نویسنده: جان گریبین
مترجم: رضا خزانه
مترجم: رضا خزانه
آخرین پیروزی علم کلاسیک به کشفی مربوط می شود که با نگاه به گذشته به دنیای پساکلاسیک قرن بیستم تعلق دارد («پسا کلاسیک» در مفهوم علمی، هم تراز با معنای ادبی و تاریخی-هنری آن نیست، بلکه به معنای آن است که بر اساس نظریه نسبیت و مکانیک کوانتومی استوار است). این کشف، پرتوزایی (در قرن نوزدهم) بود که موجب شناخت منبعی از گرما شد که قادر است از سرمایش و انجماد درون زمین و تبدیل آن به توده ای راکد جلوگیری کند. این امر در مقیاسی از زمان روی داده است که با توجه به ایده های اصل یکنواخت گرایی که لایل و پیشینیان او توسعه دادند، سپری شده است. استفاده از نظریه های نسبیت و مکانیک کوانتومی برای پیشروی از کشف پرتوزایی تا توضیح این پدیده و درک چگونگی درخشش ستارگان بر اثر تبدیل ماده به انرژی ضروری است. اما همان طور که گالیله قادر بود چگونگی نوسان پاندول ها و غلتیدن گلوله ها روی سطح شیب دار را بی آنکه طرز کار گرانی را بداند مطالعه کند، تنها چیزی که ژئوفیزیک دانان باید درباره پرتوزایی می دانستند آن بود که این پدیده عامل گرم نگه داشتن درون زمین است. این منبع انرژی، سطح سیاره را از طریق فرایندهای فیزیکی در یک بازه بسیار طولانی از زمان شکل داده است و این شکل دادن هنوز هم ادامه دارد. آنها با در اختیار داشتن این اطلاعات توانستند زمین شناسی را به علم ژئوفیزیک توسعه دهند و سرچشمه قاره ها و آب گیرهای اقیانوس ها، وقوع زمین لرزه ها، آتش فشان ها و به وجود آمدن کوه ها، ساییدگی زمین به علت فرسایش و بسیاری از پدیده های دیگر را توضیح دهند؛ تمام این موارد در قالب نوعی از علم توضیح داده شد که از سوی ایزاک نیوتون یا گالیلئو و البته ویلیام تامسون یا جیمز کلرک به راحتی قابل درک بود.
نظریه انقباض: سیاره پرچین و چروک ما؟
به رغم نفوذ لایل (به ویژه در دنیای انگلیسی زبان و بیش از همه نزد چارلز داروین) نباید تصور کنیم که اصل یکنواخت گرایی پس از انتشار کتاب اصول زمین شناسی او به ایده غالبی بدل شد و بیشتر زمین شناسان قرن نوزدهم به گفتگو درباره علل فیزیکی شکل گرفتن زمین علاقه مند شدند. در واقع گفتگویی در کار نبود؛ افراد مختلف مدل های متفاوتی پیشنهاد می کردند که هر یک طرفداران خود را داشت. اما رقبای این مدل ها با یکدیگر دیدار نمی کردند تا در مورد شایستگی مدل های رقیب به بحث بنشینند و یا با انتشار مقالات، فعالیت مؤثری در این زمینه انجام دهند. اولین اقدامی که در قرن نوزدهم هنوز از اولویت خاصی برخوردار بود، انجام پژوهش های میدانی برای نظم دادن به موضوع چینه ها و ارائه یک مقیاس زمانی به زمین شناسان بود تا بدانند که کدام سنگ ها پیرتر و کدام یک جوان ترند. تا آنجا که به منشأ چینه ها مربوط می شد، صحبت از اصل یکنواخت گرایی به میان می آمد. این اندیشه در سطح وسیع رایج بود که علاوه بر اینکه همان نیروها که در سابق تأثیرگذار بودند، اکنون هم عمل می کنند (به عنوان مثال زلزله و آتش فشان)، شاید این نیروها در زمان های دور که زمین جوان تر و احتمالاً داغ تر بوده است، از قدرت بیشتری برخوردار بوده باشند. بنابر اصل یکنواخت گرایی لایل این امکان وجود دارد که قاره ها به زیر دریا بروند و کف اقیانوس ها به سمت بالا پیشروی کرده و قاره هایی تشکیل دهند؛ اما مکتب دیگری (باز هم بر پایه اصل یکنواخت گرایی) که به اصل پایا گرایی (Permanentism) معروف است، بر این باور بود که قاره ها همواره قاره و اقیانوس ها همواره اقیانوس بوده اند. طرفداران اصل پایاگرایی به ویژه در آمریکای شمالی صاحب نفوذ بودند. جیمز دانا (1892-1850) استاد تاریخ طبیعی و زمین شناسی دانشگاه ییل، رهبری مدافعان این ایده را به عهده داشت. او این فرضیه را چنین مطرح کرد که زمین به تدریج کوچک تر شده، بر اثر سرد شدن منقبض تر شده و رشته کوه هایی مانند آپالاچینز (Appalachians) در اثر چین خوردگی زمین به علت کوچک تر شدن به وجود آمده اند (ایده ای که با در نظر گرفتن سطح دانش آن زمان، نامعقول به نظر نمی رسد).در اروپا، ایده انقباض به عنوان مدلی بر اساس فرضیه فاجعه گرایی (Catastrophism) (تغییرات ناگهانی طبیعی) به روش های مختلف گسترش یافت. این ایده در دهه های پایانی قرن نوزدهم با ترکیبی از ایده های قدیمی، توسط ادوارد سوس (1914-1831) به اوج خود رسید. سوس در لندن به دنیا آمد (او پسر یک بازرگان پشم آلمانی بود) ولی با خانواده خود که او اولین فرزند آنها بود، ابتدا به پراگ و بعد به وین رفت و سرانجام در این شهر استاد زمین شناسی شد. مدل سوس، انقباض را به عنوان نیروی اصلی، عامل از هم پاشیدگی های سریع ناشی از تغییرات بسیار شدید در زمین در حال انقباض و سرد شدن در نظر می گرفت که بازه های زمانی طولانی آرامش نسبی، آنها را از هم جدا می کند. به نظر او توده های امروزی زمین های استرالیا، هندوستان و آفریقا، بخش هایی از توده عظیم تری بوده اند (که او آن را به نام منطقه ای از هندوستان، گوندوانالند (Gondwanaland) نام گذاری کرد) که در گذشته در نیم کره جنوبی وجود داشته و بیشتر آن به بخش سرد شونده درونی رانده شده است. بر پایه این تصویر، پوسته چین خورده زمین، چین خوردگی ها (رشته کوه ها و دره ها) را ایجاد کرده است و قطعه های وسیع (مانند آتلانتیک و نیز در نیم کره جنوبی) به درون فضای داخلی نشست کرده، سرد و منقبض شده و حوضچه های اقیانوسی جدیدی بین توده های خشکی که قبلاً به یکدیگر متصل بودند تشکیل داده است؛ اما همه اینها در نتیجه فوران های ناگهانی رخ داده و محصول یک فرایند تدریجی و پیوسته نبوده است. این مدل در بررسی های عمیق تر موفق نبود. به عنوان مثال، مقدار چین و ترک لازم برای به وجود آمدن کوه های آلپ (بنابر ایده ترکیبی سوس) که 1200 کیلومتر پوسته را به 150 کیلومتر کوه تبدیل کند، ایجاب می کند که زمین به اندازه 1200 درجه سانتی گراد سرد شده باشد. برای آن اندازه از انقباض که قادر به تشکیل رشته کوه های هیمالیا، راکی و آند باشد، سرمای شدیدتری لازم است. اما کشف پرتوزایی ضربه اصلی را به تنه همه این مدل ها وارد کرد. این کشف تقریباً در همان زمانی روی داد که سوس مشغول توسعه ایده خود بود و نشان داد که درون زمین در واقع به هیچ وجه به سرعت سرد نمی شود. اما روایت داستان ایده سوس در تاریخ علم از دو جهت مهم است. اولاً این مدل به بهترین وجهی فقدان هر «مدل معیار» برای تشریح تاریخ زمین را در آغاز قرن بیستم نشان می دهد؛ ثانیاً این مدل نام گوندوانا (Gondwana) را معرفی کرد که هنگام معرفی ایده رانش قاره ای با آن آشنا خواهیم شد. اگر چه در قرن نوزدهم به این مدل اشاره هایی شده بود، اما مدل مذکور تا اوایل نیمه دوم قرن بیستم، یعنی حدود پنجاه سال پیش استقرار نیافت.
فرضیه های اولیه در مورد رانش قاره ای
یکی از ایده ها در زمینه تشکیل قاره ها در قرن نوزدهم این ایده بود که ممکن است که قاره ها بر روی پایه های بلورین مغناطیسی قرار داشته باشند و به وسیله شار مغناطیسی به سمت شمال رانده شوند. به این موضوع نیز اشاره شده بود که کره زمین نه تنها ابتدا کوچک تر از اندازه کنونی بوده است، بلکه شکل چهاروجهی داشته است؛ قاره ها ابتدا به یکدیگر نزدیک بوده ولی در اثر یک انبساط ناگهانی فاجعه آمیز از یکدیگر جدا شده اند و ماه از حوضچه مدیترانه ای اش به سوی مدار خود پرتاب شده است. در سال 1858( یک سال پیش از انتشار منشأ گونه ها)، آنتونیو اسنایدر پلگرینی (Antonio Snider-Pellegrini)، یک آمریکایی که در پاریس کار می کرد، کتابی تحت عنوان آفرینش و فاش شدن این اسرار ( la Creation et ces mysteres devoiles) به زبان فرانسه منتشر کرد که مدلی عجیب و غریب بر پایه تفسیر خودش از انجیل مطرح می کرد. بنابر این تفسیر، دوره ای از تغییرات ناگهانی طبیعی در ابتدای شکل گیری کره زمین و سرد شدن سریع آن، روی داده است. اشاره به این کتاب تنها از این نظر ارزش دارد که برای اولین بار، نقشه ای در این کتاب معرفی شد که در آن، همه قاره ها در دو سوی اقیانوس اطلس در کنار هم قرار داشتند. این نقشه برای آن مورد استفاده قرار گرفت که شباهت فسیل های موجود در لایه های زغال سنگ واقع در دو سوی اقیانوس را توضیح بدهد. این نقشه در سطح وسیعی تجدید چاپ شد و این تأثیر گمراه کننده را به همراه داشت که گویا اسنایدر- پلگرینی واقعاً یک مدل منطقی از فرایند رانش قاره ای ارائه داده است. آزموند فیشر در مقاله ای که در مجله علمی نیچر در 12 ژانویه سال 1882 منتشر شد، مدل علمی تری از حرکت قاره ها را (اما بر پایه فرضیه تغییرات طبیعی ناگهانی) مطرح کرد (او از ایده جورج داروین (1912-1845) اخترشناس، یکی از پسران چارلز داروین، استفاده کرده بود). بر اساس این ایده، کره جوان زمین به دو قسمت نابرابر تقسیم شده است که کره ماه یکی از این دو قسمت بوده است. از دیدگاه فیشر چاله ژرف در کف اقیانوس کبیر، جایی است که در اثر پرتاب ماه از زمین به وجود آمده است. مواد تشکیل دهنده قاره ها در آن سوی کره زمین شکسته و تکه هایی از آن به اطراف پراکنده شده است، در حالی که بقیه سطح کره زمین به آهستگی در جهت آن حفره حرکت و شروع به پر کردن آن کرده است.آلفرد وگنر: پدر نظریه رانش قاره ای
در اولین دهه های قرن بیستم تفسیرهای دیگری نیز از رانش قاره ای مطرح شد. یکی از دیدگاه هایی که سرانجام تثبیت شد و در توسعه زمین شناسی تأثیر گذار بود، توسط آلفرد وگنر، هواشناس آلمانی، در سال 1912 مطرح شد. به نظر می رسد که وگنر که در رشته علمی دیگری کار می کرد (رشته اصلی او اخترشناسی بود) از ایده های قدیمی زیادی که درباره رانش قاره ای وجود داشت، اطلاعی نداشته است (شاید هم او متوجه شده بود که بسیاری از آنها نامعقول اند). ایده های او نه تنها به این علت تأثیرگذار بود که مدل کامل تری را نسبت به مدل های قبلی توسعه می داد، بلکه به این دلیل که او در طول چند دهه در دفاع از این ایده ها مبارزه کرد، در جستجوی دلایل بیشتری برای اطمینان از درستی ایده خود برآمد، از مدل خود در برابر انتقادها دفاع کرد و سرانجام کتابی منتشر کرد که تا قبل از مرگ غیرمنتظره اش چهار بار منتشر شد. وگنر به جای اینکه تنها به انتشار ایده های خود بسنده کند و آنها را در حالتی بی ثبات رها کند، با سرو صدای زیاد از آنها دفاع کرد. گر چه جزئیات پاره ای از ایده های او اشتباه بود، درک کلی او با گذشت زمان از آزمون پیروز بیرون آمد و امروز به درستی از وگنر به عنوان پدر نظریه رانش قاره ای یاد می شود.وگنر در اول نوامبر سال 1880 در برلین به دنیا آمد. او در دانشگاه های هایدلبرگ و برلین تحصیل کرد و در سال 1905 مدرک دکترای خود را از دانشگاه برلین گرفت. سپس به رصدخانه هوانوردی پروس در تگل (Tegel) پیوست. در آنجا مدتی در کنار برادر خود کورت کار کرد (در یک موقعیت، آنها در پرواز با بالن که 52/5 ساعت به طول انجامید، واقعاً در کنار هم بودند. این پرواز که برای آزمون دستگاه ها انجام گرفت، در زمان خود رکوردی محسوب می شد). وگنر از سال 1906 تا 1908 به عنوان هواشناس به همراهی گروهی دانمارکی به منطقه گرینلند رفت و پس از بازگشت به عنوان مربی هواشناسی و اختر شناسی به دانشگاه ماربورگ پیوست. او در سال 1911 کتابی درسی درباره هواشناسی منتشر کرد اما پیش از آن به توسعه دیدگاه های خود درباره رانش قاره ای مشغول بود. این ایده ها که ابتدا در سال 1912 در دو مقاله به چاپ رسید، بر اساس سخنرانی هایی شکل گرفت که او در ژانویه همان سال در شهر فرانکفورت ماین (Frankfurt am Main) و در ماربورگ ایراد کرده بود. آن طور که وگنر بعدها به یاد می آورد، در سال 1910 یکی از همکاران او در ماربورگ به او یک اطلس جغرافیایی جدید داده بود. وگنر در حالی که این اطلس را ورق می زد (و دیگران در کنار او بودند) از اینکه کرانه شرقی آمریکای جنوبی و کرانه غربی آفریقا کاملاً در کنار هم جور می شدند تکان خورد. این وضع مانند تکه هایی از معمای جورچین بود گویا که قاره ها پیش از آن روزگاری در کنار هم قرار داشته اند. گر چه این مشاهده او را به فکر واداشت، این ایده را نامحتمل دانست و تا بهار سال 1911 از بررسی آن سر باز زد. در این سال او به گزارشی برخورد که مشابهت های دیرین شناسی بین چینه های آفریقا و برزیل را بررسی کرده بود. در این گزارش مدارکی در حمایت از این ایده مطرح شده بود که در گذشته ارتباطی از طریق خشکی، این دو قاره را به هم پیوند می داده است؛ اما وگنر دیدگاه دیگری داشت. او در اولین چاپ کتابش با عنوان شکل گیری قاره ها و اقیانوس ها (Die Entstehung der Kontinente und Ozeane) که در سال 1915 منتشر شد و شاهکار او به حساب می آید چنین نوشت:
این امر مرا بر آن داشت که بازبینی شتابزده ای از تحقیقات مرتبط در زمین شناسی و دیرینه شناسی انجام دهم. این بازبینی آنچنان تأیید کننده بود که اعتقاد به درستی ایده رانش قاره ای در فکر من ریشه دواند.
مطلب دیگری در تأیید این موضوع به وگنر کمک کرد تا او را مطمئن سازد که در حال انجام کار بزرگی است. جور شدن پازل مانند قاره ها حتی بهتر می شد اگر در جور کردن آنها به جای کناره های ساحل فعلی (که به ارتفاع امروزی اقیانوس ها بستگی دارد)، کناره های فلات قاره را در نظر بگیریم که با شیب تندی به سوی کف اقیانوس فرود می آیند و کناره های حقیقی قاره ها هستند، گر چه این ایده در فکر او ریشه دوانده بود، اما چند کار دیگر او را به خود مشغول کرد و گسترش این ایده را به تعویق انداخت. وگنر بلافاصله پس از ارائه ایده های رانشی در ژانویه سال 1912، برای مسافرت سیاحتی دیگری به گرینلند رفت. او در سال 1913 از این سفر بازگشت و با الزه کوپن(1)(Else Koppen) ازدواج کرد. تمام برنامه هایی که آنها برای یک زندگی آرام دانشگاهی داشتند، با بروز جنگ جهانی اول از هم پاشید. وگنر به عنوان سروان ذخیره به جنگ فرا خوانده و به جبهه غرب اعزام شد و در همان ماه های اول دوبار زخمی شد؛ از آنجا که او دیگر توان خدمت فعال را نداشت، پس از گذراندن یک دوره نقاهت در بخش هواشناسی ارتش مشغول به کار شد. در زمان فراغت دوره نقاهت بود که اولین نسخه کتاب مشهور خود را با عنوان منشأ قاره ها و اقیانوس ها (The Origin of Continents and Oceans) نوشت که در زمان خود بازتاب زیادی نداشت. این کتاب که تنها 94 صفحه داشت و به زحمت می شد آن را یک رساله نامید در سال 1915 در اوج جنگ منتشر شد. پس از جنگ، وگنر در آزمایشگاه نیروی دریایی آلمان در هامبورگ کار می کرد (او دوباره در کنار برادر خود بود). او هم زمان در دانشگاه هامبورگ که تازه افتتاح شده بود نیز به عنوان مربی در رشته هواشناسی کار می کرد. وگنر به عنوان هواشناسی برجسته شهرت پیدا کرد اما به کار در زمینه مدل رانش قاره ای ادامه داد و در سال های 1920 و 1922، ویرایش های مختلفی از کتاب را منتشر کرد (حجم کتاب به تدریج بیشتر می شد). دوستان او نگران بودند که این کار ممکن است به شهرت او آسیب برساند. اما وگنر صرف نظر از اینکه مردم درباره ایده رانش چه فکر می کردند، هواشناس خوبی بود و در سال 1924 به عنوان استاد هواشناسی دانشگاه گراتز اتریش منصوب شد. در همان سال او با همکاری ولادیمیر کوپن اولین تلاش خود را برای توضیح وضعیت آب و هوا بر مبنای رانش قاره ای انجام داد. در سال 1922 ترجمه فرانسوی و انگلیسی چاپ سوم کتاب منشأ قاره ها و اقیانوس ها نیز منتشر شد. اما درست در زمانی که به نظر می رسید که ایده های وگنر در صدر توجه دانشمندان قرار گرفته است، فرصت ترویج بیشتر آنها، اگر چه چاپ چهارم کتاب آماده شده بود، یکباره از او سلب شد. در این کتاب او به انتقادات ترجمه انگلیسی چاپ سوم کتاب که در سال 1929 منتشر شده و ایده های او را در میان مردم انگلیسی زبان پخش کرده بود، پاسخ داد. وگنر در سال 1930 برای یک سفر اکتشافی دیگر، این بار به عنوان سرپرست (او 49 سال داشت)، رهسپار گرینلند شد؛ هدف از این سفر، جمع آوری مدارک دیگری در تأیید فرضیه رانشی بود. گروه اعزامی در روی تپه یخی دورافتاده ای در گرینلند با مشکل روبه رو شد. آذوقه آنها در کمپ رو به اتمام بود. او در اول نوامبر سال 1930(پنجاهمین سالگرد تولدش) به همراه یک سرخپوست محلی عازم کمپ ساحلی شد. او هیچ گاه به آنجا نرسید. در بهار، جنازه او در روی تپه ای یخی، بین دو کمپ، پیدا شد. او در کیسه خواب و در حالی که اسکی هایش در کنارش قرار داشت، در گذشته بود؛ همراه او هیچ گاه پیدا نشد. چنین بود که ایده رانش قاره ای بدون کمک پیشگام اصلی این ایده، یا باید شناور می ماند و یا غرق می شد.
مدرک پانگه آ
در مدل وگنر، کره زمین متشکل از چند لایه است و چگالی آنها از پوسته به طرف هسته زمین افزایش می یابد. از دیدگاه او، قاره ها و کف اقیانوس ها با هم تفاوت بینادی دارند. او قاره ها را به شکل تخته سنگ های نرو گرانیتی در نظر می گرفت (که به نام سیال (sial)، کوته نوشت سیلیکا - آلومینا، معرف ترکیب سازنده آن، معروف است). این تخته سنگ ها اصولاً روی سنگ های چگال تر از جنس بازالت (به نام سیما (sima)، مخفف سیلیکا-منیزیوم) شناور هستند که در زیر لایه ای رسوبی، تخته سنگ های کف اقیانوس ها را تشکیل می دهد. طبق نظر وگنر، تخته سنگ های کنونی قاره ها هنوز هم اساساً همان شکلی را دارند که از زمان متلاشی شدن ابرقاره پانگه آ وجود داشته است. این ابرقاره در پایان دوران مزوزوئیک (حدود 150 میلیون سال پیش) کل خشکی های کره زمین را در بر می گرفته است. در مدل وگنر دلیلی برای متلاشی شدن پانگه آ ارائه نمی شود و تنها به طرح ایده های مبهمی از قبیل عقب نشینی از قطب که در اثر نیروهای گریز از مرکز و جذر و مد احتمالی به عنوان عامل ایجاد رانش قاره ای صورت می گیرد اکتفا می شود. اما او یک گام از پیشینیانش فراتر نهاد و اظهار کرد که محل کافت دره ها یا دره های نشستی (از جمله کافت دره آفریقای شرقی)، محل فروپاشی (تجزیه) ابتدایی قاره ها بوده است و فرایندی که عامل رانش قاره ای بوده است هنوز هم در جریان است. به این ترتیب او در توضیح رانش قاره ای به مدلی یکنواخت گرایانه روی کرد. از طرف دیگر او ایده های خود را بر اساس ثابت بودن اندازه زمین مطرح کرد، با این فرض که هیچگونه تغییر ناگهانی یا تدریجی طبیعی موجب انقباض یا انبساط آن نشده است. یکی از جنبه های ضعف مدل وگنر آن بود که طبق این نظریه، قاره ها به تدریج با شیار زدن ماده سیمائی (سیلیکون- منیزیم) کف اقیانوس ها پیشروی می کنند که زمین شناسان (به درستی) آن را رد می کنند. اما او ایده خود را به نحوه شکل گیری کوه ها در کرانه های شرقی شمال و جنوب قاره آمریکا، در حین دور شدن تدریجی از قاره اروپا پیوند داد. از نظر او قاره ها با شیار زدن سیما مچاله شده اند. پیدایش رشته کوه هایی مانند هیمالیا در قلب توده های خشکی را می توان با نظریه برخورد قاره ها توضیح داد.بخشی از جزئیات فرضیه وگنر درست از آب در آمد. بخش درست آن مربوط به مدرکی می شد که از بررسی دیرینه اقلیم شناسی (paleoclimatology) به دست آورد. او نشان داد که چگونه در گذشته دور، هم زمان در چند قاره که اکنون از هم فاصله زیادی دارند و دور از مناطق قطبی هستند، یخچالش (glaciations) روی داده است؛ جنبه ضعیف فرضیه (علاوه بر این واقعیت که او اغلب از موارد بدیهی مخالف ایده اش چشم پوشی و به این ترتیب موجبات بدبینی زمین شناسان را نسبت به کل فرضیه فراهم می کرد) این بود که او معتقد بود که رانش قاره ای با چنان سرعتی روی می دهد که گرینلند در بازه زمانی 100000 تا 50000 سال پیش از اسکاندیناوی جدا شده و با سرعت 11 متر در سال به سوی غرب در حرکت بوده است. این نتیجه گیری، از بررسی های زمین پیمایی (geodetic) به دست آمده بود که در سال های 1823 و 1907 در پی اندازه گیری های کم دقت انجام شده بود؛ امروز از اندازه گیری های لیزری ماهواره ها به این آگاهی دست یافته ایم که اقیانوس اطلس با سرعت چند سانتی متر در سال گسترش می یابد (از قضا، وگنر برای پیگیری داده های دقیق تر جغرافیایی، آخرین سفر مرگبار خود را به یخ پهنه گرینلند انجام داد). اما با ارزش ترین دستاورد او در توسعه مدل رانش قاره ای، جمع آوری مدارک متنوع در حمایت از ایده ابرقاره پانگه آ بود. او این کار را از طریق برقراری ارتباط میان رشته کوه ها، سنگ های رسوبی، مدارک به دست آمده از آثار یخ بندان های قدیمی و پراکندگی گیاهان و جانوران زنده و فسیل ها انجام داد. وگنر برای نشان دادن این موضوع از یک تکه کاغذ چاپ شده که به چند قسمت تقسیم شده بود استفاده کرد. اگر این امکان بازسازی جملات در قالب یک کل منسجم از طریق قرار دادن تکه کاغذها در کنار یکدیگر وجود داشته باشد، تردیدی در درستی ایده قرار دادن تکه ها در کنار یکدیگر وجود نخواهد داشت؛ شواهدی که او بر مبنای قسمت های مختلف پانگه آ جمع آوری کرده بود، به همین ترتیب، متن زمین شناسی منسجی را تشکیل داد. نظریه رانش قاره ای بر اساس این مدارک قاطع و حتی پیش از دستیابی به درک کامل ساز و کارها بر مبنای محکمی استوارشد.
روش پرتوزایی برای اندازه گیری سن سنگ ها
در واقع اجزای کلیدی ساز وکار رانش قاره ای، در دهه 1920، پیش از کارهای اساسی یکی از زمین شناسان پیشگام در این زمینه شناخته شده بود. این زمین شناس آرتور هولمز (1965-1890) نام داشت که در دهه 1920 به عنوان کارشناس خبره در زمینه واپاشی پرتوزا کار می کرد و از پیشگامان اندازه گیری سن زمین با استفاده از روش های پرتوزایی بود. در واقع او بیش از هر کس دیگری در آن زمان «در اندازه گیری سن زمین موفق بود». هولمز در خانواده ای معمولی در گیتس هد (Gateshead) واقع در شمال شرقی انگلستان متولد شد (پدرش کابینت ساز و مادرش دستیار مغازه بود). او در سال 1907 به کالج سلطنتی علوم لندن رفت و پس از گذراندن امتحانات دستیابی به کمک هزینه ملی، از کمک هزینه ای به مبلغ 30 شیلینگ (یک و نیم پوند) در هفته، در طول سال تحصیلی برخوردار شد. در سال 1907 این مبلغ دیگر برای گذران زندگی کفایت نمی کرد و او امیدی به حمایت خانواده نیز نداشت؛ هولمز مجبور بود به بهترین وجه از امکانات موجود خود استفاده کند.در همین ایام، روش های پرتوزایی و اندازه گیری سن زمین، هر دو از موضوعات روز به شمار می آمدند و برترام بولتوود (Bertram Boltwood)(1927-1870) آمریکایی به تازگی روشی برای تعیین سن سنگ ها، از طریق اندازه گیری نسبت ایزوتوپ های سرب و اورانیوم موجود در آنها به کار برده بود. واپاشی پرتوزای اورانیوم سرانجام به تولید سرب می انجامد که (همان طور که در فصل 13 خواهیم دید) دارای یک طول عمر مشخصه است. با اندازه گیری این نسبت می توان سن سنگ ها را تعیین کرد. هولمز به عنوان موضوع پایان نامه لیسانسش، با استفاده از این روش، سن نمونه سنگ های متعلق به دوران دوونین (Devonian) در نروژ را معادل 370 میلیون سال تعیین کرد. به رغم اینکه تنها 10 سال از آغاز قرن بیستم می گذشت، حتی یک دانشجوی لیسانس نیز قادر بود سن سنگ ها را اندازه بگیرد. آشکار بود که قطعه سنگی که هولمز سن آن را تعیین کرد به هیچ وجه قدیمی ترین سنگ موجود در پوسته زمین نبوده است. این زمان به مراتب بیشتر از مقیاس زمانی بود که با توجه به فرضیه گرمای گسیل شده از خورشید در نتیجه فروپاشی گرانشی آن و تشکیل منظومه شمسی محاسبه شده بود. هولمز که در سال 1910 به شهرتی درخشان اما باری از قرض باقی مانده از دوران لیسانس، تحصیل خود را به پایان رساند، به مدت شش ماه با دستمزد 35 پوند در ماه، به عنوان زمین شناس میدانی در موزامبیک مشغول به کار شد. در آنجا ابتلا به بیماری مالاریای بدخیم او را زمین گیر کرد و بازگشتش را به تعویق انداخت. او به نوع دیگری از بیماری مالاریا نیز مبتلا شد (که از جهتی از بخت او بود تا از خدمت نظام وظیفه معاف شود و به میدان جنگ جهانی اول اعزام نشود). درآن هنگام وضع مالی او بهتر شده بود (او از سفر آفریقا، 89 پوند و 7 شیلینگ و 3 پنس پس انداز کرد). هولمز به گروه امپریال کالج پیوست ( که در سال 1910 با تعبیر ساختار کالج سلطنتی علوم تشکیل شده بود). او در سال 1917 مدرک دکترای خود را گرفت و تا سال 1920 در آنجا ماند. سپس به برمه رفت و در یک شرکت نفتی مشغول به کار شد. او در سال 1924 به انگلستان بازگشت و استاد زمین شناسی دانشگاه دورهام شد. در سال 1943به دانشگاه ادینبورو رفت و در سال 1958 بازنشسته شد. تا آن زمان، استفاده از فنون پرتوزایی در اندازه گیری سن سنگ ها جا افتاده بود و سن زمین در حدود 100±4500 میلیون سال تخمین زده می شد. هولمز در همین ایام کتاب درسی تأثیرگذار اصول زمین شناسی فیزیکی (Principles of Physical Geology) را منتشر کرد (عنوان کتاب عمداً و جهت ابراز احترام نسبت به لایل انتخاب شد). این کتاب در سال 1944 منتشر شد و پس از آن نیز با ویرایش های جدید به عنوان کتابی معیار منتشر شده است. بخشی از علت موفقیت کتاب را می توان به مجاهدت هولمز در شناساندن علم زمین شناسی ربط داد.
او بعداً در خطاب به یکی از دوستان خود نوشت،«برای اینکه این کتاب در سطح وسیعی در کشورهای انگلیسی زبان خوانده شود، احمق ترین دانشجویی را که تا به حال دیده ای در نظر بگیر و تصور کن چگونه قصد داری تا این موضوع را برایش توضیح بدهی.»(2)
نظریه هولمز درباره رانش قاره ای
تقریباً با اطمینان می توان گفت که علاقه هولمز به موضوع رانش قاره ای را پیش از سال 1920، جان ایوانز، یکی از همکاران او در امپریال کالج، برانگیخته بود. وی که با زبان آلمانی آشنا بود، یکی از اولین کسانی بود که تحت تأثیر ایده های وگنر قرار گرفت (او بعدهاً مقدمه ای بر اولین چاپ کتاب وگنر به زبان انگلیسی نوشت). چاپ سوم کتاب پس از بازگشت هولمز از برمه منتشر شد و ظاهراً او تحت تأثیر کتاب، تصمیم گرفت که پس از فراغت از کار اورانیوم-سرب، هنگام استقرار در دانشگاه دورهام، از ایده های کتاب بهره برد. گر چه او در ابتدا به مطالعه فرضیه انقباض گرایی پرداخت، اما پس از آگاهی از سازو کار پرتوزایی و نقش آن در تولید گرما در داخل کره زمین در عقاید خود تجدید نظر کرد. هولمز در سال 1927 در جریان خطابه ریاست ای. جی. بول در انجمن زمین شناسان لندن به بررسی امکان ارتباط جریان های همرفتی با شکل گیری کوه ها و رانش قاره ای علاقه مند شد (درست صد سال پس از عزیمت داروین به دانشگاه کمبریج با هدف تحصیل در حوزه الهیات). در دسامبر آن سال، هولمز مقاله ای به انجمن زمین شناسان ادینبورو ارائه کرد که شامل ایده هایش در ارتباط با این موضوع بود. ایده او چنین بود که گرچه قاره ها بر روی ماده ای غلیظ، کم و بیش همان طور که وگنر مطرح کرده بود شناورند، اما از لابه لای سیما نمی گذرند. در عوض، این توده چگال تر به آهستگی در جهات مختلف و بر اثر جریان های همرفتی حاصل از گرمای داخل زمین حرکت می کند. این حرکت موجب می شود که توده مذکور در برخی مناطق، شکافته شود (مانند پشته اقیانوسی که در مرکز اقیانوس اطلس وجود دارد) و قاره ها را به دو سوی محل شکافت هل دهد تا از هم دور شوند، در حالی که از طرف دیگر به قسمت های دیگر کره زمین برخورد می کنند. عامل کلیدی در مدل هولمز، علاوه بر گرمای حاصل از پرتوزایی عامل زمان است. سنگ «جامدی» که از قسمت زیرین گرم شده است، مانند شیره بسیار غلیظ (یا مانند خمیر سحرآمیزی که در فروشگاه های اسباب بازی پیدا می شود)، اما بسیار آهسته جریان می یابد. جای شگفتی نیست که یکی از اولین زمین شناسانی که از فرضیه رانش قاره ای پشتیبانی کرد، جزء اولین کسانی بود که به عظمت سن زمین پی برد و فعالانه به اندازه گیری آن پرداخت. در سال 1930، هولمز کامل ترین تفسیر خود از رانش قاره ای را مطرح کرد. او تشریح کرد که چگونه جریان های همرفتی داخل زمین که در نتیجه گرمای حاصل از واپاشی پرتوزا ایجاد می شوند، عامل اصلی در شکافتن ابرقاره پانگه آ به دو قسمت بزرگ (گوندوانا در نیم کره جنوبی و لوراسیا در شمال) بوده است. آنها به نوبه خود شکافته شده و با رانش خود، شکل کنونی سطح زمین را به وجود آوردند. ایده های مذکور و نیز محاسبات دقیق جابه جایی قاره ها بر اثر جریان های همرفتی به اندازه 5 سانتی متر در سال - که برای ایجاد حوضه اقیانوس اطلس از شکافی در پوسته زمین در مدت زمانی در حدود 100 میلیون سال کفایت می کند - در مذاکرات نشریه انجمن زمین شناسی گلاسکو منتشر شد.بسیاری از اجزای نظریه امروزی رانش قاره ای تا سال 1930 شکل گرفته بود و هولمز در فصل آخر کتاب اصول خود که در سال 1944 منتشر شد، مدارک قاطعی در دفاع از ایده رانش قاره ای مطرح کرد. او از این عقیده با جدیت دفاع کرد و در عین حال صادقانه اشتباهات وگنر را یادآور شد:
وگنر مجموعه باشکوهی از مدارک و اسناد را تهیه کرده است. بخشی از نتیجه گیری های او بدون تردید قانع کننده است اما برخی دیگر بر پایه حدسیات و اظهارات خاص قرار دارد به نحوی که توفانی از انتقادات شدید را برانگیخته است. از طرف دیگر اغلب زمین شناسان تمایلی به پذیرش امکان رانش قاره ای نداشتند چرا که ظاهراً هیچ فرایند طبیعی شناخته شده ای که به عنوان مدرکی در حمایت از این ایده مطرح شود به چشم نمی خورد. با این وجود، نکته واقعاً مهم، آن نیست که از دیدگاه های خاص وگنر انتقاد کنیم، بلکه آن است که بر پایه شواهد مربوط نتیجه گیری کنیم که آیا رانش قاره ای نوعی حرکت واقعی زمین هست یا نه. شاید بتوانیم تا زمان دسترسی به موارد ابهام از کنار تفسیرها بگذریم.
و در پایان فصلی از کتاب که به معرفی رانش قاره ای اختصاص دارد، پس از دفاع از ایده جریان های همرفتی به عنوان عامل اصلی این فرایند می نویسد:
با این وجود باید بپذیریم که ایده هایی از این نوع که تنها بر مبنای حدسیات استوارند و برای سازگاری با نیازها طرح شده اند، تا زمانی که مدرکی در پشتیبانی از آنها وجود نداشته باشد، فاقد ارزش علمی هستند.
من در شگفتم که آیا هولمز آگاه بود که این جملات او تا چه حد به جملات آرتور کانن دویل در کتاب رسوایی در بوهم نزدیک بود که از زبان همنام خیالی او، شرلوک هولمز، بیان می شد:
اشتباه اساسی آن است که پیش از دستیابی به داده ها نظریه پردازی کنیم. در برخی موارد، بدون توجه به این مطلب، به جای آنکه نظریه ها از داده ها پشتیبانی کنند، در داده ها برای سازگاری با نظریه ها دستکاری می شود.
از سال 1930 تا 1944، دقیقاً به همین علت که مدارک جدیدی به دست نیامد، تقریباً هیچ پیشرفتی در حمایت از فرضیه رانش قاره ای حاصل نشد. طرفداران قدیمی انتقاداتی به این ایده وارد می کردند، تنها به این خاطر که جدید بود. همیشه کسانی وجود دارند که تمایلی به حمایت از فرضیه های جدید و کنار گذاشتن آموزه های مرسوم ندارند، حتی اگر مدارک قانع کننده ای در حمایت از ایده های جدید وجود داشته باشد. اما در دهه های 1930 و 1940 به رغم وجود مدارک رانش قاره ای (که بر مبنای پژوهش های هولمز، متقاعد کننده بود) هنوز ایده های رقیبی مانند ایده پایاگرایی طرفداران بسیاری داشت و با مرگ وگنر و گرایش هولمز به مطالعه فنون تعیین سن زمین، کسی نبود که از ایده رانش قاره ای دفاع کند. در نتیجه این فرضیه طرفداران خود را از دست داد (تا جایی که تنها نقد موجود از کتاب خود را به دفاع از ایده های عجیب و غریبی از این دست اختصاص می داد). اما سرانجام شواهد قاطعی که در دهه های 1950 و 1960 با استفاده از روش های جدید اندازه گیری به دست آمد، موقعیت این فرضیه را ارتقاء بخشید و آن را به الگوی عامی در میان دانشمندان بدل کرد. این شواهد تا اندازه ای نتیجه پیشرفت همه جانبه فنون علمی در جریان جنگ جهانی دوم بود. این مورد همچنین اولین نمونه از برخورد ما در این کتاب با علم به عنوان یک رشته است که پیشرفت واقعی در آن تنها از طریق همکاری تعداد زیادی از افراد جایگزین پذیر که روی پروژه های بزرگ کار می کردند امکان پذیر شد. حتی کسی با نبوغ نیوتون نیز نمی توانست به تمام اطلاعات مورد نیاز برای این کشف اساسی دست یابد که فرضیه رانش قاره ای را به نظریه زمین ساخت ورقه ای تبدیل کرد، هر چند نیوتون بدون تردید قادر بود برای ارائه مدلی منسجم، تمام شواهد را گرد آورد.
پیشرفت های فناوری در جریان جنگ جهانی دوم سرانجام به فراهم آوردن شواهد کلیدی در حمایت از فرضیه رانش قاره ای کمک کرد، اما در دهه 1940 بسیاری از زمین شناسان در پروژه های مربوط به جنگ کار می کردند، در ارتش مشغول خدمت بودند یا در مناطق اشغالی با امکانات بسیار محدود تحقیقاتی زندگی می کردند. بلافاصله پس از پایان جنگ، بازسازی اروپا و تغییر کلی روابط بین علم و دولت در آمریکا، موجب شد که توسعه کاربرد فنون جدید به تأخیر افتد. در همین حال به رغم اینکه مقاله هایی درباره رانش قاره ای (مخالف و موافق) منتشر می شد، اما این موضوع هنوز در آب های راکد علوم زمین شناسی غوطه می خورد. در همین دوران بود که مدرک جدیدی به دست آمد که شاید در موقعیتی دیگر بسیار عجیب و غریب و توضیح آن دشوار به نظر می آمد.
وارون های ژئومغناطیسی و هسته مذاب زمین
اولین مدرک جدید مربوط به مطالعه فسیل-مغناطیس یافته شده در نمونه سنگ های چینه بندی های قدیمی بود. انگیزه این پژوهش، بررسی میدان مغناطیسی کره زمین بود که سازو کار آن در دهه 1940 ناشناخته بود. والتر الساسر (Walter Elsasser)(1991-1904) یکی از دانشمندان بی شماری بود که در آلمان متولد شد و پس از به قدرت رسیدن آدولف هیتلر به آمریکا مهاجرت کرد. او در دهه 1930 این ایده را مطرح کرد که مغناطیس زمین از طریق جنب و جوش طبیعی داخلی آن ایجاد می شود. او ایده های خود را در سال 1946 پس از پایان جنگ منتشر کرد. ادوارد بولارد (Edward Bullard) (1980-1907)، ژئوفیزیک دان انگلیسی که در دوران جنگ در پروژه مغناطیس زدایی کشتی ها برای محافظت آنها از تهدید مین های مغناطیسی فعالیت می کرد، این ایده را دنبال کرد. بولارد در اواخر دهه 1940 در دانشگاه تورنتو کار می کرد و در آنجا ایده مدل مغناطیسی زمین در نتیجه جریان چرخشی شاره های هادی الکتریکی در مایع هسته زمین را توسعه داد (به بیان ساده همرفت و چرخش در آهن مذاب). او در دهه 1950 به عنوان مدیر آزمایشگاه فیزیک ملی بریتانیا در لندن از اولین رایانه های الکترونیکی برای شبیه سازی فرایندهای دینامیک استفاده کرد.اندازه گیری های مغناطیسی فسیل ها نشان داده بود که جهت گیری میدان مغناطیسی زمین نسبت به سنگ ها از صد هزار سال پیش تا کنون تغییر نکرده است. سنگ ها زمانی مغناطیسی می شوند که به صورت مواد مذاب از آتش فشان ها یا شکاف های پوسته زمین به خارج جاری و در سطح زمین به شکل جامد و سخت تبدیل شوند. زمانی که شکل قطعی خود را پیدا کردند، الگوی میدان مغناطیسی اولیه را حفظ می کنند و به صورت میله های مغناطیسی در می آیند. اما پژوهشگران انگلیسی (عمدتاً گروه های کوچکی در دانشگاه های لندن، کمبریج و نیوکاسل) دریافته بودند که این امکان وجود داشته است که جهت مغناطیسی در سنگ های قدیمی، با جهت گیری میدان مغناطیسی کنونی زمین کاملاً متفاوت باشد. یعنی مکان میدان یا سنگ پس از انجماد چینه بندی ها تغییر کرده است. مورد عجیب تر این بود که آنها متوجه شدند که در بعضی از موارد در دوران های گذشته، میدان مغناطیسی زمین در جهت عکس کنونی بوده و قطب های شمال و جنوب آن عوض شده است. این شواهد دیرینه- مغناطیس (paleomagnetic)، بحث رانش قاره ای را در اوایل سال 1960 به بحث داغ محافل علمی بدل کرد. عده ای از دانشمندان جهت گیری های مغناطیسی سنگ های دوران مشخص از زمین شناسی گذشته را مانند «خطوط چاپی» می دانستند که می باید در محل اتصال بازسازی های قاره ای جور شود. آنها دریافتند که این بازسازی به طور کلی با پیش بینی وگنر سازگار است.
به موازات همه این موارد، در شناخت کف دریاها که دو سوم پوسته زمین را تشکیل می دهد، پیشرفت عظیمی حاصل شد. پیش از جنگ جهانی اول، جایگاه این موضوع هنوز در قلمرو ناشناخته ها و کشف نشده ها بود. نیاز به راه های دریایی برای مقابله با تهدید زیردریایی ها موجب توسعه فناوری شناسایی در اقیانوس ها (به ویژه مکان یابی از طریق بازتاب صدا یا سونار) و انگیزه استفاده از فناوری نه تنها برای مکان یابی مستقیم زیردریایی ها بلکه، پس از جنگ، برای نقشه برداری از کف دریاها شد. این امر تنها یک کنجکاوی علمی نبود بلکه به عنوان ابزاری در مکان یابی برای مخفی کردن زیردریایی ها به کار می آمد (تا آنجا که به دولت ها که نگران هزینه ها بودند مربوط می شد). با توسعه فناوری مذکور که در اواخر دهه 1930 آغاز شد، نقشه کلی ویژگی های کف دریاها تکمیل و وجود یک سیستم برآمده، یک پشته میان اقیانوسی، که نه تنها از میان اقیانوس اطلس عبور می کرد، بلکه نوعی ستون فقرات در مرکز دریای سرخ تشکیل می داد اثبات شد. جهان در جریان جنگ جهانی دوم شاهد توسعه گسترده فناوری ها بود که در این حوزه های علمی به کار گرفته شد. با آغاز جنگ سرد و سرمایه گذاری های فزاینده، زیردریایی های هسته ای به صورت سلاح های نظامی درجه اول درآمدند. به عنوان مثال در آمریکا، مؤسسه اقیانوس شناسی اسکریپس (Scripps) در سال 1941 بودجه محدودی کمتر از صد هزار دلار، 26 کارمند و تنها یک کشتی در اختیار داشت. در سال 1948، بودجه این مؤسسه به اندکی کمتر از یک میلیون دلار افزایش یافت و 250 کارمند و چهار کشتی در اختیار داشت. کشفیات اسکریپس و محققان کاملاً دور از انتظار بود. تا پیش از دهه 1940، زمین شناسان بر این گمان بودند که قدیمی ترین پوسته های زمین در کف دریاها واقع شده است. حتی طرفداران رانش قاره ای نیز بر این باور بودند. از آنجا که فرض بر این بود که کف دریا قدیمی است، گمان می رفت که این سطح از مقادیر زیادی از رسوب های قدیمی پوشیده شده است که در دراز مدت موجب فرسودگی زمین شده است و لایه ای به ضخامت 5 تا 10 کیلومتر را تشکیل داده است. همچنین تصور می شد که پوسته زیر کف دریا ده ها کیلومتر ضخامت دارد. نتایج آزمایش بر روی نمونه های اقیانوس ها نشان داد که تمام این فرضیات اشتباه است. در واقع کف اقیانوس را لایه رسوبی نازکی می پوشاند و این لایه از سوی قاره ها به اقیانوس منتقل نشده است. همه سنگ های کف دریا جوان اند و جوان ترین سنگ ها در نزدیکی پشته ها به دست آمده اند که از نظر زمین شناسی فعال هستند و فعالیت آتش فشانی در کف اقیانوس ها، خط شکاف پوسته زمین را مشخص می کند (در واقع چنین به نظر می آمد که پاره ای از این سنگ ها همین دیروز تشکیل شده اند، به این معنی که حاصل اخیر فرایند انجماد، مواد مذاب آتش فشانی «ماگما» هستند. آزمایش های لرزه نگاری نشان داد که ضخامت پوسته زمین در زیر آب های اقیانوس ها 5 تا 7 کیلومتر است، در حالی که ضخامت میانگین پوسته قاره ها 34 کیلومتر است (در بعضی موارد این ضخامت به 80 تا 90 کیلومتر می رسد).
مدل «گسترش کف دریا»
در سال 1960، هاری هس (Harry Hess)(1969-1906)، زمین شناس آمریکایی، اجزای این معما را به صورت منسجمی در کنار هم قرار داد. بر مبنای مدل او که «گسترش کف دریا» (Sea-floor Spreading) نام دارد،(3) پشته اقیانوس از طریق جریان های همرفتی در مواد مایع گوشته به وجود می آید (لایه ای از سنگ های شهدمانند که در زیر پوسته جامد قرار دارند) و از اعماق تا روی سطح انباشته می شود. این ماده گرم مانند آب اقیانوس، مایع نیست، اما به اندازه ای گرم است که بر اثر جریان همرفتی به آهستگی مانند شیشه جریان می یابد.(4) فعالیت آتش فشانی مربوط به پشته اقیانوسی، مکان های خروج مواد داغ را مشخص می کند. این مواد در هر یک از دو سوی پشته پخش می شوند و با فشار، قاره های واقع در دو سوی چاله عمیق کف اقیانوس را از هم جدا می کنند. جوان ترین سنگ ها در نزدیکی پشته های کنونی منجمد می شوند، در حالی که سنگ های قدیمی که ده ها یا صدها میلیون سال پیش تشکیل شده اند، جابه جا می شوند تا جای خود را به مواد جوان بدهند. به این ترتیب ضرورتی برای پیشروی آهسته قاره ها به سوی پوسته اقیانوس ها وجود ندارد. اقیانوس مواد کف را به وجود می آورد و بررسی های کف دریا این واقعیت را تأیید می کند. پوسته جدید اقیانوس که به این ترتیب تشکیل می شود، اقیانوس اطلس را با آهنگ تقریبی 2 سانتی متر در سال گسترش می دهد. تخمین هولمز نصف این عدد بود. رد پای ایده های هولمز در مدل هس دیده می شود، اما تفاوت اساسی آن است که در آنجایی که هولمز نمی توانست عبارات کلی را بر اساس قوانین پایه فیزیک بیان کند، هس با دسترسی به مدارک کافی، اعداد مربوط به اندازه گیری های پوسته اقیانوس ها را در محاسبات خود به کار برد. هولمز در مدل خود، چاله های عمیق کف اقیانوس ها را در سطح وسیع نادیده گرفت چرا که در زمان او اطلاعات کمی در این زمینه در دست بود؛ درک و پذیرش کامل مدل هس در میان دانشمندان به اندازه یک دهه (دهه 1960) به طول انجامید؛ بر اساس این مدل، حوضه های اقیانوسی محل های فعالیت رانش قاره ای هستند و قاره ها عیناً در نتیجه فعالیت پوسته کف اقیانوس ها جابه جا می شوند.گر چه اقیانوس اطلس وسیع تر می شود، اما این امر بدان معنا نیست که آهنگ گسترش زمین به اندازه ای است که در نظریه برای توضیح شکل گیری چاله عمیق کف اقیانوس اطلس در طی چند صد میلیون سال، یعنی تقریباً 5 درصد عمر زمین، محاسبه می شود. جریان های همرفتی در برخی نقاط رو به بالا و در نقاط دیگر رو به پایین است. بر اساس بخش اصلی دیگر مدل گسترش کف دریاها، در پاره ای از نقاط جهان (به ویژه کرانه غربی اقیانوس آرام)، پوسته نازک اقیانوس در زیر فشار کناره های ضخیم تر پوسته قاره ای، به طرف گوشته زیرین فرو می رود. این فرضیه وجود شیارهای عمیق اقیانوس را در این بخش از جهان از یک سو و وجود زمین لرزه ها و آتش فشان های سرزمین هایی مانند ژاپن را از سوی دیگر توضیح می دهد. شکل گیری جزیره هایی مانند ژاپن به عنوان محصول فعالیت زمین ساختی(5) مرتبط با این جنبه از گسترش کف دریا توضیح داده می شود. اقیانوس اطلس وسیع تر و اقیانوس آرام تنگ تر می شود. اگر این فرایند ادامه یابد، سرانجام آمریکا و آسیا به هم برخورد می کنند و ابرقاره جدیدی را تشکیل خواهند داد؛ در همین حال دریای سرخ به طور کامل به همراه پشته گسترش یابنده اش محل جدید فعالیت فراجوشی را مشخص می کند که پوسته زمین را می شکافد و آفریقا را از عربستان تا شرق منشعب می کند.
با توسعه این مدل، امکان توضیح ویژگی هایی مانند گسل سان آندریاس در کالیفرنیا فراهم شد. در این مکان، تعریض اقیانوس اطلس، آمریکا را به طرف غرب جابه جا کرده است تا منطقه گسترش یابنده ای را که فعالیت کمتری داشته و صدها میلیون سال پیش در حوزه وسیع تر اقیانوس آرام وجود داشته است اشغال کند. برخی زمین شناسان با ظرافت خاطرنشان کردند که گسل هایی مانند سان آندریاس، شواهد غیرمستقیمی در پشتیبانی از ایده های جدید فراهم می کنند. در آنجا تخته سنگ های پوسته زمین با آهنگ چند سانتی متر در سال از کنار هم عبور می کنند که تقریباً معادل سرعت مورد نیاز در نظریه جدید رانش قاره ای است و ثابت می کند که زمین «جامد» به هیچ وجه دارای یک الگوی جغرافیایی دائمی نیست. بر اساس قیاس متداول که هیچ گاه توسعه نیافته است، گسترش کف دریا مانند نوار نقاله ای است که بی وقفه می چرخد. در کل سطح کره زمین، همه چیز یکدیگر را خنثی می کند و اندازه سیاره ثابت می ماند.(6)
مدل هس و شواهد حامی آن الهام بخش چند نسل از ژئوفیزیک دانان بود و آنها را در ارائه نظریه ای کامل درباره طرز کار زمین به مبارزه می طلبید. یکی از بازیکنان اصلی این صحنه، در کاری که بیشتر جنبه گروهی داشت، دان مک کنزی (Dan Mckenzie) (متولد سال 1942) از دانشگاه کمبریج بود. او به یاد می آورد که در دوره تحصیلات لیسانسش، هس در سال 1962 یک سخنرانی در کمبریج ایراد کرد که او را به حل مسائل باقی مانده مدل و کشف شواهد دیگری در حمایت از آن ترغیب کرد.(7) ژئوفیزیک دانان با سابقه تر تحت تأثیر این سخنرانی قرار گرفتند. دو نفر از آنها به نام های فردریک واین (Frederick Vine)(1939-1988)، دانشجوی فوق لیسانس و دراموند متیوز (Drummond Matthews) (متولد سال 1931)، سرپرست رساله او، هر دو در سال بعد از آن سخنرانی، کاری اساسی در زمینه برقراری ارتباط میان شواهد وارون سازی ژئومغناطیسی و مدل گسترش کف دریای رانش قاره ای انجام دادند.
در اوایل دهه 1960 با افزایش فزاینده داده های خواص مغناطیسی زمین در گذشته که از مطالعه قاره ها به دست آمده بود، نقشه برداری الگوی مغناطیسی بخشی از کف دریا با استفاده از مغناطیس سنج های نصب شده در کشتی های تحقیقاتی آغاز شد. یکی از اولین نمونه های اندازه گیری در شمال شرقی اقیانوس آرام در نزدیکی جزیره ونکوور (Vancouver) در اطراف منطقه ای به نام پشته ژوئا دو فوکا (Juan de Fuca) انجام شد که از نظر زمین شناسی جالب توجه است. این اندازه گیری ها الگوی راه راه مانند خاصیت مغناطیسی سنگ های کف دریا را نشان می داد به صورتی که نوارها کمابیش در امتداد شمال-جنوب قرار می گرفتند؛ در یکی از این نوارها، جهت مغناطیسی سنگ ها در جهت کنونی میدان مغناطیسی زمین قرار داشت، در حالی که در نوار مجاور، جهت مغناطیسی سنگ ها معکوس بود. الگوی مذکور پس از تنظیم به صورت یک نقشه در حالی که یک جهت به رنگ سیاه و دیگری به رنگ سفید هاشور خورده بود به شکل بارکد کج و معوجی در آمد. واین و متیوز به این نتیجه رسیدند که الگوهای مذکور در نتیجه گسترش کف دریا به وجود آمده است. سنگ های مذاب از پشته اقیانوسی روان شده و به هنگام انجماد در جهت میدان مغناطیسی زمین مغناطیسی شده اند. اما داده های مربوط به قاره ها نشان داد که میدان مغناطیسی زمین، گاه به گاه جهت خود را معکوس می کند.(8) فرضیه واین و متیوز دو معنا در بر دارد. اول آنکه الگوی راه راه مغناطیسی کف اقیانوس باید با الگوی وارون های ژئومغناطیسی سنگ های قاره ای متناظر باشد. این تناظر راهی برای بررسی دو الگو نسبت به یکدیگر فراهم می کند و دقت روش مغناطیسی تعیین سن سنگ ها را بهبود می بخشد. دوم آنکه از آنجا که بر اساس مدل هس، پوسته به طور یکنواخت در دو سوی پشته اقیانوس گسترش پیدا می کند، الگوی مغناطیسی قابل مشاهده در یک سوی پشته، تصویر آینه ای الگوی مغناطیسی قابل مشاهده در سوی دیگر پشته است. در صورت درستی این فرضیه، مدرک قاطعی در اختیار داشتیم حاکی از آنکه مدل گسترش کف دریا، تشریح مناسب طرز کار زمین است.
پیشرفت های بیشتر در نظریه رانش قاره ای
با داده های محدودی که در سال 1963 در دسترس بود، استدلال های واین و متیوز تنها مبین و القا کننده بود و نه دلیل قاطع بر درستی مدل گسترش کف دریا و رانش قاره ای. اما واین با همکاری هس و توزو ویلسون (Tuzo Wilson)(1993-1908)، ژئوفیزیک دان کانادایی، این ایده را بیشتر توسعه داد، از داده های جدید مغناطیسی نقاط مختلف جهان استفاده کرد و فرضیه را به شکلی قانع کننده تبدیل کرد. سهم کلیدی ویلسون در این زمینه توجه به این واقعیت بود که یک پشته گسترش یابنده مانند پشته ای در اقیانوس اطلس فرو می رود و لزوماً دارای مشخصه پیوسته بودن نیست، بلکه می تواند از بخش های باریکی تشکیل شده باشد که از کناره ها با یکدیگر جابه جا شده اند (در راستای گسل های به اصطلاح تبدیلی)، به این صورت که به جای یک تسمه نقاله عریض، مجموعه ای از تسمه نقاله ها در کنار یکدیگر قرار گرفته اند؛ او نقش مهمی در تلفیق بسیاری از ایده های مدل جدید رانش قاره ای و ارائه یک نظریه منسجم کامل داشت. او مدافع پیشروی این ایده ها بود و برای اولین بار از عبارت «صفحه» در اشاره به بخشی از پوسته سخت زمین (اقیانوسی، قاره ای و ترکیبی از این دو) استفاده کرد. این صفحات به موجب نیروهای مربوط به گسترش کف دریا و رانش قاره ای، در جهات مختلف حرکت می کنند.در سال 1965، شواهد قاطعی در حمایت از مدل گسترش کف دریا عرضه شد. در این سال گروهی از محققان به همراه کشتی تحقیقاتی التانین (Eltanin)، سه اندازه گیری مغناطیسی عرضی در عرض پشته ای به نام پشته اقیانوس آرام شرقی انجام دادند. این اندازه گیری ها شباهت تکان دهنده ای را بین نوارهای مغناطیسی خیز اقیانوس آرام شرقی (East Pacific Rise) و نوارهای مغناطیسی پشته ژوئا دو فوکا تا امتداد شمالی نشان داد. از طرف دیگر این اندازه گیری ها تقارن جانبی مشهودی را بین الگوی یک طرف خیز نسبت به تصویر آینه ای همان الگو در طرف دیگر نشان داد به صورتی که هنگام تا کردن نقشه از روی خط پشته، دو نقشه دقیقاً روی یکدیگر منطبق شدند. این نتایج در آوریل سال 1966 در همایش اتحادیه ژئوفیزیک آمریکا در شهر واشنگتن اعلام شد؛ نتایج مذکور به عنوان مقاله ای دوران ساز در نشریه علمی ساینس(Science) منتشر شد.(9)
«برازش بولارد» قاره ها
در این میان، رویکرد سنتی جمع آوری شواهد برای پشتیبانی از ایده رانش قاره ای شتاب گرفت. در اوایل دهه 1960، بولارد (که اکنون رئیس بخش زمین پیمایی و ژئوفیزیک دانشگاه کمبریج است)، ادعا کرد که شواهد زمین شناسی در پشتیبانی از ایده رانش قاره ای و غلبه بر اشکالات مدل مذکور که در دهه های 1920 و 1930 مطرح شد کافی است و دیدگاه های خود را در همایش انجمن زمین شناسی لندن در سال 1963 ارائه کرد. یک سال بعد، او به راه اندازی گردهمایی دو روزه درباره رانش قاره ای در انجمن سلطنتی یاری رساند. در این گردهمایی، آخرین نتایج پژوهش ها مورد بحث قرار گرفت ولی شگفت آنکه موضوعی که بیش از همه در این گردهمایی تأثیرگذار بود، ارائه مدل جدیدی از یک ایده قدیمی یعنی بازسازی معمای پازل جورچین پانگه آ بود. در این بازسازی از یک روش عینی استفاده شد که بر اساس یک قاعده ریاضی برای حرکت دادن اشیا روی سطحی کروی (قضیه اویلر) استوار بود و همچنین با استفاده از بازسازی واقعی برای دسترسی به «بهترین برازش» که از جنبه ریاضی تعریف و به وسیله رایانه محاسبه شده بود، هماهنگی (جورشدگی) عینی و بی طرفانه ای فراهم شد. نتیجه حاصل به نحو تکان دهنده ای با روش وگنر برای در کنار هم قرار دادن قاره ها شباهت داشت و فقط دارای تغییرات جزئی بود. اما در سال 1964، مردم هنوز تحت تأثیر توانایی رایانه بودند و بر خلاف چهل سال پیش آماده بودند تا مدارک دیگری را برای دفاع از ایده رانش قاره ای جمع آوری کنند. دلایل روان شناختی هر چه بود، انتشار مقاله «برازش بولارد» قاره ها در سال 1965، به عنوان نقطه عطفی در تاریخ توسعه نظریه رانش قاره ای تثبیت شد.(10)پی نوشت ها :
1- دختر هواشناس روسی الاصل، ولادیمیر کوپن (1940-1846)، دوست و همکار وگنر.
2- تحقیق دقیق سن زمین به رغم اینکه اصول کار تا سال 1910 شناخته شده بود تا مدت ها به طول انجامید، چرا که توسعه فناوری های نوین نیازمند زمان بیشتر بود. چون همیشه، علم و فناوری برای پیشرفت نیازمند و متکی به یکدیگرند.
3- عبارت «نظریه گسترش یافتن کف دریا» برای اولین بار در سال 1961 در مقاله ای نمایان شد و به زودی جای خود را به اصطلاح مد روزتر«گسترش کف دریا» داد.
4- امروزه جنبه های گسترده ای از ساختار داخلی زمین کاملاً شناخته شده است زیرا ساختار درونی زمین با مطالعاتی که درباره امواج زلزله و امواج بمب های هسته ای در آزمایش های زیرزمینی در طول جنگ سرد انجام شد، مورد کاوش قرار گرفت. متأسفانه در اینجا هم مانند موارد دیگر باید به علت حجم محدود کتاب از بحث درباره جزئیات خودداری کنیم.
5- یا به عبارتی، فعالیت ساختن که از واژه معادل یونانی به معنی سازنده است.
6- برخی شواهد حاکی از آن است که بازسازی جغرافیایی ابرقاره، اگر زمین پس از جدا شدن پانگه آ مقدار اندکی گسترش می یافت، از سازگاری بهتری برخوردار می بود. این مورد قابل تأمل است، اما حتی اگر شواهد درست باشند، اثر آن بسیار جزئی خواهد بود و تأثیر مهی بر رانش قاره ای نخواهد داشت.
7- درگفتگو با جان گریبین در سال 1967.
8- علت این رویداد به طور دقیق روشن نیست اما چنین تصور می شود که در نتیجه اثر دیناموی فعال در هسته مایع زمین باشد که محو و دوباره در جهت عکس پدیدار می شود. جالب است که خورشید که گمان می رود دیناموی درونی مشابهی داشته باشد، در معرض الگوی وارون های مغناطیسی مشابهی قرار دارد که بسیار سریع تر و منظم تر است و با چرخه تقریباً 11 ساله لکه های خورشید ارتباط دارد.
9- W. C. Pitman and J. P. Heirtzler,Science,volume. 154,pp.1164-71,1966
10- از بلکت (Blackett)، بولارد و رانکورن، گردهمایی رانش قاره ای.
