Rieth József: Anyagvilág - Háttérismeret
Egyed Föld tágulási elmélete
Tartalomjegyzékhez < Világképem < Anyag-időszak
Egyed László: Új elmélet a Föld szerkezetéről és fejlődéséről (1957)
Egyed László (1917-1970) geofizikus, akadémikus. Kezdetben a MAORT geofizikai osztályának munkatársa. 1949-ben megbízzák az ELTE geofizika tanszékének megszervezésével, ahol docens, majd 1956-tól egyetemi tanár. Tanszékét földfizikai kutatási központtá fejlesztette. 1953-tól jelennek meg tanulmányai a Föld tágulására vonatkozóan.
------------------
A geofizikai kutatás feladata a Föld belső szerkezetének, a földkéreg felépítésének, változásainak felderítése.
A földkéregről, valamint a közvetlenül alatta levő anyagi viszonyokról a geofizika meglehetősen jól megalapozott képet tud festeni.
A Föld felszíne kontinentális és óceáni területekre tagolódik, s ez a tagolódás nem csupán alaki, morfológiai, hanem kőzettani különbséget is jelent. A szárazulatok, kontinensek felső része sok kovasavat tartalmazó (savanyúbb jellegű) kőzetekből, elsősorban gránitból épül fel. Alsóbb részét sokkal több vasat tartalmazó gabbrószerű (bázisos) tömegek jellemzik. (A gabbró olyan mélységbeli kőzet, amely leginkább a bazalthoz hasonlítható, de sokkal durvább szemű kristályokból áll.) A kontinentális tömegek átlagos vastagsága 30 km. A tengeri területeken ezzel szemben az elhanyagolhatóan vékony gabbróréteg alatt közvetlenül nagyobb sűrűségű kőzetek vannak. A kontinentális területek leggyakoribb szintje átlagosan 4800 méterrel magasabb a tengeri területek leggyakoribb fenékszintjénél. Feltűnő, hogy a kontinentális és óceáni területek igen élesen elhatárolhatók egymástól.
A kéreg alatt a Földet öves felépítésűnek lehet tekinteni. Az újabb vizsgálatok kimutatták, hogy lényeges anyagösszetételbeli szétkülönülésre csak a legfelső 300 km-es részen lehet számítani. A 300 és 900 km közötti szakasz lényegében átmenetet jelent a közönséges szilikátos kőzetek állapotából azok nagynyomású módosulata felé, míg 900 km és 2900 km között a Föld köpenye homogénnek tekinthető és a szilikátok nagynyomású módosulatának felel meg. A Föld 2900 km-en belüli részét magnak nevezik. Ez is két részre tagozódik: maghéjra és magbelsőre. A kettő határa 5000 km mélységben van. Ezeket a határfelületeket a földrengések vizsgálatából lehetett meghatározni.
A Föld anyagi felépítésének problémája elsősorban a Föld magjának felépítésére vonatkozik.
A Föld belső szerkezetéről szóló elképzelések, feltevések elvileg két csoportra oszthatók: vasmagos és vasmag nélküli modellekre. …
E modellekre egyaránt jellemző, hogy nem következnek belőlük azok az energiák, amelyekből a Föld felszínét, a Föld kérgét alakító belső erőket leszármaztatni lehetne. A kihűlésből származó zsugorodás ténye nagyon is kétséges. Sokan a magma áramlásából származtatták a belső erőket. Olyasszerű magmaáramlások kialakulása, amelyek a kéreg alakítását aktívan befolyásolnák, az utóbbi évek fizikai vizsgálatai alapján valószínűtlenek. Milyen is hát a Föld szerkezete?
A helyes elképzelésnek olyannak kell lennie, amely a Föld belsejére vonatkozó megfigyelési adatokon kívül a belső erőket, s a Föld felszínén lejátszódó eseményeket is a fizika törvényei alapján értelmezni tudja. A következőkben egy ilyen dinamikus jellegű Föld-modellt s annak földtani és geofizikai következményeit, valamint ezeknek a megfigyelésekkel való kvalitatív és kvantitatív egyezéseiket óhajtjuk ismertetni. …
Anyagi összetétel szempontjából, a köpeny felső részétől eltekintve, a Föld homogén. A magbelső, a maghéj és a köpeny ugyanannak a szilikátos anyagösszességnek három módosulata. …
Az egyes módosulatokat a 2900 km mélységben levő Gutenberg-Wiechert, ill. az 5000 km mélyen levő Lehmann-féle törésfelület választja szét. A Föld belső magját alkotó ultranagynyomású állapotban levő anyag állandó és irreverzibilis, meg nem fordítható átalakulásban van a maghéj állapotán át a köpenynek megfelelő végleges módosulatba. A köpenyben további változást csak a felsőbb részekben fellépő szétkülönülés, differenciáció okoz; ez azonban nem jelent lényeges változást.
Mivel a belső mag sűrűbb, mint a maghéj, ez pedig sűrűbb, mint a köpeny, következik, hogy az állandó átalakulás következtében a Föld átlagsűrűsége állandóan csökken, térfogata tehát növekszik.
Az adott Föld-modell így arra a meglepő eredményre vezet, hogy a Föld térfogata állandóan nő, a Föld tágul.
A következőkben ezt a tényt szeretnénk alátámasztani a megfigyelési adatok segítségével. Meg fogjuk mutatni, hogy ez a modell alkalmas arra, hogy egyszerűen magyarázza a Földdel kapcsolatos összes jelenségeket.
Az első bizonyítékot a Föld tágulására az ősföldrajz, a paleogeográfia területéről hozzuk.
A földtani megfigyelések lehetővé teszik annak meghatározását, hogy a Föld történetének múltjában, mely területeket borított tenger és melyek voltak szárazföldek. Az ilyen alapon készített térképeket ősföldrajzi térképeknek nevezik.
Megállapították, hogy a földtörténeti idők folyamán a vízburok össztömege nőtt, de a növekedés nem lehet több 4%-nál. A földtörténet folyamán a Föld víztömegei tehát lényegében alig változtak. A Föld térfogatának változása felületének változásait is maga után vonja. A felület megváltozása pedig az átlagos tengerszintet befolyásolja. Zsugorodó Föld esetében a tengervíz átlagos vastagsága állandó növekedésben lenne. Ennek következtében a tengereknek átlagosan mind nagyobb és nagyobb kontinentális területet kellene elöntenie. Állandó földtérfogat esetében viszont egyes területek csak a kéregmozgások miatt kerülnének a tenger szintje alá. A tengerrel borított területek tehát ebben az esetben egy állandó érték körül ingadoznának. A táguló Földnek viszont az a következménye, hogy a vízzel borított területek átlaga állandó csökkenésben van. A Föld térfogatváltozásának kérdése már az ősföldrajzi adatok alapján is eldönthető. …
Ha megtekintjük az ábrát, amely a vízzel borított területek kiterjedését az idő függvényében ábrázolja, megállapíthatjuk, hogy e területek átlaga állandóan csökken.
A
kontinensek tengervízzel borítottságának változása a földtörténet folyamán
Ez pedig éppen a Föld térfogat-növekedése, tágulása mellett tanúskodik.
Az adatokból a tágulás mértékét is meg lehet határozni. Az ősföldrajzi térképek alapján a Föld sugarának növekedési átlaga évente 0,55 mm.
A Föld térfogat-növekedése alapján érthetővé válik a kérgének kontinentális és óceáni területekre való tagolódása, azok kőzettani különbsége, a kétféle terület leggyakoribb szintjeinek éles különbsége, valamint a kontinentális és óceáni területek éles határa.
A Föld kezdeti primitív állapotában a többé-kevésbé homogenizált magma először a felszíni rétegekben különült szét, közben a kevésbé szétkülönült, sűrűbb olvadékösszesség felett kialakult egy gránit, alatta pedig egy gabbróolvadék. A lehűlés következtében először a gránit, majd a gabbróolvadék merevedett meg így kialakult az egységes, kb. 30 km vastagságú földkéreg.
A térfogat-növekedés miatt fellépő feszültségek következtében a kezdeti kéreg felszakadt s az ultrabázikus magma a felrepedt részeken az egyensúlyának megfelelő szintig emelkedett. Miután az ultrabázisos (sok vasat tartalmazó) anyag sűrűsége lényegesen nagyobb, mint a felső részében savanyú (sok kovasavat tartalmazó), alsó részében bázikusabb jellegű kéreg, az ultrabázikus kéreg alatti magma szintje lényegesen alatta maradt az átlagos kontinentális szintnek. Ebből a képből tehát magától értetődően következik, hogy a Föld felszínén két leggyakoribb szintnek kell lennie, s hogy a kontinentális és óceáni területek között az anyagi felépítésében is lényeges különbség mutatkozik. Érthetővé válik az is, hogy a kontinentális területek között nincs folytonos átmenet. A most elmondott mechanizmus magyarázza a kontinentális területek széleinek íves felépítését, hiszen a gömbszerű tömeg felrepedésénél a fellépő feszültségek miatt általában ívszerű repedési vonalak alakulnak ki.
Így jött létre az első óceáni jellegű medence s mivel a felszakadások minden feszültségfelhalmozódás végén megismétlődnek, így fejlődött ki az összes mai óceáni medence.
Ismeretes a kontinentális területek mai helyzetére vonatkozó Taylor-Wegener-féle elmélet, amely szerint az egyes szárazulatok a karbon-időszak végéig egységet és összefüggő összességet alkottak. Ekkor azonban széttörtek, egymástól elúsztak, s az eltelt 200 millió év alatt lassanként a mai helyzetbe kerültek. Ezt alátámasztja Afrika és Dél- Amerika partjainak feltűnő hasonlósága.
A Wegener-féle elméletnek sok előnye ellenére a legnagyobb problémája az volt, hogy mi hozta létre azokat a rendkívüli erőket, amelyek a szárazulatokat feldarabolták, majd pedig a hihetetlen méretű elmozdulásokat létrehozták.
A most vázolt Föld-modellből következtetett tágulás azonban a Wegener-féle elméletet szinte természetes következményként magában foglalja.
Ha ugyanis a Csendes-óceán kialakulása után a kéreg egyetlen összefüggő tömeget alkotott, akkor ez az egységes kéregdarab, a Pangea, a Föld tágulása következtében fellépő feszültségek hatása alatt darabokra tört. Ezt követően szétnyílt, s a törésvonalak mentén ugyanúgy felszínre hatolt az ultrabázikus kéreg alatti olvadék, mint a Csendes-óceán keletkezésekor, s létrejött az Atlanti- és az Indiai-óceán területe.
Különös érdeklődésre tarthat számot az Atlanti-hátság. Az Atlanti-hátságnak az afrikai és dél-amerikai partvonalakkal sokszor részletekbe menő egyezése azt a gondolatot hozza előtérbe, hogy ez a terület leggyengébb része.
Erre a következtetésre adnak támasztékot a fizikai adatok közül a terület aktív rengésviszonyai. Másrészt az Atlanti-hátság területéről vett minták életkora 30 millió év körüli értéknek adódott, ami annak anyagi felépítésében fiatal voltát, tehát utánpótlási vonal- jellegét erősíti meg.
A kontinentális területek mérete lehetővé teszi a kezdeti sugár méretének meghatározását, és így a Föld korának ismeretében az évi átlagos sugárnövekedést ilyen úton is meghatározhatjuk. E számítás eredményeképpen az átlagos sugárnövekedés mértéke 0,55 és 0,65 mm/év között mozog.
A Föld korának és a belső mag sűrűségének ismerete is lehetővé teszi a kezdeti sugár, tehát az évi átlagos sugárnövekedés értékének meghatározását. Ez 0,46 mm/év átlagos sugárnövekedési értékhez vezet.
Az eddig említett adatok szerint tehát azt látjuk, hogy a különbözőképpen meghatározott sugárnövekedési értékek milyen meglepően jól egyeznek egymással. A felhasznált jelenségek, valamint az átlagértékek jó egyezése mind a Föld térfogatának növekedését, a Föld tágulását támasztják alá.
A Föld térfogatának növekedése meglehetősen nagy energiák felszabadulását jelenti.
Ennek az energiának egy tört része rugalmas energiává alakul át. Ha ugyanis arra gondolunk, hogy a Föld szilárd kérge alapjában egy rugalmas összefüggő hártya, akkor ez a térfogat növekedése következtében feszültség alá kerül s benne a térfogatnövekedéssel egyidejűleg rugalmas energia halmozódik fel. Ez akkor kezd kioldódni, amikor a feszültségek olyan nagyokká válnak, hogy a kéreg egyes helyeken szétszakadozik. […]
Igen sokat foglalkoztatott bennünket a földrengés. Táguló Föld esetében a földrengések eredete teljesen világos. A Föld legfelsőbb kérge, miképpen egy gumihártya, a tágulás miatt mindinkább kifeszül. A nem egyenletes felépítés miatt - ha a feszítés elegendőre nőtt - kisebb berepedések következnek be, ami óriási erőhatásban, földrengésben jelentkezik. A megfigyelések a berepedési vonalakat, sőt a berepedési jelenségeket is igen szépen igazolják.
A földrengésvizsgálatokból kiderül, hogy egyes rengések fészekmélysége több száz kilométer is lehet. Az eddig észlelt legmélyebb rengések mintegy 720 km mélységből pattantak ki. Ezeket mélyfészkű rengéseknek nevezik. Keletkezési módjuk teljesen érthetetlen volt a régi felfogások alapján. A Föld térfogatnövekedése erre is teljesen tiszta választ ad. E rengések a tágulásos felületen a repedés egy-egy mozzanatát jelzik. Az elméleti vizsgálatok még azt is megjósolták, hogy a nagyon mély és sekély rengések közötti övben viszonylag kevesebb rengésnek kell lenni. A megfigyelések ezzel teljesen összhangban állnak. Az is érdekes, hogy a berepedési vonal felszínén a kéreg erősen kivékonyodik. És itt találjuk meg a mélytengeri árkokat, a földfelszínnek óceánok területén fekvő legmélyebb pontjait.
Lássuk, mit tudunk mondani az elmélet alapján a hegységek keletkezéséről.
Ismeretes, hogy a hegységképződés első szakasza az ún. geoszinklinálisok, süllyedő tengervályúk keletkezése, melyekben hatalmas üledékrétegek halmozódnak fel. A süllyedő jelleg idővel mindinkább meggyorsul, majd elérkezik az az állapot, amelynél a süllyedés megáll, és bekövetkezik a hatalmas vastagságban felhalmozódott üledéktömegek kiemelkedése, amely a lánchegységek tömegét szolgáltatja. Ezt nevezik a lánchegység kiemelkedési szakaszának. Hogyan magyarázható ez a jelenségcsoport?
A Föld felszíne szilárdsági szempontból nem egyenletes felépítésű, hanem a kontinentális területek rugalmasságban eltérnek az óceáni területek rugalmassági viszonyaitól, minthogy az óceáni területek alatt a kéreg merevebb, kevésbé nyúlik, mint a kontinentális területek alatt. Sőt az azonos jellegű területeken belül is bizonyos fokú eltérések észlelhetők.
Ha ezt figyelembe vesszük, akkor világos, hogy a feszültségfelhalmozódáskor a kéregben vetemedési jelenségek jönnek létre. Ez abban jelentkezik, hogy egyes területek mélyebbre kerülnek, süllyedő tendenciát vesznek fel, míg más területek emelkedni fognak. A süllyedés a feszültségek növekedésével együtt nő, míg a kiemelkedő területek lepusztult anyaga a süllyedő medencékben halmozódik fel. A geoszinklinális létrejötte tehát egyenes következménye a táguló Föld feszültségfelhalmozódásának. A feszültségek növekedése mindaddig tart, amíg a kéreg el tudja viselni ezeket az igénybevételeket. Ha a kéreg felszakad, a többi részben felhalmozott feszültségek is felszabadulnak, s a vetemedések megszűnnek.
A rugalmas erőhatások következtében lesüllyedt geoszinklinálisok területe tehát viszonylag gyorsan ki fog emelkedni, s magával hozza, kiemeli a benne felhalmozott hatalmas üledékes tömegeket is. …
Mindennapi tapasztalataink nagyon erősen rányomják bélyegeiket gondolkodásmódunkra. Az ilyen tapasztalatok azonban nem túlzottan változó körülmények között lejátszódó jelenségekre vonatkoznak, s ha ezeket a tapasztalatokat más körülményekre vetítjük ki, más viszonyokra alkalmazzuk, könnyen csalódhatunk. Ilyen jellegű felfogás volt a Föld zsugorodása, amelyet a kihűlő testek térfogatcsökkenésére vonatkozó hétköznapi tapasztalatainkból, s a hegységek összegyűrődéséből vezettük le. A megfigyelések összesítése, s az újabb fizikai vizsgálatok azonban arról tanúskodnak, hogy a Föld térfogata nő, és sugarának növekedése évenként mintegy fél milliméter.
Az elmélet mai szemmel (Márton Péter)
Egyed László itt, a művelt nagyközönség számára röviden kifejtett, ma már közel 50 éves elméletének a maga idejében óriási jelentősége volt. Az Egyed-féle földtágulási elméletnek az a fő érdeme, hogy az első olyan globális elmélet volt, amely az addig megmagyarázhatatlannak tűnő nagy tektonikai, földfejlődési jelenségeket látszólag ellentmondás-mentesen értelmezte. Az elmélet formális szépsége, hogy egyetlen feltevésen, a Föld tágulásán alapul. Egyed földmodellje megelőzte a földtudományok totális megújulását hozó hatvanas éveket, amelyek folyamán megszületett a seafloor spreading és a lemeztektonika globális elmélete. Mai szemmel nézve Egyed elméletét jelentős kísérletnek tekinthetjük, amely elősegítette a földtani- geofizikai jelenségek és folyamatok jobb megértését. A hatvanas évek után azonban, noha még jóval később is többször valamilyen formában előbukkant, a tágulási hipotézis fokozatosan lekerült a napirendről, és a mai elméletek egyáltalán nem igénylik a Föld tágulását.
Egyed elméletének maradandó pontja a szilárd felszín magasságeloszlásában tapasztalható két fő, egy óceáni és egy szárazföldi szint megjelenésének értelmezése (lásd Egyed cikkének ábráját). Mai nyelven, azaz a globális tektonika fogalmait használva, az óceáni területek keletkezését úgy magyarázzuk, hogy a Föld legfelső szilárd héja, a mintegy 100 km vastag kontinentális talapzat (litoszféra) valamely húzásos igénybevétel hatására, egy-egy gyenge vonal mentén felszakad, és ha a húzás tovább folytatódik, akkor a szegélyek távolodni fognak egymástól, a keletkezett „űrt" pedig a felső köpenynek a dekompresszió hatására megolvadt anyaga tölti ki, amely fokozatosan hozzászilárdul a távolodó litoszféraperemekhez. Minthogy a felső köpeny anyaga sűrűbb, mint a kontinentális litoszféráé, az izosztatikus egyensúlyra törekvés miatt az óceáni aljzat, vagyis az óceáni litoszféra teteje, mélyebben helyezkedik el, mint a szárazföldek felszíne. A 3. ábra ugyan nem mutatja, de a szövegben a szerző később utal rá, amikor az Atlanti-óceánt övező kontinensek és az Atlantihátság lefutásának szinte tökéletes párhuzamosságát hozza szóba, hogy utóbbi viszonylag fiatal és „a terület leggyengébb része". Egyed professzornak ez az érvelése csupán egyetlen kiegészítést igényel. Nevezetesen, hogy az új óceáni aljzat a hátság mentén keletkezik, vagyis az Atlanti-óceán keleti és nyugati medencéi a peremi kontinensek távolodásával jöttek létre. Ez pedig már éppen az ún. seafloor spreading hipotézis, amelyet néhány évvel később mások fogalmaztak meg.
Földtani értelemben véve, jelenleg mintegy 2,6 km2 felületű óceáni litoszféra keletkezik évente, vagyis a Föld felszíne évente ennyivel növekszik. Ilyen nagyságú új felszín elhelyezéséhez 16 mm/év sugárnövekedés volna szükséges, ami kb. háromszorosa az Egyed-féle mintegy fél cm/évnek. Ma már azonban tudjuk, hogy a felszín nemcsak növekszik, hanem ugyanolyan ütemben fogy is.
A Föld legfelső héját felépítő mozaikok, a litoszféralemezek állandó mozgásban vannak egymáshoz képest, amelynek során az akkréciós lemezszegélyek (pl. Atlanti-hátság) mentén a litoszféra növekszik, míg a destruktív lemezszegélyek (pl. a Csendes-óceán mélytengeri árkai) mentén az óceáni litoszféra mélybe süllyed (szubdukálódik). A keletkező új óceáni litoszféra forró, így viszonylag könnyű, ezért környezeténél magasabbra emelkedik (pl. Atlanti-hátság). Az öreg, „érett" óceáni litoszféra viszont hideg, nehezebb, mint a forró felső köpeny, ezért mélybe süllyedhet, és sok száz kilométer mélységbe is benyomulhat a felső köpenybe. Az akkréciót gyengébb, a szubdukciót viszont érthetően erős földrengéstevékenység kíséri (l. a japáni, chilei, stb. pusztító rengéseket). A lánchegységek akkor keletkeznek, amikor a lemezmozgás során kontinenst hordozó lemezek ütköznek. Ezek végül is a kontinentális litoszféra felső, viszonylag könnyű (l. Egyed-cikk), tehát szubdukálódni nem képes héjának egymásra tolódása, torlódása illetve szétszóródása következtében jönnek létre. A hegységképződést is jelentős, szórt (nagy területeket magába foglaló) földrengés-tevékenység jellemzi (pl. Kínában, az India-Eurázsia ütközésnek köszönhetően). A lánchegységek kiemelkedését éppen viszonylagos könnyűségük okozza az izosztázia elvének megfelelően.
Egyed professzor többek között a felszínfejlődést is a Föld tágulásából vezette le. A fentiekből látható, hogy ez a feltevés a globális tektonikában nem szükséges. Ma úgy tűnik, hogy a litoszféralemezek mozgásának hajtóereje a Föld belső hője, amely részben még az eredeti, részben pedig a radioaktív elemek bomlásából származik. A belül melegebb, kívül hideg állapotnak köszönhetően a Föld szilárd köpenyében földtani időléptékben is lassú anyagáramlás (termikus konvekció) zajlik. A konvekciós cellák felső határrétegét éppen a relatív mozgásra kényszerített lemezek képezik. A konvekció lepelszerű leszálló ágait a süllyedő lemezrészek, felszálló ágait pedig a kéményszerõ hőfeláramlások (plumok) képezik. Utóbbiak felszíni megnyilvánulása az ún. hotspot vulkanizmus. A legismertebb, jelenleg is működő Csendes-óceáni vulkánokat (pl. Hawaii) ilyen plume-ok táplálják. Végül a Föld magjára vonatkozó, a nagynyomású kísérletekből levonható következtetések lényegében az Egyed által is említett Birch-féle (azaz vasmagos) modellt támasztják alá, amelynek külső héjában (azaz a folyékony külső magban) élénk konvekciós áramlásokkal számolnak. A magbeli konvekciók részben szintén termikus okokra, részben pedig az összetételbeli különbségek kiegyenlítődésére vezethetők vissza. Az utóbbi folyamat érdekes következménye, hogy a belső mag állandóan növekszik. A magbeli fémes elektromos vezetőképességű anyag áramlásainak külső megnyilvánulása a földi mágneses tér, amelynek létrehozásához és fenntartásához szükséges energiát a Föld forgási energiája szolgáltatja.
Tartalomjegyzékhez < Világképem < Anyag-időszak
-----------------
http://www.sulinet.hu/termeszetvilaga/archiv/2001/0105/25.html
http://hirmagazin.sulinet.hu/hu/pedagogia/es-megis-tagul-a-fold
https://hu.wikipedia.org/wiki/Egyed_L%C3%A1szl%C3%B3
http://blog.xfree.hu/myblog.tvn?n=eladasos&pid=17578
http://geophysics.elte.hu/inmemoriam/egyed.htm
https://sciart.eu/hu/2012-05-03-1105/307/fold-szuletese-es-fold-modellek
http://www.nyf.hu/others/html/kornyezettud/kornykem/Fold.htm