Un dispozitiv de vânătoare de submarine din Al Doilea Război Mondial a ajutat la demonstrarea teoriei tectonicii plăcilor

Aceasta este povestea modului în care călătoriile în lume ale unui explorator din secolul al XIX-lea, doi magneți de bară și vânătoarea de submarine inamice din timpul celui de-al Doilea Război Mondial au dus la inventarea magnetometrului portabil fluxgate. Și cum această invenție, la rândul ei, a dus la „profilul magic”, o dovadă puternică pentru teoria tectonicii plăcilor.

În anii 1950, ideea că continentele Pământului ar putea fi în mișcare era în mare parte ridiculizată, iar fundul mării era încă în mare parte un mister. Dar acest lucru era pe cale să se schimbe: În urma celui de-al Doilea Război Mondial și a bătăliilor sale navale, cercetătorii au dispus brusc de instrumente noi și puternice, cum ar fi submersibilele și sistemele sonar, pentru a cartografia și sonda fundul mării mai detaliat ca niciodată. Printre aceste noi tehnologii se număra un dispozitiv mic și portabil cunoscut sub numele de magnetometru fluxgate.

Magnetometrele, dispozitive care măsoară câmpul magnetic al Pământului, erau departe de a fi o tehnologie nouă la acel moment. Oamenii de știință știau de secole că Pământul își produce propriul câmp magnetic; marinarii foloseau busolele pentru a se orienta în funcție de acesta. Însă intensitatea acestui câmp era în mod derutant inconsistentă de la un loc la altul.

În timpul călătoriilor sale în jurul globului la începutul anilor 1800, exploratorul și geograful german Alexander von Humboldt a colectat măsurători ale câmpului magnetic al Pământului în diferite locații, observând că intensitatea câmpului crește mai departe de ecuator. Aceste variații l-au determinat pe Humboldt, în 1831, să inițieze un efort coordonat pentru a măsura cu precizie această intensitate magnetică în întreaga lume. Printre alții, el a apelat la ajutorul matematicianului german Carl Friedrich Gauss în acest efort.

Gauss a predat. În 1833, el a raportat conceperea primului magnetometru, care putea măsura intensitatea absolută a câmpului magnetic al Pământului în orice loc. Magnetometrul său era înșelător de simplu, constând din doi magneți de bară, unul suspendat în aer de o fibră și unul plasat la o distanță cunoscută. Devierea magnetului suspendat de la nordul geomagnetic depinde atât de intensitatea câmpului magnetic al Pământului, cât și de atracția celui de-al doilea magnet de bară. Aceste măsurători au reușit să furnizeze primele hărți globale ale intensității câmpului magnetic al Pământului.

Dar, până la cel de-al Doilea Război Mondial, Marina SUA căuta măsurători și mai precise ale magnetismului. Mai exact, Marina dorea să poată cartografia anomaliile foarte mici din câmpul magnetic al Pământului – anomalii care s-ar putea datora, de exemplu, prezenței unor obiecte metalice, cum ar fi submarinele, sub suprafața apei.

În 1936, oamenii de știință au proiectat un astfel de senzor precis, numit magnetometru fluxgate. Într-un magnetometru fluxgate, în loc de un ac care se învârte ca la o busolă, o bară de fier este înfășurată în două bobine de sârmă. Una dintre bobine transportă un curent alternativ pe lungimea miezului de fier, modificând starea magnetică a miezului, mai întâi saturându-l cu magnetism și apoi desaturându-l. Când se află în stare nesaturată, miezul poate atrage un câmp magnetic extern, cum ar fi cel al Pământului. Când este saturat, miezul împinge câmpul extern înapoi. Cea de-a doua bobină are rolul de a detecta aceste schimbări de magnetism – și, pe parcurs, poate măsura foarte precis intensitatea câmpului extern.

Dar pentru a folosi acest dispozitiv pentru a căuta submarine, ar trebui să fie portabil, să poată fi montat pe un avion. Aici intră în scenă geomagnetistul de origine rusă Victor Vacquier. Vacquier se afla la Gulf Research Laboratories din Pittsburgh, o filială a Gulf Oil, unde, de câțiva ani, lucra din greu la o versiune portabilă a magnetometrului fluxgate.

În 1941, testele de succes ale dispozitivului lui Vacquier au atras atenția Marinei, care a văzut potențialul de apărare al dispozitivului său. Cu finanțare navală, magnetometrele fluxgate au fost lansate în aer până în decembrie 1942 și se ocupau cu vânătoarea de submarine inamice.

După război, oamenii de știință erau nerăbdători să vadă ce putea dezvălui acest magnetometru precis și portabil despre fundul mării. Oceanografii au recondiționat aparatul astfel încât să poată fi remorcat în spatele navelor de cercetare în timp ce acestea se plimbau înainte și înapoi prin oceane. În anii 1950 și la începutul anilor 1960, Vacquier (pe atunci la Scripps Institution of Oceanography din La Jolla, California) și alți cercetători au început să folosească magnetometrul fluxgate pentru a măsura și cartografia anomaliilor magnetice păstrate în rocile de pe fundul mării.

graficul orientărilor magnetice ale rocilor de pe fundul mării
Acest model cu dungi de zebră, din datele colectate de pe creasta Reykjanes din sud-vestul Islandei, arată simetria orientărilor magnetice ale rocilor de pe fundul mării de o parte și de alta a crestei centrale (orientate din dreapta sus spre stânga jos).F.J. Vine, Știință 1966

Hărțile au scos la iveală un model curios de polaritate magnetică în formă de bandă de zebră pe fundul mării, ceva ce nu s-a văzut niciodată în rocile continentale. În acest model, benzi de roci cu polaritate normală – orientarea nord-sud care corespunde celei a câmpului magnetic actual al Pământului – alternează cu benzi de polaritate inversă. Oamenii de știință au emis ipoteza că aceste dungi s-ar putea datora inversării direcției câmpului magnetic al Pământului din când în când.

Și mai revelator este faptul că modelul cu dungi de zebră s-a dovedit a fi simetric de o parte și de alta a lanțurilor muntoase subacvatice lungi și șerpuitoare cunoscute sub numele de dorsale oceanice medii. Acest tipar a devenit una dintre cele mai puternice dovezi pentru ipoteza răspândirii fundului mării, ideea că, pe măsură ce scoarța Pământului se desprinde de pe crestele de la mijlocul oceanelor, magma iese la suprafață pentru a forma o nouă crustă oceanică. Pe măsură ce noua crustă se întărește, mineralele sale care conțin fier se aliniază cu orientarea actuală a câmpului magnetic al Pământului, iar rocile care se întăresc devin o nouă dungă în model.

În 1966, aproximativ 100 de oameni de știință ai Pământului s-au întâlnit pentru ceea ce avea să devină un moment de referință în istoria tectonicii plăcilor. În cadrul reuniunii, un simpozion de două zile desfășurat la Institutul Goddard pentru Studii Spațiale din New York, geologii Walter Pitman și James Heirtzler de la Observatorul Terestru Lamont-Doherty din Palisades, N.Y., au prezentat un profil al anomaliilor magnetice pe care le-au măsurat în 1965 de la bordul navei R/V Eltanin.

grafic care prezintă trei rânduri de linii ondulate
În 1965, oamenii de știință de la bordul navei R/V Eltanin a străbătut creasta Pacific-Antarctica remorcând un magnetometru. O traversare, numită Eltanin-19 (ilustrat), a dezvăluit o simetrie atât de remarcabilă în orientarea magnetică a rocilor de pe fundul mării, încât a ajuns să fie numit „profilul magic”. Modelul de la vest la est (linia de sus) se potrivește aproape cu modelul de la est la vest (linia din mijloc) – dezvăluind simetria. Linia de jos arată așteptările unei simulări pe calculator.W.C. Pitman III, J.R. Heirtzler, Știință 1966

Simetria de o parte și de alta a dorsalei Pacific-Antarctice era foarte clară, atât de perfectă încât a devenit cunoscută sub numele de „profilul magic”. Acest profil, posibil datorită unei serii de invenții din secolul precedent, care a culminat cu un magnetometru portabil și precis, a devenit una dintre cele mai convingătoare linii de dovezi pentru răspândirea fundului mării – și, în cele din urmă, pentru teoria tectonicii plăcilor.