Földkéreg és magma – új megközelítésben

Tojáshéjvékony kéreg
Közismert, hogy a földkéreg szerkezete kettős. Az óceánok alatti kéregréteget sűrű, vulkanikus kőzet, javarészt bazalt alkotja, a kontinensek alapja pedig főként gránit.

A kontinentális kéregben 40 km mélyen a hőmérséklet megközelíti a 900 fokot.180 fokos kemencében már kenyeret lehet sütni, 900 fok közelében viszont már a kövek is megolvadnak. Minél mélyebbre hatolunk, annál nagyobb a forróság. Ez a bolygó belsejében zajló folyamatok következménye. Ian Stewart geológus a Föld szerkezetét egy főtt tojáséhoz hasonlítja. A tojáshéj olyan, mint a Föld kérge. Viszonylag vékony réteg, amely teljesen körülveszi a bolygót. Rideg, ezért nagy darabokra töredezik fel. A Földön a földkéreg ezen a nagy darabjai a tektonikus lemezek. A hatalmas kőzetlemezek állandó mozgásban vannak, megváltoztatva a földrészek és óceánok helyzetét. A kéreg alatt találjuk a köpenyt, ami a tojás esetében ez a viszonylag lágy tojásfehérje. A köpeny vastag, csaknem 3000 km-es réteg a Földön belül. Szilárd, de alakítható, mint a gyurma. A bolygó közepe pedig a mag, ami a tojás sárgájának felel meg. A mag külső része folyékony olvadék, a közepe viszont az iszonyú nyomás miatt szilárd. A Föld magjából származó hő áramlást kelt, amely a felszín felé hajtja a magmát. Ez az áramlás tartja mozgásban a tektonikus lemezeket a bolygó körül.

Két földrész ütközésekor a kéreg összenyomódik, megvastagodik, és hegyláncokká gyűrődik fel. A Föld legmagasabb hegye a 8850 méter magas Csomolungma (Mount Everest) a Himalájában található. A földkéreg pedig itt, a Tibeti fennsíkon a legvastagabb: 70 km mély. Úgy alakult ki, hogy az indiai lemez az ázsiainak ütközött. Ám az, amit a felszínen látunk, csupán töredéke annak, ami a mélyben található.

Egy hegy olyan, mint egy vízen úszó hatalmas jégkocka. A jég a sűrűsége miatt mélyen belemerül a vízbe. A kocka nagy része a vízvonal alatt helyezkedik el. A sűrűsége miatt a hegy is belenyomódik a köpenybe. A földkéreg megvastagodásával alakul ki a hegység úgynevezett gyökere. Van azonban egy természetes határa annak, amilyen magasra a hegyek nőhetnek, vagyis amennyire a kéreg megvastagodhat. A hegy gyökerére nehezedő súly ugyanis olyan nagy, hogy a gyökér megolvad, és a hegy ismét visszasüllyed. A kutatók becslései szerint a Földön egy hegy legfeljebb 15 ezer méterig, vagyis az Everest magasságának valamivel kevesebb, mint a kétszereséig emelkedhetne.

A tudomány egyik nagy rejtélye, hogy hogyan tett szert a Föld kétféle kéregre. A fiatal Földnek csak óceáni kérge volt, ma azonban kontinentális kéreggel is rendelkezik. Richard Grieve bolygó-geológus szerint a magyarázatot a meteorbecsapódásokban kell keresnünk. Megfigyelte, hogy a Földön csupán 175 kráterről van tudomásunk, míg a Hold felszínét szinte elborítják a kozmikus sebhelyek. E jelenség magyarázatát az 1971-ben végrehajtott Apollo 14 küldetés során be is mutatták. Amikor Alan Shepard elütött egy golflabdát a Holdon, az hatalmas távolságra, kilométerekre elrepült. Amikor Grieve itt a Földön üt el egy labdát, az kilométerek helyett csupán néhány métert tesz meg. Ennek elsősorban az az oka, hogy a Földön a gravitáció hatszor erősebb, mint a Holdon. Amikor egy meteor a Holdnak ütközik, a gyengébb gravitáció miatt a kilökődő talaj a golflabdához hasonlóan messze száll, és jól látható krátert hagy maga után. A Földön ennek az ellenkezője történik. A gravitációs erő a becsapódás által felvert anyagot visszahúzza a kráterbe. Képzeljük el, hogy a golflabda egy darab kő, amely kivetődik a kráterből. A kráter a Földön sokkal nehezebben alakul ki, mert itt erősebb a gravitáció. A golflabdát, vagyis a felvert anyagot nehezebb kihajítani a növekvő kráterből. A Földön ezért kevesebb kráter alakul ki. Amikor egy meteor a Földnek vagy a Holdnak ütközik, a nagy energiájú becsapódás két következménnyel jár. Létrejön a kráter, a meteorit pedig sokkolja és olykor meg is olvasztja a kőzeteket. Grieve ennek alapján új elméletet dolgozott ki: vajon megváltoztathatták-e a meteorbecsapódások a földkéreg vegyi összetételét?

Grieve a becsapódások következtében történő olvadást tanulmányozta. Kiszámította, hogy amikor egy nagyobb ütközés közel 500 km átmérőjű krátert hoz létre, akkor átlép egy küszöbértéket. Olyan mennyiségű kőzetet olvaszt meg, hogy az az egész krátert kitölti. A Holdon a gyengébb gravitáció miatt ez a küszöbérték nem érhető el. Grieve egyszerű kísérlettel mutatja be azt, ami szerinte a Földön végbement. A dolog lényege, hogy összekeverünk némi vajat és egy kis forró vizet, ami a becsapódásnál megolvadt folyékony anyagot helyettesíti. Hagyjuk lehűlni, és figyeljük, hogy mi történik. Miközben a keverék lehűl, a vaj és a víz külön rétegekké kezd szétválni. Ha a valódi anyagokkal dolgoznánk, és a fiatal Föld kérgének egy darabját olvasztanánk fel, akkor is azt látnánk, hogy a könnyebb ásványok felemelkednek, míg a sűrűbbek lesüllyednek. Grieve úgy véli, hogy amikor ezek a kőzettavak megszilárdultak, a kiváló ásványokból gránit keletkezett, így végül a Föld kétféle kéregre tett szert. A nehezebb, bazaltos kéreg mindenütt jelen van, a kontinensek fölött lévő gránitos kéreg azonban nem: az óceánok alatt hiányzik.

A rejtélyes magma
Jáva és Szumátra között, a Szunda-szorosban található a Krakatau-vulkán. Itt került sor 1883-ban a modern történelem egyik legnagyobb erejű kitörésére. A kutatók hosszú éveken át úgy tartották, hogy a vulkánokat egy lenti, hatalmas magmakamrához csatlakozó, óriási cső táplálja. Ám van valaki, aki szerint tévedtek.

Bruce Marsh geológusnak van egy szenvedélye: a magma. Több mint 25 éven át tanulmányozta a Föld tűzhányóit. Nyomozó módjára illesztette össze a bizonyítékokat a magmának a kérgen át a felszínig megtett útjáról. A kutatási témája miatt ragadt rá a Magmakopó becenév. „Szükségem volt egy helyre, ahol elég mélyre be tudunk tekinteni a Föld kérgébe. Le kellett mennem a kazánházba, hogy megvizsgáljam a vezetékeket és a fűtőberendezést, és megértsem a rendszer lényegét.” – nyilatkozta a geológus.

Marsh 1993-ban az Antarktiszon talált végül rá a teljes kazánházra, amely kivételes épségben maradt fenn a kelet-antarktiszi száraz völgyekben. Marsh ebben a fagyos sivatagban a felszínen figyelheti meg a megszilárdult magma vastag, párkányszerű sávjait.

A rétegekben megszilárdult magma tele van kristályokkal. Marsh ezek eloszlását követi nyomon a szikla felszínén, hogy felvázolhassa a magma útját a földkérgen át. Egyszerűbb, ha az ember abban hisz, hogy egy egyszerű cső vezet lefelé egy jókora, gömb alakú magma-tárolóig, és az anyag a csövön át tör a felszínre. A valóság viszont egészen más. Marsh felfedezte, hogy a magma úgy tör utat a kérgen át, mint egy labirintusban. Nem létezik egyetlen vezeték, amely a lenti magmakamrát összekötné a felszínnel. A valóságban számos egymáshoz csatlakozó vízszintes párkány mentén kanyarog felfelé. Marsh elmélete gyökeresen átalakította a tudománynak a földkéregről alkotott képét.

Kapcsolódó cikkek: