Bakgrunn: Den dynamiske jordskorpa

Jordskjelv er ikke jevnt distribuert over jordas overflate. De er stort sett konsentrert i smale belter. I de samme sonene finner vi vulkaner og fjellkjeder. Hvorfor er det sånn?

Published

Kartet over jorda er i stadig forandring. Når du slår opp i et atlas som ble laget for ti år siden, kan du likevel regne med at det ikke har skjedd så mye at du må legge om reiseruta.

Jordskorpeplatene beveger seg bare mellom én og ti centimeter i året.

Platemosaikk

Forandringene skjer sakte i vårt perspektiv, men over millioner eller milliarder av år, er det snakk om veldig store forflytninger.

Dersom du klikker på denne lenken kommer du til en tidsmaskin som blant annet viser deg hvordan kontinentene har flyttet seg over flere hundre millioner år. Landområdet som er Norge i dag flytter seg nesten fra Sørpolen til Nordpolen!

I dag vet vi at så nær som alle geologiske prosesser er enten direkte eller indirekte påvirket av platetektonikk. Ordet tektonikk stammer fra gresk og betyr “å bygge”. Platetektonikk refererer altså til hvordan jordskorpa er bygd av en mosaikk av forskjellige plater.

"Jordskorpeplatene slik de ligger i dag. (Illustrasjon: NASA)"
"Jordskorpeplatene slik de ligger i dag. (Illustrasjon: NASA)"


 

Ideen om at jordas overflate er i stadig bevegelse, har bokstavelig talt ført til en grunnleggende endring i måten vi ser verden på. Platetektonikken har vært like viktig for geologien som oppdagelsen av atomets oppbygning for fysikken og evolusjonsteorien for biologien.

Ikke som et egg eller en rosin

Jordas steinete skorpe stivnet for flere milliarder år siden, like etter at jorda ble dannet. Men den ble ikke et fast skall, som et eggeskall. Den er delt opp i store plater som driver rundt på den myke og varme mantelen inne i jordkloden.

Platene beveger seg i mange forskjellige retninger, og over lange tidsperioder forandrer de også størrelse ettersom kantene vokser, klemmes sammen, eller blir dyttet ned igjen i jordas mantel.

Langt ut på 1900-tallet trodde mange forskere at når jorda kjølte seg ned etter det store smellet, trakk planetens overflate seg sammen og ble rynkete som på en rosin. Man trodde at kontinentene lå fast på jordas overflate.

"Denne illustrasjonen viser et snitt av jordkloden, og du kan se hvordan den varme og seige magmaen på innsiden beveger seg i sirkler. Jordskorpa ligger som en mosaikk av tektoniske plater oppå dette, og platene beveger seg hele tiden. (Illustrasjon: U.S. Geological Survey)"
"Denne illustrasjonen viser et snitt av jordkloden, og du kan se hvordan den varme og seige magmaen på innsiden beveger seg i sirkler. Jordskorpa ligger som en mosaikk av tektoniske plater oppå dette, og platene beveger seg hele tiden. (Illustrasjon: U.S. Geological Survey)"

Puslespillbrikker

Ideen om at kontinentene hadde flyttet på seg ble riktignok lagt frem lenge før 1900-tallet. Så tidlig som 1596 foreslo den tyske kartmakeren Abraham Ortelius at det amerikanske kontinentet hadde blitt revet løs fra det europeiske og afrikanske kontinentet.

Dersom du ser på globusen, ser kontinentene ut som puslespillbrikker som passer sammen.

I 1912 ble ideen plukket opp igjen av den tyske meteorologen Alfred Lothar Wegener, som kalte den teorien om kontinentaldriften. Wegener mente at for 200 millioner år siden begynte superkontinentet Pangaea å dele seg opp.

Fossiler og uvanlige geologiske strukturer

I tillegg til at kontinentene så ut til å passe sammen som puslespillbrikker, var Wegener oppmerksom på at de samme uvanlige geologiske strukturene og fossilene av samme planter og dyr fantes langs kystlinjene av Sør-Amerika og Afrika.

Han tenkte at det ville være fysisk umulig for disse organismene å svømme eller bli transportert over det store havet.

Wegeners ideer ble likevel ikke spesielt godt mottatt. Han kunne nemlig ikke forklare hva slags krefter som ville være sterke nok til å flytte hele kontinenter over store avstander. Etter at han var død, kom det frem ny informasjon, for eksempel gjennom utforskning av havbunnen, som etter hvert førte fram til dagens teori om platetektonikk.

I dag har teorien om platetektonikk blitt bekreftet og befestet, men flere aspekter ved teorien debatteres fortsatt. Ett av de viktigste spørsmålene handler fortsatt om hvordan kreftene som beveger platene fungerer.

Ingen flat havbunn og tynne sedimenter

Fire store utviklinger innen vitenskapen trigget formuleringen av teorien om platetektonikken.

For det første ble man klar over at havbunnen slettes ikke var flat. Utforskningen av havene, for eksempel ved hjelp av ekkolodd, viste at havbunnen var ujevn og kupert, og at det til og med lå store fjellkjeder der nede - som Den midtatlantiske rygg.

I 1947 fant amerikanske seismologer også ut at sedimentlaget på havbunnen var mye tynnere enn man hadde trodd. Forskerne antok nemlig at havene hadde eksistert i minst fire milliarder år, og at sedimentlaget derfor ville være veldig tykt. Hvorfor fant de bare et tynt lag? Svaret skulle bli avgjørende for utviklingen av teorien om platetektonikken.

Midthavsryggene

Senere på 1950-tallet ble det klart at det lå en enorm fjellkjede på havbunnen som nesten gikk rundt hele jordkloden.

Denne globale midthavsryggen er en enorm fjellkjede under vann, mer enn 50 000 kilometer lang og opp til 800 kilometer bred. Den går slynger seg mellom kontinentene og stiger opp til 4 500 meter over havbunnen.

Det går en slik rygg i nord-syd retning gjennom hele Atlanterhavet, der Island er det høyeste punktet. Øya, som ligger midt oppå ryggen, revner bokstavelig talt på midten.

Selv om den stort sett er godt gjemt under havet, er den globale midthavsryggen den mest prominente topografiske trekket ved overflaten på planten jorda.

Magnetisk sebramønster

På samme tid som de fikk bedre oversikt over havbunnen, fant forskerne merkelige magnetiske variasjoner der nede. Havbunnen består av mye basalt, en vulkansk stein som er rik på jern. Basalt inneholder et svært magnetisk mineral kalt magnetitt.

Magnetitt har såkalt reversert polaritet, det vil si motsatt av jordas magnetfelt. Magnetitt vil kunne få nordenden av kompasspila til å peke sørover. Korn av magnetitt i vulkansk stein, som fungerer som små magneter, legger seg på en spesiell måte orientert etter jordas magnetfelt.

"Magnetiske sebrastriper ligger symmetrisk med midthavsryggene. (Illustrasjon U.S. Geological Survey)"
"Magnetiske sebrastriper ligger symmetrisk med midthavsryggene. (Illustrasjon U.S. Geological Survey)"

Når magmaen kjøles ned til vulkansk stein, låses oppstillingen av magnetittkornene, slik at steinen registrerer jordas magnetiske orientering eller polaritet i det avkjølingen skjedde.

Det merkelige forskerne observerte, var at de magnetiske variasjonene på havbunnen hadde et tydelig mønster, nesten som sebrastriper. Sebramønsteret var satt sammen av vekslende striper med normal polaritet og reversert polaritet.

Revner på havbunnen

Forskerne måtte spørre seg hvordan dette stripemønsteret hadde blitt dannet, og hvorfor det var symmetrisk rundt toppen av midthavsryggene. Tidlig på 1960-tallet kom det en teori om at midthavsryggene markerte strukturelt svake soner der havbunnen rett og slett ble revet i to langs midthavsryggene.

Ny magma fra jordas indre ville tyte lett opp gjennom denne revnen og danne ny jordskorpe på havbunnen. Ideen ble støttet av observasjoner som viste at steinen som ligger nærmest midthavsryggen er veldig ung, og at den blir stadig eldre jo lengre unna den ligger. Den nærmeste steinen har alltid dagens (normal) polaritet, noe som antyder at jordas magnetfelt har snudd seg mange ganger.

Hypotesen fikk mye støtte, og jordskorpa i havbunnen oppfattes nå som et slags arkiv over hvordan jordas magnetfelt har snudd seg opp gjennom tidene. Dette har skjedd 170 ganger de siste 80 millioner årene.

Drillingen etter olje etter andre verdenskrig ga forskerne prøver fra jordskorpa under havet som bekreftet hypotesen.

Danner ny jordskorpe

En konsekvens av at havbunnen revner og magma tyter opp, er at ny havbunn blir dannet hele tida. Men hvordan kan ny jordskorpe dannes langs midthavsryggene uten at jorda blir blåst opp som en ballong og øker sin størrelse?

Geologen Harry H. Hess konkluderte med at dersom ny jordskorpe ble dannet ett sted, måtte den krympe et annet sted. Han antydet at havbunnen beveget seg bort fra midthavsryggene som på et samlebånd og forsvant ned i dyphavsgrøftene.

Dette er dype og smale undervannsdaler langs kanten av havbunnen i Stillehavet. Hess mente rett og slett at Atlanterhavet vokste, mens Stillehavet krympet.

Resirkulering

Han så for seg en slags resirkulering av jordskorpe der ny skorpe ble dannet ved midthavsryggene, og gammel skorpe forsvant ned i dyphavsgrøftene. Dette forklarte hvorfor jorda ikke vokste når ny jordskorpe ble dannet, samtidig som det forklarte hvorfor det er så lite sedimenter på havbunnen, og hvorfor steinen i havbunnen er yngre enn steinen i kontinentene.

Grunnen til at en midthavsrygg opptrer som en rygg, er at den nydannede, varme skorpen er lett, og blir kaldere og tyngre og synker derfor ned etter hvert som den beveger seg lengre vekk fra selve plategrensen.

Jordskjelvmønster

Utviklingen av seismografen gjorde forskere rundt om i verden i stand til å se at jordskjelvene var konsentrert i visse områder, nærmere bestemt parallelt med dyphavsgrøftene og langs midthavsryggene. Man skjønte at det var en sammenheng mellom jordskjelv, midthavsrygger og dyphavsgrøfter.

"Jordskjelv med styrke fem eller større mellom 1973 og 2003. Plategrensene kan tydelig sees som mer eller mindre kontinuerlige bånd av jordskjelv. (Illustrasjon: NORSAR)"
"Jordskjelv med styrke fem eller større mellom 1973 og 2003. Plategrensene kan tydelig sees som mer eller mindre kontinuerlige bånd av jordskjelv. (Illustrasjon: NORSAR)"

I dag vet forskerne en del om hvordan jordskorpeplatene beveger seg, og hvordan disse bevegelsene henger sammen med jordskjelv, vulkaner og dannelsen av fjellkjeder. Det meste av det vi kan kalle “action” innen geologien skjer der de forskjellige platene møter hverandre.

Plategrensene

Vi kan snakke om flere forskjellige typer plategrenser. For det første har vi de konstruktive plategrensene, der hvor platene beveger seg bort fra hverandre og det dannes ny jordskorpe mellom dem.

En bevegelse på 2,5 cm i året langs Den midtatlantiske rygg gir for eksempel en forflytning på 25 kilometer i løpet av én million år.

"Destruktiv plategrense. (Illustrasjon: U.S. Geological Survey)"
"Destruktiv plategrense. (Illustrasjon: U.S. Geological Survey)"

Så har vi de destruktive plategrensene hvor gammel skorpe forsvinner. Hvis den ene plata består av havbunn, kan den for eksempel skli ned under den andre plata. Dette området kalles en subduksjonssone, og kan gi opphav til enorme jordskjelv.

Der havbunnen presses ned dannes det en dyphavsgrøft, hvor havdypet noen steder overstiger 10 000 meter. Slike plategrenser finnes vest for Sør-Amerika, øst for Japan, og utenfor Sumatra hvor det enorme jordskjelvet som målte ni på Richters skala kom 2. juledag 2004. Klikk på denne lenken for å se en animasjon av hva som skjedde under dette skjelvet.

Det er ofte vulkansk aktivitet like ved slike grenser fordi den nedadgående platen smelter og danner magma som flyter oppover igjen og danner vulkaner. Hvordan dette skjer, er ikke forskerne blitt helt enige om enda.

"Kontinentplate mot kontinentplate. (Illustrasjon: U.S. Geological Survey)"
"Kontinentplate mot kontinentplate. (Illustrasjon: U.S. Geological Survey)"

Himalaya ble til

En annen type destruktiv plategrense finner vi der to kontinentplater braker sammen. Her er begge sider så tunge at ingen av dem vil bli presset ned under den andre. Isteden presses massen på begge sider opp til høye fjellkjeder, akkompagnert av ganske store jordskjelv.

Himalayafjellene er et resultat av den pågående kollisjonen mellom India og Asia. Mount Everest ligger 8 850 meter (målt i 1999) over havet. Steinen på toppen er kalkstein, som dannes på bunnen av varmt og grunt hav.

Kalkstein er satt sammen av fossile marine skapninger - fra plankton til skjell og fisk. I årevis sleit geologene med å forklare hvorfor fossilene av ørsmå undersjøiske organismer hadde havnet på toppen av en fjellkjede.

Andre grenser

En annen type plategrense er såkalte sidelengse plategrenser. Her beveger to plater seg sidelengs i forholdt til hverandre. Den mest kjente plategrensen av denne typen ligger i California, der Stillehavsplata beveger seg nordover i forhold til den Nordamerikanske plata og forårsaker mange ødeleggende jordskjelv.

I tillegg finnes det en del plategrenser som ikke er godt definert, og hvor det som skjer mellom dem ikke er så godt forstått. I enkelte områder skjer platebevegelsene over brede belter og er derfor vanskeligere å definere.

Hva er drivkraften?

Så til ett av de litt vanskeligere spørsmålene: Hva er det som gir jordskorpeplatene bevegelse?

Forskerne kan ikke beskrive disse usette kreftene helt presist, men de aller fleste mener at de relativt grunne kreftene som driver jordskorpeplatene er koblet sammen med krefter som opererer mye lengre inne i jordkloden.

Generelt sett er forskerne enige om at drivkraften er den seige bevegelsen av varm og tykk magma som ligger under de stive jordskorpeplatene.

Man tror at mantelen beveger seg i noen sirkelaktige mønster som i en panne med vann du setter på kokeplata. Det varme vannet stiger opp mot overflaten, hvor det kjøles ned og synker ned igjen til bunnen og varmes opp igjen.

Forskerne ser for seg flere slike sirkelbevegelser, kalt konveksjonsceller dypt inne i jordas mantel.

I tillegg til konveksjonskreftene mente man tidligere at magmaen som tyter opp i de konstruktive plategrensene er med på å dytte på platene.

De siste årene har man gått litt bort fra dette, og forskerne heller nå mot en idé om at kreftene som er assosiert med en plate som dras ned under en annen plate er viktigere.

Lenker:

U.S. Geological Survey: This dynamic earth: The story of plate tectonics
U.S. Geological Survey: Earthquakes and plate tectonics
NORSAR: Vår dynamiske klode på www.jordskjelv.no
NGU: www.geodynamics.no
Universitetet i Tromsø, Institutt for Geologi, ved Kåre Kullerud: Jordens indre
University of California, Berkeley: Plate Tectonics
University of North Dakota: Volcano world: Plate tectonics
platetectonics.com