Beregningene omfatter en tidsperiode på hele 320 millioner år.

Allerede i 1884 grublet Charles Darwins sønn, matematikeren George, på hvordan jordens rotasjonsakse kunne forandre seg gjennom geologisk tid. Han forsøkte å beregne disse endringene for å forstå klimavariasjoner.

Først nå, mer enn 120 år senere, har et norsk forskningsmiljø løst gåten.

Nye rekonstruksjoner for de siste 320 millioner år beviser at jordens rotasjonsakse har beveget seg systematisk i forhold til jordskorpen og den underliggende mantelen.

Bevegelsene har skjedd i fire perioder, svært langsomt, men med bevegelser - eller tilting - på opp til 10-20 grader.

Eneste i solsystemet

I løpet av det siste århundret har vitenskapens beskrivelse av bevegelser og deformasjon av jordens ytre lag utviklet seg fra hypotesen om Kontinentaldrift (1915), videre til teorien om Havbunnspredning (1962) og senere til teorien om Platetektonikk (1967).

Selv om forståelsen av hvordan konveksjon i mantelen og bevegelsen av platene henger sammen har økt i de senere år, er det ingen akseptert mekanisme som forklarer hvordan platetektonikk og mantelkonveksjon kan kobles.

Det påpeker professor Trond H. Torsvik ved Senter for Geodynamikk ved Norges geologiske undersøkelse (NGU).

- Derfor kan dette danne grunnlag for en ny teori, Manteldynamikk, som blir en fjerde revolusjon i geovitenskap.

Manteldynamikk vil være beskrivelsen av sammenhengen mellom bevegelsene av jordskorpeplater og prosessene i mantelen.

- Den kan gjøre oss i stand til blant annet å forstå hvorfor jorden, som den eneste planeten i vår solsystem, faktisk har platetektonikk, og hva som er drivkreftene.

- Her kan norske forskningsmiljø nå bli ledende i det videre arbeidet, mener Torsvik og seniorforsker Berhard Steinberger, som står bak arbeidet.

Et forskningsgjennombrudd

- Dette er et gjennombrudd i vår del av geovitenskapen, og det absolutt viktigste arbeidet i min karriere, sier Torsvik, som tidligere har publisert mer enn 150 vitenskapelige arbeider.

Fenomenet de norske forskerne har gransket kalles polvandring, eller True Polar Wander. Når de knytter dette sammen med platebevegelsene i jordskorpen, klarer de nøyaktig å rekonstruere og kvantifisere bevegelsene av kontinentene.

- Hittil har vi brukt såkalte hotspots, eller varmesøyler, fra jordens dype mantel som referanse for å kvantifisere bevegelsen av jordskorpeplatene, forklarer Steinberger.

- Men den geologiske historien for slike varmepunkter, som for eksempel øyrekka Hawaii, finnes bare for de siste 130 millioner år, sier han.

Kontinentene mot nord

Nå har Steinberger og Torsvik løst problemet ved å beregne kontinentale bevegelser og rotasjoner i et nytt og innovativt magnetisk referansesystem, som strekker seg tilbake hele 320 millioner år.

- Vi har registrert en systematisk bevegelse nordover for alle kontinentene. I tillegg har vi avdekket fire lange perioder hvor alle kontinentene har rotert med eller mot urviseren i opptil 10-20 grader, men som til slutt har endt opp i null, sier forskerne.

- Det er dette vi tolker som polvandring. Dette er en langsom prosess som skjer over mange millioner år, noe som også tyder på at jordens mantel er svært stabil, sier Steinberger og Torsvik.

Den øverste figuren over illustrerer sann polvandring - True Polar Wander - hvor alle kontinenter roterer relativt til rotasjonsaksen. Det fører til at hvert punkt på Jordens overflate forflytter seg relativt til jordens rotasjonsakse.

Breddegraden for dette punktet kan forandre seg dramatisk, og medføre en lokal klimatisk forandring. Med systematiske forandringer over lang tid kan man for eksempel teoretisk tenke seg at Norge vil ende opp på ekvator.

De to nederste figurene illustrerer polvandringskonseptet. De viser hvordan man kan skille mellom polvandring og kontinentaldrift: Den midterste figuren viser bevegelse av kontinentene relativt til rotasjonsaksen, men også relativt til den underliggende mantelen. Dette er ikke polvandring, men kontinentaldrift.

Den nederste figuren viser bevegelse av kontinentene og den underliggende mantelen relativt til rotasjonsaksen. Dette er polvandring.

Referanse:

Bernhard Steinberger & Trond H. Torsvik; Absolute plate motions and true polar wander in the absence of hotspot tracks; Nature; 3. april 2008; doi:10.1038/nature06824.