Previous PageNext Page

11. A Földkéreg szerkezete és változásai

Bevezetés

A Föld szerkezeti övei közül a Földkéreg az, amellyel mindennapos kapcsolatban állunk, s amelyben zajló folyamatok természeti környezetünket is meghatározzák. A Földkéreg felszíne és mélységi szerkezete állandó változásban van, s a változást előidéző folyamatok a kéreg szerkezetét állandóan alakítják. Az állandóan zajló folyamatok ellenére a Földkéreg viszonylagosan állandó szerkezeti felépitést és összetételt mutat, ez annak köszönhető, hogy a kéreg alakításában résztvevő folyamatok legnagyobb többsége ciklikus, azaz az átalakulások folyamatsora önmagában záruló, s így az éppen keletkező és az átalakuló anyagok aránya dinamikus egyensúlyban van.

A ciklikus folyamatok igen változó  periódusidejűek – a kémiai reakciók sebessége lehet pillanatszerű, s elhúzódhat évtizedekig is. A Földkéreg legnagyobb periódus idejű folyamatai a Föld élettartamához közeli periódusidejűek – pl. a Földi hőáram kiérkezése a Földmagból.

A sztratigráfiai és hegységképződési időszakokkal tagolt földtörténeti idő intervallumoknak a Földkéreg folyamatai közül a kéreg lemezeinek mozgása és ütközése  felel meg. Mai ismereteink szerint a legtöbb nagy földi folyamat a kéreglemez mozgások ciklusához kapcsolható.

Történeti előzmények

Már az 1600-as évek végén felismerték, hogy Afrika és Amerika partvonala jól illeszthető, s valamikor összetartozhattak.

                                                                       

A kéreg mozgásait sokáig úgy értelmezték, hogy az a topográfiai helyhez kötött, azaz egy-egy hely földtani szelvénye egyúttal  a szelvényben résztvevő képződmények kortörténetét is megadja, s a hegységképződési folyamatok az adott helyhez kötve történtek.

Elsőként egy német tudós, Alfred Wegener tételezte fel 1914-ben közölt munkájában azt, hogy a kontinensek ma nem keletkezésük helyén találhatók, hanem jelentős időt igénylő mozgás – kontinens vándorlás – révén vannak mai helyükön. Feltételezte azt is, hogy a sekélyebb óceánok fiatalabbak.

Pangea és Gondwana

Wegener elmélete szerint egy őskontinens, a Pangea feltöredezése révén jöttek létre a mai kontinensek elődjei, az északi félteke Laurázsia, a déli félteke Gondwana nevű földrészei, mintegy 250 millió évvel ezelőtt, a paleozoikum és a mezozoikum határán. A mai kontinensek az azóta eltelt időszakban lezajlott vándorlás, ütközés ismétlődő folyamatán keresztül részben az őskontinensek széttagolódásával, részben azok egyesülésével jöttek létre.

             

Az elméletet több évtizedig hevesen támadták, mivel nem volt ismert olyan erő, amely a kontinensek mozgásához szükséges energiát szolgáltatta volna.

Wegener kontinens vándorlási elméletét az 1950-es és 1960-as években a részletes mélytengeri – óceáni fenéktérképezések,  földtani kutatások, megfigyelések, fúrások egészítették ki azzal a megfigyeléssel, hogy az óceáni kéreg legfiatalabb, a keletkezés stádiumában lévő részei a közép-óceáni hátság képviselte tágulási centrumok környezetében, legidősebb részei a kontinens peremeken vannak. Az alábbi 3D kép az óceánfenéken húzódó hatalmas kiemelkedés, a Pacifikus hátság vonulatát ábrázolja.

A kutatások során azt is rögzítették, hogy ezek a hátságok egyúttal geotermikus anomáliákkal is egybeesnek, a hátságokon aktív jelenkori – jelentős részben tengeralatti – vulkánosság zajlik. A geofizikai kutatások és paleomágneses és radioaktiv kormérések azt mutatták, hogy a hátságokon jelenleg is folyik a földkéreg képződése, s a hátságoktól távolodva a földkéreg kora egyre nő. Ezeket a centrumokat tágulási centrumoknak nevezték el. Az alábbi kép a tágulási centrumok menti mágneses képet mutatja be. A mágneses pólusfordulások időintervalluma mintegy 20,000 év.

A tágulási centrumokból kiindulva a kontinenslemezek évi néhány cm-es mozgással nőnek, így a kéreg "tágul".    Az óceáni hátságok megfigyelései  Wegener korábbi elméletét kiegészítve új alapokra helyezték a földi folyamat legtöbbjének genetikai magyarázatát. A jelenséget leíró összefüggésrendszer a lemeztektonika elmélete.

Kéreglemezek

A földgömbre, vagy a topográfiai térképre vetett első pillantásra megállapítható, hogy a felszínt alkotó földkéreg inhomogén. A felszín nagyobb részét (71 %) óceánok, kisebb részét kontinensek  (29 %) alkotják. Az óceánok alatti illetve kontinenseket alkotó kéreg vastagsága és összetétele is eltérő, erre a sűrüségi, szeizmikus adatok, másrészt a kontinentális kérget illetve óceáni kérget vizsgáló fúrásokból kapható információ utal. Az eltérő összetételű és vastagságú, eltérű mozgási sebsségű és pályájú nagyobb kéregrészeket kéreglemezeknek nevezzük.

A kéreglemezek peremét jól jelzik a Föld szeizmikusan aktiv területei.

A kéreglemezeket részben a tágulási centrumok választják el egymástól. Másrészt a lemezek a tágulási centrumokban keletkező új kéreg térfoglalásának hatására – ütköznek, egymás alá és fölé tolódnak. Az ütközési zónákban tehát a kéreglemezek egy része elnyelődik, a felszínen maradó kéreg alá tolódik. Úgy a tágulás, mint az ütközés jelentős feszülségek keletkezésével jár, amelyek földrengésekben oldódnak fel. A földrengések gyakoriságát és a rengések fészekmélységét vizsgálva megállapitották, hogy az ütközési zónában a földrengés-fészkek e egy 40-60 fok dőlésű sík mentén húzódnak a passzív kontinenslemez alá. Ezt a zónát a leiró kutatóról Benioff zónának nevezték el, majd az alátolódás jellegéről a szubdukciós zóna nevet kapta.

A köpeny anyagának konvekciós áramlása

A földi hővel foglalkozó fejezetben tárgyaltuk a köpeny anyagában létrejövő konvekciós hőáramlást. Ez a konvekciós áramlás szorosan kapcsolódik a kéreglemezek mozgásához. A kialakuló konvekciós áramlási cellák a felfelé haladó ágakon melegpontot hoznak létre.

Divergens lemezhatárok - a tágulási centrumok

A kéreg-köpeny határon szétágazó konvekciós áramlás a kéregben húzási feszültséget kelt, amely törés keletkezésében oldódik fel. Ezt a folyamatot riftesedésnek nevezzük.

A kialakult és táguló törés mentén nyomáscsökkenés, a nyomás csökkenés következtében olvadáspont csökkenés következik be, s az ultrabázisos kéreg anyagból szelektív megolvadással bazaltos magma képződik. A magma kisebb sűrüségű, mint a környező kvázi-szilárd kőzetanyag, ezért a keletkezési mélységben instabil helyzetűvé válik, felhajtó erő lép fel, s a magma anyaga a törés mentén a felszín felé migrál.

Tágulási centrumokat óceáni és kontinentális kéregrészen egyaránt ismerünk. Óceáni kéregrészen elhelyezkedő ismert tágulási centrumok a Pacifikus és az Atlanti hátság.  Tágulási zónák, riftesedés  kontinensen kialakulhat – jellemző példája a Vörös tenger árokszerkezetéhez csatlakozó Kelet-Afrikai árokrendszer.

A tágulási zónák vulkánosságára a legismertebb példák a Közép-Atlanti Hátságon fekvő Izland és a Pacifikus hátságon lévő Hawaii vulkánossága.

Konvergens lemezhatárok - ütközési zónák

Számos ütközési tipus alakulhat ki, a leggyakoribbak a kontinens-kontinens, illetve óceán-kontinens közötti ütközések. E két tipust mutatja be blokkdiagramon az alábbi ábra:

                         

Az óceáni-kontinens tipusú ütközési zónákban a  betolódási övek előterében mélytengeri árkok jönnek létre. Az egyik ilyen árokrendszer az Aleuti árok, amely a Pacifikus lemez és az amerikai kontinentális kéreglemez ütközésénél jött létre.

Az egyik legismertebb kontinens-kontinens tipusú ütközés zónája a Himalája, mely az Indiai szubkontinens és az Eurázsiai lemez ütközésénél jött létre.

                          

Transzform lemezhatárok – regionális törészónák

Két egymás mellett elmozduló lemez határán transzform törés keletkezik. Általában divergens lemezhatárok között, ritkábban konvergens lemezhatárok között alakulnak ki. A transzform törések nagy többsége az óceánfenéken húzódik, csak néhány példáját találjuk szárazulaton, ilyen pl. a kaliforniai San Andreas törés. A törés mintegy 1300 km hosszú, és helyenként több 10 km széles. A törés mentén a Pacifikus lemez ütközik és mozog az Észak-Amerikai lemez mentén, mintegy 10 millió év óta, mintegy 5 cm/év sebességgel. A nyugati szárnyon lévő lemez (Pacifikus lemez) ÉNY-i  irányban mozdul el az észak-amerikai lemezhez képest (Jobbos elmozdulású törés).

 

Kérdések: 

1. Melyik félgömbön helyezkedett el a Gondwana?
2. Mikor vált szét a Pangea?
3. Melyik volt a Laurasia és Gondwana szétválása során kinyíló óceán?
4. Melyek voltak a Gondwana kontinens ma különálló de valaha összetartozó darabjai?
5. Hol jön létre a közép-óceáni hátság?
6. Mik a melegpontok és milyen összefüggésben vannak a köpenyáramlással?
7. Melyik  ország fekszik a Közép-atlanti óceáni hátság északi részén?
8. Milyen mágneses tulajdonságok alapján sikerült az óceánfeneket alkotó földkéreg részek korát meghetározni?
9. Milyen lemezszegélyek vannak a tágulási centrumokkal átellenes oldalon?
10. Mi jellemzi és milyen  dőlésű a Benioff zóna?
11. Milyen szerkezeti feszültségek keletkeznek a mélytengeri árkok vonalában?
12. Milyen kontinentális árokrendszer jelzi új óceán keletkezését?
13. Milyen lemezek érintkezése mentén találhatók a kelet-afrikai aktív vulkánok?
14. Mi a Benioff zóna fölött létrejövő vulkánosság oka?
15. Milyen lemezek ütközése során keletkezett a Himalája?
16. Mi a különbség a transzform törés és a szubdukciós öv között?
17. A kaliforniaiföldrengések milyen természetű szerkezeti mozgáshoz kapcsolódnak?

Ajánlott weboldalak

http://pubs.usgs.gov/publications/text/dynamic.html

Irodalom, ha többet akarsz tudni:

Steiner F (1969): A Föld fizikája. Tankönyvkiadó, Budapest. 247 p.

Némedi Varga Z. (1990): Általános és szerkezeti földtan. Tankönyvkiadó, Budapest, 336 p.

Verhoogen, J., Turner, F.J., Weiss L.E., Wahrhaftig C., Fyfe W.S.(1970): The Earth. An Introduction to Physical Geology. Holt, Rinehart and Winston, Inc. New York. 748 p.