Lehetnének-e magasabbak a földi hegységek? És ha nem, mi az akadálya? Geológusok meglepő választ találtak: nem a felszíni erők pusztító munkája, hanem a földkéreg teherbíróképessége szab gátat annak, hogy a hegyek az égig emelkedjenek.

Német geológus kutatók arra a régi kérdésre keresték a választ, hogy vajon milyen erők és mechanizmusok határozzák meg a hegyek magasságát. A válasz őket is meglepte: a jelek szerint nem az erózió és a kőzetek töredezése az, ami véges méretűre gyalulja a hegyeket, hanem a földkéregben fellépő erők egyensúlya szab elvi határt a magasságuknak. A földtudományok terén alapvető fontosságú új eredményeket a Nature folyóirat közli.

A földkerekség legmagasabb hegységei, mint a Himalája vagy az Andok, rendre olyan helyeken emelkednek, ahol a szilárd földkérget alkotó tektonikus lemezek egymásnak ütköznek. Ezeken a határvonalakon a lemezek egymás felé mozognak, és a lemezek egyikét az ott ébredő gigászi erők a másik alá hajlítják. Az alábukó lemez vége így a földköpeny olvadt kőzetébe süllyed. A szubdukciónak nevezett folyamat során a lemezek határánál időről időre heves földrengések pattannak ki, és évmilliók alatt hegységek emelkednek a kontinensek peremén.

Forrás: AFP/Philippe Desmazes

A földtudományok művelői körében régóta folyik a vita arról, hogy a hegységek magasságát vajon elsősorban a Föld mélyének tektonikus erői, vagy inkább a felszínt alakító eróziós folyamatok határozzák-e meg. A Német Földtudományi Kutatóközpont, a potsdami Geoforschungszentrum (GFZ) munkatársa, Armin Dielforder által vezetett kutatás most megmutatta, hogy a folyók és gleccserek eróziós munkája nem befolyásolja számottevően a hegységek maximális magasságát. Dielforder a GFZ-n és a Münsteri Egyetemen dolgozó kollégáival együtt elemezte a lemezhatárok teherbíró képességét és kiszámította a határfelületeken fellépő erőket, s ezzel végre pontot tett a régóta tartó vita végére.

A kutatók a Föld több különböző tektonikai lemezhatárára nézve elvégezték az erők kiszámítását. Kiindulásul a lemezhatárok mechanikai erejére vonatkozó adatokat használtak fel, amelyek egyebek mellett a felszín alatti hőterjedés méréséből származnak. Az egymás felé tartó lemezek határainál a hőterjedést a kontinentális lemezek találkozásánál fellépő súrlódási energia határozza meg.

A kontinentális lemezek találkozása amúgy olyan sajátos tektonikai jelenség, amely az ismert bolygók közül csak a Földre jellemző. Legalább egy ilyen eseménynek most is tanúi lehetünk: az indiai szubkontinens és Ázsia összeütközése körülbelül 50 millió éve zajlik, és egyelőre semmi jel nem utal arra, hogy a folyamat lassulna. Az indiai lemez összegyűri maga előtt az ázsiai lemezt, ettől emelkedett ki a földből – és emelkedik ma is egyre magasabbra, évente 1 centiméterrel – a Himalája hegylánca. (Ez lassúnak hangzik, pedig geológiai léptékkel villámgyors: ha így folytatná, 1 millió év alatt 10 kilométernyit nőne!)

Forrás: AFP/Prakash Mathema

A hegységképződést remekül lehet egy asztalterítő segítségével modellezni. Ha mindkét kezünket az asztalra fektetjük a terítő alatt, és egy irányba toljuk, a terítő felgyűrődik, ugyanakkor valamennyire el is csúszik a kézfejeinken. A gyűrődést megfeleltethetjük például az Andok vonulatának, a kézfejünkön való elcsúszást pedig a föld alatti súrlódásnak. A kőzet jellegzetességeitől függően feszültségek ébredhetnek a föld mélyebb rétegeiben is, amelyek – különösen a szubdukciós zónákban – heves földrengések formájában találnak levezetést.

Dielforder és munkatársai a világ különböző pontjain mért adatokat gyűjtöttek az irodalomból arra vonatkozóan, hogy a különböző magasságú hegyvonulatok – a Himalája, az Andok, illetve Szumátra és Japán hegyei – alatt milyen súrlódási erő mérhető a felszín alatti rétegekben. Ebből kiszámították az ébredő mechanikai feszültséget, és az ebből eredő erők nagyságát, amelyek a hegységeket felemelik. Számításaikkal bizonyították, hogy az aktív képződés alatt álló hegységekben a lemezhatáron ébredő erők éppen egyensúlyban állnak a hegység tömegéből és magasságából eredő erőkkel.

Forrás: NASA; Astronaut photograph ISS059-E-517

Az erők ilyetén egyensúlya valamennyi tanulmányozott hegység esetében fennállt, noha a legkülönbözőbb éghajlati övekben találhatók, ahol az erózió sebessége nagyon eltérő. Ez az eredmény arra mutat, hogy a hegységek a gyors felszíni erózióra képesek növekedéssel reagálni, így az erők egyensúlya helyreáll és a hegység magassága megőrződik. Az alapjaiban újszerű elképzelés számos lehetőséget nyit a hegységek hosszú távú fejlődésének és növekedésének részletes tanulmányozásához.