Alfred Wegener kontinensvándorlás-elmélete alapjaiban forgatta fel a földtudományokat, de hipotézisének közzététele, 1912 után még fél évszázadnak kellett eltelnie a főbb folyamatok megértéséhez. Röviden: a föld kőzetburka lemezekre szakadozva „lebeg és úszik” az alatta levő viszkózus rétegen, az asztenoszférán. Lemezek távolodnak egymástól, óceánok nyílnak ki, mások közelednek, ütköznek, hegységeket emelnek a magasba, máshol a folytonosan születő óceáni kéreg alábukással végzi és beleolvad a köpenybe.

Így vált a lemeztektonika az új ortodoxiává, ugyanis olyannyira sikeresnek bizonyult, hogy szinte mindenki megszállottja lett a horizontális mozgásoknak – mondja Nicky White, a Cambridge-i Egyetem geológusa. De ez a teljes igazság?

Az amerikai Jason Morgan, az 1970-es években az elsők között talált „hibát” az elméletben: miért van vulkanikusság a Hawaii-szigeteken, messze a Csendes-óceáni-lemez határaitól? A lemeztektonikai vonal szerint a kéreg ott gyengébb, mint másutt, és lehetővé teszi, hogy a forró anyag passzívan felemelkedjen a köpenyből.

Morgan felelevenítette a kanadai geofizikus, John Tuzo Wilson elméletét, mely szerint egy a környezeténél magasabb hőmérsékletű köpenycsóva aktív módon tör a felszín felé, több ezer km-es mélységből, a köpeny aljáról. Ezzel szembement az árral, és a 80-as évekig tartott, mire mások is rájöttek, hogy a helyes úton jár.

A fordulat akkor jött, amikor a földrengéshullámok segítségével nagyjából fel lehetett tárni, mi zajlik a mélyben. Ez a kép nagyon komplex és dinamikus földköpenyt mutat, többek között azt, hogy két forró és sűrű, nagy kiterjedésű anyagtömeg van a köpeny legalján: az egyik a Csendes-óceán déli része, a másik pedig Afrika alatt. Mindegyik több ezer kilométer átmérőjű, és úgy tűnik, hogy belőlük egy forró anyagtömeg, úgynevezett szupercsóva tart a felszín felé.

Homályos viszont, hogy hogyan működnek ezek a mechanizmusok. A lemeztektonika szerint az alábukási övezetekben a köpenybe merülő anyag újratermelődik és a vulkanikusság során visszakerül a felszínre. Ma azonban már azt sejtik a kutatók, hogy az alábukott anyag egy része lejut a köpeny legmélyebb régióiba is, majd onnan vissza is tér. A kérdés: hogyan?

Bernhard Steinberger német kutató nemrég szimulációval kimutatta, hogy ha egy alábukott lemezdarab lekerül a köpeny és a mag határvidékére, anyagtömegeket tud magával ragadni. Ha ezek egy úgynevezett termokémiai halommal találkoznak, anyagcsóvák kezdenek kifejlődni, amelyek egyre feljebb emelkednek.

A Hawaii Egyetem kutatói azt modellezték, mi történik, ha egy kőzetlemez egyik, az alatta levő köpenyanyag pedig a másik irányba mozog. Kiderült, hogy ha ez a „nyíró” hatás ott érvényesül, ahol a köpeny sűrűsége, vagy a felette levő lemez vastagsága változó, megolvadásra és felemelkedésre késztetheti a köpenyanyagot. A modell szerint ilyen nyíró hatás érvényesül olyan helyeken, melyek távol vannak a lemezhatároktól.

Ha a föld mélyének dinamikája ennyire érvényesül a felszín alakításában, nyilván így volt ez a múltban is. Ám míg az ősmaradványok és a kőzetek alapján lehet következtetni arra, hogyan változott a lemezek elhelyezkedése az idők folyamán, a szeizmikus képalkotás csak a jelen folyamatait mutatja.

White és csoportja tavaly figyelemre méltó jelenséget fedezett fel Skócia partjaitól nyugatra. Földrengéshullámok alapján megállapították, hogy fiatal üledékrétegek alatt betemetve egy 55 millió éves táj terül el, változatos domborzattal, folyóhálózattal. Kimutatták, hogy ez a vidék hajdan egy kilométerrel volt a tenger szintje felett, majd kb. egymillió év alatt újra betemetődött.

Ilyen gyors folyamat pedig a lemeztektonika alapján elképzelhetetlen. White azt feltételezi, hogy egy forróanyag-feláramlás okozta a kiemelkedést. Vertikális mozgásokkal az amerikai Közép-Nyugat földrengései is magyarázhatók: lehet, hogy lefelé irányuló köpenyanyagmozgások gyengítették meg a kérget annyira, hogy földrengések pattanhatnak ki.

A tektonika új irányzatának hívei sokat várnak az Észak-Amerikában folyó, évekig tartó Earthscope programtól, mely minden eddiginél részletesebb képet ad majd a földköpeny folyamatairól. Az igazi persze az volna, ha mindezt globális mértékben is el tudnák végezni.