A lemeztektonika elmélete
Az 1950-es évek végén a legtöbb tudós úgy gondolta, hogy a kontinensek és az óceánok mozdulatlanok, helyzetük nem változik a Föld felszínén. A kontinensek mozgása ekkor hihetetlen elméletnek hangzott. Mégis mi változtatta meg ezt az elképzelést ilyen drámai módon? A lemeztektonika, mint tudományos elmélet már megjelent az 1910-es években sőt korábban, 1858-ban Antonio Snider-Pellegrini térképein is.
Alfred Wegener (1880-1930) német meteorológus számos geológiai és paleontológiai bizonyíték alapján, 1915-ben megjelent könyvében állította, hogy Afrika és Dél-Amerika valaha összetartozott és egy nagyobb kontinens, a Gondwana részei voltak. A legtöbb korabeli geológus azonban visszautasította Wegener elméletét, bár néhányan, mint pl. Alexander du Toit és Arhur Holmes további bizonyítékokat szolgáltattak a lemeztektonika elméletéhez. A Glossopteris, egy őspáfrány maradványai előkerültek a Gondwana utódkontinensen, a Lsytrosaurus, egy triász őshüllő maradványai pedig fellelhetők Indiában, Dél-Amerikában, sőt az Antarktiszon is. Az Észak-Appalache kőzetei megtalálhatók Írországban és Skóciában, a karbon glaciális üledékei fellelhetők Ausztráliában, Afrikában, Dél-Amerikában és Indiában is.
Alapvető áttörés az 1960-as évek elején következett be, amikor a tudósok részletesen feltérképezték az óceánaljzatot, s a princeton-i egyetem geológus-óceanológusa, H. H. Hess megfogalmazta (és bebizonyította) az óceáni medencék tágulásának elméletét. Hess elméletét 1963-ban Vine és Matthew is megerősítette paleomágneses vizsgálatokkal. Az óceáni hátságok mentén felszínre kerülő magma kihűlésekor ugyanis az adott időszakra jellemző mágneses irányt veszi fel. Ez a paleomágneses irányultság vagy megegyezik a maival (normál) vagy azzal ellentétes (reverz vagy fordított). A legfiatalabb kőzetek (amelyek éppen most kerültek a felszínre és szilárdultak meg) az óceáni hátság közepén találhatók, jobbra és balra távolodva a rift zónától (központi hasadékvölgy) az óceánaljzat egyre idősebb lesz
A lemezvándorlások hajtóereje
A lemezek mozgása roppant mennyiségű anyag áramlását jelenti, ami természetesen hihetetlen mennyiségű energiát igényel. Honnét származik ez az energia? A Föld belseje hasonló egy óriási atomerőműhöz: benne izotópok találhatók, mint pl. az uránium-238, tórium-232 és a kálium-40. A radioaktív bomlásból felszabaduló hő elegendő ahhoz, hogy a köpeny anyagát az úgynevezett kváziplasztikus állapotban tartsa. Ez az állapot vagy állag hasonló, mint a tészta gyúráskor, s reagál a benne fellépő sűrűségkülönbségekre. Ezen az asztenoszféra óceánon úsznak a litoszféra lemezei (70. ábra). A litoszféra ugyanis nem összefüggő és egységes: 7 nagyobb (Eurázsiai-, Észak-Amerikai, Dél-Amerikai-, Afrikai-, Indo-Ausztrál-, Antarktiszi- és Pacifikus-lemez) és sok kisebb lemezre (pl. Nazca-, Juan de Fuca-, Fülöp-, Arab-lemez, stb.) tagolódik . Néhány lemez mozgási sebessége elérheti az évenkénti 10-12 cm-t is!
Lemezhatár típusok
Távolodó (divergens) lemezhatárok
A távolodó lemezhatárok az óceáni hátságok közepén helyezkednek el, létrejöttük az óceánból feláramló magmának köszönhető, ahol az addig egységes óceáni lemez szétszakad. Az óceáni hátságok központi tengelyében egy mélyedés, a központi hasadékvölgy, vagy más néven a rift zóna található. A köpenyben lezajló magma feláramlás hasonló jelenség, mint a forrásban lévő leves: az alul elhelyezkedő melegebb anyag kitágul, sűrűsége lecsökken, s ennek következtében felfelé áramlik. Elérve a szilárd litoszférát eltérül „jobbra” és „balra” ezáltal tutajként szállítva szétszakítja a felette elhelyezkedő kérget. A híg köpenyanyag (szilikátokban szegény, viszont fémoxidokban gazdag) a felszínre is kerülhet a hasadékvölgy repedésein keresztül, s szétfolyik az óceáni hátságok két oldalán, vagy hozzátapad az óceáni lemez pereméhez (akkréció).
Ilyen óceáni hátság található az Atlanti-óceán tengelyében, a Csendes-óceán délkeleti részén, vagy a Vörös-tengerben, amelyik egy fiatal óceánnak is tekinthető. A Vörös-tenger folytatása délen a Kelet és Közép-afrikai árokrendszer (ennek része pl. az ősembermaradványokról híres Olduvai-szakadék és a Föld második legmélyebb tava a Tanganyika-tó): ez a hasadékvölgy tovább szélesedve sokmillió év múlva leválasztja majd Kelet-Afrikát az anyakontinens törzséről. Az óceáni hátságban akár száraz lábbal is sétálhatunk, azaz a tenger szintje fölé is kerülhet, mint pl. Izland esetében: az akkréciónak köszönhetően Izland területe évről-évre nő.
Közeledő (konvergens) lemezhatárok
Óceáni és kontinentális lemezhatár
Amennyiben óceáni lemez találkozik kontinentális lemezzel, akkor a vékonyabb, de nagyobb sűrűségű óceáni lemez a vastagabb, de kisebb sűrűségű kontinentális lemez alá bukik. A folyamat során (amelyet szubdukciónak nevezünk), az óceáni lemez felemésztődik (konszumáció) kb. 600-700 km-s mélységben (ez a folyamat a Wilson-ciklus része, lsd. bővebben a következő fejezetben). Az alábukó lemezdarab felső peremén, az úgynevezett Benioff-zónában földrengések pattannak ki. A kontinentális zóna keskeny peremi részét, amelyik az alábukó óceáni lemezdarab felett helyezkedik el aktív lemezszegélynek nevezzük. Ezen a kontinentális lemezszegély általában aktív rétegvulkánok (sztratovulkánok) helyezkednek el. Ilyen explozív (robbanásos) vulkáni tevékenységgel jellemezhető tűzhányók helyezkednek el a Csendes-óceánt körülvevő Pacifikus-tűzgyűrűben (pl. Fuji és a Mount St. Helens). Az itt található tűzhányók kőzetanyaga szilikátokban gazdag, andezites-dácitos-riolitos, lávájuk pedig sűrű viszkózus, oldaluk pedig meglehetősen meredek (73. ábra). A vulkáni kúpok vonulatával párhuzamosan található a mélytengeri árok (74. ábra). Földünkön a 26 mélytengeri árok található (ebből 22 a Csendes-óceánban), s itt találhatók az óceánok legmélyebb pontjai is (pl. Mariana-árok, 11034 m).
Kontinentális és kontinentális lemezhatár
Kontinentális lemez ütközhet egy másik kontinentális lemezzel is, melynek során az őket korábban elválasztó óceáni lemez aljzata üledékei felgyűrődnek (itt tehát nincs alábukás), mint pl. India és Eurázsia ütközésekor, amikor a Thetys-ősóceán üledékei gyűrődtek fel a Himalájában, azaz hegységképződés, görögül orogenezis lett a kollízió (ütközés) eredménye. A két lemezdarab határát a varratvonal vagy más néven szutúra jelöli ki. A Thetys geoszinklinális üledékeinek felgyűrődése eredményezte pl. az, hogy a Mount Everest csúcsa közelében, 8800 méter magasan tengeri fossziliák láthatók.
Óceáni és óceáni lemezhatár
A harmadik esetben óceáni lemez ütközik egy másik óceáni lemezzel. Ilyenkor az idősebb, nagyobb sűrűségű lemez a fiatalabb alá bukik, szigetíveket (és vulkánokat) hozva létre.
Egymás mellet elcsúszó (transzform) lemezhatár
A lemezhatárok harmadik típusa során csak egymás melletti elcsúszás történik. Óceáni hátságok esetében ezt transzform vetőnek nevezzük. Amennyiben az elmozdulás nem óceáni hátsághoz kötött, mint pl. a Középmagyarországi-törésvonal (Zágráb-Kulcs-Hernád-törésvonal), strike-slip, oldaleltolódási vagy transzkurrens vetőről beszélünk.
Az óceáni hátságok transzform vetői kiérhetnek a kontinensekre is, mint pl. a Szent-András törésvonal esetében, Kalifornia államban (Egyesült Államok). Los Angeles az óceáni eredetű Pacifikus-lemezen található, s észak felé mozog (persze még sok év telik el addig, amíg Alaszka mai földrajzi helyére eljut…). Ennél a típusnál nem jellemző a vulkanizmus, viszont annál gyakoribbak a földrengések, gondoljunk csak pl. az 1906-os San Francisco-i földrengésre. A folyamat napjainkban is zajlik: ennek köszönhető az, hogy kerítések vagy gyümölcsfa sorok, amelyek keresztezik a törésvonalat, látványosan megtörnek a horizontális elmozdulás miatt.