Levha tektoniği

Levha tektoniği () } Dünya'nın litosfer'inin yaklaşık 3,4 milyar yıl öncesinden beri yavaş hareket eden birçok büyük tektonik levha içerdiği düşünülen genel kabul görmüş bilimsel bir teoridir.

Model, 20. yüzyılın ilk on yıllarında geliştirilen kıta kayması kavramına dayanır. Levha tektoniği, 1960'ların ortalarından sonlarına kadar deniz tabanının yayılması doğrulandıktan sonra yer bilimciler tarafından genel olarak kabul edildi.

Tektonik, yapısal jeoloji ile yakından ilgili fakat ondan farklı bir jeoloji disiplinidir. Yapısal jeoloji kayaçların geometrisi ile uğraşır; oysa tektonik, yeryuvarının büyük ölçekli yapıları ve bunları oluşturan kuvvetler ve hareketler üzerinde durur.

Gezegenin en sert dış kabuğu olan Dünya'nın litosferi (kabuk ve üst manto), nasıl tanımlandıklarına bağlı olarak yedi veya sekiz ana levhaya ve birçok küçük plakaya bölünmüştür. Plakaların buluştuğu yerde, onların göreli hareketi plaka sınırı tipini belirler: yakınsak, ıraksak veya transform. Depremler, volkanik aktivite, dağ oluşumu ve okyanus çukur oluşumları bu levha sınırlarında veya faylar boyunca meydana gelir. Plakaların göreli hareketi genellikle yılda sıfır ila 10 cm arasında değişir.

Tektonik plakalar, her biri kendi kabuğuyla kaplı okyanusal litosferden ve daha kalın kıtasal litosferden oluşur. Yakınsak sınırlar boyunca, yitim işlemi veya bir levhanın diğerinin altında hareket etmesi, alttakinin kenarını manto içine taşır; kaybolan malzeme alanı, deniz tabanının yayılmasıyla farklı kenarlar boyunca yeni (okyanus) kabuğun oluşumuyla dengelenir. Bu şekilde, litosferin toplam geoid yüzey alanı sabit kalır. Levha tektoniğinin bu öngörüsü aynı zamanda taşıma bandı ilkesi olarak da adlandırılır. Daha önceki teoriler, çürütüldüğünden beri, kademeli büzülme (daralma) veya kademeli yerkürenin genişlemesini önerirdi.

Tektonik plakalar hareket edebilir çünkü Dünya'nın litosferinin alttaki astenosfer'den daha çok mekanik dayanımı vardır. Mantodaki yanal yoğunluk değişimleri konveksiyonu yani Dünya'nın katı mantosunun yavaş sürünen hareketiyle ile sonuçlanır. Levha hareketinin, topografyadaki farklılıklar (sırt topoğrafik yüksektir) ve kabuktaki yoğunluk değişiklikleri nedeniyle (yeni oluşan kabuk soğudukça ve sırttan uzaklaştıkça yoğunluk artar) deniz tabanının yayılan sırtlardan uzağa hareketinin bileşimince yönlendirildiği düşünülmektedir.

Yitim bölgelerindeki nispeten soğuk, yoğun okyanus kabuğu manto hücresinin aşağı doğru konveksiyon yapan kolu üzerinden mantoya doğru batar. Bu faktörlerin her birinin göreceli önemi ve birbirleriyle olan ilişkileri belirsizdir ve hala tartışma konusudur.

Dünyanın dış katmanları litosfer ve astenosfer olarak ikiye ayrılır. Bu bölünüş mekanik özellikler ve ısı transferindeki farklara dayanır. Litosfer daha soğuk ve sertken, astenosfer daha sıcaktır ve daha kolay akar. Isı transferi açısından litosfer ısıyı iletim ile kaybederken, astenosfer ayrıca ısıyı konveksiyon ile aktarır ve hemen hemen adyabatik sıcaklık gradyanlıdır. Bu bölünüş aynı katmanların manto (litosferin hem astenosferi hem de manto kısmını içerir) ve kabuğa "kimyasal" alt bölümü ile karıştırılmamalıdır. Belirli bir manto parçası veya astenosfer sıcaklığına ve basıncına bağlı olarak farklı zamanlarda litosferin parçası olabilir.

Plaka tektoniğinin temel ilkesi, litosferin sıvı benzeri (visko-elastik katı) astenosfer üzerinde hareket eden ayrı ve farklı tektonik plakalar olarak var olmasıdır. Plakalar yılda 10–40 mm/yıl (Atlantik Ortası Sırtı tırnak uzaması hızında) ile yaklaşık 160 mm/yıl (Nazca Plakası ile saç kılı büyüme hızında) arası hızlarda hareket ederler. Bu hareketin arkasındaki tahrik mekanizması aşağıda açıklanmıştır.

Tektonik litosfer plakaları, bir veya iki tür kabuk malzemesiyle kaplı litosferik mantodan oluşur: okyanus kabuğu (eski metinlerde silikon ve magnezyumdan sima diye bahsedilir) ve kıtasal kabuk (silikon ve alüminyumdan sial). Ortalama okyanus litosferi genellikle kalınlığındadır . Kalınlığı yaşının bir fonksiyonudur: zaman geçtikçe iletken şekilde soğur ve tabanına alttaki soğutma mantosu eklenir. Okyanus ortası sırtlarda oluştuğu ve dışa doğru yayıldığı için kalınlığı, oluştuğu okyanus ortası sırttan uzaklığının bir fonksiyonudur. Okyanus litosferinin batmadan önce kat etmesi gereken tipik mesafe, okyanus ortası sırtlarda yaklaşık kalınlıktan dalma bölgeleri'nde 'den biraz fazlaya kadar değişir. Daha kısa veya daha uzun mesafeler için dalma zonu kalınlığı azalır veya artar. Kıta litosferi genellikle yaklaşık 200 km kalınlıktadır ancak bu kıtaların havzaları, sıradağları ve sabit kratonik iç kısımları arasında büyük miktarda değişir.

İki levhanın birleştiği yere "levha sınırı" denir. Plaka sınırları genellikle depremler gibi jeolojik olaylarla ve dağlar, volkanlar, okyanus ortası sırtları ve okyanus çukurları gibi topoğrafik özelliklerin oluşumuyla ilişkilendirilir. Dünyadaki aktif volkanların çoğu günümüzde en aktif ve yaygın olarak bilinen Pasifik Levhası'nın Ateş Çemberi ile levha sınırları boyunca oluşur. Bu sınırlar aşağıda daha ayrıntılı olarak tartışılmaktadır. Levhaların iç kısımlarında bazı volkanlar oluşur ve bunlar çeşitli şekillerde iç levha deformasyonuna ve manto duman bulutlarına dayandırılır.

Yukarıda açıklandığı gibi, tektonik plakalar kıta kabuğunu veya okyanus kabuğunu içerebilir ve çoğu plaka her ikisini de içerir. Örneğin, Afrika Levhası kıtayı ve Atlantik ve Hint Okyanuslarının taban kısımlarını kapsar. Okyanusal kabuk ile kıtasal kabuk arasındaki ayrım oluşum biçimlerdedir.

Okyanusal kabuk deniz tabanı yayılma merkezlerinde oluşurken, kıtasal kabuk yay volkanizması ve tektonik süreçler yoluyla mikrolevhaların birikmesiyle oluşur ancak bu mikrolevhalardan bazıları standart oluşum ve yayılma merkezleri ve kıtaların altına dalma döngüsünden çıktıklarında kıtanın parçası olduğu düşünülen okyanus kabuğu parçaları olan ofiyolit dizilerini içerebilir. Okyanusal kabuk da farklı bileşimleri nedeniyle kıtasal kabuktan daha yoğundur. Okyanus kabuğu daha yoğundur çünkü kıtasal kabuktan ("felsik") daha az silikon ve daha ağır elementler ("mafik") içerir.

Bu yoğunluk katmanlaşmasının sonucu olarak, okyanus kabuğu genellikle deniz seviyesinin altında yer alırken (örneğin Pasifik Levhasının çoğu gibi), kıtasal kabuk yüzer şekilde deniz seviyesinin üzerinden çıkıntı yapar (Bu ilkenin açıklaması için izostasi sayfasına bakınız).

Levha tektoniğinin temel ilkeleri, Alman bilim insanı Alfred Wegener'in Kıta Kayması Teorisi'nin geliştirilmesi sonucu oluşmuştur. Günümüzdeki kıtalar, 300 ila 175 milyon yıl önce Pangea adı verilen tek parça halinde bir kıtaydı. Bu kıtayı çevreleyen okyanus ise Panthallasa olarak adlandırılır. Dünya'nın yüzeyi kesintisiz gibi görünüyorsa da gerçekte dev boyuttaki bir yap-boz gibi birbirine geçen parçalardan oluşmaktadır. Levha adı verilen bu parçalar, çok yavaş olarak sürekli biçimde birbirlerine göre hareket ederler. Bir levha, yalnızca okyanusal ya da kıtasal litosferden oluşabildiği gibi her iki litosfer türünü de içerebilir. Levhalar, levha sınırı ya da levha kenarı ile sonlanır. Depremlerin ve yanardağların çoğu bu bölgelerde görülür. Zaman içerisinde katmanlar hareket ettikçe Pangaea ikiye ayrıldı. Kuzeyde Laurasia ve güneyde Gondwanaland oluştu. Bu iki kıta Tetis denizi ile ikiye ayrıldı. Katmanların hareketi ile kıtalar iyice ayrılarak bugünkü hâlini aldı.

Yer kabuğunun parçaları, manto üzerinde, izostazi adı verilen, bir ağacın su üzerinde yüzmesi ile karşılaştırılabilecek bir denge halinde dururlar. Mantonun kaldırma gücü, su ve ağaç örneğinde olduğu gibi kabuğun manto içine 'batmış' olan hacmi ile orantılıdır. Bu nedenle yükseltilerin fazla olduğu kıta bölgelerinde, artan kütle ile koşut olarak kabuğun manto derinliklerine uzanan kısmı da daha fazla olmalıdır. Yüksek dağ sıralarının derinlere dalan 'kökleri' yer kabuğunun böyle alanlarda 70 km kadar kalın olmasına yol açar. Öte yandan, karaların yükselmesi, bağıl olarak daha hafif materyalden oluşmaları ile ilişkilidir. Böylece okyanusal kabuk daha ince olmasına karşın daha ağır materyalden oluşmuş ve astenosfer içine doğru kıtalara oranla daha fazla 'batmış' durumdadır. Bu, kıtaların manto içerisine doğru uzanan daha derin kökleri olmasına rağmen ağırlık merkezlerinin okyanus tabanlarına oranla daha yüksekte yer alması ile sonuçlanır.

Yüzey şekillerinin jeolojik zaman boyutu içinde evrimi levha hareketleri çerçevesinde gerçekleşir. Yer kabuğu ve hemen altındaki manto katmanının birleşmesinden oluşan taş küre (litosfer), yavaş bir hareketle yer değiştiren 12 ayrı 'levha' halinde, değişken bir yap-boz tablosu oluşturur. Yarı akışkan astenosfer tabakası üzerinde yüzer durumda bulunan bu levhaların hareketi için gereken enerjiyi, astenosfer tabakasındaki konveksiyon akımları sağlar. Levhalar birbirleriyle sürekli temas halinde olduklarından, hareketlerinin yön ve şiddetini, yerin derinliklerinden gelen itici gücün özellikleri olduğu kadar levhaların birbiri ile olan ilişkileri de belirler. Böylece, kısa dönemde belirli bir düzen içinde süren levha hareketlerinin, zaman ölçeği büyütüldüğünde kaotik ve önceden belirlenemez bir biçimde gerçekleştiği gözlenir.

Levhaların hareketlerinde yer kabuğunun bütün bu özellikleri rol oynar. Levhalar ortalama olarak yılda birkaç santimetre ölçeğinde hareket ederler (Bu kayma en uç örnek olan Pasifik levhası için yılda 15 santimetreye ulaşmaktadır). Hareket halindeki levhaların birbirleri arasında üç tür ilişkisi olabilir.

Yeryüzünün alanı sabit olduğuna göre yaklaşma sınırlarında bir miktar levha yüzeyinin yok olması, uzaklaşma sınırlarında ise yeni levha yüzeyi yaratılması gerekmektedir. Bu nedenle birinci tür levha sınırlarına 'yıkıcı', ikinci tür sınırlara ise 'yapıcı' sınırlar adı verilir. Üçüncü tür, 'yanal doğrultulu' ya da 'dönüşüm' () sınırlarıdır.

Yaklaşan levhaların ikisi de okyanussal levha ise biri diğerinin altına doğru kayar, bu durum 'dalma-batma' olarak adlandırılır. Bir okyanus levhası, bir kıta levhası ile karşılaştığında, daha ağır olduğu için onun altına doğru kayar, yine dalma-batma durumu gerçekleşir. Dalma-batma söz konusu olduğunda manto tabakasının sıcak derinliklerine inen taş küre dilimi ısınarak erir ve akışkan halde yükselir. Bu, yaklaşma sınırlarındaki yanardağ etkinliğinin ve dağ oluşumunun temelidir. İki kıtasal levhanın yaklaşması ise çarpışma ile sonuçlanır, her iki levha da manto içine batamayacak kadar hafif ve kalın olduğundan büyük bir deformasyonla yüksek dağ sıraları ve platolar ortaya çıkar (Himalaya dağları ve Tibet yaylası gibi).

Uzaklaşan levhalar ise yeni okyanus kabuğunun oluşmasına yol açarlar. Bu olay, iki levha arasında açılan boşluğa üst manto kaynaklı akışkan materyalin dolması ve soğuyarak katılaşması sonucunda gerçekleşir. Bu şekilde oluşan okyanus sırtları yer kabuğunun en genç bölgeleridir. Levhalar ayrıldıkça sırt ortadan büyümeye devam eder, sırtın her iki yanına doğru uzaklaşan genç litosfer soğudukça hacmi azalır, yoğunluğu artar ve hem küçülme hem de batma nedeniyle yükseltisi azalır. Okyanus tabanının okyanus sırtından en uzak kesimleri en yaşlı kısmıdır. Bu alanların eninde sonunda bir başka levha ile karşılaşarak batmaya başlaması kaçınılmaz olduğundan okyanusal kabuğun ömrü sınırlıdır ve bilinen en yaşlı okyanus kabuğu örnekleri 190 milyon yıl yaşındadır. Bu şekilde okyanus kabuğu sürekli yenilenirken, kıta kabuğu dalma-batma mekanizması ile ortadan kaldırılamadığından, yanardağ ve dağ oluşum etkinlikleri ile kıta kütlesine eklenen materyal zaman içinde giderek artar, milyarlarca yıllık süreç içerisinde kıtalar alan ve kalınlık açısından büyümeye devam ederler. Bazen bir kıta, ters yönde etki eden kuvvetlerin sonucunda ikiye ayrılabilir. Böyle bir durumda uzaklaşan parçaların arasını doldurmaya başlayan manto materyali yine okyanus kabuğu niteliğinde bir yapı oluşturmaya başlar, bu alanın soğuyup alçalması sonucunda yeni bir okyanus doğmuş olur.

Kıtaların birbirlerine ve okyanus havzalarına göre girmiş olduğu büyük ölçekli yatay hareketlere denir. Günümüzdeki kıtaların, büyük taşküre (litosfer) levhalarının sürüklenerek yer değiştirmesi sonucunda ortaya çıktığına ilişkin ilk düşünceler daha 18. yüzyılın sonlarında ortaya atıldı. Güney Amerika'nın doğusundaki çıkıntının Afrika'nın batı kıyılarındaki girintiye tam oturduğuna dikkati çeken Alman doğa bilimci Alexander von Humboldt, 1800 yılında Atlas Okyanusunun iki yakasının çok önceleri bitişik olduğu tezini geliştirdi. Bundan 50 yıl kadar sonra Fransız bilim insanı Antonio Snider, Kuzey Amerika ve Avrupa'daki kömür yataklarında belirlenen benzer bitki fosillerinin Humboldt'un bu varsayımını doğruladığını, aksi halde bu benzerliği açıklamanın başka yolu olmadığını ileri sürdü.1908'de Amerikalı Frank B. Taylor, Dünya'daki bazı sıradağların oluşumunu, kıtaların çarpışması düşüncesine dayalı olarak açıklamaya çalıştı.

Bilgisayar Destekli Haritalama Laboratuvarı'nın bir köşesinde alelâde bir kutu içerisinde 14 jeolojik harita var ve 1 kg ağırlığında. Bu kutu, Dünya coğrafyasının son 250 milyon yıllık serüvenini anlatıyor. Serüvenin kahramanı, hâlen çıkarılmakta olan petrole yataklık etmiş ve "Tetis" adı verilen tropikal bir okyanus. Levhaların kaymasıyla kapanan bu denizden günümüze ulaşan, birer iç deniz olan Akdeniz, Karadeniz ve Hazar Denizi'dir.

Proje, 1980'li yılların ortasında başladı. Pierre-Marie Curie Üniversitesi'nden Profesör Jean Decourt, Luc Emmanuel Ricou ve Bruno Vrielynck'in öncülüğünde bir grup jeolog, Yerküre tarihinin son 250 milyon yılı üzerine yapılmış Dünya'nın birçok noktasındaki araştırma sonuçlarını bir araya getirerek büyük bir sentezi gerçekleştirmeye girişti. 124 araştırmacıyı bugüne kadar denenmemiş bir çalışmanın etrafında bir araya getiren projenin hedefi, Tetis'in fiziki coğrafyasını ortaya çıkarmaktır.

Yaklaşık 250 milyon yıl önce, karaların bütünü Pangea adındaki tek bir kıta şeklindedir. Bu kıta, güneyde Gondvana (bugünkü Güney Amerika, Afrika, Madagaskar, Hindistan ve Avustralya), Kuzeyde Lavrasya (bugünkü Kuzey Amerika, Avrupa ve Asya)'dan oluşmaktadır. Yeryüzünün geri kalan kısmı ise Panthalassa adındaki uçsuz bucaksız dev bir okyanusla kaplıdır. Pangea'nın doğusunda üçgen şeklinde dev bir körfez yer almaktadır. İşte bu okyanus da Tetis Okyanusu'nu oluşturmaktadır.