Xωρίς την τεκτονική των λιθοσφαιρικών πλακών ο πλανήτης μας θα ήταν πολύ διαφορετικός. Η διαρκής ανακύκλωση του φλοιού της Γης μας προσφέρει ένα σταθερό κλίμα, ορυκτά και πετρελαϊκά αποθέματα και ωκεανούς με μια χημική ισορροπία ικανή να συντηρήσει τη ζωή. Επίσης, κάθε μερικές εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια, δίνει μια ώθηση στην εξέλιξη.
Η Γη, εξ όσων γνωρίζουμε, είναι ο μοναδικός πλανήτης που διαθέτει την τεκτονική των λιθοσφαιρικών πλακών. Πώς έγινε αυτό; Οι προσομοιώσεις δείχνουν ότι για να δημιουργηθεί η τεκτονική των πλακών ένας πλανήτης θα πρέπει να έχει το κατάλληλο μέγεθος: αν είναι πολύ μικρός η λιθόσφαιρά του – το στερεό τμήμα του φλοιού και του εξωτερικού μανδύα- θα είναι υπερβολικά πυκνή. Αν είναι υπερβολικά μεγάλος το ισχυρό βαρυτικό πεδίο του συμπιέζει τις λιθοσφαιρικές πλάκες κρατώντας τες ακίνητες. Κατάλληλες πρέπει επίσης να είναι και οι συνθήκες: τα πετρώματα που αποτελούν τον πλανήτη δεν πρέπει να είναι ούτε υπερβολικά θερμά, ούτε υπερβολικά ψυχρά, ούτε υπερβολικά υγρά, ούτε υπερβολικά ξηρά.
Ακόμη όμως κι αν υπάρχουν όλες οι παραπάνω προϋποθέσεις, απαιτείται ένας επιπλέον καθοριστικός παράγοντας: με κάποιον τρόπο η λιθόσφαιρα πρέπει να έχει υποστεί ρωγμές έτσι ώστε το ένα κομμάτι να μπαίνει κάτω από το άλλο. Σήμερα βλέπουμε αυτή τη διαδικασία η οποία είναι γνωστή ως «κατάδυση» στο χείλος πολλών ωκεάνιων λεκανών, καθώς ο ψυχρός, πυκνός πυθμένας του ωκεανού εισχωρεί κάτω από τον πιο αραιό ηπειρωτικό φλοιό και κατευθύνεται προς τον μανδύα.
Στα πρώτα στάδια της ζωής της ωστόσο η Γη ήταν πολύ θερμότερη από ό,τι σήμερα και αντί για έναν εύθρυπτο εξωτερικό φλοιό είχε στην επιφάνειά της μια κολλώδη γλίνα, στην οποία και θα πρέπει να εμφανίστηκαν οι πρώτες ρωγμές. Πολλές ηλεκτρονικές προσομοιώσεις έχουν προσπαθήσει να διερευνήσουν κάτω από ποιες συνθήκες θα μπορούσε να δημιουργηθεί αυτόματα ένα ρήγμα σε έναν τέτοιο φλοιό· ως τώρα όμως έχουν όλες αποτύχει.
Μια τολύπη στον καυτό μανδύα θα μπορούσε να έχει προκαλέσει την πρώτη οπή, αφήνοντας να ξεχυθεί αφρός από τα κατώτερα στρώματα. Ή ίσως όλα να προκλήθηκαν από κάποιον αστεροειδή ή κομήτη, ο οποίος προσέκρουσε τρυπώντας την εξωτερική κολλώδη επιφάνεια πυροδοτώντας μια αλυσίδα γεγονότων, η οποία δημιούργησε τις πρώτες κινούμενες πλάκες.
Ενα άλλο μεγάλο άγνωστο σημείο είναι το πότε μπορεί να συνέβη αυτό. Τα στοιχεία στον ωκεάνιο φλοιό είναι ελάχιστα επειδή το μεγαλύτερο μέρος του δεν είναι αρκετά παλαιό- ο ωκεάνιος φλοιός συνήθως έχει καταστραφεί στις ζώνες της κατάδυσης, μόλις 200 εκατομμύρια χρόνια μετά τη δημιουργία του. Οσα στοιχεία έχουν γλιτώσει από την κατάδυση δίνουν ωστόσο κάποιες ενδείξεις. Οι «οφιόλιθοι» είναι σχίζες παλαιού ωκεάνιου φλοιού οι οποίες. αντί με την κατάδυση να κατευθυνθούν προς τα κάτω, σπρώχτηκαν στο επάνω μέρος του ηπειρωτικού φλοιού. Μια πρόσφατη μελέτη χρονολόγησε έναν οφιόλιθο στη Γροιλανδία με την ηλικία ως των 3,8 δισ. ετών: πρόκειται για την παλαιότερη ένδειξη τεκτονικής των πλακών που έχει βρεθεί ως σήμερα.
Οποια κι αν είναι η ακριβής χρονολογία της έναρξης της τεκτονικής των πλακών αυτή έχει διαμορφώσει και αναμορφώσει ξανά και ξανά έκτοτε την επιφάνεια του πλανήτη μας. Η διαδικασία αυτή ανακυκλώνει το νερό, τον άνθρακα και το άζωτο, δημιουργώντας ένα περιβάλλον τέλειο για τη ζωή. Εχει επίσης δημιουργήσει μεγάλο μέρος των αποθεμάτων πετρελαίου, φυσικού αερίου και ορυκτών που υπάρχουν στη Γη- συμπιέζοντας και ψήνοντας τα αποθέματα πετρωμάτων ακριβώς στον βαθμό που χρειαζόταν. Τα ηφαίστεια που απελευθερώνουν διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα και η τριβή των τεκτονικών πλακών λειτουργούν μαζί για να διατηρούν το κλίμα μας βιώσιμο (βλ. και «Ο θερμοστάτης της Γης»).
Οι κινήσεις των τεκτονικών πλακών κάνουν επίσης τους ωκεανούς να ανοίγουν και να κλείνουν, τα βουνά να ανεβαίνουν και να κατεβαίνουν, τις ηπείρους να ενώνονται και να χωρίζονται. Κάθε 500 ως 700 εκατομμύρια χρόνια η τεκτονική των πλακών ενώνει τις ηπείρους σχηματίζοντας μια υπερήπειρο. Η τελευταία Παγγαία υπήρξε πριν από 250 εκατομμύρια χρόνια και σε περίπου 250 εκατομμύρια χρόνια οι ήπειροι θα συγκρουστούν ξανά μεταξύ τους.
Οταν οι υπερήπειροι διαλύονται σιγά σιγά, αποχωρίζοντας μάζες ξηράς και σχηματίζοντας ρηχές θάλασσες, η εξέλιξη κινείται με πολύ μεγάλες ταχύτητες, σχηματίζοντας αμέτρητα νέα είδη, τα οποία εποικίζουν τα νέα περιβάλλοντα που δημιουργούνται.
Κάποια στιγμή η λιθόσφαιρα θα σταματήσει να κινείται, καθώς η Γη θα ψυχρανθεί και τα ρεύματα μεταφοράς στον μανδύα θα είναι πολύ αδύναμα ώστε να δώσουν ώθηση στις πλάκες. Κανείς δεν γνωρίζει για πόσο ακόμη θα συνεχιστεί η τεκτονική των πλακών ή αν θα σταματήσει προτού ο πλανήτης μας «φαγωθεί» από τον Ηλιο. Ας μην ανησυχούμε όμως ιδιαίτερα για αυτό: ώσπου να συμβεί οι άνθρωποι μάλλον θα αποτελούν μια μακρινή ανάμνηση για τη ζωή της Γης. ΤΙ ΥΠΑΡΧΕΙ ΣΤΟ ΚΕΝΤΡΟ ΤΗΣ ΓΗΣ;
Mε μία λέξη: σίδηρος. Το ζήτημα, όμως, δεν τελειώνει εδώ. Εχουμε ακόμη να μάθουμε πολλά γύρω από το πώς είναι ο πυρήνας της Γης και πώς σχηματίστηκε κατ΄ αυτόν τον τρόπο.
Αυτό το οποίο γνωρίζουμε είναι ότι ο πυρήνας ξεκινά σε βάθος 2.890 χιλιομέτρων και ότι η διάμετρός του είναι 6.800 χιλιόμετρα. Αποτελείται από δύο στρώματα, τον ρευστό εξωτερικό πυρήνα από λιωμένο σίδηρο και τον στερεό εσωτερικό πυρήνα, ο οποίος αποτελείται από νικέλιο και σίδηρο και έχει σχεδόν το μέγεθος της Σελήνης.
Τα πράγματα δεν ήταν πάντοτε έτσι. Αρχικά ο πλανήτης ήταν απλώς ένα τεράστιο συνονθύλευμα χωρίς εμφανή δομή. Στη συνέχεια τα πιο βαριά στοιχεία, στο μεγαλύτερο μέρος τους σίδηρος και λίγο νικέλιο, κατακάθισαν προς το κέντρο και σχημάτισαν ένα πυρήνα. Το πότε και το πώς ακριβώς συνέβη αυτό εξακολουθούν να αποτελούν αντικείμενο υποθέσεων. Μια θεωρία υποστηρίζει ότι ο πυρήνας σχηματίστηκε ξαφνικά, σαν μια χιονοστιβάδα που κινήθηκε προς το κέντρο. Αλλοι πιστεύουν ότι ο σίδηρος έρευσε αργά αργά προς τα κάτω. Τα ραδιενεργά ισότοπα που μετρήθηκαν σε ηφαιστειογενή πετρώματα που προέρχονται βαθιά από τη Γη δείχνουν ότι ο πυρήνας σχηματίστηκε όταν ο πλανήτης είχε ηλικία ανάμεσα στα 30 και στα 100 εκατ. χρόνια. Πριν από 3,5 δισ. χρόνια οι στροβιλισμοί μέσα στον πυρήνα από ρευστό σίδηρο δημιούργησαν ένα μαγνητικό πεδίο. Υστερα, πριν από περίπου 1,5 δισ. χρόνια, το κέντρο του πυρήνα ψυχράθηκε και στερεοποιήθηκε, δημιουργώντας έναν στερεό εσωτερικό πυρήνα.
Ενα μυστήριο γύρω από τον πυρήνα λύθηκε πρόσφατα. Εδώ και αρκετό καιρό ήταν γνωστό ότι τα σεισμικά κύματα διαδίδονται πιο γρήγορα στην ανατολική πλευρά του πυρήνα απ΄ ό,τι στη δυτική, κανείς όμως δεν γνώριζε γιατί. Τώρα προσομοιώσεις έδειξαν ότι αυτό μάλλον οφείλεται σε στροβιλιζόμενες δίνες ρευστού σιδήρου στον εξωτερικό πυρήνα οι οποίες έλκουν προς τα κάτω ψυχρά υλικά από τον μανδύα και τα εναποθέτουν στον στερεό εσωτερικό πυρήνα. Τα τελευταία 300 εκατ. χρόνια οι περισσότερες δίνες σιδήρου βρίσκονταν κάτω από την Ασία, κάνοντας τον εσωτερικό πυρήνα να μεγαλώσει περίπου κατά 100 χιλιόμετρα περισσότερο στην ανατολική πλευρά του σε σχέση με τη δυτική. Αυτό θα μπορούσε να έχει συνέπειες για το μαγνητικό πεδίο της Γης, το οποίο δημιουργείται από τη μεταφορά της θερμότητας και της ενέργειας στον εξωτερικό πυρήνα.
Ορισμένοι ερευνητές πιστεύουν ότι οι αναταράξεις που προκαλούνται από την αύξηση του εσωτερικού πυρήνα μπορούν με τον χρόνο να αποσταθεροποιήσουν το μαγνητικό πεδίο και να το αντιστρέψουν, κάνοντας τον βόρειο και τον νότιο μαγνητικό πόλο της Γης να αλλάξουν θέση. Αν συμβεί κάτι τέτοιο- όπως έχει συμβεί στο παρελθόν- ο πλανήτης θα μείνει προσωρινά απροστάτευτος από τα ενεργητικά σωματίδια που έρχονται από τον Ηλιο, τον λεγόμενο ηλιακό άνεμο. Θα βρεθούμε δηλαδή χωρίς ασπίδα απέναντι στα μαγνητικά σωματίδια του ηλιακού ανέμου, γεγονός το οποίο θα προκαλέσει κατάρρευση στα ηλεκτρονικά συστήματα και ίσως αποβεί καταστρεπτικό και για την ίδια τη ζωή. Το πότε, όμως, θα μπορούσε να συμβεί κάτι τέτοιο δεν το γνωρίζει κανείς.
ΜΠΟΡΟΥΜΕ ΝΑ ΠΡΟΒΛΕΨΟΥΜΕ ΤΟΥΣ ΣΕΙΣΜΟΥΣ ΚΑΙ ΤΙΣ ΗΦΑΙΣΤΕΙΑΚΕΣ ΕΚΡΗΞΕΙΣ;
Οι ηφαιστειακές εκρήξεις και οι σεισμοί αποτελούν απτές αποδείξεις ότι ζούμε σε έναν πλανήτη με κινούμενες τεκτονικές πλάκες. Επειδή τα περισσότερα ρήγματα και τα ηφαίστεια βρίσκονται κατά μήκος των ορίων των τεκτονικών πλακών, είναι σχετικά εύκολο να προβλέψουμε σε ποιες περιοχές του κόσμου θα σημειωθούν σεισμοί και ηφαιστειακές εκρήξεις. Δυστυχώς για τους ανθρώπους που ζουν κοντά σε αυτές τις περιοχές το να βρούμε το πότε θα σημειωθούν είναι πολύ πιο περίπλοκο. Σε γενικές γραμμές οι πιθανολογιστικές προβλέψεις σεισμών με βάση τα όσα έχουν συμβεί στο πρόσφατο παρελθόν δεν αποτελούν ιδιαίτερα μεγάλο πρόβλημα. Οι κάτοικοι της περιοχής του Κόλπου του Σαν Φρανσίσκο, για παράδειγμα, γνωρίζουν ότι υπάρχει 62% πιθανότητα να σημειωθεί εκεί ένας μεγάλος σεισμός στα επόμενα 30 χρόνια. Οι βραχυπρόθεσμες προειδοποιήσεις- στην κλίμακα των δευτερολέπτων- αρχίζουν επίσης να γίνονται δυνατές. Η Ιαπωνία προσφάτως εγκαινίασε ένα τέτοιο βραχυπρόθεσμο σύστημα, το οποίο έχει στόχο να δώσει στους πολίτες έστω τον χρόνο να τρέξουν να προστατευτούν ή να μπουν κάτω από ένα τραπέζι.
Παρ΄ ότι τέτοιου είδους μέτρα μπορούν αναμφίβολα να σώσουν ζωές, θα ήταν πολύ πιο χρήσιμο να έχουμε προειδοποιήσεις σε χρονικές κλίμακες εβδομάδων ή ημερών ώστε να εκκενώνονται οι περιοχές που κινδυνεύουν περισσότερο. Αν ωστόσο η Γη δίνει προειδοποιητικά σήματα σε τέτοιες χρονικές κλίμακες, κανείς ως τώρα δεν έχει βρει έναν τρόπο να τα διαβάσει. Οι γενικώς αποδεκτές απόπειρες πρόβλεψης σεισμών συνήθως βασίζονται σε μοντέλα των τάσεων και των παραμορφώσεων σε δεδομένα ρήγματα, σε εκτιμήσεις με βάση την τελευταία κίνηση του ρήγματος και σε δορυφορικές μετρήσεις της κίνησης του εδάφους. Σε μια πιο αμφιλεγόμενη προσέγγιση, κάποιοι ερευνητές πιστεύουν ότι οι ηλεκτρικές διαταραχές στο άκρο της ατμόσφαιρας της Γης- οι οποίες, όπως υποστηρίζουν ορισμένοι, έχουν προηγηθεί αρκετών μεγάλων σεισμώνμπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ως μέσο πρόβλεψης.
Η ιδέα είναι ότι οι μεταβολές των τάσεων που μπορούν να οδηγήσουν σε έναν σεισμό θα μπορούσαν να αυξάνουν τις πιέσεις στα πετρώματα με τρόπο ώστε να παράγουν ηλεκτρικά ρεύματα. Αυτά μπορεί να προκαλούν την απελευθέρωση ραδονίου ή να μεταβάλλουν τις επιφανειακές θερμοκρασίες και τελικά να επηρεάζουν το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο της Γης με τρόπο ο οποίος είναι ανιχνεύσιμος από τους δορυφόρους. Παράξενοι σχηματισμοί νεφών επάνω από ρήγματα αμέσως πριν από σεισμούς έχουν επίσης προταθεί ως πιθανό προειδοποιητικό σήμα.
Ενώ οι ακριβείς προβλέψεις σεισμών αποτελούν ακόμη ένα μακρινό ενδεχόμενο, η πρόβλεψη των ηφαιστειακών εκρήξεων καθίσταται όλο και περισσότερο δυνατή. Η πρόοδος που έχει σημειωθεί στην ικανότητά μας να αποκρυπτογραφούμε τα προειδοποιητικά σημάδια έχει οδηγήσει σε αρκετές επιτυχημένες εκκενώσεις περιοχών. Τρεις μήνες πριν από τη δραματική έκρηξη του Πινατούμπο στις Φιλιππίνες τον Ιούνιο του 1991, για παράδειγμα, οι επιστήμονες ανίχνευσαν δονήσεις στις πλαγιές του ηφαιστείου. Λίγο αργότερα αυτό άρχισε να βγάζει καπνό και σύννεφα σκόνης. Καθώς η δραστηριότητα αυξανόταν, η κυβέρνηση διέταξε την εκκένωση 60.000 ανθρώπων, σώζοντας χιλιάδες ζωές.
Παρ΄ ότι τα ηφαίστεια δεν δίνουν πάντα τόσο εμφανή σημάδια, ακόμη και τα μικρότερα δείγματα μπορούν σήμερα να χρησιμοποιηθούν για την πρόβλεψη των εκρήξεών τους. Ανεπαίσθητες αλλαγές στον ήχο του ωκεανού χρησιμοποιήθηκαν επιτυχώς για την πρόβλεψη της έκρηξης του Πιτόν ντε λα Φορμαλέζ στη Νήσο Ρεϋνιόν του Ινδικού Ωκεανού τον Ιούλιο του 2006 και τον Απρίλιο του 2007. Επιστήμονες που παρακολουθούσαν τα χαμηλής συχνότητας σεισμικά κύματα που προκαλεί ο ωκεανός χτυπώντας τον βυθό είχαν παρατηρήσει ότι όταν επέκειτο μια έκρηξη τα ηχητικά κύματα που περνούσαν μέσα από τους θαλάμους του μάγματος επιβραδύνονταν. Με βάση αυτή την παρατήρηση, οι τοπικοί πληθυσμοί εκκενώθηκαν αρκετές ημέρες νωρίτερα.
Η παρακολούθηση του καιρού μπορεί επίσης να βοηθήσει την πρόβλεψη. Το Παβλόφ, ένα ενεργό ηφαίστειο στη χερσόνησο της Αλάσκας, δραστηριοποιείται περισσότερο το φθινόπωρο και τον χειμώνα. Μια εξήγηση είναι ότι οι καταιγίδες που σημειώνονται αυτή την περίοδο προκαλούν άνοδο της στάθμης του νερού γύρω από το ηφαίστειο, πιέζοντας το μάγμα προς τα πάνω όπως σε ένα σωληνάριο οδοντόκρεμας. Είναι πιθανόν η κλιματική αλλαγή να έχει παρόμοιες επιπτώσεις. Το λιώσιμο των πάγων και η άνοδος της στάθμης της θάλασσας θα αλλάξουν τα φορτία στα σεισμικά ρήγματα και στις πλαγιές των παράκτιων ηφαιστείων, αυξάνοντας τις πιθανότητες των σεισμών και των ηφαιστειακών εκρήξεων.
Ακόμη χειρότερη είναι η προοπτική μιας νέας ηφαιστειακής υπερέκρηξης. Η τελευταία, πριν από 75.000 χρόνια, είχε βυθίσει τη Γη σε έναν ηφαιστειακό χειμώνα εκατοντάδων ετών και είχε εξολοθρεύσει το 60% του ανθρώπινου πληθυσμού του πλανήτη.
Οι υπερεκρήξεις ηφαιστείων σημειώνονται κάθε μερικές εκατοντάδες χρόνια, επομένως γνωρίζουμε ότι σύντομα θα έχουμε μια καινούργια. Οι δύο βασικοί υποψήφιοι- το Γέλοουστοουν στο Γουαϊόμινγκ και το Κάμπι Φλεγκρέι στη Νότια Ιταλία- παρακολουθούνται συστηματικά, κανείς όμως δεν γνωρίζει πότε θα εκραγούν. Ισως τελικά αυτό να είναι καλό, αφού δεν μπορούμε να κάνουμε τίποτε για να τα εμποδίσουμε.
© 2008 Νew Scientist Μagazine, Reed Βusiness Ιnformation Ltd.
