniniai raketnešiai. Povandeninių laivų naudojimas greitai pagerino akustinę žvalgybą ir paskatino efektyvių sonarų ir magnetometrų kūrimą, galinčių aptikti priešo laivus pagal atsispindėjusį aidą. Tačiau tie patys prietaisai imti naudoti ir okeanografijoje – norint kariauti po vandeniu, būtina žinoti okeano dugno reljefą. O dėl atsiradusio branduolinio ginklo reikėjo smarkiai patobulinti seisminės žvalgybos priemones, kuriomis būtų galima fiksuoti branduolinio ginklo bandymus. Tai buvo ir jautresni seismografai, ir naujos seisminės stotys tokiose vietose, kur priešininko neužstojo Žemės branduolio akustinis „Oldhamo šešėlis“. Mokslų apie Žemę biudžetai smarkiai išaugo, pagerėjo ir materialinis aprūpinimas, ir laboratorinė prietaisų bazė. Dabar tai buvo gynybos klausimas, o tai reiškia, mokslą ėmė finansuoti nebe šykštūs privatūs sponsoriai, o dosnūs valstybių biudžetai. Dėl to penktajame, šeštajame XX a. dešimtmetyje okeanografai, visų pirma JAV, gavo daugybę naujų duomenų – šimtus ir tūkstančius kartų daugiau, nei turėjo iki karo. O kai ši kritinė masė susikaupė, išryškėjo keli nuostabūs fenomenai.

Ketvirtajame dešimtmetyje seismologas Maurice Ewing, ortodoksinės geologijos šalininkas, išsiaiškino, kad vandenyno dugne Žemės pluta itin plona ir joje praktiškai nėra granito – būtent to galima tikėtis pagal Wegenerio teoriją.

Šeštojo dešimtmečio viduryje amerikiečių geologai – Allanas V. Coxas, Richardas Dowellas ir Brentas Dalrymple'as, siekdami suprasti, kaip reguliariai kinta Žemės magnetinis laukas, atliko tiek kontinentinių, tiek ir okeano dugno kernų uolienų paleomagnetinę analizę. 1959 metais buvo publikuota pirmoji paleomagnetinė skalė, kurioje matėsi, kad planetos istorijoje pakaitomis eina laikmečiai (chronai) – tiesioginio ir atvirkštinio magnetizmo periodai. Chronai gali trukti nuo kelių šimtų tūkstantmečių (mūsų laiku) iki poros dešimčių milijonų metų (kreidos periodas). Magnetinis laukas tarp chronų kinta itin sparčiai, per keletą amžių ar netgi dešimtmečių. Iš pradžių jo intensyvumas mąžta 10–20 kartų, o paskui vėl ima augti, tačiau jau priešingo poliariškumo.

1952 metais Ewingo bendradarbiai Kolumbijos universiteto okeanografijos centre Bruce'as C. Heezenas ir Marie Tharp, pagal sonarų duomenis sudarinėdami Šiaurės Atlanto dugno žemėlapį, išvydo, kad Vidurio Atlanto kalnagūbris susideda iš dviejų viršūnių grandžių su tarp jų esančiu tarpekliu – tiksliai taip, kaip ir turi atrodyti Žemės plutos lūžių lygumos Žemės kontinentuose. Pasakojama, kad Heezenas, iš Tharp profilio supratęs, kas būtent yra prieš jį, sušuko: „Negali būti, juk tai kontinentų dreifas“. Papildę savo žemėlapį žemės drebėjimų duomenimis, Heezenas ir Tharp išsiaiškino, kad žemės drebėjimų epicentrai išsidėstę tomis pat linijomis, aiškiai rodančiomis plutos lūžio vietas, ir daugybė jų nuolat vyksta po vandeniu, išilgai viduriniųjų kalnagūbrių.

1956 m. rudenį Heezenas ir Tharp, vadovaujami dabar jau buvusio ortodokso Ewingo, Amerikos geofizikų asociacijos posėdyje pranešė, kad visi pasaulio povandeniniai kalnagūbriai formuojasi abipus Žemės plutų skilimų, be to, kai kurie iš jų pereina į antžemines lūžio lygumas – pavyzdžiui, Afaro depresija Etiopijoje eina į Raudonąją ir Arabijos jūrą. Pagal viską sprendžiant, lygumos – ne kas kita, kaip plutos „neišgydomos žaizdos“, iš kurių nuolat liekasi karšta lava, kurianti naują Žemės plutą. Šis atradimas padėjo Tharp patekti į pirmąją gyvenime okeanografinę ekspediciją – lig tol ji vandenyną tyrinėjo tik sausumoje, remdamasi prietaisų rodmenimis, iki 1965-ųjų metų JAV moterų į tyrimų laivus nepriimdavo.

1955 metais Keithas Runcornas iš Kembridžo aptiko, kad skirtingo amžiaus Europos uolienų paleomagnetiniai duomenys rodo magnetinio ašigalio migraciją. Paaiškėjo, kad Europoje šie mikroskopiniai „kompasai“ palaipsniui pasisuka taip, lyg proterozojaus eone šiaurinis magnetinis polius būtų buvęs Havajuose, o nuo triaso periodo – maždaug ten, kur ir dabar. Magnetiniai ašigaliai chrono periodu išties migruoja, tačiau, iš vienos pusės, daug sparčiau, 10 – 50 kilometrų per metus greičiu, o iš kitos – per visą stebėjimų laiką jis nė karto nebuvo nuklydęs už poliarinio rato ribų. Įsivaizduoti, kad Žemės geležies ir nikelio branduolys,kuriantis magnetinį lauką nukrypo no ašigalio per 70°, sunkiau, nei įsivaizduoti jo poliariškumo keitimąsi ar kontinentų dreifą – Žemės branduolio giroskopinis momentas kolosalus. Kai Runcornas išvyko į ekspediciją JAV, problema dingo: to paties amžiaus amerikietiškų akmenų magnetinė orientacija buvo visiškai kitokia. Magnetiniai poliai nejudėjo. Tai reiškia, judėjo patys kontinentai.

Tais pačiais 1955–1956 metais okeanografai Ronaldas George'as Masonas ir Arthuras Ruffas iš Scrippso okeanografijos centro La Jolla (Pietų Kalifornijoje) sudarė Rytų Ramiojo vandenyno kalnagūbrio magnetinius žemėlapius. Iš abiejų kalnų grandinės pusių driekėsi simetriškos priešingo magnetinio poliariškumo juostos, tad nespalvotas atvaizdas priminė zebro nugarą.

Sukauptos informacijos pakako, kad Princetono geologijos fakulteto dekanas, okeanografas Harry'is Hammondas Hessas, Antrojo pasaulinio karo metais surinkęs geriausią pasaulyje duomenų apie vandenyno dugną bazę, ir jo kolega karinis okeanografas Robertas S. Dietzas iškėlė prielaidą, kad konvekcija astenosferoje per vidurinius lūžius išspaudžia lavą, atskirdama Žemės plutos plokštes. Karštesnė lava pakyla aukščiau kalnagūbrio lygio ir nuteka per abi jo puses. Taip šalia kalnagūbrio susidaro nauja plutos juostelė ir Žemės plutos plokštės juda. Tuo pat metu kitose vietose, kur, plutos fragmentai susiduria, pluta trupa ir byra į mantiją. Taip palaikoma medžiagų apytaka Žemėje (tuo Hessas padėjo kryžių ir ant Žemės plėtimosi ir traukimosi teorijų).

1963 metais Frederickas Vine'as ir Drummondas Matthewsas iš Kembridžo, bei nepriklausomai nuo jų Lawrence'as Morley'is iš Toronto, remdamiesi Hesso ir Dietzo teorijomis apie vandenynų dugno plėtimąsi, paaiškino, iš kur atsirado zebriški dryžiai. Priešingo poliariškumo juostos išilgai povandeninių kalnagūbrių, žymi datas, kada buvo sukurtos šios Žemės plutos dalys. Aušdama lava įmagnetėja, ir pagal Coxo – Dowello – Dalrymple'o skalę galima nustatyti jos amžių. Teorija labai greitai pasitvirtino, tyrinėjant naujus vandenyno kalnagūbrius: juostos ėjo išilgai jų, be to, tiksliai pagal paleomagnetizmo skalę. Geologija, lig tol buvusi didžiąja dalimi aprašančiu mokslu, ėmė įgyti nežinomų reiškinių numatymo galimybes.

Vienas iš šių tyrėjų, jau mums pažįstamas John Tuzo Wilsonas, plokščių tektonikos formavimąsi baigė 1965 m. straipsniu „Naujos lūžių klasės ir jų įtaka kontinentų dreifui“. Šiame straipsnyje Wilsonas, aprašydamas plutos fragmentą, pirmą karą panaudojo terminą „plokštė“, išvardino septynias pagrindines litosferos plokštes ir aprašė tris pagrindiniu jų lūžių tipus: divergentinį, kai plokštės tolsta viena nuo kitos ir sukuria naują okeaną, jei lūžis eina kontinento pakraščiu, arba nauja vandenyno dugno pluta, jei tai vandenyno vidurio kalnagūbris; konvergentinį, kai plokštės artėja viena prie kitos ir tankesnė okeaninės plutos dalis nyra po kontinentine (subdukcija), o išsilydžiusi jos medžiaga kontinente kuria vulkaninį lanką, o vandenyne – vulkaninių salų grandines (kartais, kai susitinka dvi kontinentinės dalys, Žemės pluta sustorėja ir susidaro geologiškai aktyvūs aukšti kalnai – pavyzdžiui, susiduriant Indijos ir Eurazijos plokštėms, susiformavo Himalajai); transforminį, kai plokštės lyg trinasi viena su kita šonais, sukurdamos prie lūžio linijos skersinius plyšius ir sukeldamos žemės drebėjimus jo galuose; klasikinis tokio lūžio pavyzdys – iš kino filmų žinomas San Andreas lūžis Kalifornijoje (filmuose mėgstama vaizduoti, kaip išilgai San Andreas lūžio išsidėstęs San Franciskas, Silicio slėnis ir Holivudas nugarma Ramiojo vandenyno dugnan, tačiau būtent tai su transforminio tipo lūžiu taip nutikti niekaip negali).

Neseniai iki tol Wilsonas pateikė Havajų salų atsiradimo paaiškinimą. Pasak Wilsono, šioje Žemės rutulio vietoje dėl kažkokios priežasties egzistuoja stabilus karštasis takas, kitaip „mantijos kuokštas“ – kylantis konvekcinis mantijos srautas, kaitinantis plutą. Tuo tarpu plokštė juda savo ruožtu, ir toje vietoje, kur yra karštasis taškas, atsiranda, o po to gęsta ugnikalnis. Užgesusius vulkanus ardo erozija ir jie palengva panyra po vandeniu, virsdami gajotais – povandeniniai kalnai plokščiomis viršūnėmis. Įkandin pagrindinės Havajų salos su ugnikalniu Mauna a Wākea, aukščiausiu pasaulio kalnu (10 km, jei matuotume nuo povandeninės papėdės iki viršūnės), nusitęsė 129 ugnikalnių grandinė, pamažu virstanti iš salų Imperatoriškaisiais povandeniniais kalnais, einančiais iki pat Kamčiatkos. Seniausio iš jų amžius – 82 mln metų.

1966 metais plokščių tektonikos kūrimas iš esmės buvo baigtas, tai įtvirtino trys konferencijos, vykusios nuo 1966 m. balandžio iki 1967 m. Mokslo revoliucijos dalyviai suformulavo pagrindinius atradimus bei sampratas, ir 1968 metų rugsėjį straipsnis „Seismologija ir nauja globali tektonika“ aprašė naują mobilios ir „gyvos“ Žemės modelį. Amerikiečių geologų pasiekimai labai greitai paplito ir buvo priimti visame pasaulyje kaip darni Žemės planetos sandaros teorija. Dabartinėje Žemės plokščių tektonikoje lieka dar daug neaiškių ir ginčytinų vietų, tačiau žiūrint bendrai, teorija pasiteisina. Pati globalioji hipotezė – kad litosferos plokštės iš tiesų juda, – buvo patvirtinta beveik po pusės amžiaus, kai GPS jutikliai visuose kontinentuose ėmė fiksuoti savo poslinkio vektorius.

Taip Wegeneris, svajodamas apie „geologijos Niutoną“, pats po mirties juo tapo. Tuo pačiu metu, kai buvo sukurta plokščių tektonika, mokslo istorikas Thomas Kuhnas išleido savo knygą „Mokslo revoliucijų struktūra“, kur XVI–XVII amžių mokslinės revoliucijos pavyzdžiu aprašė, kaip kinta mokslo paradigma. Humanitariniuose moksluose teorijos prognozavimo galios įrodymų pasitaiko retai, tačiau ciklas, kurį įveikė Wegenerio teorija, daug kuo panašus į Kuhno aprašytąjį – ir tame yra savotiška istorijos ironija, kad Kuhnui aprašant istorinį paradigmos poslinkio ciklą, kitas toks ciklas ryžtingai baigėsi tiesiog jo kaimynystėje (Kuhnas buvo Princetono profesoriumi nuo 1964 m. ir gali būti, dalinosi stalu su okeano dugno plėtimosi atradėju Hessu).

Jurijus Amosovas. Ana­li­ti­nio cent­ro prie RF vy­riau­sy­bės va­do­vo pa­ta­rė­jas

Alfredo Wegenerio istorija – ne vienintelis pasiekimas, atliktas laisvu laiku. Niutono mechanika alchemikui Niutonui irgi nebuvo gyvenimo tikslas. Wegenerio pavyzdys įdomus tuo, kad parodo: atkakliems diletantams žmogiškosios minties raidoje yra atskira ypatinga vieta. Jie nėra tokie gilūs, kaip specialistai, tačiau geba apžvelgti specialistams neprieinamas platumas ir gali sau pasikėsinti į nejudamą ortodoksiją, kurios nepastebi, nes jų akys neprimuilintos ilgamečiais darbais visų pripažįstama kryptimi. Diletantai savo vietoje atsiduria retai ir dažniausiai pasirodo esantys neteisūs, tačiau kartkartėmis tik diletantas geba žengti lemiamą žingsnį ir „pasinerti kaip erezijon, į negirdėtą paprastumą“* naujos globalios ir tikros teorijos.

Kita knyga, savo laiku taip pat pakeitusi paradigmą – šį kartą religinę, teisingai aprašė tokią situaciją: „Akmuo, kurį statytojai atmetė, tapo kertiniu akmeniu.“**.