Kuinka magneettiset kuviot tallentavat levyä siirtymään
Ajattele merenpohjaa jättimäisenä "arkistona", joka säilyttää ajan jäljet. Ei kirjoitetussa muodossa, vaan kiviin upotettuina magneettisina kuvioina. Nämä kuviot – symmetriset magneettiviivat merenpohjassa – ovat tulleet vahvimmaksi todisteeksi siitä, että mannerlaatat todella liikkuvat. Näiden magneettisten tallenteiden avulla tiedemiehet voivat jäljittää, milloin merenkuori muodostui, kuinka nopeasti merenpohjan leviäminen tapahtui ja miten maapallon laatat siirtyivät miljoonien vuosien aikana.
Maan magnetismi ja luonnollinen "kompassi" kivissä
Maan globaali magneettikenttä muistuttaa jättimäistä sauvamagneettia. Magneettiset voimaviivat lähtevät läheltä magneettista etelänapaa ja saapuvat lähelle magneettista pohjoisnapaa. Tämä magneettikenttä ei ole kiinteä: sen voimakkuus voi muuttua, magneettinapojen sijainnit voivat siirtyä ja mikä tärkeintä tässä keskustelussa – se joskus kääntää suunnan (geomagneettinen kääntyminen). Kun kääntyminen tapahtuu, Maan magneettikentän suunta muuttuu 180 astetta: kompassi, joka osoitti "pohjoiseen", osoittaa nyt "etelään" (magneettisessa mielessä).
Mitä tekemistä tällä on sitten kivien kanssa? Monet kivet, erityisesti magmasta peräisin olevat, sisältävät magneettisia mineraaleja, kuten magnetiittia (Fe₃O₄). Kun magma jäähtyy ja muuttuu magmakiveksi, sen sisällä olevat magneettiset mineraalit "lukitsevat" Maan magneettikentän suunnan jähmettyessään. Tätä prosessia kutsutaan remanentiksi magnetoitumiseksi. Toisin sanoen tiettynä ajankohtana muodostuneet magmakivet voivat toimia kuin tiedonkeruulaitteet: tallentavat Maan magneettikentän suunnan syntymähetkellään.
Keskimeren harjanne: Uusi kuoritehdas
Magneettisen laattaliikkeen tallenteen avain on valtameren keskiselänne. Tämä on sarja vedenalaisia vuoria, jotka muodostuvat hajaantuvien laattojen reunoille, joissa kaksi laattaa liikkuu erilleen. Laattojen liikkuessa erilleen vaipasta irronnut magma nousee täyttämään aukon ja jähmettyy sitten uudeksi valtameren kuoreksi. Tätä jatkuvaa prosessia kutsutaan merenpohjan leviämiseksi.
Koska uutta kuorta muodostuu jatkuvasti valtameren keskiselänteille, merenpohja on pohjimmiltaan kuin liukuhihna: nuorin on aivan keskellä (selänteellä) ja vanhenee sitten liikkuessaan vasemmalle ja oikealle. Jokainen tiettynä ajankohtana muodostunut kuoren "kerros" tallentaa Maan magneettikentän suunnan kyseisellä hetkellä. Jos magneettikenttä on normaali kyseisenä aikana, kivet magnetoituvat normaaliin suuntaan; jos kyseessä on käänteinen jakso, kivet magnetoituvat vastakkaiseen suuntaan.
Symmetriset magneettiraidat: Laajentumisen sormenjäljet
Kun tiedemiehet kartoittivat merenpohjan magneettisia poikkeamia hinattavilla magnetometreillä, he löysivät yllättävän kuvion: magneettisten poikkeamien vyöhykkeitä, jotka kulkivat yhdensuuntaisesti valtameren keskiselänteiden kanssa ja olivat symmetrisesti järjestyneet niiden molemmille puolille. Nämä vyöhykkeet vuorottelivat "normaalin" ja "käänteisen" suunnan välillä.
Miksi juovikas kuvio syntyy? Koska valtamerenkuori muodostuu jatkuvasti, kun taas Maan magneettikenttä on joskus normaali ja joskus käänteinen. Kuvittele maalaavasi viivoja liukuhihnalle: kun mustaa maalia levitetään, muodostuu yksi juova; kun valkoista maalia levitetään, muodostuu toinen juova; ja niin edelleen. Merenpohjassa tämä "maali" on magneettikentän napaisuus. Kun magma jähmettyy valtameren keskiselänteillä, se tallentaa nykyisen napaisuuden ja kulkeutuu sitten pois laattojen liikkuessa. Koska leviäminen tapahtuu molempiin suuntiin suhteellisen tasapainoisesti, sama juovikas kuvio ilmestyy harjanteen molemmille puolille – luoden hyvin tunnusomaisen symmetrian.
Tämä symmetrinen kuvio on vahva todiste siitä, että merenpohja liikkuu ja uusiutuu jatkuvasti. Se vastaa myös ikivanhaan kysymykseen: minne vanha merenkuori menee? Vastaus: se lopulta vajoaa muiden laattojen alle subduktiovyöhykkeillä ja kierrätetään takaisin vaippaan.
Magneettinen kalenteri: Kuvioiden muuttaminen ajaksi
Magneettiset kuviot eivät ainoastaan osoita laattojen liikkumista, vaan mahdollistavat myös ajoituksen. Tutkijat ovat laatineet geomagneettisen napaisuuden aikaskaalan maanpäällisestä laavasta saatujen tietojen perusteella, jotka voidaan ajoittaa radiometrisilla menetelmillä (esim. kalium-argon tai argon-argon). Tämä asteikko listaa kaikki normaalin ja käänteisen napaisuuden jaksot viimeisen miljoonan vuoden ajalta.
Kun merenpohjan magneettisia juovituskuvioita verrataan globaaliin kääntymisaikaskaalaan, jokainen juova voidaan "sovittaa" tiettyyn aikaväliin. Se on kuin viivakoodin yhdistämistä: sama juovasarja osoittaa saman aikajärjestyksen. Näin ollen tiedemiehet voivat määrittää merenkuoren iän tietyssä paikassa yksinkertaisesti sen magneettisen kuvion perusteella.
Levyn siirtymän nopeuden mittaaminen
Kun kuoren ikä on tiedossa, seuraava vaihe on mitata laattojen liikkumisnopeus. Menetelmä on periaatteeltaan yksinkertainen:
1. Mittaa magneettinauhan etäisyys valtameren keskiselänteen akselista (johon kuori muodostuu).
2. Määritä nauhan ikä magneettisen kääntöasteikon avulla.
3. Laajenemisnopeus = matka / aika.
Esimerkiksi jos 5 miljoonaa vuotta sitten muodostunut vyöhyke on 100 km:n päässä harjanteesta, leviämisnopeus toisella puolella on 100 km / 5 miljoonaa vuotta = 20 km miljoonaa vuotta kohden eli 2 cm vuodessa. Koska leviämistä tapahtuu molemmilla puolilla, kahden laatan välinen kokonaisetäisyysnopeus voi olla kaksinkertainen (käytetystä määritelmästä riippuen).
Tätä menetelmää käyttämällä tutkijat havaitsivat, että laattojen liikkumisnopeus vaihtelee: jotkut ovat vain muutamia millimetrejä vuodessa, toiset useita senttimetrejä vuodessa – verrattavissa ihmisen kynsien kasvuvauhtiin.
Laattojen liikkeen rekonstruktio menneisyydessä
Magneettiset kuviot auttavat myös rekonstruoimaan valtamerten avautumisen ja mannerten ajautumisen historiaa. Atlantin alkaessa avautua uusi merenkuori muodostui Keski-Atlantin harjanteelle. Atlantin pohjalla säilyneet magneettiset vyöhykkeet tallentavat nyt, kuinka Afrikka ja Amerikka vähitellen erottuivat toisistaan. Yhdistämällä vyöhykkeiden iän, harjanteen sijainnin ja laattojen geometrian tiedemiehet voivat kelata tektonista "elokuvaa" taaksepäin: arvioida mantereiden sijainteja miljoonia vuosia sitten.
Lisäksi harjanteiden suunnan muutokset tai juovituskuvioiden epäsäännöllisyydet voivat antaa vihjeitä tektonisten voimien muutoksista, laattojen liikkeen muutoksista tai tapahtumista, kuten harjanteiden hyppyistä. Magneettinen tallennus ei siis kerro pelkästään nopeudesta, vaan myös siitä, miten tektonisen järjestelmän dynamiikka muuttuu ajan myötä.
Miksi tämä todistusaineisto on niin vahvaa?
Ennen merenpohjan magneettisten kuvioiden löytämistä mannerten ajautumisen ajatus (jonka ehdotti Alfred Wegener) hylättiin laajalti, koska ei ollut mekanismia tai vahvaa näyttöä, joka selittäisi mannerten liikkumisen. Symmetriset magneettijuovakartat tarjosivat kvantitatiivista ja globaalia näyttöä: sama kuvio havaittiin monissa valtamerissä, mikä on yhdenmukaista myös maanpäällisissä kivissä havaittujen Maan magneettikentän kääntymisten kanssa ja yhteensopivaa sen käsitteen kanssa, että uusi kuori syntyy valtameren keskiselänteillä ja katoaa subduktiovyöhykkeillä.
Tämä todistusaineisto on myös mitattavissa. Et vain "näe", että jokin sopii; voit laskea sen iän ja liikenopeuden. Tämä teki merenpohjan paleomagnetismista tärkeän virstanpylvään modernin laattatektoniikan teorian syntymisessä 20-luvun puolivälissä.
Sulkeminen
Merenpohjan magneettiset kuviot ovat tallenne Maan historiasta, joka on säilynyt kalliossa. Jokainen magneettisten poikkeamien vyöhyke tallentaa magneettikentän suunnan kuoren muodostuessa, ja koska valtameren kuori liikkuu poispäin keskiselänteistä, kuviot ovat siististi järjestettyjä ja symmetrisiä. Yhdistämällä ne magneettisten kääntymisten mittakaavaan tiedemiehet voivat määrittää kuoren iän, laskea leviämisnopeuden ja rekonstruoida laattojen liikkeen miljoonien vuosien ajalta. Näistä näkymättömistä "raidoista" luemme laattojen siirtymisen – todiste siitä, että Maan pinta on elävä, liikkuva ja jatkuvasti muuttuva järjestelmä.
Voin halutessasi lisätä kuvan magneettinauhakonseptista (yksinkertainen kaavio) tai mukauttaa tämän artikkelin populaariin (kevyempään) tai tieteelliseen (tekniseen) tyyliin tarpeen mukaan.
