Előfizetés a lapra

Földrengés a lemeztektonikában?

A hét kutatója, földköpeny, földtudomány, geológia, interjú, lemeztektonika

2019/03/01

A lemeztektonika elmélete szerint a Föld legkülső szilárd övezete, a litoszféra „úszik” az alatta lévő, képlékenyebb asztenoszférán. A magyarázattal nem lenne baj, de több mint 50 évvel a megszületése után is megoszlanak a vélemények arról, hogy a két réteg különbségét mi okozza. Pedig ez a határ alapvető szerepet játszik a kőzetlemezek mozgásában és hatással van a földrengések kialakulására is. Kovács István geológus csoportja az MTA Lendület program keretében egy olyan új modellt fog kísérletekkel ellenőrizni, ami a szakmát is „megrázhatja”. Az MTA CSFK GGI főmunkatársával a részletekről beszélgettünk.

 

– Mi vonzotta a geológiához?

 

– Felsős koromban határoztam el, hogy földtudománnyal szeretnék foglalkozni.A motiváció elég egyszerű volt: megnéztem, melyik az a tudományterület, ami globálisan a legtöbbet tud hozzátenni a társadalomhoz. Persze volt ebben egy jó adag gyermeki naivitás is, de azóta sem bántam meg. Ha ugyanis megértjük a lemezek mozgását és le tudjuk modellezni, akkor meg tudjuk mondani, hol halmozódik fel feszültség, hol és milyen gyakorisággal történnek földrengések. Tehát megvan a társadalmi hasznosíthatóság, csak nem annyira egyszerű az összefüggés, mint korábban gondoltam.

A doktori munkám során Ausztráliában azzal a David Green professzorral dolgozhattam együtt, aki a ’60-as ’70-es években többedmagával kidolgozta a globális lemeztektonika kőzettani, geokémiai hátterét. Az elsők között végzett olyan kísérleteket, melyekben a köpeny nyomására, hőmérsékletére beállított anyagokat kis kapszulába zárták és megnézték, mi alakul ki belőlük. Többszáz ilyen kísérlet alapján kirajzolható volt, hogy milyen mélységben, milyen hőmérsékleten, milyen anyagok jelennek meg, és ez alapján fel lehetett építeni a földköpeny modelljét.

Amikor a 2000-es évek közepén kritizálni kezdték korábbi munkáit, az egyetlen hiteles szakmai választ adta: megismételte az összes korábbi kísérletét modern eszközökkel. Nagyon örültem, mikor betoppant hozzám és megkérdezte, lenne-e kedvem ezekben részt venni és mérni azzal a nagy érzékenységű infravörös módszerrel, amit a doktorim alatt fejlesztettünk ki. Korábban 1300 Celsius-fokban állapították meg a „száraz” földköpeny olvadáspontját, a mi felfedezésünk az, hogy igen kis víztartalom mellett is körülbelül 200 Celsius-fokkal alacsonyabb hőmérsékleten olvad.

– Hogyan jutottak erre a következtésre?

– A felismerésre az utóbbi évek, évtizedek technológia fejlődése és a módszertani fejlesztések adtak lehetőséget. A víz, vagyis igazából a hidrogén, az egyik legfontosabb nyomelem a földköpenyben, nélküle nem működne a lemeztektonika. Az onnan származó anyagokból tudjuk, milyen az összetétele. Ezt nagy tisztaságú oxidokból kevertük ki és ebbe helyeztük el a földköpeny jellemző ásványait szenzor „kristályként”. Az összetételekhez változó víztartalmat adtunk. Eddig az volt a gyakorlat a szakmában, hogy sok vizet adtak a kísérleteknél a földköpeny anyagához, és vizsgálták, mi történik. Mi lementünk 100-200 ppm-re (ppm: part per million, az egész milliomod része), ami kétszázmilliomod tömegrészt jelent, vagyis szinte teljesen „száraz” volt a minta. Ez az arány olyan mintha Budapest 2 milliós lakosságában 400 ember határozná meg, hogy a többi hogyan viselkedik. Ilyen elenyésző víztartalmaktól felmentünk egészen 140 000 ppm-ig, ami 14 százalékos víztartalommal egyenlő. Az így megtöltött kapszulákat betettük 1000 és 1300 Celsius-fok közötti hőmérsékletekre. Különböző nyomáson végeztük a kísérleteket, amit fel tudtuk vinni 2,5 gigapaszkálig, ez 75 kilométeres mélységnek felel meg és megvizsgáltuk, milyen anyagok jönnek létre. Legalább 30-40 kísérletet csináltunk és azok alapján térképszerűen fel lehetett rajzolni, hogyan néz ki a köpeny fázisviszonya. Ebből jött ki, hogy már 1100 Celsius-fok környékén is olvadék van a kapszulákban, ráadásul 200 ppm-nyi víztartalom mellett, ami mindannyiunkat megdöbbentett. Ez ugyanis azt is jelentheti, hogy az elmúlt 40-50 év összes teljesen száraznak gondolt kísérletének valójában egyike sem volt teljesen száraz és feltételezhetően az olvadék esetleges jelenlétének azonosítása sem történt meg teljes körültekintéssel.

Tehát ez volt az a szisztematikus mérés, amivel ki tudtuk mutatni, hogy kisebb víztartalmaknál is alacsonyabban van az olvadáspont a köpenyben. És nem sok olvadékról beszélünk. Az ásványszemcsék határfelületén található szilikát olvadékbevonat tömegaránya messze 1 százlék alatt marad. De már megváltoztatja a kőzet deformációs sajátosságait, plaszticitását, ami bőven elég ahhoz, hogy a földköpeny deformálhatósága jelentős mértékben megnőjön. Ezt az eredményt 2010-ben a Nature-ben publikáltuk és ez egy elég jól hivatkozott cikk lett.

– A laboratóriumi minták alapján biztosra lehet mondani, hogy a valóságban is így működik?

– Nem, és teljesen jogos a kérdés. De amit a természetes kőzetekben tapasztaltunk, elég jól rímel arra, amit a kapszulákban látunk. Egy leegyszerűsített rendszer nem fog minden szempontból ugyanúgy viselkedni, mint a valóság, de a folyamatok nagy részét meg tudjuk érteni. Persze van, amit nem jól modellez, vagy nem jól magyaráz, de fontos hangsúlyozni, hogy a mi szakterületünkön nincs más, amivel bolygónk belsejének viszonyait csak modellezni tudjuk. Az eddigi geofizikai megfigyelések is nagyon jól alátámasztják a kísérletek által előre jelzett fázisátalakulásokat, sebességváltozásokat.

– Miről szól az önök Lendület programja?

– Az elmúlt 50-60 évben senki nem tudta minden kétséget kizáróan leírni, hogy mi történik a litoszféra-asztenoszféra határán. Mi egy új kőzettani, geokémiai modellt dolgoztunk ki és ehhez konkrét mennyiségi, minőségi változásokat tudunk hozzárendelni kőzettani, geokémiai oldalról. A Pannon-medence geofizikai adatai alapján megpróbáljuk a modellt igazolni vagy elvetni vagy pontosítani. Segíti a méréseket, hogy a litoszféra-asztenoszféra határa nagyon sekélyen van ebben a régióban, körülbelül 60 kilométeren. Ebből adódik, hogy rengeteg hőfürdő van a térségben. Maga a koncepció nagyon új, emiatt nyilván sokan fogják kritizálni vagy szkeptikusan fogadni, ez teljesen normális egy ilyen előremutató kutatásban. Az igen optimista reményünk az, hogy ha a szakmai programot sikerül végig vinni, az egész globális lemeztektonikáról alkotott nézeteinket is felülvizsgálatra kényszerítheti. Megvan hozzá a kutatási infrastruktúra és az emberi erőforrás is.

A folyamatábra azt mutatja be, hogy az idő előrehaladtával (balról jobbra), hogyan változik a pargazit nevű ásvány stabilitása és, hogy ez hogyan befolyásolja a litoszféra/pargazoszféra víztartalmát. Az ábra lényege, hogy a sárgával jelölt részeken az ásványok víztartalma kisebb, mivel a pargazit magába „gyűjti” a vizet miután stabillá válik. Ez azt eredményezi, hogy az ásványok lényegesen ridegebbek lesznek, amely magyarázatul szolgál a litoszféra rideg jellegére. Ezzel szemben mélyebben (a kék színnel jelölt asztenoszférába), az ásványok víztartalma lényegesen nagyobb, ráadásul szabad olvadék/fluid is jelen van, amely magyarázza az asztenoszféra képlékenyebb/plasztikusabb jellegét.

Bevonunk egy fiatal kutatót a kőzettani vizsgálatokhoz, aki Ausztráliából fog hazajönni, jelenleg Sydney-ben végzi a doktoriját. A másik kolléga várhatóan geofizikai szakterületen fog dolgozni, tehát az itthoni fiatalokat is lehetőséghez juttatja a program. És van egy beruházási rész, melyből új szeizmológiai állomásokat akarunk beszerezni és kiegészíteni a meglévőket, hogy az eddiginél sűrűbb mérési hálóval fedjük le az országot. Egy minden eddiginél részletesebb magnetotellurikus mérési sorozattal a földköpeny vezetőképességének eloszlását vizsgáljuk majd. Ezen mérések együttes értelmezésével az eddigi legrészletesebb „ultrahangos” kép áll majd rendelkezésre a Pannon-medence alatti földköpeny felépítéséről.

– Jól érzem, hogy ha ez a modell bejön, egyfajta „földrengést” okoz a lemeztektonika elméletében?

– Nem akarok nagy szavakat használni, de úgy érzem, hogy igen. És nem csak a lemeztektonikában, a metamorf kőzettanban egy csomó területen hozhat áttörést. Ez a „kvantumgeológia” irányába lesz egy ugrás, amitől rájön a szakma, hogy a földtudományokban sem szabad elhanyagolni nagyon kis mennyiségeket. Amit eddig elhanyagolhatónak gondoltak, az lehet, hogy fontos lesz. De ezt majd az öt éves méréssorozat végén tudjuk biztosan megmondani.

Trupka Zoltán

2018/34