1. Εισαγωγή
Από την αρχή της εμφάνισης της γεωλογίας, ως επιστήμης, οι γεωλόγοι προσπάθησαν να εξηγήσουν τα φαινόμενα που παρατηρούνται επάνω στην επιφάνεια της Γης. Οι μεγάλες υψομετρικές ανωμαλίες της Γης, δηλαδή οι οροσειρές, προκάλεσαν το γεωλογικό ενδιαφέρον από πολύ νωρίς.
Γρήγορα διαπιστώθηκε, ότι το ανάγλυφο της Γης ανανεώνεται συνεχώς. Εάν δεν συνέβαινε αυτό, σύντομα η επιφάνεια των ηπείρων θα μετατρεπόταν σε ένα επίπεδο, λόγω της ατμοσφαιρικής διάβρωσης, που τείνει, διαρκώς, να ισοπεδώσει κάθε ανωμαλία της επιφάνειας της Γης.
Η παρατήρηση των στρωματογραφικών ασυμφωνιών έδειξε ότι ο φλοιός της Γης μεταβάλλεται συνεχώς, δηλαδή πτυχώνεται, αναδύεται, διαβρώνεται και μετά βυθίζεται και πάλι κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας και καλύπτεται από νέα ιζήματα. Η διαδικασία αυτή ονομάσθηκε Ορογένεση.
Η παρατήρηση των στρωματογραφικών ασυμφωνιών έδειξε ότι ο φλοιός της Γης μεταβάλλεται συνεχώς, δηλαδή πτυχώνεται, αναδύεται, διαβρώνεται και μετά βυθίζεται και πάλι κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας και καλύπτεται από νέα ιζήματα. Η διαδικασία αυτή ονομάσθηκε Ορογένεση.
Επειδή ήταν φανερό, ότι οι εξωτερικοί γεωλογικοί παράγοντες, όπως π.χ. η διάβρωση και η ιζηματογένεση, δεν ήταν δυνατόν από μόνοι τους να δημιουργήσουν μιαν οροσειρά, εξ αρχής δημιουργήθηκε η πεποίθηση ότι τα αίτια της ορογένεσης πρέπει να βρίσκονται σε παράγοντες που δρουν στο εσωτερικό της Γης.
Όπως εύκολα μπορούσε να διαπιστώσει κανείς, παρατηρώντας έναν γεωφυσικό χάρτη της Γης, οι μεγάλες οροσειρές εμφανίζονται, συνήθως, στα κράσπεδα των μεγάλων ηπείρων. Η παρατήρηση αυτή δημιούργησε την υπόνοια ότι η ορογένεση είναι ένα φαινόμενο που σχετίζεται με την περιθωριακή ζώνη των ηπείρων. Για να συμβαίνει βέβαια αυτό θα έπρεπε να δεχθούμε ότι στην περιφέρεια των ηπείρων επικρατούν διαφορετικές συνθήκες απ' ότι στο εσωτερικό τους. Αυτό όμως, δεν ήταν εύκολο να δικαιολογηθεί, επιστημονικώς.
Από τα μέσα του 19ου αιώνα μέχρι τα μέσα του 20ου αιώνα, διατυπώθηκαν διάφορες θεωρίες σχετικά με την δομή του φλοιού της Γης. Αρχικά, οι γεωλόγοι υπέθεταν ότι ολόκληρος ο φλοιός της Γης είχε ενιαία δομή, δηλαδή ότι δεν υπήρχε διαφορά σύστασης μεταξύ ηπείρων και ωκεανών. Σύμφωνα με την υπόθεση αυτή, οι ωκεανοί είχαν φλοιό παρόμοιο με αυτόν των ηπείρων, δηλαδή αποτελούνταν από ένα κατώτερο βασαλτικό στρώμα (sima) και ένα ανώτερο γρανιτικό στρώμα (sial). Επίσης, υπήρχε η πεποίθηση, ότι σχηματισμός των ωκεανών οφειλόταν σε καθαρώς τεκτονικά αίτια, δηλαδή σε εγκατακρημνίσεις ή βυθίσεις του φλοιού της Γης. Π.χ. ο σχηματισμός του Ατλαντικού ωκεανού εθεωρείτο ότι οφειλόταν στην βύθιση μιας αρχέγονης ηπείρου, της Ατλαντίδος, η οποία υποτίθεται ότι βρισκόταν μεταξύ Ευρώπης - Αφρικής και Αμερικής. Φυσικά, όλοι πίστευαν, ότι ο πυθμένας των ωκεανών καλύπτοταν από ιζήματα μεγάλου πάχους, τα υλικά των οποίων προέρχονταν από την αποσάθρωση των οροσειρών των γειτονικών ηπείρων.
Παράλληλα με την παραπάνω θεωρία, διατυπώθηκαν και διάφορες θεωρίες σχετικά με την Ορογένεση, η οποία, όπως αναφέρθηκε, ήταν ένα φαινόμενο που εντοπιζόταν στα ηπειρωτικά κράσπεδα. Στις θεωρίες αυτές θα αναφερθούμε, λεπτομερώς, σε επόμενες παραγράφους. Εδώ, όμως, οφείλουμε να επισημάνουμε, ότι επί πολλές δεκαετίες, το αίτιο που προκαλεί την πτύχωση (συρρίκνωση) του φλοιού και την δημιουργία αναγλύφου (ορογένεση), παρέμενε μυστηριώδες. Διότι, ενώ ήταν εμφανές, από τις υπαίθριες παρατηρήσεις, ότι τα στρώματα του φλοιού είχαν πτυχωθεί και ότι αυτό προϋπέθετε την πλευρική οριζόντια μετακίνηση και τοπική συμπίεση τμημάτων του φλοιού, ταυτόχρονα αγνοούσαμε παντελώς την προέλευση των σχετικών οριζοντίων δυνάμεων και τον μηχανισμό δημιουργίας των πτυχώσεων.
2. Η θεωρία του Γεωσυγκλίνου.
Η αναζήτηση των αιτίων που προκαλούν την ορογένεση, οδήγησε στην διατύπωση της θεωρίας του Γεωσυγκλίνου.
Η έννοια του γεωσυγκλίνου εισήχθηκε για πρώτη φορά από τον αμερικανό γεωλόγο James Hall το 1859, για να ερμηνευθεί η δομή των Αππαλαχίων Ορέων (Appalachian Mountains), που βρίσκονται στην Βόρεια Αμερική, προς την πλευρά του Ατλαντικού ωκεανού. Τα Αππαλάχια όρη σχηματίσθηκαν κατά την Καληδόνιο Ορογένεση, που έλαβε χώρα κατά το Ορδοβίσιο. Ο όρος "γεωσύγκλινο" χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά από τον James Dwight Dana το 1873.
Στα Αππαλάχια παρατηρήθηκε ότι η οροσειρά μπορεί να χωρισθεί σε δύο ζώνες, που διαφέρουν ως προς την λιθολογία τους: Η πρώτη ζώνη βρίσκεται προς τα δυτικά, προς το εσωτερικό της ηπείρου, και αποτελείται από νηριτικά ιζήματα (ασβεστόλιθους και χαλαζιακούς ψαμμίτες), ενώ η δεύτερη ζώνη βρίσκεται προς τα ανατολικά και αποτελείται από παχιά μη ασβεστολιθικά ιζήματα βαθιάς θάλασσας (σχιστοκερατόλιθους) και από ηφαιστειακά πετρώματα. Οι παρατηρήσεις έδειξαν ότι και άλλες οροσειρές της Γης έχουν παρόμοια δομή.
Με βάση αυτά τα δεδομένα, οι Hall και Dana θεώρησαν ότι όλες οι οροσειρές προέρχονται από ιζηματογενή πετρώματα, που αρχικά είχαν αποτεθεί σε μεγάλες λεκάνες και αργότερα πτυχώθηκαν και αναδύθηκαν. Οι λεκάνες αυτές ονομάσθηκαν γεωσύγκλινα.
Το γεωσύγκλινο στο οποίο γίνεται η ασβεστολιθική ιζηματογένεση ονομάσθηκε μειογεωσύγκλινο, ενώ το γεωσύγκλινο στο οποίο γίνεται η απόθεση σχιστοκερατόλιθων και ηφαιστειακών πετρωμάτων ονομάσθηκε ευγεωσύγκλινο. Τα γεωσύγκλινα δημιουργούνται μεταξύ μιας ηπείρου και ενός ωκεανού, με το μειογεωσύγκλινο προς την πλευρά της ηπείρου και το ευγεωσύγκλινο προς την πλευρά του ωκεανού.
Το 1893 ο Αυστριακός γεωλόγος Eduard Suess αφού μελέτησε τις σχέσεις μεταξύ Αφρικής και Ευρώπης, με παλαιοντολογικά κριτήρια, διατύπωσε την άποψη ότι οι Βόρειες Άλπεις προέρχονται από την ανάδυση μιας θάλασσας της οποίας τα υπολείμματα αντιστοιχούν σήμερα στην Μεσόγειο θάλασσα. Η θάλασσα αυτή ονομάσθηκε από τον ίδιο Τηθύς.
Ο Suess ανακάλυψε επίσης ότι το φυτό Glossopteris, που χαρακτηρίζει το Πέρμιο, είχε μεγάλη εξάπλωση στο νότιο ημισφαίριο όλων των ηπείρων (Ινδίες, Νότιος Αμερική, Αυστραλία, Αφρική, Μαδαγασκάρη, ενώ αργότερα ανακαλύφθηκε και στην Ανταρκτική). Βασιζόμενος σ' αυτό το γεγονός διατύπωσε την άποψη ότι κατά το Πέρμιο όλες οι παραπάνω ήπειροι ήταν ενωμένες σε μια ενιαία αρχέγονη ήπειρο, την οποία ονόμασε ο ίδιος Γκοντβάνα (Gondwana).
Ο Suess πίστευε επίσης, ότι ο διαχωρισμός των ηπείρων οφείλεται σε τεκτονική καταβύθιση τμημάτων της Γκοντβάνα, που δημιούργησε τους ωκεανούς. Έτσι, δημιουργήθηκε η αντίληψη ότι ο βυθός των ωκεανών έχει παρόμοια σύσταση με αυτή της αρχέγονης ηπείρου Γκοντβάνα, δηλαδή αποτελείται από πολύ παλαιά μεταμορφωμένα και εκρηξιγενή πετρώματα.
Το 1900 ο Γάλλος γεωλόγος Gustave Emile Haug μετά από πολλές έρευνες στις Δυτικές Άλπεις (Νοτιοανατολική Γαλλία) διατύπωσε την άποψη ότι οι οροσειρές σχηματίζονται κατά μήκος στενών θαλασσίων ζωνών που χωρίζουν δύο σταθερές ηπείρους. Οι θαλάσσιες ζώνες του Haug αντιστοιχούν στα γεωσύγκλινα του James Hall. Ο Haug, επίσης, υποστηρίζει ότι η βύθιση του γεωσυγκλίνου συνοδεύεται από επικλύσεις της θάλασσας, ενώ η ανύψωση του γεωσυγκλίνου συνοδεύεται από αποσύρσεις.
Ο ίδιος ερευνητής επισημαίνει την σημασία των παλαιοντολογικών ερευνών για την ερμηνεία της παλαιογεωγραφίας και δέχεται την άποψη του Suess, ότι η παρουσία των ίδιων απολιθωμάτων σε διαφορετικές ηπείρους είναι ένδειξη ότι υπήρχε μια παλαιά ενιαία ήπειρος, η οποία αργότερα κατακερματίσθηκε λόγω βύθισης των ενδιάμεσων ωκεανών. Π.χ. δέχεται ότι μεταξύ Αφρικής και Νοτίου Αμερικής υπήρχε η Αφρικανο-Βραζιλιανή ήπειρος, η οποία με την βύθιση του Ατλαντικού ωκεανού διασπάσθηκε σε δύο ηπείρους.
Οι απόψεις του Haug για το γεωσύγκλινο διαφέρουν από αυτές των Hall και Dana, διότι οι τελευταίοι τοποθετούσαν τα γεωσύγκλινα περιφερειακώς των ηπείρων, μεταξύ ηπείρου και ωκεανού, ενώ ο Haug τα τοποθετούσε μεταξύ δύο σταθερών ηπείρων, εκ των οποίων η μία μπορούσε να είναι βυθισμένη και να αποτελεί ωκεανό.
3. Η θεωρία της Μετακίνησης των Ηπείρων.
Το 1915 ο Γερμανός αστρονόμος και μετεωρολόγος Alfred Wegener, στο βιβλίο του "Η προέλευση των ηπείρων και των ωκεανών" υποστήριξε ότι οι ήπειροι, που σήμερα εμφανίζονται να είναι απομονωμένες μεταξύ τους, στο παρελθόν ήταν ενωμένες σε μια ενιαία ήπειρο την Gondwana, όπως είχε ήδη υποστηρίξει ο Suess.
Όμως, ο Wegener δεν δέχθηκε την άποψη του Haug για τους ωκεανούς, ότι δηλαδή αυτοί αποτελούν βυθισμένες ηπείρους. Αντίθετα, υποστήριξε ότι η Gondwana διαχωρίστηκε σε ηπείρους λόγω της οριζόντιας μετακίνηση και απομάκρυνσης των ηπειρωτικών τεμαχών, στα οποία είχε διασπασθεί αυτή η αρχέγονος ήπειρος. Έτσι, κατά την διάρκεια του Μεσοζωικού, αποσπάσθηκε η Νότια Αμερική από την Αφρική και απομακρύνθηκε, δημιουργώντας τον Νότιο Ατλαντικό ωκεανό.
Κατά τον Wegener, οι ήπειροι είναι μάζες Sial, που επιπλέουν επάνω σε ένα παχύρρευστο Sima. Ο πυθμένας των ωκεανών αποτελείται σχεδόν μόνο από Sima, επάνω στο οποίο γλιστρούν οι ήπειροι. Λόγω της τριβής της κινούμενης ηπείρου επί του παχύρρευστου Sima, στο μέτωπο της κινούμενης ηπείρου σχηματίζεται μια επιμήκης πτυχωμένη οροσειρά. Έτσι εξηγείται η δημιουργία των Άνδεων και των Βραχωδών Ορέων στην δυτική πλευρά της Αμερικής.
Ο Wegener ήταν ο πρώτος, που υποστήριξε ότι οι ωκεανοί διαφέρουν ριζικά από τις ηπείρους, ως προς την πετρολογική τους σύσταση, πράγμα που αποδείχθηκε πολύ αργότερα, το 1947.
Η θεωρία της μετακίνησης των ηπείρων του Wegener συνάντησε έντονες αντιδράσεις από τους υποστηρικτές της θεωρίας του γεωσυγκλίνου. Ο ίδιος πέθανε από το ψύχος κατά την διάρκεια μιας επιστημονικής αποστολής στη Γροιλανδία το 1930 και δεν πρόλαβε να δει την επιβεβαίωση της θεωρίας του, που έγινε κατά την 10ετία του 1960. Η θεωρία του αποτελεί τον πρόδρομο της θεωρίας της Τεκτονικής των Πλακών.
4. Ευγεωσύγκλινα και Μειογεωσύγκλινα.
Το 1924 ο Γερμανός γεωλόγος Hans Wilhelm Stille πρότεινε τον όρο Κρατόν (Kraton) για τα τμήματα του φλοιού της Γης που είναι πολύ παλαιά και παραμένουν αναλλοίωτα. Κατά τον Stille τα γεωσύγκλινα περιβάλλονται από τα κρατόν, τα οποία είναι δύο ειδών: τα ηπειρωτικά και τα υποθαλάσσια. Έτσι είναι δυνατόν να έχουμε δύο ειδών γεωσύγκλινα, είτε μεταξύ δύο στερεών ηπειρωτικών μαζών (Τηθύς - Άλπεις), είτε μεταξύ ενός ηπειρωτικού κρατόν και ενός υποθαλάσσιου (όπως στην Αμερική).
Το 1940, ο Stille προσπαθώντας να συμπεριλάβει στην έννοια του γεωσυγκλίνου τα φαινόμενα της ηφαιστειότητας (των οφιόλιθων) και του μεταμορφισμού, επιχείρησε να κάνει μια νέα κατάταξη διαιρώντας το γεωσύγκλινο σε δύο παράλληλες τάφρους. Έτσι διακρίνει το μειογεωσύγκλινο, που βρίσκεται προς την πλευρά του ηπειρωτικού κρατόν και στερείται οφιόλιθων, από το ευγεωσύγκλινο, που βρίσκεται προς την πλευρά του υποθαλασσίου κρατόν και περιέχει οφιόλιθους.
Ο Hans Stille μαζί με τον Hans Cloos συνετέλεσαν αποφασιστικά, στο να απορριφθεί και να παραμείνει στην αφάνεια (τουλάχιστον στην Γερμανία) η θεωρία της μετακίνησης των ηπείρων του Alfred Wegener. Ο Stille μέχρι το τέλος της ζωής του, το 1966, παρέμεινε φανατικός εχθρός των ιδεών του Wegener.
5. Οι Μεσοωκεάνιες Ράχες (Mid-Ocean Ridges).
Μετά τον 2ο Παγκόσμιο Πόλεμο αρχίζει μια νέα εποχή για την Γεωλογία. Οι έρευνες δεν περιορίζονται πλέον στον μικρόκοσμο της Πετρολογίας και της Παλαιοντολογίας αλλά επεκτείνονται σε τεράστιες περιοχές, χάρη στην εξέλιξη της Ωκεανογραφίας, της Σεισμολογίας και της Γεωφυσικής.
Το καλοκαίρι του 1947, ο Αμερικανός γεωφυσικός και ωκεανογράφος Maurice Ewing, καθηγητής στο Columbia University, χρησιμοποιώντας το ερευνητικό πλοίο «Ατλαντίς», άρχισε να εξερευνά τον βυθό του Ατλαντικού. Έγιναν, τότε, τρεις σημαντικές ανακαλύψεις:
α) Τα ηχοβολιστικά μηχανήματα έδειξαν ότι ο βυθός στα μεγάλα βάθη (αβύσσους) ήταν σχεδόν επίπεδος, όμως στο κέντρο περίπου του ωκεανού ανυψώνονταν υποθαλάσσια όρη ύψους χιλιάδων μέτρων.
β) Οι δειγματοληψίες που έγιναν στα σημεία αυτά, έδωσαν βασάλτη. Αυτό έδειχνε ότι η σύσταση του πυθμένα του ωκεανού ήταν διαφορετική από αυτή των ηπείρων, διότι ο βασάλτης είναι ένα σχετικά σπάνιο πέτρωμα στις ηπείρους.
γ) Οι σεισμικές μετρήσεις έδειξαν ότι το πάχος του ωκεάνιου φλοιού ήταν ανεξήγητα λεπτό, μόλις 5 χλμ. περίπου, σε αντίθεση με το πάχος του φλοιού των ηπείρων, που είναι πάνω από 30 χλμ. Οι επιστήμονες της εποχής εκείνης πίστευαν ότι οι ωκεανοί έχουν ηλικία τουλάχιστον 4 δισεκατομμυρίων ετών και επομένως το παχος των συσσωρευμένων στον πυθμένα τους ιζημάτων θα έπρεπε να είναι πολύ μεγάλο.
Το 1948, στην ερευνητική ομάδα του Ewing προστέθηκε ο γεωλόγος - ωκεανογράφος Bruce Heezen και η γεωλόγος - χαρτογράφος Marie Tharp. Μέχρι το 1952 με την βοήθεια χιλιάδων βυθομετρήσεων, χαρτογραφήθηκε λεπτομερώς το ανάγλυφο του βυθού του Ατλαντικού και διαπιστώθηκε ότι οι υποθαλάσσιες ράχες (ridges) είχαν στο μέσον τους μια συνεχή αύλακα (rift) σε σχήμα V.
Η δομή αυτή δημιούργησε για πρώτη φορά στους Heezen και Tharp την σκέψη ότι μπορούσε να συμβαίνει πράγματι το φαινόμενο της μετακίνησης των ηπείρων, όπως είχε υποστηρίξει ο Wegener. Δηλαδή, ήταν πιθανό το νέο υλικό που ανέβαινε από το εσωτερικό της Γης (μέσω της αύλακας που χώριζε την ράχη στα δύο) να ωθούσε και να απομάκραινε μεταξύ τους τις πλευρές της αύλακας, με αποτέλεσμα να μεγαλώνει σε διαστάσεις ο ωκεανός και να απομακρύνονται μεταξύ τους οι ήπειροι.
Επίσης, στα πλαίσια των ερευνών τους, οι Ewing, Heezen και Tharp κατασκεύασαν σεισμολογικούς χάρτες με επίκεντρα υποθαλάσσιων σεισμών και διαπίστωσαν ότι τα επίκεντρα των σεισμών ευθυγραμμίζονται με την μεσοωκεάνια αύλακα. Συνεχίζοντας την αντιπαραβολή βυθομετρήσεων και σεισμών ανακάλυψαν ότι το σύστημα της μεσοωκεάνιας αύλακας εκτείνεται σε όλους τους ωκεανούς, σε συνολικό μήκος 65.000 χιλιομέτρων περιζώνοντας ολόκληρη την γήινη σφαίρα.
Ο Heezen έκανε μια παρουσίαση της ανακάλυψης των μεσοωκεάνιων αυλάκων το 1957, οπότε ο διακεκριμένος καθηγητής Harry Hess, του πανεπιστημίου Princeton, σηκώθηκε και του είπε: «Νεαρέ, συγκλονίσατε τα θεμέλια της Γεωλογίας».
Ο ίδιος ο Heezen δεν αντιλήφθηκε αμέσως την σημασία της ανακάλυψης των μεσοωκεάνιων αυλάκων, διότι δεν πίστευε στην θεωρία της μετακίνησης των ηπείρων του Wegener (όπως άλλωστε και ο Ewing). Αντίθετα, πίστευε ότι οι μεσοωκεάνιες αύλακες επιβεβαίωναν την θεωρία της Διογκούμενης Γης (Expanding Earth Theory), που είχε προταθεί από τον Αυστραλό γεωλόγο Samuel Warren Carey το 1956.
6. Η Υποβύθιση (Subduction).
Οι περισσότεροι γεωλόγοι δεν είχαν πεισθεί από τη θεωρία του Carey, αλλά, αντίθετα, πίστευαν ότι από την εποχή της δημιουργίας της Γης (πριν από 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια) ο πλανήτης δεν είχε αλλάξει διαστάσεις.
Έτσι, δημιουργήθηκε το ερώτημα, πως μπορούσε η προσθήκη νέου βυθού, κατά μήκος των μεσοωκεάνιων ράχεων, να μη προκαλεί μεταβολή στις διαστάσεις των ωκεανών.
Η απάντηση σ' αυτό το ερώτημα δόθηκε από τον Harry Hess, το 1962, ο οποίος σε ένα άρθρο του με τίτλο «History of Ocean Basins» συνδύασε όλα τα μέχρι τότε δεδομένα ως εξής:
Ο φλοιός της Γης αποτελείται από ηπείρους και ωκεανούς. Εάν στις ηπείρους συμπεριλάβουμε και την ηπειρωτική υφαλοκρηπίδα και τις θάλασσες μέχρι βάθους 1000 μ., τότε το 40% του φλοιού είναι ήπειροι και το 60% είναι ωκεανοί.
Ο ηπειρωτικός και ο ωκεάνιος φλοιός έχουν διαφορετική σύσταση. Ο ηπειρωτικός φλοιός αποτελείται ιζηματογενή και μεταμορφωμένα πετρώματα μέσης πυκνότητας 2,85 και πάχους 34 χλμ., ενώ ο ωκεάνιος φλοιός αποτελείται από 4,7 χλμ. σερπεντίνη πυκνότητας 2,8 και 29 χλμ. περιδοτίτη πυκνότητας 3,325. Η ισοστατική ισορροπία αποκαθίσταται σε βάθος 40 χλμ. περίπου.
Οι Μεσοωκεάνιες ράχες (Mid-Ocean Ridges) αποτελούν τις μεγαλύτερες τοπογραφικές ανωμαλίες της επιφάνειας της Γης και καταλαμβάνουν την μέση γραμμή των ωκεανών. Έχει αποδειχθεί ότι στο μέσον τους υπάρχει ένα graben όπου σημειώνονται σεισμοί μικρού βάθους. Μέσα από το graben αυτό ανέρχεται θερμό ρευστό ηφαιστειακό υλικό προερχόμενο από τον μανδύα, το οποίο στην συνέχεια ψύχεται και στερεοποιείται.
Τα ηφαιστειακά υλικά, που αναβλύζουν κατά μήκος των μεσοωκεάνιων ράχεων, δημιουργούν νέο πυθμένα, ο οποίος ωθείται πλευρικά απομακρυνόμενος κάθετα προς την γραμμή της μεσοωκεάνιας ράχης. Επομένως, οι μεσοωκεάνιες ράχες έχουν εφήμερο χαρακτήρα και επεκτείνονται.
Καθώς απομακρύνεται ο πυθμένας του ωκεανού από τις μεσοωκεάνιες ράχες, το βάθος του αυξάνει, με αποτέλεσμα πρώην κορυφές ηφαιστείων ή κοραλλιογενή νησιά να βυθίζονται σε βάθη μεγαλύτερα από 2000 μ. Τα μεγαλύτερα βάθη των ωκεανών συναντώνται στην περιφέρεια του Ειρηνικού ωκεανού, στις λεγόμενες ωκεάνιες τάφρους (ocean trenches).
Οι ωκεάνιες τάφροι του Ειρηνικού είναι περιφερειακές ζώνες όπου ο ωκεάνιος φλοιός βυθίζεται κάτω από μια γειτονική πλάκα και εξαφανίζεται εισχωρώντας μέσα στον μανδύα. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται υποβύθιση (Subduction).
Ο Ατλαντικός ωκεανός συνεχώς διευρύνεται με αποτέλεσμα να απομακρύνονται η Ευρώπη από την Αμερική, ενώ, αντίθετα, ο Ειρηνικός ωκεανός συνεχώς συρρικνώνεται.
Το φαινόμενο της διεύρυνσης ενός ωκεανού είχε ονομασθεί Seafloor Spreading, δηλαδή Επέκταση του Βυθού των Ωκεανών, από τον Robert Dietz, ένα χρόνο νωρίτερα, το 1961. Όμως, η πατρότητα της θεωρίας ανήκει στον Hess, ο οποίος ήδη από το 1959 είχε δημοσιεύσει περίληψη της θεωρίας του σχετικά με την προέλευση των ωκεανών.
Λόγω του συνδυασμού των φαινομένων της Εξάπλωσης του Βυθού και της Υποβύθισης, ο ωκεάνιος φλοιός συνεχώς ανανεώνεται (δημιουργείται και καταστρέφεται). Όπως έχει διαπιστωθεί δεν υπάρχει σήμερα ωκεάνιος φλοιός με ηλικία μεγαλύτερη από 100 εκατομμύρια χρόνια περίπου, δηλαδή παλαιότερος από το μέσο Κρητιδικό.
7. Η θεωρία της Τεκτονικής των Πλακών.
Οι παραπάνω ανακαλύψεις των Hess και Dietz αποτελούν τις βάσεις της Θεωρίας της Τεκτονικής των Πλακών. Τα βασικά σημεία της νέας θεωρίας είναι τα εξής:
Το εξωτερικό τμήμα της Γης, από απόψεως ευκαμψίας, αποτελείται από δύο στρώματα: την λιθόσφαιρα, που βρίσκεται επιφανειακά, και την ασθενόσφαιρα που βρίσκεται βαθύτερα.
Η λιθόσφαιρα έχει πάχος 70 - 150 χλμ. και περιλαμβάνει τον φλοιό μαζί με ένα τμήμα του υποκείμενου μανδύα (ονομαζόμενο «λιθοσφαιρικός μανδύας», με πάχος 100 km περίπου. Η λιθόσφαιρα είναι άκαμπτη. Η ασθενόσφαιρα εκτείνεται βαθύτερα, στον υπόλοιπο μανδύα, και φθάνει μέχρι βάθους 500 - 700 km. Η ασθενόσφαιρα είναι σχετικώς εύκαμπτη ή πλαστική (στην κλίμακα του γεωλογικού χρόνου).
Η λιθόσφαιρα δεν είναι ενιαία, αλλά χωρίζεται σε 8 μεγάλες λιθοσφαιρικές πλάκες, που είναι οι εξής: Αφρικανική, Ευρασιατική, Βορειοαμερικανική, Νοτιοαμερικανική, Ανταρκτική, Ινδική, Αυστραλιανή και Ειρηνική. Εκτός αυτών, των 8 μεγάλων πλακών, υπάρχουν και πολλές άλλες μικρότερες. Οι πλάκες συμπεριφέρονται σαν σώματα συμπαγή και άκαμπτα, που δεν παραμορφώνονται.
Ο φλοιός, δηλαδή το ανώτερο τμήμα κάθε λιθοσφαιρικής πλάκας, ανάλογα με την λιθολογική του σύσταση, διακρίνεται σε ηπειρωτικό και ωκεάνιο. Ο ηπειρωτικός φλοιός αποτελείται από ιζηματογενή και μεταμορφωμένα πετρώματα μέσης πυκνότητας 2,7 και πάχους 30 - 70 km, ενώ ο ωκεάνιος φλοιός αποτελείται από βασάλτες μέσης πυκνότητας 3,0 και πάχους 7 km. Είναι δυνατόν μια λιθοσφαιρική πλάκα να έχει ένα τμήμα της με ηπειρωτικό φλοιό και, δίπλα της, ένα άλλο τμήμα της με ωκεάνιο φλοιό.
Ο λιθοσφαιρικός μανδύας, δηλαδή το κατώτερο τμήμα κάθε λιθοσφαιρικής πλάκας, αποτελείται από περιδοτίτες, πυκνότητας 3,3. Μεταξύ λιθοσφαιρικού μανδύα και φλοιού παρατηρείται η λεγόμενη «ασυνέχεια Mohorovicic», η οποία, όπως αναφέρθηκε, βρίσκεται σε βάθος 30 km κάτω από τις ηπείρους, και σε βάθος 7 km κάτω από τους ωκεανούς.
Οι λιθοσφαιρικές πλάκες είναι σώματα συμπαγή, τα οποία γλιστρούν και μετακινούνται επάνω στο υπόστρωμα της ασθενόσφαιρας, που αποτελείται από παχύρρευστα υλικά. Η ταχύτητα μετακίνησης των πλακών είναι αρκετά μεγάλη, της τάξης του 1 - 10 cm ανά έτος (δηλαδή 10 - 100 χλμ. ανά 1 εκατομμύριο έτη).
8. Φαινόμενα που συνδέονται με την μετακίνηση των λιθοσφαιρικών πλακών.
Κατά την μετακίνησή τους οι λιθοσφαιρικές πλάκες είναι δυνατόν να απομακρύνονται, να συγκρούονται μεταξύ τους ή να γλιστρούν η μία δίπλα στην άλλη. Ανάλογα με το είδος της κίνησης λαμβάνουν χώρα τα εξής φαινόμενα, κατά περίπτωση:
Περίπτωση 1. Όταν δύο πλάκες απομακρύνονται, τότε μεταξύ τους δημιουργείται ένα κενό, που τείνει αμέσως να συμπληρωθεί με υλικό που ανέρχεται από τον ανώτερο μανδύα, τμήματα του οποίου βρίσκονται σε ρευστή κατάσταση. Αυτή η διαδικασία λαμβάνει χώρα, όπως αναφέραμε, κατά μήκος μεγάλων επιμήκων διαρρήξεων στο μέσον των ωκεανών και οδηγεί στον σχηματισμό ηφαιστείων, το ύψος των οποίων φθάνει τα 3000 - 4000 μ. επάνω από τον πυθμένα του ωκεανού. Οι ζώνες αυτές έχουν την μορφή πραγματικών υποθαλάσσιων οροσειρών και για τον λόγο αυτόν ονομάσθηκαν μέσοωκεάνιες ράχες (mid-ocean ridges). Οι μέσο-ωκεάνιες ράχες έχουν μήκος πολλών χιλιάδων χιλιομέτρων και περιζώνουν ολόκληρο τον πλανήτη.
Η συνεχής προσθήκη νέων ηφαιστειακών υλικών στον άξονα των μεσοωκεάνιων ράχεων προκαλεί την συνεχή απομάκρυνσή των παλαιότερων ηφαιστειακών πετρωμάτων από το κέντρο του ωκεανού προς την περιφέρεια της πλάκας. Έτσι, ο ωκεανός συνεχώς αυξάνει σε μέγεθος, στο κέντρο του.
Παλαιομαγνητικές μετρήσεις των ηφαιστειακών πετρωμάτων, έδειξαν ότι κοντά στις μεσοωκεάνιες ράχες η ηλικία των λαβών είναι πρόσφατη, ενώ η ηλικία αυξάνει προοδευτικά, όσο απομακρυνόμαστε από αυτές.
Κατά την απομάκρυνσή τους από τις μεσοωκεάνιες ράχες, τα ηφαιστειακά πετρώματα του πυθμένα αρχίζουν να καλύπτονται από λεπτόκοκκα ιζήματα που προέρχονται από την καθίζηση σωματιδίων, που αιωρούνται μέσα στο θαλάσσιο νερό. Η ιζηματογένεση γίνεται σε μεγάλα βάθη, μεταξύ 2000 m και 6000 m, στο λεγόμενο «αβυσσικό περιβάλλον». Όσο απομακρυνόμαστε από τις μεσοωκεάνιες ράχες και ο ηφαιστειογενής πυθμένας γίνεται παλαιότερος, τόσο πιο παχύ είναι το στρώμα των υπερκείμενων αβυσσικών ιζημάτων. Εάν το βάθος υπερβαίνει τα 4000 m, τότε το CaCO3 τείνει να διαλυθεί, οπότε τα υλικά που αποτίθενται είναι συνήθως μόνο καφέ άργιλοι και πυριτικά υπολείμματα από ζωοπλαγκτόν (ραδιολάριες) και φυτοπλαγκτόν (διάτομα).
Το πλέον συνηθισμένο ηφαιστειακό πέτρωμα είναι οι βασάλτες. Συχνά, οι βασάλτες συνοδεύονται από περιδοτίτες, οι οποίοι θεωρούνται ότι έχουν αποσπασθεί από τον ανώτερο μανδύα και έχουν ανέλθει μέχρι τον πυθμένα του ωκεανού παρασυρόμενοι από τις βασαλτικές λάβες.
Το πλέον συνηθισμένο αβυσσικό ίζημα είναι ο γνωστός μας φλύσχης. Ο φλύσχης αποτίθεται σε όλη την διάρκεια της ζωής ενός ωκεανού, επομένως, οι νεώτεροι και λεπτότεροι φλύσχες βρίσκονται προς το κέντρο των ωκεανών, ενώ οι παλαιότεροι και παχύτεροι προς την περιφέρειά τους. Οι παλαιότεροι φλύσχες, λόγω της υψηλής θερμοκρασίας των υποκείμενων βασαλτικών στρωμάτων και λόγω του βάρους των υπερκείμενων ιζημάτων, είναι δυνατόν να έχουν μεταμορφωθεί και να έχουν μετατραπεί σε σχιστοκερατόλιθους, φυλλίτες ή γνεύσιους.
Σύγχρονο παράδειγμα διεύρυνσης ωκεανού αποτελεί η απομάκρυνση της Βορειοαμερικανικής και της Νοτιοαμερικανικής πλάκας από την Ευρασιατική και Αφρικανική, αντίστοιχα, συνδυαζόμενη με την Μεσοατλαντική ράχη.
Περίπτωση 2. Όταν μια ωκεάνια πλάκα πλησιάζει και συγκρούεται με μια ηπειρωτική πλάκα, τότε συνήθως η ωκεάνια πλάκα βυθίζεται κάτω από την ηπειρωτική, επειδή η πρώτη αποτελείται από πυκνότερα υλικά. Το κατερχόμενο ωκεάνιο τμήμα (σύμφωνα με την αρχική θεωρία του Hess) εισχωρεί μέσα στον μανδύα και εξαφανίζεται προοδευτικά. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται υποβύθιση (subduction). Οι περιοχές όπου συμβαίνει αυτό το φαινόμενο ονομάζονται υποθαλάσσιες τάφροι και το βάθος του πυθμένα της θάλασσας στις ζώνες αυτές ξεπερνά τα 4000 m.
Η υποβύθιση λαμβάνει χώρα στην περιφέρεια των ωκεάνιων πλακών, εκεί όπου συμβαίνει να εφάπτονται με μια ηπειρωτική πλάκα. Με την υποβύθιση εξαφανίζονται τόσο ο αρχικός ηφαιστειογενής πυθμένας του ωκεανού, όσο και τα υπερκείμενα αβυσσικά ιζήματα, τα οποία μπορεί να έχουν μεγάλο πάχος.
Η περιοχή της υποβύθισης αποτελεί συνήθως και χώρο ορογένεσης, δηλαδή δημιουργούνται πτυχώσεις και σχηματισμός ορέων, επάνω στο περιθώριο της ηπειρωτικής πλάκας. Στο σημείο αυτό η θεωρία των Τεκτονικών Πλακών ομοιάζει με την παλαιότερη θεωρία της Μετακίνησης των Ηπείρων του Alfred Wegener.
Σύγχρονο παράδειγμα ζωνών υποβύθισης αποτελούν οι περιοχές που περιβάλλουν τον Ειρηνικό ωκεανό, δηλαδή η δυτική πλευρά της Νότιας και Βόρειας Αμερικής, η χερσόνησος Καμτσάτκα, η Ιαπωνία και οι Φιλιππίνες.
Χάρη στον συνδυασμό των δύο φαινομένων που αναφέραμε, δηλαδή της διεύρυνσης του πυθμένα των ωκεανών (sea-floor spreading) και της υποβύθισης (subduction), ο ωκεάνιος φλοιός συνεχώς ανανεώνεται: στις μεσοωκεάνιες ράχες συνεχώς δημιουργείται νέος φλοιός, ενώ στις υποθαλάσσιες τάφρους συνεχώς καταστρέφεται ο παλιός. Με τον τρόπο αυτό η επιφάνεια των μεγάλων ωκεανών παραμένει σχεδόν σταθερή και το μέγεθος της Γης δεν αλλάζει.
Στο σημείο αυτό η θεωρία των Τεκτονικών Πλακών διαφέρει από την θεωρία του Alfred Wegener, που θεωρούσε ότι οι ήπειροι μετακινούνται γλιστρώντας επάνω στους ωκεανούς. Κάτι τέτοιο δεν συμβαίνει στην πραγματικότητα.
Περίπτωση 3. Όταν δύο ηπειρωτικές πλάκες πλησιάζουν να συγκρουσθούν μεταξύ τους, τότε είναι αναπόφευκτο να καταστραφεί ή να παραμορφωθεί ο ηπειρωτικός φλοιός της μιας ή και των δύο πλακών. Πριν από την τελική αυτή φάση, θα πρέπει να υποθέσουμε ότι οι δύο ηπειρωτικές πλάκες ήταν χωρισμένες από έναν ωκεανό, ο οποίος στην συνέχεια προοδευτικά εξαφανίσθηκε κάτω από τις ηπείρους ακολουθώντας την διαδικασία της υποβύθισης (subduction). Αυτή η διαδικασία είναι αναμενόμενη, δεδομένου, ότι η πυκνότητα των υλικών του ωκεανού είναι μεγαλύτερη από την πυκνότητα των υλικών των ηπείρων.
Όπως και στην Περίπτωση 2, πριν από την τελική φάση της σύγκρουσης των δύο ηπειρωτικών πλακών, μπορεί να έχει δημιουργηθεί ήδη πτύχωση ή ορογένεση στα κράσπεδά τους.
Κατά την τελική φάση της σύγκρουσης των δύο ηπειρωτικών πλακών είναι δυνατόν να γίνει και προώθηση ή εφίππευση της μιας ηπείρου επάνω στην άλλη, κατά την οριζόντια έννοια, οπότε δημιουργείται και πάλι ορογένεση, διαφορετικού, όμως τύπου από αυτόν της υποβύθισης (Περίπτωση 2). Στην προκειμένη περίπτωση, δεν υπάρχει υποβύθιση σε μεγάλα βάθη της υποκείμενης πλάκας, αλλά αυτή κινείται σχεδόν οριζόντια και εισχωρεί στην ζώνη που βρίσκεται μεταξύ του μανδύα και της απέναντι ηπειρωτικής πλάκας, σχηματίζοντας, τελικά, έναν πολύπλοκο σύστημα από δύο επάλληλες ηπειρωτικές πλάκες.
Σύγχρονα παραδείγματα σύγκρουσης ηπειρωτικών πλακών είναι η σύγκρουση Ινδιών - Ασίας, που δημιούργησε τα Ιμαλάια και η σύγκρουση Αφρικής - Ευρώπης, που δημιούργησε τις Άλπεις.
Η ορογένεση της Ελλάδας ανήκει σε αυτήν την κατηγορία. Δηλαδή, υπάρχουν δύο επάλληλες ηπειρωτικές πλάκες: η υπερκείμενη είναι η Ευρωπαϊκή και η υποκείμενη η Αφρικανική. Η Ευρωπαϊκή αποτελείται από πολύ ελαφρά υλικά (ανθρακικά πετρώματα, γνεύσιοι κλπ.), ενώ η Αφρικανική από σχετικώς πυκνότερα (οφιόλιθοι, φλύσχης, σχιστοκερατόλιθοι). Φυσικά, βαθύτερα, και κάτω από τις δύο πλάκες, υπάρχουν τα πολύ πυκνότερα πετρώματα του μανδύα (περιδοτίτες, βασάλτες κλπ.).
Η ορογένεση της Ελλάδας ανήκει σε αυτήν την κατηγορία. Δηλαδή, υπάρχουν δύο επάλληλες ηπειρωτικές πλάκες: η υπερκείμενη είναι η Ευρωπαϊκή και η υποκείμενη η Αφρικανική. Η Ευρωπαϊκή αποτελείται από πολύ ελαφρά υλικά (ανθρακικά πετρώματα, γνεύσιοι κλπ.), ενώ η Αφρικανική από σχετικώς πυκνότερα (οφιόλιθοι, φλύσχης, σχιστοκερατόλιθοι). Φυσικά, βαθύτερα, και κάτω από τις δύο πλάκες, υπάρχουν τα πολύ πυκνότερα πετρώματα του μανδύα (περιδοτίτες, βασάλτες κλπ.).
Περίπτωση 4. Όταν δύο πλάκες κινούνται η μία δίπλα στην άλλη, τότε η επιφάνεια των πλακών δεν μεταβάλλεται αλλά δημιουργούνται μόνο οριζόντιες μεταπτώσεις. Στην περίπτωση αυτή διατηρείται το μέγεθος των πλακών.
9. Ορογένεση και Τεκτονική των Πλακών.
Η θεωρία της Τεκτονικής των Πλακών διαδόθηκε γρήγορα, όπως αναφέραμε, εκτοπίζοντας την θεωρία των Γεωσυγκλίνων, που είχε κυριαρχήσει στην επιστημονική σκέψη για περισσότερα από 100 χρόνια. Με την θεωρία των Τεκτονικών Πλακών εξηγείται καλύτερα η πτύχωση του φλοιού και ο σχηματισμός των ορέων. Οι πτυχώσεις είναι το αποτέλεσμα της οριζόντιας μετακίνησης των ηπείρων, πράγμα θεωρείται μια αναμφισβήτητη πραγματικότητα σήμερα. Αντίθετα, η θεωρία των Γεωσυγκλίνων δεν μπορούσε να εξηγήσει την προέλευση των οριζοντίων κινήσεων ή τάσεων, που προκάλεσαν τις πτυχώσεις και την δημιουργία των ορέων.
Ταυτόχρονα, η διαπίστωση, από τις ωκεανογραφικές έρευνες, του γεγονότος, ότι τα ιζήματα που καλύπτουν τους σημερινούς ωκεανούς είναι σχετικά πρόσφατα και έχουν μικρό πάχος, αποδεικνύει, ότι τα γεωσύγκλινα δεν υπάρχουν και ότι, κατά πάσα πιθανότητα, δεν υπήρξαν ποτέ (σύμφωνα με την αρχή της ομοιομορφίας). Επομένως, οι οροσειρές δεν προέρχονται από παχιές σειρές ιζημάτων, που πτυχώθηκαν αργότερα, όπως υποστηριζόταν μέχρι πρόσφατα από πολλούς γεωλόγους, αλλά από την σύγκρουση των λιθοσφαιρικών πλακών η/και την επώθηση μιας πλάκας επάνω σε μιαν άλλη.
Η διάψευση αυτή των παλαιών θεωριών δημιούργησε την ανάγκη επανεξέτασης του θέματος της ορογένεσης και την αναζήτηση μιας νέας θεωρίας εναρμονισμένης με τις αρχές της Τεκτονικής των Πλακών. Μέχρι σήμερα έχουν διατυπωθεί διάφορες τέτοιες θεωρίες, χωρίς μέχρι στιγμής, να υπάρχει συμφωνία των ερευνητών επάνω στο θέμα αυτό. Είναι βέβαιο, ότι για να καταλήξουν οι ερευνητές σε οριστικά συμπεράσματα, θα απαιτηθεί πολλή εργασία και νέες χαρτογραφήσεις των οροσειρών με βάση τις αρχές της Τεκτονικής των Πλακών.
