Πώς γνωρίζουμε τη γεωλογία των βρετανικών νησιών;
Homo erectus έφθασαν για πρώτη φορά στη Βρετανία πριν από περίπου τρία τέταρτα του ενός εκατομμυρίου ετών, φέρνοντας μαζί τους την ικανότητα να φτιάχνουν ακατέργαστα εργαλεία από πυριτόλιθο, τα οποία χρησιμοποιούνταν στη σφαγή ζώων. Ήταν μια εποχή που η Βρετανία ήταν ακόμα προσκολλημένη στην Ευρώπη, από μια ξηρά που τελικά βυθίστηκε με την άνοδο της στάθμης της θάλασσας στο τέλος της τελευταίας εποχής των παγετώνων.
Τις επόμενες χιλιετίες, εμείς οι Homo sapiens περιπλανιόταν στη γη αναζητώντας πυριτόλιθους με τους οποίους να κατασκευάζει όλο και πιο εξελιγμένα εργαλεία. Αναζητήσαμε επίσης μέταλλα για όπλα, χρυσό για διακόσμηση και πέτρες για την οικοδόμηση θρησκευτικών χώρων όπως το Στόουνχεντζ. Ο άνθρακας ήταν επίσης σημαντικός, όχι μόνο για την τήξη μεταλλευμάτων αλλά και για την καύση ασβεστόλιθου για τη λίπανση της γης, προκειμένου να εξασφαλιστεί μια αξιόπιστη προμήθεια τροφίμων.
Κατά την αναζήτησή μας για αυτούς τους πόρους, συσσωρεύσαμε μια γηγενή γνώση σχετικά με το πού θα μπορούσαν να βρεθούν τέτοια περιουσιακά στοιχεία και τους τύπους πετρωμάτων στους οποίους βρίσκονταν. Η κιμωλία, ο ασβεστόλιθος, ο γρανίτης, ο ψαμμίτης, ο πηλός και πολλοί άλλοι τύποι πετρωμάτων αναγνωρίστηκαν πιθανώς από πολύ νωρίς. Αλλά μόνο όταν καταλάβαμε πραγματικά τα απολιθώματα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε αυτή τη γνώση με τον καλύτερο δυνατό τρόπο.
Το 1027, ο Πέρσης φιλόσοφος Avenica περιέγραψε για πρώτη φορά τη θεμελιώδη αρχή της γεωλογίας. Ανέφερε ότι τα ιζηματογενή στρώματα εναποτίθενται διαδοχικά, με το παλαιότερο στο κάτω μέρος και το νεότερο στην κορυφή. Αυτός ο «νόμος της υπέρθεσης» διατυπώθηκε πλήρως το 1669 από τον Δανό επιστήμονα Nicolas Steno, ο οποίος σκέφτηκε ότι τα στρώματα σχηματίστηκαν όταν τα σωματίδια που αιωρούνταν στο νερό έπεφταν στον πυθμένα, δημιουργώντας οριζόντια στρώματα. Οποιαδήποτε απόκλιση από την οριζόντια οφειλόταν σε μεταγενέστερη αναστάτωση. Ενώ ο Steno δεν ήταν ο μόνος φυσιοδίφης της εποχής του που πρότεινε ότι τα απολιθώματα ήταν κάποτε ζωντανά πλάσματα, υποστήριξε για πρώτη φορά ότι τα απολιθώματα ήταν στιγμιότυπα ζωής σε διαφορετικές στιγμές της ιστορίας της Γης. Κατά τους επόμενους αιώνες υπήρξαν πολλές αντίθετες θεωρίες, αλλά όταν αυτές οι δύο αρχές είχαν καθιερωθεί, τέθηκε το στάδιο για μια καλύτερη κατανόηση του τι θα μπορούσαν να μας πουν τα απολιθώματα.
Υπόγεια επιστήμη
Κατά τη διάρκεια της Βιομηχανικής Επανάστασης, η Βρετανία χρειαζόταν μεγάλες ποσότητες άνθρακα και πρώτων υλών για να μεταφερθούν σε όλη τη χώρα. Αυτό οδήγησε, στα μέσα του 1700, σε μια περίοδο εκτεταμένης κατασκευής καναλιών. Το 1794, ο επιθεωρητής Γουίλιαμ Σμιθ επέβλεπε την κατασκευή του καναλιού άνθρακα του Σόμερσετ. Οι ανασκαφές ξεκίνησαν τον Ιούλιο του 1795 με κατεύθυνση από τα δυτικά προς τα ανατολικά κατά μήκος δύο παράλληλων κοιλάδων, περίπου 3 χιλιόμετρα (1,8 μίλια) μεταξύ τους. Καθώς προχωρούσαν οι ανασκαφές, αποκάλυψαν τα στρώματα που βυθίζονταν ένα προς ένα, επιτρέποντας στον Smith να συγκρίνει τα στρώματα σε έναν κλάδο του καναλιού με αυτά στον άλλο. Αυτό του επέτρεψε να επεξεργαστεί τη σειρά με την οποία είχαν τοποθετηθεί τα στρώματα. Επιπλέον, παρατήρησε ότι κάθε στρώμα είχε μια χαρακτηριστική σουίτα απολιθωμάτων που «πάντα διαδέχονται το ένα το άλλο με την ίδια σειρά». Ήταν επομένως δυνατό να ταιριάξουμε δύο στρώματα που περιείχαν την ίδια σειρά απολιθωμάτων, παρόλο που απείχαν μίλια μεταξύ τους.
Διαβάστε περισσότερα:
- 19 φυσικά θαύματα του κόσμου που πρέπει να δείτε πριν πεθάνετε
- Η ηπειρωτική μετατόπιση επηρεάζει το κλίμα;
Χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο συσχέτισης απολιθωμάτων, ο Smith μπόρεσε να αναλύσει λεπτομερώς τα 23 στρώματα που βρίσκονταν μεταξύ της κιμωλίας (κρητιδικό) και των μέτρων άνθρακα (ανθρακοφόρο) στην περιοχή γύρω από το Μπαθ. Αυτό αποδείχθηκε μια τεράστια πρόοδος, καθώς η στρωματογραφική στήλη του παρείχε ένα πρότυπο με το οποίο μπορούσαν να συγκριθούν οι βράχοι οπουδήποτε στη χώρα. Τα στρώματα που είχαν προηγουμένως δοθεί διαφορετικά ονόματα μπορούσαν να αναγνωριστούν ως ένα και το αυτό. Όταν ο Smith συνειδητοποίησε ότι μπορούσε να φτιάξει χάρτες για να εμφανίσει τα στρώματα δίνοντάς τους διαφορετικά χρώματα, δημιούργησε τον πρώτο γεωλογικό χάρτη μεγάλης κλίμακας το 1799. Ακολούθησε αυτόν τον χάρτη του Bath με τον πρώτο γεωλογικό χάρτη της Βρετανίας το 1815.
Οι ιδέες του Σμιθ εξαπλώθηκαν γρήγορα. Μέχρι το 1812, ακόμη και πριν ο Smith δημοσιεύσει τον χάρτη του για τη Βρετανία, ο μεταλλουργός David Mushet είχε δημιουργήσει μια γεωλογική τομή της λεκάνης άνθρακα του Forest of Dean. Ο Mushet είχε έρθει στο Forest of Dean αναζητώντας σίδερο και κάρβουνο και η δουλειά του συσχέτιζε τις διαφορετικές ραφές άνθρακα. Χρησιμοποίησε δεδομένα που ελήφθησαν από στρώματα που αποκαλύφθηκαν σε γεωτρήσεις σε ολόκληρη την περιοχή - γεωτρήσεις που είχαν ανοίξει για την αναζήτηση άνθρακα και σιδήρου. Αυτή η πρώιμη χρήση δεδομένων γεωτρήσεων σήμαινε ότι ο Mushet θα μπορούσε επίσης να συσχετίσει πετρώματα που καλύπτουν ραφές άνθρακα στο Δάσος του Dean με εκείνα που υπερκείμενα κάρβουνα στις λεκάνες άνθρακα της Ουαλίας, του Μπρίστολ και του Σόμερσετ. Αυτό του επέτρεψε να προβλέψει πού θα μπορούσε να βρεθεί άνθρακας αλλού.
Παρά αυτές τις προόδους, η γεωλογία ήταν ακόμα μια νηπιακή επιστήμη. Εκείνη την εποχή, η λέξη «απολίθωμα» σήμαινε οτιδήποτε είχε ανασκαφεί από τη Γη και περιελάμβανε ορυκτά και αρχαιολογικά αντικείμενα, καθώς και οργανικά απολιθώματα. Η λέξη «παλαιοντολογία» επινοήθηκε μόλις το 1822 και η λέξη «επιστήμονας» δημοσιεύτηκε για πρώτη φορά το 1834. Είναι ενδεικτικό ότι το 1804, όταν έγραφε ένα από τα πρώτα βιβλία για τα απολιθώματα που δημοσιεύθηκαν στα αγγλικά, ο Τζέιμς Πάρκινσον (ο οποίος επίσης προσδιόρισε νόσος του Πάρκινσον), παραπονέθηκε για τη δυσκολία να γράψει κανείς για μια επιστήμη χωρίς όνομα.
Η Γεωλογική Εταιρεία
Εντούτοις, το ενδιαφέρον για τη γεωλογία αυξανόταν ραγδαία, λόγω κυρίως της ζήτησης για άνθρακα, σίδηρο και άλλα μέταλλα. Το 1807 αυτό οδήγησε στην ίδρυση της πρώτης Γεωλογικής Εταιρείας στον κόσμο στο Λονδίνο. Ένας στόχος ήταν να προσδιοριστεί πού βρισκόταν ο πλούτος της Βρετανίας και ένας άλλος ήταν να διευθετηθεί η γεωλογική ονοματολογία.
Σε κάθε μέρος της χώρας, τα ίδια πετρώματα είχαν διαφορετικά ονόματα, καθιστώντας εξαιρετικά δύσκολο να γνωρίζουμε εάν δύο πετρώματα ήταν πανομοιότυπα εάν δεν περιείχαν απολιθώματα. Τα απολιθώματα βρίσκονται στην πραγματικότητα μόνο στο 15 τοις εκατό των πετρωμάτων. Για το σκοπό αυτό, ο πρώτος Πρόεδρος της Εταιρείας, George Greenough, κάλεσε τους ανθρώπους να στείλουν γεωλογικές πληροφορίες από τις τοπικές τους περιοχές. Την επόμενη δεκαετία, χάρτες, βράχοι και λεπτομέρειες σχετικά με τη γεωλογία πλημμύρισαν από όλη τη χώρα. Ήταν τέτοια η επιτυχία της Εταιρείας που χρειάστηκε να μετακινήσει τις εγκαταστάσεις τρεις φορές για να χωρέσει όλο το υλικό!
Η πρόοδος κατά τη χρυσή εποχή της γεωλογίας, τη δεκαετία του 1830, ήταν γρήγορη. Μέχρι τη δεκαετία του 1840 όλες οι γεωλογικές περίοδοι από την Τριτογενή έως την Κάμβρια είχαν εντοπιστεί και ονομαστεί, εκτός από την Ορδοβικιανή. Μια «περίοδος» είναι μια υποδιαίρεση του γεωλογικού χρόνου που επιτρέπει τη διασταύρωση των πετρωμάτων και των γεωλογικών γεγονότων από τόπο σε τόπο. Οι περίοδοι ομαδοποιούνται σε εποχές και οι εποχές σε αιώνες. Οι νεότερες περίοδοι δημιούργησαν λίγα προβλήματα, επειδή περιείχαν ως επί το πλείστον μεγάλο αριθμό απολιθωμάτων, γεγονός που επέτρεπε να ταξινομηθεί πολύ εύκολα η χρονολογία τους. Ωστόσο, οι παλαιότερες περίοδοι ήταν πιο αμφιλεγόμενες. Περιείχαν λιγότερα απολιθώματα, επομένως ήταν πιο δύσκολο να τοποθετηθούν με ακρίβεια το ένα σε σχέση με το άλλο. Επιπλέον, οι παλαιότεροι βράχοι έχουν συχνά παραμορφωθεί και ανατραπεί, καθιστώντας πιο δύσκολη την κατανόηση της αρχικής ακολουθίας.
Το 1832, ο Henry Thomas De la Beche ανέλαβε μια γεωλογική έρευνα του Devon. Αυτό το έργο οδήγησε τελικά στην ίδρυση του Γεωλογικού Ινστιτούτου το 1835, αλλά όχι πριν ο De la Beche είχε υποστεί μεγάλη δημόσια αμηχανία. Ενώ χαρτογράφησε τα στρώματα στο Ντέβον, οι συνάδελφοί του Roderick Murchison και Adam Sedgwick ασχολήθηκαν με παρόμοιο τρόπο στην Ουαλία, εγκαθιστώντας αντίστοιχα τα συστήματα Silurian και Cambrian. Όλοι υπέθεσαν ότι οι βράχοι στο Ντέβον ήταν περίπου της ίδιας ηλικίας με εκείνους στην Ουαλία. Αλλά το 1834, όταν ο De la Beche βρήκε απολιθώματα ανθρακοφόρου σε κάρβουνα ενσωματωμένα στη μέση πετρωμάτων που νόμιζε ότι ήταν Silurian, δήλωσε ότι η θεωρία του William Smith για την παραγγελία των πετρωμάτων χρησιμοποιώντας τα απολιθώματα που περιείχαν πρέπει να είναι λανθασμένη. Ο Μέρτσισον πήδηξε στην επίθεση παρόλο που ποτέ δεν είχε εξετάσει ο ίδιος τα στρώματα του Ντέβονσαϊρ. Αυτό προσέβαλε βαθιά τον De la Beche, ο οποίος πίστευε ότι η εγκυρότητα της επιτόπιας εργασίας δεν πρέπει να αμφισβητηθεί για θεωρητικούς λόγους.
Όταν οι Murchison και Sedgwick εξέτασαν τους ίδιους τους βράχους του Devonshire το 1836, διαπίστωσαν ότι ο De la Beche είχε κάνει ένα σφάλμα χαρτογράφησης. Τα κοιτάσματα άνθρακα ήταν στην πραγματικότητα στην κορυφή των στρωμάτων του Devonshire και όχι στη μέση, οπότε υπέθεσαν ότι ο άνθρακας πρέπει να βρίσκεται στον πυθμένα του Carboniferous, πάνω στα παλαιότερα πετρώματα Silurian - αυτό που είναι γνωστό ως ασυμφωνία. Ο De la Beche επικρίθηκε δημόσια και το νεοσύστατο Γεωλογικό Ινστιτούτο παραλίγο να τερματιστεί πρόωρα. Όμως οι διαφωνίες δεν τελείωσαν εκεί. Ο De la Beche αναγκάστηκε να παραδεχτεί το λάθος του, αλλά επέμεινε ότι δεν υπήρχε ασυμφωνία μεταξύ των στρωμάτων άνθρακα και των παλαιότερων βράχων της Σιλουρίας. Προς ταλαιπωρία τους, ο Murchison και ο Sedgwick δεν μπόρεσαν επίσης να αναγνωρίσουν μια ασυμμόρφωση και έπρεπε να παραδεχτούν ότι δεν υπήρχε.
Το αίνιγμα του Ντέβον
Ακολούθησαν πολλές συζητήσεις και εκτενείς έρευνες που έφτασαν μέχρι τη Ρωσία, όπου το 1840 ο Murchison ανακάλυψε ένα στρώμα παρόμοιο με τον άνθρακα που βρέθηκε στο Ντέβον, τοποθετημένο ανάμεσα σε καλά καθορισμένα κοιτάσματα Silurian και Carboniferous. Αυτό τελικά έβαλε τέλος σε αυτό που έγινε γνωστό ως η Μεγάλη Διαμάχη του Ντέβον και οδήγησε στον ορισμό μιας νέας περιόδου που ονομάζεται Ντέβον. Οδήγησε επίσης σε μια θεμελιώδη αλλαγή στη γεωλογική πρακτική και η αξία των απολιθωμάτων ως στρωματογραφικών δεικτών καθιερώθηκε χωρίς αμφιβολία. Ευτυχώς, το Γεωλογικό Ινστιτούτο επέζησε από αυτό το πρώιμο τραύμα και ο De la Beche έγινε ο πρώτος Διευθυντής του. Τόσο η Γεωλογική Εταιρεία όσο και η Γεωλογική Υπηρεσία εξακολουθούν να υπάρχουν σήμερα.
Στα τέλη του 19ου αιώνα, οι γεωλόγοι αναγνώρισαν ότι τα πετρώματα αποτελούνταν από μεμονωμένα ορυκτά και ήταν το μέγεθος και η σύνθεση αυτών των ορυκτών που καθόριζε τον τύπο του πετρώματος. Υπήρχαν τρεις βασικοί τύποι - πυριγενείς, ιζηματογενείς και μεταμορφωμένοι - αλλά καθώς η γεωλογική χαρτογράφηση έγινε πιο εκλεπτυσμένη, απαιτήθηκε μια πιο ακριβής ταξινόμηση. Έγινε απαραίτητο να προσδιοριστούν ποια ορυκτά υπήρχαν και σε ποιες ποσότητες. Ωστόσο, ενώ ήταν δυνατό να δούμε ορυκτά με γυμνό μάτι σε πετρώματα όπως ο γρανίτης, άλλα πετρώματα όπως οι βασάλτες ήταν πιο δύσκολο να ταξινομηθούν, επειδή τα ορυκτά που περιέχουν είναι εξαιρετικά μικρά.
Μέχρι τη δεκαετία του 1860, οι γεωλόγοι συνέτριβαν τους βράχους σε χοντρή σκόνη και τους εξέταζαν στο μικροσκόπιο, αλλά η αναγνώριση ορυκτών με αυτόν τον τρόπο ήταν μάλλον ακατέργαστη και ήταν πολύ δύσκολο να μετρηθούν με ακρίβεια οι αναλογίες. Μόνο όταν εφαρμόστηκε πολωμένο φως στη μελέτη ορυκτών στο μικροσκόπιο έγινε δυνατή η συστηματική ταυτοποίηση των πετρωμάτων.
Τα πρώτα βήματα έγιναν από τον Henry Sorby, ο οποίος ετοίμασε λεπτές τομές ορυκτών και απολιθωμάτων ξύλων για μικροσκοπική έρευνα. Ένα λεπτό τμήμα, όπως υποδηλώνει το όνομα, είναι μια γυαλισμένη φέτα πέτρας τόσο λεπτή που μπορείτε να δείτε μέσα της. Όταν τοποθετείται ανάμεσα σε κομμάτια γυαλιού σε ένα πολωτικό μικροσκόπιο, κάθε ορυκτό στη φέτα του βράχου εμφανίζει διαφορετικές οπτικές ιδιότητες – κυρίως χρώμα και σχήμα – που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αναγνώριση του με μεγάλη ακρίβεια. Αυτό τελικά καθιέρωσε μια επιστημονική μέθοδο για την ταξινόμηση των πετρωμάτων και ήταν να μεταμορφώσει την ικανότητά μας να διακρίνουμε έναν βράχο από τον άλλο.
Η γεωλογία των Βρετανικών Νήσων είναι γνωστή για την ποικιλομορφία της. Μπορούν να βρεθούν βράχοι σχεδόν όλων των γεωλογικών ηλικιών και η χαρτογράφηση τους τους τελευταίους δύο αιώνες ήταν η πιο σημαντική συνεισφορά στην κατανόηση της γεωλογίας των νησιών μας. Στη συνέχεια, στη δεκαετία του 1960, η ανάπτυξη της θεωρίας της τεκτονικής πλακών άρχισε να ξετυλίγει την περίπλοκη τεκτονική ιστορία της Βρετανίας. Τα τελευταία τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια περίπου, καθώς η Βρετανία περιπλανήθηκε στον κόσμο, συσσώρευσε ένα ρεκόρ ζεστών και κρύων θαλασσών, ερήμων, τροπικών βάλτων, γιγάντων ποταμών, παγετώνων, σεισμών, ηφαιστειακών εκρήξεων, ηπειρωτικών συγκρούσεων και της εξέλιξης της ζωής όπως διατηρήθηκε στα απολιθώματα του. Οι γνώσεις μας για αυτό το δίσκο συσσωρεύτηκαν σιγά σιγά, αλλά ακόμα και σήμερα δεν τα καταλαβαίνουμε όλα.
Διαβάστε περισσότερα:
- Πώς είναι ένας σεισμός 10 Ρίχτερ;
- Γεωλόγοι αποκαλύπτουν πώς η Βρετανία αποχωρίστηκε για πρώτη φορά από την Ευρώπη – και ήταν καταστροφικό
Ακολουθήστε το Science Focus στο Twitter, το Facebook, το Instagram και Flipboard
