Patrick Blackett (1956) - Rock Magnetism and Movement of Continents

The scientific career of Patrick Blackett is intimately connected with the cloud chamber invented by C.T.R. Wilson, who received a Nobel Prize in Physics 1927. The cloud chamber shows the tracks of rays of ionising radiation, e.g., cosmic rays

Ladies and gentlemen, I would like first to explain how my interest was led from my old field of cosmic ray to this new one of rock magnetism. The steps were few and direct. The two outstanding problems of interest in the cosmic ray field are the creation of the strange particles which Professor Heisenberg was discussing a few days ago. The other exciting problem is that of the origin of these remarkable rays that reach the earth from outer space. Now, we know very little about the origin of the cosmic rays, except one thing is fairly certain: They are accelerated somewhere in the universe by rapidly changing magnetic fields. In fact, by electromagnetic induction. Consequently, the seeking for an origin of cosmic ray means a seeking for the magnetism in the universe. The magnetism of stars, the magnetism of moving dust clouds and the magnetism of ex-supernovae like the Crab Nebula. Now, the origin of these magnetic fields, that are playing so big a part in cosmology generally, is still somewhat of a mystery. We know that some stars are extremely highly magnetic and change their magnetism very rapidly. And there is today no acceptable theory of how this happens. Turning to the earth, we know the earth is a magnet, and this fact has had an enormous effect on the history of civilisation. It is just because the earth is a magnet that the early navigators were enabled to make their long voyages and so to bring the new world into the kin of the old. But we know, in fact, not much more about why the earth is a magnet than did William Gilbert when he published his great book on the magnet in 1600. One of the difficulties formulating a theory of the earth's magnetism is that we only have historic records of the compass needle and the dip needle for about 400 years and in very few parts of the world. Now, it's long been recognised that the magnetism of rocks provides a possibility of tracing back the magnetism of the earth, back to geological, right through geological past. At least to 500 million years old and probably, eventually, to 2,000 or more million years old. This comes about, because rocks are, in fact, nearly all slightly magnetic. The different sorts of rocks get their magnetism in different kinds of ways, and these processes are extremely complex and I will have to go into these in a little detail in a few minutes. But for the moment I want to emphasise only that many rocks, not all unfortunately, when they are formed, either by cooling volcanic magma or when they're formed by deposition of sand and silt in the river or sea, acquire a magnetisation in the direction of the ambient field. This intensity of magnetisation is roughly proportional to the ambient field and in the same direction. Thus, by studying the rocks, cutting pieces out of the rocks, taking them to the laboratory and measuring their weak magnetism, both in magnitude and direction, we can deduce something about the history of the earth's magnetic field back to the beginning of geological time. The subject, the study of rock magnetism, is not a new one. It goes back at least 50 or more years. It was pioneered by Koenigsberger in Germany, by the French, Italians and in Japan. But it's only recent years that decisively new and exciting results have been obtained. The breakthrough, to use that modern Americanism, came with some work from the Department of Terrestrial Magnetism in Washington in 1948. When they found that by the study of the magnetism of the varve plays, the glacial plays of New England, that were laid down at the session of the last ice age in Pleistocene time, they could trace back the intensity, the declination and the dip of the earth's magnetism, actually their particular work from 10,000 BC to 14,000 BC, year by year. Because, as you all know, these plays are like the rings of a tree laid down each year with the seasonal variation. This beautiful work first put rock magnetism on the map as a way of producing real information about the past. This was the work that led my group in Manchester and then in London to get interested in tracing back the history of the earth's magnetic field into time, so that we could have more data, experimental data, to approach the problem of why the earth is a magnet. Now I'll just break off for a moment to say something about what is believed to be the origin of the earth's field. The inside of the earth, the centre, half in radius, is believed to be a liquid core of conducting material, probably iron alloy. And it is supposed that convection currents occur in this core due to the radioactivity. These convection currents are supposed to interact with the rotation of the earth through Coriolis forces to produce extremely complicated three-dimensional movements, which are an extreme case of the subject of magnetohydrodynamics. And it is hoped, by the optimist, that Larmor's original suggestion, that the earth's field could be due to a self-exciting fluid dynamo in the liquid core, will in fact eventually be realised. Actually, not very much success has yet been made in obtaining an acceptable theory. The subject is extremely complex, we don't know very much about the inside of the earth, and I don't think an early outcome can be expected, as to the fundamental theorem which is required, as to whether a three-dimensional self-exiting fluid dynamo is, in fact, a possibility or not. But one accepts that as the most likely explanation, which has to be pushed as far as possible. Now, if one had speculated at what one might find, if one started to trace the earth's magnetic field backwards by the study of rocks, one would, in fact, have probably guessed that the earth's field would have been in about the same direction as at the present day, but might well have been much bigger in the past or perhaps smaller. Various theories of the decay of the earth's field have been put forward by Lamb and others. As so often happens in experimental science, quite other things were found. The first fact was that recent rocks, recent in geological time, say the last 50 million years, are magnetised roughly along the earth's magnetic field as it is today. Except for one astonishing discovery, about half the rocks are magnetised in exactly the opposite direction. I will show you slides in a moment, showing the actual experimental fact. About half the igneous rocks, I'm mainly talking about lavas now, of Tertiary time are magnetised along the direction of the field, and half in about the exact opposite direction. This phenomenon, the reverse magnetisation, is a matter of acute controversy at the present moment. There is quite strong evidence, or there's plausible grounds for believing, that these reversely magnetised rocks may, some of them, have been caused by an actual reversal of the earth's magnetic field. That is that the earth's dipole, periodically in geological history, switched right over through 180 degrees and changed its sign without changing its magnitude. The reason why many people believe this is that, so far, in most cases it has been impossible to find any physical or chemical difference between the rocks, at any one place, which are magnetised normally and those that are magnetised reversely. In other cases, differences have been found and can be attributed to physical-chemical processes. There's a rather dramatic, almost, history, there's a little known about these reverse magnetisations. Firstly, they were discovered originally as far back as 1906, but almost entirely ignored by subsequent workers. About 1948, Graham, in Washington, one of the pioneer workers in this field, discovered some rocks which were partially magnetised one way and partially the other, and he argued this could not be due to reversal of the earth's field, it must be due to a physical-chemical mechanism. So he wrote to Professor Néel, of Grenoble, and asked him if this was possible, and Néel produced his famous four possible mechanism. Within 18 months, two of them had been discovered, one in the field and one artificially by Gorter in the Philips Laboratory at Eindhoven. One of the most beautiful predictions in the field of solid state physics. And we now know half a dozen mechanisms by which rocks can become reversely magnetised. And yet, there are a large number of phenomena, observations, which are extremely hard to explain by such mechanisms. So, for the moment I will take up a strictly academic attitude of caution and say that, as the evidence for the earth's field reversal is strong, I personally do not think it is conclusive and must await further observations. But most of my colleagues in the subject believe that it is nearly proved. A second discovery was that if you take older rocks, Mesozoic rocks, 100 million years or so old, they are not magnetised, in general, along the direction of the present field. And this indicates that that particular piece of land must have moved, relative to the pole, since it was formed. The assumption here made is that on the average, over a long geological time, say 10 million years, that the magnetic axis of the earth is coincident with the rotational or geographical axis. There are very strong theoretical reasons why this should be so, on the average, and there is quite a lot of experimental evidence that it must, in fact, have been so, but it will be put to the test by the type of experiments which I am going to describe. Now, just a moment to explain what we can deduce from the magnetism of a rock. You all know the round-like shape of aligned magnetic force around the earth. At the equator they're horizontal, at the pole they're vertical, in between they're ... (inaudible 12:37). If the rock is magnetised at the equator, when you pick it up, supposing it still retains its original magnetisation, it will magnetise horizontally. At the pole it will magnetise vertically downwards, South Pole, the other way around, upwards. Intermediate latitude, at a given angle, forms a dip. It's perfectly easy to calculate that the magnetic latitude is half the tangent of the magnetic dip, which allows us, from the measurement of the dip of a rock, to deduce the magnetic latitude, when it was formed, on the assumption that no disturbing influences had, in fact, happened. We cannot, of course, tell the longitude, for the very good reason that, while deities created the poles, but man created rings, so you cannot tell where the rock is, east or west, for the simple reason that is a dimensional matter. So we cannot tell east-west movements of continents, but we can tell north-south movements. We can also tell angular changes. If we find, the magnetisation is not along the northern meridian, but at an angle to it, we can argue that the land must have rotated that way or that way since it was, in fact, formed. That is a type of information that will be obtained from measurement of the azimuth and the dip of the magnetisation of rocks. And this information is practically independent of whether the earth's field has reversed, or by, really, in fact, or whether reverse rocks are reversely magnetised by physical-chemical means. We just occasionally get an ambiguity, that's very seldom indeed. Now, the first slide will show you typical results of the study of some igneous rocks, United States by Runcorn's, Cambridge, these are the Columbia River Basalts. Now, we are used to showing our results in the following way. We want to have a projection which will show the direction of magnetisation of a rock specimen, so we imagine the hemisphere, horizontal hemisphere, and we look downwards, and this point here represents the direction downwards, this point represents horizontal north, south, east and west. This is a variant of the Schmidt stereographic projection. Now, the present direction of the earth's field in the Columbia River, America, is there, a little east of north, the destination is east, and dipping downwards at an angle of some 60 degrees. Now, these black dots represent rock specimens from the lava flow of the Columbia River, and you'll see, the top of them are grouped roughly around the present direction of the field. But part of them are in the exact opposite direction. These open circles are projected on to the top hemisphere, so that that direction and that are practically 180 degrees apart. This is typical of the finding that Tertiary rocks, that is, we'll say rocks from 50 million years old until the present day, about half are magnetised one way, roughly along the present field, and a half are magnetised almost exactly the opposite direction. And the authors of this work conclude from this and other similar evidence that this provides very strong argument for the reversal of the earth's field, quite frequently, every million years or so, in Tertiary time. Now, our work, my group, Manchester under Clegg, started to work, a few years ago, on the red sandstones of England, the Triassic red sandstones of England, which outcrop all over Lancashire, and of which so much of our architecture, like Chester Cathedral, is made. These rocks proved extremely fertile ground for discovery. This group investigated the new red sandstones from ten sites in England. From Cumberland to Devonshire, over 300 miles and discovered two very remarkable facts: They discovered, the rocks were not magnetised north and south, but northeast and southwest, and half of them were one way and half the other. I plotted here the destination on a circular histogram. This is the circular baseline, these points represent the number of rocks specimen in that direction and this in this direction. You can see, the mean direction is northeast of half the rocks, and the other half are southwest. This angle of 34 degrees between the true north and this direction is the first established case of a really big discrepancy between the magnetisation of a rock and the present field, and can be taken with some certainty as indicating that England must, in fact, have rotated 34 degrees clockwise since Triassic times, which was about 150 million years ago. The next slide will show the results of the dips. All the rocks which were magnetised northeast are dipping downwards. That is the radial histogram, showing the mean dip is 34 degrees downwards, whereas the present field is right down here at 67, this is the mean dipole. The other half of the rocks, those that are magnetised southwest, are mainly dipping upwards, but a few are just dipping downwards. But again, there is the rough 180 degree relationship, we will ignore for the moment this slight discrepancy, which is due to slight instability of the magnetism. This diagram shows results which can be interpreted as saying that England was, 150 million years ago, was at a latitude of about 17 degrees north compared with its 55 degrees at the present time. England has moved some 35 degrees northward, relative to the magnetic pole, in the last 150 million years. And for reasons which I've mentioned we will assume, though there is no firm proof of this, that this also is a movement relative to the geographical pole. So this diagram was the first to show with great plausibility a major northward land movement, a movement of a land mass. It's quite easy to work out that if England has moved from 17 north to 55 north in 150 million years, that works out at about a quarter of a degree of latitude per million years, or about three metres a century. Something which would be just within the bounds of possible experimental check in the next few hundred years, if we use every sort of modern precision. I want now to leave this continental drift question for a moment, to speak a bit about these reversals, because they take one into an extraordinarily fascinating piece of modern solid-state theory. You all know, the modern theory of paramagnetism, going back to Weiss and later quantised by Heisenberg, looks at a paramagnetic body as one in which all the elementary atomic magnets are lined up together by quantum exchange forces. Néel pointed out that you can get conditions, which there are two sets of sites, A and B, in the crystal, at which all the A magnetic moments are antiparallel to the B. In this case, when they're equal strength, there is no external magnetic moment and the body is called an anti-paramagnetic. But in cases where the A and B have different strengths, as they often do, you get the resultant moment and you get what Néel called a semi-magnetic or an imperfect anti-paramagnetic. And these have been the subject of great experimental and theoretical study. Néel showed that a body of this, no, Néel guessed that a body of this sort might exist, in which the temperature variation of the A and B lattices are what differ. This way, the magnetisation and the functional temperature, the A lattice fell like this, the B one antiparallel went like that, and the result went like that. Which would lead to a magnet, which reversed itself spontaneously at a certain temperature. It's been 18 months of discovery, Philips synthesised a lithium-chromium ferrite which, in fact, did exactly this. And now many other are known. As an example, a picture from Gorter with a magnetisation of a lithium-chromium ferrite series with different amounts of lithium in it, and for a certain range of lithium content they reversed the magnetisation at any temperature, which you can choose according to the composition. It's a very nice experiment, gets a bit from Dr. Gorter, heat it up in a beaker and watch it go round at a few degrees above room temperature very often. This phenomenon has been known in the laboratory, but is not yet known to have a direct application to rock magnetism. But Néel's third hypothesis has been, this is this one, whichever can get a laminar structure of into the magnetic component of different magnetic properties, will have to get reversal phenomena. When you cool such a body consisting of A and B through the Curie point, proposing the intensely magnetisation A right about there and B right about there, the low Curie point and a high intrinsic magnetisation, A magnetises first in the ambient field and B magnetises in the reverse field due to A. And when you get down to room temperature, the field is reversed. This was discovered by Nagata in Tokyo, two years after Néel's prediction and quite recently he's published, his school, some very beautiful microphotographs of the actual laminar structure that leads to reversal. Now you see electron microphotographs of the lamellae inserting rather rare igneous rocks, which show this reversal effect in the laboratory. You see the scale is five mu, and these are the lamellae interleaved with another material. It now turns out that the A and B property, materials, are, in fact, both solid solutions of ilmenite and hematite of different sorts. Ilmenite being TiFeO3 and hematite being Fe2O3. And they make solid solutions with a solubility gap, and these two lamellae and the intervening medium are both solid solutions of ilmeno-hematite. The typical results for rocks of this sort, as tested in the laboratory, are as follows: Here you see rocks heated in the laboratory, and when they've been cooled, previously large fields 13 earth pits , they behave quite normally. When they've been cooled as they are in the earth, in weak fields, half a gauss, one gauss, as you heat them up they reverse in the laboratory. It's a rare phenomenon, but a quite definite one, and quite recently in England we found some in the West Country which showed this phenomenon also. And thus, although this phenomenon is perfectly, definitely established, it's not very widespread in nature and the great majority of rocks, which are found reversed in nature do not show this phenomenon in the laboratory. Thus, we conclude either that the earth's field really has reversed or, and this is a distinct possibility, I think it's what I really believe in my heart of hearts, that chemical and physical changes have happened, since the rocks were formed, to obliterate the former existing reversal mechanism. I call this an obliteration theory. One curious incident recently happened, Graham came in to visit me a few months ago and asked me if I knew that in my laboratory in 1912, a long time before I was there, a Professor Smith had, in fact, found, investigated and interpreted this reversal phenomenon in steel 40 years before Néel wrote about it. If you take a piece of steel, annealed steel, magnetise it in the solenoid, take it out the solenoid, you get free poles. The free poles produce the reverse field in the steel. The steel, being a mixture of iron and iron carbide, FeC3, the iron has a low corrosive force and demagnetises under the influence of the self-reversing field, the carbide doesn't. But the carbide has a very low Curie point, so when you heat it up, the steel nail reverses it. And here you show Smith and Gill's curve in 1912, showing what happens when you heat up about 85% carbon steel having been treated in this way, it reverses its magnetisation at 200 degrees centigrade. This was identical to Néel's mechanism 40 years before and not known to any of us till Dr. Graham told me a few months ago. It's a very nice demonstration experiment. Now I'm going to leave this situation, as I say, at a truly agnostic academic attitude of "I don't know whether the earth's field has reversed or not.", and come to this question of the use of rock magnetism for determining earth movements. Now, the history of continental drift, as it's called, goes back a very long time. Francis Bacon commented in the early part of the 17th century on the curious resemblance of the west coast of Africa to the east coast of America and wondered whether there was any reason for this resemblance. As long ago as 1858, a French geologist, Snider, in an entirely unknown publication, produced theses maps. Now you see a map of Africa and South America with the obvious resemblances, and Snider pushed them together like that and said, they must originally have been like that, but have drifted apart over millions of years. This was forgotten until about the early part of this century, taken up in America by Taylor and in Germany by Alfred Wegener, who spent a lifetime developing the theory of continental drift. Now, apart from resemblances of shape, incidentally I should add that Snider showed, as has been very clearly verified, that there are extraordinary geological resemblances between the African and the American coast, so much so that some of the mountain ranges can be traced exactly across the intervening gap where you put them together. But on the whole, I must say straight out that few geologists believe that these shifts of that magnitude have really occurred. But quite apart from the possibility of relative shifts of land masses to each other, which usually goes under the name of continental drift, quite apart from that, there has been the discussion of polar wandering, which is the assumption that the crust of the whole, the rigid whole, has moved relative to the geographical axis. If you imagine, if you take the skin of this globe off and move it round while the axis remains fixed in space, you would get what we call the hypothesis of polar wandering. I will come a little bit more at the end to theories of this effect. But from the point of view of ... (inaudible 30:16), continental drift is taken to mean the relative motion of continents, polar wandering, the common motion as a rigid whole, relative to the geographical pole. Now, polar wandering has been educed very strongly, by many people, to explain the extraordinary fact of the ancient climates of the globe, as deduced from geological and paleontological evidence. For instance, you all know that the coalfields of northern Europe are in every botanical point of view tropical or semitropical origin and could not be grown in the present climate. In the same way, the famous laterite belts, which are definitely of tropical desert origin, are now a long, long way from the equator. And, as a result of this, the study of palaeoclimatology has suggested changes like this. Here you see a suggestion for the Carboniferous period, 200 million years ago, when the coal forests were laid down, Europe, England, Europe comes on the equator. And this belt, which is now the equator, covers very nice with the coal formation of Europe and similarly in America. Similarly, you get up here and here, you get the dryer zones with the appropriate type of rock. Again, this has been an extremely disputed subject and one that divides geologists into class of those who believe it must have happened to those who believe it cannot possibly have happened. In fact, there is a triple antagonism in this subject, half the rocks are magnetised one way and half the rocks are magnetised the other. Half the workers in the field believe the earth field has reversed and half believe it hasn't. Half the geophysicists believe the continents have shifted and half believe they haven't. It is our job to solve these antagonisms by experiment. The particular interest to us, in Manchester, as soon as we got this result for the British Trust, was to go to some place where the palaeoclimatological evidence very strongly suggested a big movement. And I was extremely struck by this remarkable diagram from Holmes's book Principles of Physical Geology. Here he traces out the famous Permo-Carboniferous glaciation of the southern hemisphere, that is, 200 million years ago. It was one of the most remarkable discoveries of geologists, some 50 years ago, that South Africa and India were extremely heavily glaciated for a very long time. And by tracing the scratches in the rock and the formation of tillite and other glacial rocks, it's been possible to draw, in outline, this dotted line, which represents the northern limit of glaciation of the southern hemisphere 200 million years ago. South Africa was covered by a large ice cap with the ice flowing under its own weight, north and south. This is not an ice cap on a mountain, it isn't a glacier, it's an ice cap. India, astonishing to note, was glaciated with the ice flowing northward, towards what is now the Himalayas, which were then, of course, not even thought of. Similarly, South America, Madagascar, South Australia and Tasmania, New Zealand, all glaciated at the same time. And Holmes in his book, I think, very cautiously, states that this distribution of ice, if correct, is quite incompatible with the present positions of the continents relative to each other and to the pole. And unless one could move across the whole crust, round, to bring the South Pole here, leaving the positions relative to each other unchanged, but that would mean an enormous ice cap over the huge Indian Ocean and would require an amount of ice which I don't think there's enough water in the world to produce. A much more economical method, even if more drastic, is that of Wegener and his pupil Du Toit, of South Africa, who regrouped fairly arbitrarily these continents around the South Pole. This is really following on from the original idea, they fit South America and Africa together, they bring Antarctica here, Africa, Madagascar and Australia, and assume one great ice cap covering the lot. There are various other reassociations, which are quite arbitrary, and I don't want you to take any detail at all seriously. But to an experimental like myself, any theory is a good one if it suggests an experiment. And the experiment suggested was to get some money from the government to send an expedition to India to see where India was. Just before I come to that I want to say that similar measurements to those in England, in the Triassic time, has been done by Runcorn, Creer and others, right back to Devonian, Cambrian times, 500 million years ago, and in America by the same group and by Graham in the United States. And the result would be this. Can I have the lights on here, please. In England, the magnetisation is twisted eastwards, and in America it's twisted westwards. And they both indicate a pole position, 150 million years ago, somewhere near eastern Siberia. The results for America and England roughly agree, only roughly, with the concept of a movement of the crust as a rigid whole, relative to the poles. But there are discrepancies, and the discrepancies are in the sense that it looks as if it is possible that Europe and America have separated slightly, but not nearly as much as indicated in those old speculations. That is an answer to the point. But the American and the British rocks agree in putting the pole, 150 million years ago, somewhere in the North Pacific, between that and northern, eastern Siberia. These results have been collected together by Runcorn in the following diagram. This is a polar view of the globe, and this curve represents various speculation of the movement of the pole, derived from the palaeoclimatological evidence, which I've already described. And they all put the pole, a few hundred million years ago, somewhere in the pacific. The magnetic result is somewhat similar, but rather different result, and here T is Tertiary, the pole is coming out somewhere here, not far from Japan, between Japan and Siberia. So that the general movement of the pole seems not varied, it's fairly good agreement between the climatological and the magnetic evidence. But it is not yet certain whether there has not been relative motion of the United States and of England, which would make the situation more complicated. Now I want to come, finally, to new experimental results to test out these theories. Before I mention our Indian results, I want to mention those of Gough, of South Africa, who studied the famous Pilanesberg dykes near Pretoria, which was known to be reversely magnetised a long time ago. He discovered that this, we have the same diagram, that is, the magnetisation vertically downwards. This is the South Magnetic Pole. The South Magnetic Pole is in the southern hemisphere like mostly, coming up like that getting downward and to the point. Instead of being magnetised in this direction, they're all magnetised in that direction, and if you work out the present position of the South Pole from Gough's data, you find it is near Abyssinia. Here is where the measurements were made, by Pretoria and the pole position, instead of being there, was there. The result is extremely consistent and extremely reliable. The only possible, reasonable explanation of this is, South Africa has drifted right across the South Pole in the last 300 million years. And just to show a slightly complicated direction relation, I will show you the following diagram. I want to mention, these African rocks are all reversely magnetised. So you have both, the reversal and the shift, to take into account. Let us suppose that South African rock was, in fact, here is South Africa today, this is a view, that's north, west, east, there's the South Pole. We'll suppose that Africa has drifted across the pole like that. If a rock was laid down, formed here, the South Pole normal direction of magnetisation would be up, like that. And it would show the direction of magnetisation of the rocks if the earth's field had been normal at the time it was formed. If it had been reversed, either chemically or really, then it would be that way. Now suppose, this drifted across to here. If it didn't lay down here, that would be the direction of magnetisation, or, to reverse, that direction. But, in fact, it's that direction. Which is exactly what this transforms to when you move around there. So that the direction of the magnetisation of Gough's Pilanesberg dyke is consistent with the view that Africa in the last 300 million years has moved right across the pole, roughly along a meridian. Here you see some results flagged by Group's measurements in India. We started on the Deccan Trap, which is the greatest outflow of horizontal lavas in the world, I think, and is peculiarly suitable for our purpose, which is about 80 million years old. And we found, we surveyed two sites, 400 miles apart, this is about half the results. And these show a group of rocks, every disc is put here, the present earth field is shallow and pointing northward, and these are steeply dipping, and in this direction. This can be interpreted as meaning that all the rocks were reversed, and that India has rotated anticlockwise by 24 degrees. I should have said that Gough's South African results show a clockwise rotation of 20 degrees, but much older, and that this angle, if you make the same diagram I did before, corresponds to a latitude well south of the equator, in fact, about 27 degrees south latitude compared with its present 25 degrees north latitude, which comes out to be a rather faster shift than England, in fact, about nearly three quarters of a degree per million years or some six metres a century. Now, it is quite interesting that India comes from this independent magnetic measurement to be half way between the equator and the latitude of 60 or so, which would be required to produce the ice cap in Wegener's old diagram. And as the ice age was 200 million years ago, this is roughly half way in time and space. So, although it's extremely fragmentary evidence, there is a slight indication of a steady northward movement for at least 200 millions years, of India, and we've put it half way, and, of course, we are now trying to get extra points. Recently, some work in Tasmania, by our group in conjunction with Jaeger, Dr. Jaeger in Canberra, has shown that the dip of the Tasmanian rocks is very nearly vertical, whereas the present time it is that. This is quite significant and suggests that Tasmania was quite near, between the pole and its present position, 100 million years ago, this is Jurassic, 140 million years ago. Comparing these with the Indian and the African results, I think it's extremely likely that relative motion must have occurred as well as a general shift. I would like to sum up this part by saying that I think the magnetic evidence, for that the continents have shifted their position relative to the pole, is overwhelmingly strong. I think some of the observations, a large part of them, are consistent with at least a general movement of the crust relative to the pole, but also some of the evidence seems to me increasingly pointing towards a marked relative motion of bits of the land masses relative to each other. So that polar wandering has certainly occurred and continental drift probably. Now, just a last word on the more theoretical side. A great amount of work has been done on theories of continental drift and of polar wandering with completely contradictory results and leading to very little conviction in anybody's mind. George Darwin did a great work on polar wandering 70 years ago, in order to try and explain the Tertiary crises in ice ages by this means. But the general conclusion was that you couldn't do it and probably there had been neither polar wandering nor continental drift on dynamical grounds. The matter has been recently taken up by Gold in Cambridge and by Munk, from America, and they've concluded, rather independently, that polar wandering is a quite likely dynamical effect. This brings us to consider what happens to the earth when, let's say the Himalayas or, to be nearer home, the Alps, that is forcing up a large amount of metal, that will alter the dynamical condition of the rotating earth, and the angular momentum axis will keep almost the same directional space, but it can be shown or, rather, people think to know it can be shown, because Darwin thought the opposite, George Darwin, that the earth will change its crust's direction relative to the polar axis to accommodate this out of balance force. It is mixed up with the plasticity of the earth, the hypothesis is extremely complex and I don't pretend for a moment to follow the argument in detail. But the experts consider that polar wandering is, in fact, a quite likely dynamical effect in contradiction to earlier view. They, I think, have been influenced by the fact that we experimentalists have found it to occur, that often happens so. Quite a separate point is how the continents can have drifted relative to each other, and here there's a great deal of work being done, of a highly speculative character, which is closely connected with the theory of mountain building. And no one really knows, in the world, how mountains were built and why they're there. But one of the speculations, again taken from Gough's admirable book, suggests a possible mechanism, which is quite a useful one to think about. Both, to explain why the Alps are here and why the continents may have drifted relative to each other, if we on a way shown experimentally, show that they have. And the theory is that the mantel of the earth, which is usually considered as solid and which is, in fact, a solid as regards transmitting elastic earthquake waves, is all the same plastic or semifluid for very long period disturbances. We well know that in physics, material such as pitch, which bounds and yet, which sinks slowly under their own weight. And the theory is, that there are some crustal currents in the mantel, not in the fluid, liquid core, which are of thermal origin and which this is supposed to be an early stage of mountain building and continental drift. Currents come up like this and drag the basaltic layer of rocks sideways. This dotted region is what they call the sial, the continental litho rock, they drag these apart by viscosity, so that gradually the basalt is forced in these directions and gradually dragged downwards, where it melts. Under pressure, the continental block of sial is compressed here and gradually formed, pushed up. As soon as the, while the current's flowing, the down thrust here, there's a hollow and what the physicists, geophysicists call a geosyncline, in which a lot of the land is gradually sinking, sediment gradually accumulate for millions of years, getting some 20 thousand feet or more thick of very light material. Then the currents stop and isostasy reasserts itself, the iceberg rises and you get the mountain range. That is about the current theory of mountain building and it links mountain building with continental drift. The only doubt is a quantitative one. Experts say that to make the Himalayas it would need a relative shift of this bit and that bit, of up to, at most, 100 kilometres or so. Some people say the Alps could be built by a shift of 20 kilometres, other say many hundred. I think there's no doubt whatever that shifts of the order of 100 kilometres have occurred. The problem is whether shifts of thousands of kilometres have occurred. But this gives a fairly good account of, it's probably wrong, it's a very good model in the first instance. Now, my last slide brings me nearer home, to a picture of the Alps. And I do this, a geological picture of the Alps, not a postcard picture. I do this for a very particular reason, and here I want to say something more general. This rock magnetic work is undoubtedly going to have an enormous influence on a large part of geophysics in the future. I may say that enormous amount of speculation and argument from the paleobotanists and paleobiologists about these questions of continental drift and, or land bridges have gone on in the past, so that any definite proof of what happened will have very big effect on a theory of many of the distributions of animals, of flora and of a fauna of the world. It will also have a profound effect on the geophysics of the earth's interior and on the theory of mountain building. Now, I show this slide just to show that some of you, who live near these wonderful mountains, have got a virgin experimental ground by tackling some of these geological problems magnetically in the Alps. Roughly speaking, when the Alps were formed, the two land masses pushed together, and these are sedimentary rocks, all laid down under the shallow sea in a geosyncline of falling land mass, and then gradually pushed up again, so that the high Alps are largely, but not entirely of sedimentary subocean or subsea origin. Now, if one compares the magnetism of this part of the rock, if the rocks are stable, you will be able to show that geologists really are right by saying that this outcrop here is the same as that one. This being , of course, pure speculations. So that, if you can find stable rocks, you can check and deduce a great many of facts about the details of mountain building, which can be only inferred indirectly by the geologist without this tool. So that I suggest there's some very interesting work to be done on this subject. Well, I've taken you a long way from where I started, the origin of cosmic rays, but that is, in fact, how it happened, and I may say that we still don't know how the earth's magnetic field occurred. And if the field reversals really did happen, that will be a straight jacket in which all future theories must fit. And if you can tell the geophysicist that the earth's field reversed every million years and flicked over like a multivibrator circuit, quickly, without intermediate theories, he will have a guide on which to produce a decent theory. But if, of course, it is not true, if the earth's field has remained in the same direction, we already know that it hasn't changed appreciably in magnitude since the beginning of geological history, then that is another fact that he will have to take into account.

Sehr geehrte Damen und Herren, ich möchte zunächst erklären, wie mein Interesse von meinem alten Gebiet der kosmischen Strahlung zu diesem neuen Gebiet des Gesteinsmagnetismus geleitet wurde. Es waren nur wenige und direkte Schritte. Die zwei noch ausstehenden interessanten Probleme bei den kosmischen Strahlen sind die Erzeugung der merkwürdigen Teilchen, die Professor Heisenberg vor ein paar Tagen diskutiert hat. Die andere aufregende Fragestellung ist die nach dem Ursprung dieser erstaunlichen Strahlen, die die Erde vom Weltraum aus erreichen. Nun, wir wissen sehr wenig über den Ursprung der kosmischen Strahlen, mit Ausnahme einer Sache, die ziemlich sicher ist: Sie werden irgendwo im Universum durch schnell wechselnde magnetische Felder beschleunigt. Nämlich durch elektromagnetische Induktion. In Konsequenz bedeutet die Suche nach dem Ursprung der kosmischen Strahlen, nach Magnetismus im Universum zu suchen. Der Magnetismus der Sterne, der Magnetismus der sich bewegenden Staubwolken und der Magnetismus der ehemaligen Supernovas wie dem Krebsnebel. Nun, der Ursprung dieser magnetischen Felder, die generell eine so große Rolle in der Kosmologie spielen, ist immer noch ein wenig geheimnisvoll. Wir wissen, dass einige Sterne einen extrem hohen Magnetismus besitzen und ihren Magnetismus sehr schnell wechseln. Und es gibt bis heute keine akzeptable Theorie, wie das passiert. Wenn wir uns der Erde zuwenden, wissen wir, dass die Erde ein Magnet ist, und diese Tatsache hat eine enorme Auswirkung auf die Zivilisationsgeschichte. Nur aufgrund dieser Tatsache, dass die Erde ein Magnet ist, waren die frühen Seefahrer in der Lage, ihre langen Reisen durchzuführen und so die neue Welt in das Wissen der alten zu bringen. Wir wissen aber tatsächlich nicht viel mehr darüber, warum die Erde ein Magnet ist, als William Gilbert wusste, als er sein großartiges Buch über den Magneten im Jahr 1600 veröffentlichte. Eine der Schwierigkeiten eine Theorie des Erdmagnetismus zu formulieren ist, dass wir geschichtliche Aufzeichnungen der Kompassnadel und der Inklinationsnadel nur über ungefähr 400 Jahre und in nur wenigen Teilen der Welt besitzen. Nun, man hat schon vor langem erkannt, dass der Gesteinsmagnetismus die Möglichkeit bietet, den Erdmagnetismus zurückzuverfolgen, zurück in geologische, durch die geologische Vergangenheit hindurch. Mindestens bis zu 500 Millionen Jahre alt, und wahrscheinlich am Ende bis zu 2.000 oder mehr Millionen Jahre alt. Dies kommt dadurch zustande, dass Gesteine tatsächlich fast alle leicht magnetisch sind. Die unterschiedlichen Gesteinsarten erhalten ihren Magnetismus auf unterschiedliche Weisen, und diese Prozesse sind extrem komplex und ich muss diese in ein paar Minuten ein wenig erklären. Aber im Moment möchte ich nur betonen, dass viele Gesteine, unglücklicherweise nicht alle, zum Zeitpunkt, als sie entstanden sind, entweder durch Abkühlung von vulkanischer Magma, oder, als sie durch das Absetzen von Sand und Schlick in einem Fluss oder dem Meer gebildet wurden, eine Magnetisierung in der Richtung des umgebenden Feldes erwerben. Diese Magnetisierungsintensität ist ungefähr proportional zum Umgebungsfeld und zeigt in dieselbe Richtung. Durch die Untersuchung der Gesteine, indem man Stücke aus den Gesteinen schneidet, sie in ein Labor bringt und ihren schwachen Magnetismus misst, sowohl in der Größe und der Richtung, können wir deshalb etwas über die Geschichte des magnetischen Erdfeldes zurück zum Beginn der geologischen Zeit ableiten. Das Thema, die Untersuchung des Gesteinsmagnetismus, ist nicht neu. Es geht wenigstens 50 oder mehr Jahre zurück. Der Pionier in Deutschland war Königsberger, aber es gab auch Pioniere in Frankreich, Italien und in Japan. Aber erst in den letzten Jahren wurden entscheidend neue und aufregende Ergebnisse erzielt. Der Durchbruch kam durch einige Arbeiten des Department of Terrestrial Magnetism in Washington im Jahr 1948. Als sie herausfanden, dass durch die Untersuchung des Magnetismus des Bändertons, der Gletschertone Neu Englands, die während der Zeit der letzten Eiszeit im Pleistozän entstanden, konnten sie die Stärke, die Deklination und die Inklination des Erdmagnetismus zurückverfolgen, in ihrer speziellen Arbeit von 10.000 v. Chr. bis 14.000 v. Chr., Jahr für Jahr. Weil, wie Sie alle wissen, diese Tone wie Baumringe jedes Jahr durch die jahreszeitlichen Variationen deponiert wurden. Diese schöne Arbeit hat zum ersten Mal den Gesteinsmagnetismus als einen Weg etabliert, um reale Informationen über die Vergangenheit zu generieren. Dies war die Arbeit, die dazu führte, dass meine Gruppe in Manchester und dann in London Interesse entwickelte, die Geschichte des Erdmagnetfelds in der Zeit zurückzuverfolgen, damit wir weitere Daten, experimentelle Daten, haben könnten, um uns dem Problem anzunähern, warum die Erde ein Magnet ist. Nun werde ich hier kurz für einen Moment unterbrechen, um etwas darüber zu sagen, was man glaubt, was der Ursprung des Erdmagnetfelds sei. Es wird davon ausgegangen, dass das Erdinnere, das Zentrum beim halben Radius, ein flüssiger Kern aus leitendem Material ist, wahrscheinlich eine Eisenlegierung. Und Konvektionsströmungen sollen durch die Radioaktivität in diesem Kern auftreten. Diese Konvektionsströmungen sollen durch die Corioliskraft mit der Erdrotation wechselwirken, um extrem komplizierte dreidimensionale Bewegungen zu bewirken, die ein extremer Fall des Themas der Magnetohydrodynamik sind. Und die Optimisten hoffen, dass Larmors ursprünglicher Vorschlag, dass das Erdfeld durch einen selbsterregten Flüssigkeitsdynamo im flüssigen Kern verursacht wird, tatsächlich am Ende realisiert wird. Tatsächlich gab es bis jetzt nur wenig Fortschritt, um eine akzeptable Theorie zu erhalten. Das Thema ist extrem kompliziert, wir wissen nicht viel über das Erdinnere, und ich denke nicht, dass wir ein frühes Resultat zu dem grundsätzlichen Theorem erwarten können, ob ein dreidimensionaler selbsterregter Flüssigkeitsdynamo tatsächlich möglich ist oder nicht. Aber man akzeptiert dies als die wahrscheinlichste Erklärung, die so weit wie möglich verfolgt werden muss. Nun, wenn man Vermutungen darüber angestellt hätte, was man finden könnte, wenn man mittels einer Gesteinsuntersuchung angefangen hätte das Erdmagnetfeld zurückzuverfolgen, hätte man wahrscheinlich vermutet, dass das Erdfeld in ungefähr die selbe Richtung gezeigt hat wie heute, hätte aber in der Vergangenheit sehr viel größer oder vielleicht kleiner sein können. Von Lamb und anderen wurden die verschiedensten Theorien über das Abklingen des Erdfeldes aufgestellt. Wie es so oft in der Experimentalwissenschaft passiert, wurden ganz andere Dinge gefunden. Die erste Tatsache war, dass junge Gesteine, jung in geologischer Zeit, sagen wir die letzten 50 Millionen Jahre, ungefähr in Richtung des heutigen Magnetfelds magnetisiert sind. Mit der Ausnahme einer erstaunlichen Entdeckung, ungefähr die Hälfte der Gesteine sind in genau der entgegengesetzten Richtung magnetisiert. Ich zeige Ihnen gleich Dias, die die wirkliche experimentelle Tatsache zeigen. Ungefähr die Hälfte des vulkanischen Gesteins, ich spreche hier hauptsächlich über Lava des Tertiärs, ist in die Richtung des Feldes magnetisiert, und die andere Hälfte in genau der entgegengesetzten Richtung. Dieses Phänomen der entgegengesetzten Magnetisierung ist zum gegenwärtigen Zeitpunkt Gegenstand einer heißen Debatte. Es gibt deutliche Hinweise oder plausible Gründe zu glauben, dass diese entgegengesetzt magnetisierten Gesteine möglicherweise, einige davon, durch eine tatsächliche Umkehr des Erdmagnetfelds verursacht wurden. Das heißt, dass der Erddipol sich, in geologischen Zeiträumen periodisch, um 180 Grad umgeschaltet hat und sein Vorzeichen geändert hat, ohne seinen Betrag zu ändern. Der Grund, warum viele Leute dies glauben, ist, dass es in den meisten Fällen bis jetzt unmöglich war, irgendwelche physikalischen oder chemischen Unterschiede zwischen den Gesteinen an einem bestimmten Ort zu finden, die normal magnetisiert sind und denen, die entgegengesetzt magnetisiert sind. In anderen Fällen wurden Unterschiede gefunden und können physikalisch-chemischen Vorgängen zugeschrieben werden. Es ist ziemlich dramatisch, fast Geschichte, man weiß nur wenig über diese entgegengesetzten Magnetisierungen. Zunächst, sie wurden zuerst schon vor langer Zeit wie im Jahr 1906 entdeckt, aber fast gänzlich durch nachfolgende Forscher ignoriert. Ungefähr im Jahr 1948 entdeckte Graham in Washington, einer der Pioniere auf dem Gebiet, einige Gesteine, die teilweise in eine Richtung magnetisiert waren und teilweise in die andere, und er argumentierte, dass das nicht aufgrund der Umkehr des Erdfeldes verursacht sein konnte, sondern durch einen anderen physikalisch-chemischen Mechanismus verursacht sein müsste. Also schrieb er an Professor Néel, aus Grenoble, und fragte ihn, ob das möglich wäre, und Néel produzierte seine berühmten vier möglichen Mechanismen. Innerhalb von 18 Monaten wurden zwei davon entdeckt, einer in der Umwelt und einer künstlich durch Gorter im Philips-Labor in Eindhoven. Eine der schönsten Vorhersagen auf dem Gebiet der Festkörperphysik. Und inzwischen kennen wir ein halbes Dutzend Mechanismen, durch die Gesteine entgegengesetzt magnetisiert werden können. Und trotzdem gibt es eine große Zahl an Phänomenen, Beobachtungen, die durch solche Mechanismen nur extrem schwierig zu erklären sind. So, im Moment werde ich eine strenge akademische Vorsicht walten lassen und sagen, dass, obwohl die Hinweise auf eine Umkehr des Erdmagnetfelds sehr stark sind, ich persönlich nicht denke, dass sie schlüssig sind und man muss weitere Beobachtungen abwarten. Aber die meisten meiner Kollegen auf dem Gebiet glauben, dass es fast bewiesen ist. Eine zweite Entdeckung war, dass, wenn man ältere mesozoische Gesteine nimmt, ungefähr 100 Millionen Jahre alt, die dann generell nicht in der Richtung des derzeitigen Felds magnetisiert sind. Und das zeigt an, das das entsprechende Stück Land sich relativ zum Pol bewegt haben muss, seit es sich gebildet hat. Die Annahme, die hier gemacht wird, ist, dass im Durchschnitt, über eine lange geologische Zeit, sagen wir 10 Millionen Jahre, dass die magnetische Achse der Erde mit der Rotations- oder geographischen Achse übereinstimmt. Es gibt sehr starke theoretische Gründe, warum das so sein sollte, im Mittel, und es gibt eine Menge experimenteller Hinweise, dass es tatsächlich so gewesen sein muss, aber es wird durch die Art eines Experiments, das ich beschreiben werde, getestet werden. Nun, nur einen Moment, um zu erklären, was wir dem Gesteinsmagnetismus entnehmen können. Sie alle kennen die runde Gestalt der ausgerichteten magnetischen Kraft um die Erde herum. Am Äquator sind sie horizontal, am Pol sind sie vertikal, in den Breiten dazwischen haben sie eine Inklination nach unten. Wenn das Gestein am Äquator magnetisiert wird, wenn man es aufhebt, angenommen, es behält seine ursprüngliche Magnetisierung, wird es horizontal magnetisiert. Am Pol ist es vertikal nach unten magnetisiert, am Südpol ist es anders herum, nach oben. Auf dazwischen liegenden Breiten, bei einem gegebenen Winkel, ergibt es eine Inklination. Es ist ganz einfach zu berechnen, dass die magnetische Breite dem halben Tangens der magnetischen Inklination entspricht, was uns erlaubt, die magnetische Breite zu dem Zeitpunkt, als das Gestein gebildet wurde, aus der Messung der Gesteinsinklination abzuleiten, unter der Annahme, dass es keine störenden Einflüsse gegeben hat. Wir können natürlich nicht den Längengrad bestimmen, aus dem sehr guten Grund, dass während die Pole durch die Götter geschaffen wurden, die Menschen die Ringe schufen, also kann man nicht sagen, wo das Gestein ist, Osten oder Westen, aus dem einfachen Grund, dass es eine Frage der Konvention ist. Wir können also nicht die Ost-West-Bewegung der Kontinente bestimmen, aber wir können das mit den Nord-Süd-Bewegungen machen. Wir können auch Azimutänderungen bestimmen. Wenn wir finden, dass die Magnetisierung nicht entlang dem nördlichen Meridian ist, sondern in einem Winkel, können wir argumentieren, dass sich das Land in die Richtung oder die andere gedreht haben muss, seit es sich gebildet hat. Das ist die Art von Information, die man aus der Messung des Azimuts und der Inklination des Gesteinsmagnetismus erhalten kann. Und diese Information ist praktisch unabhängig davon, ob das Erdfeld sich umgekehrt hat, oder ob umgekehrt magnetisierte Gesteine durch physikalisch-chemische Prozesse entgegengesetzt magnetisiert wurden. Man bekommt nur gelegentlich eine Zweideutigkeit, das ist sehr selten. Das erste Dia zeigt Ihnen typische Resultate, Untersuchung durch Runcorn, Cambridge, eines vulkanischen Gesteins aus den Vereinigten Staaten, das sind die Basalte des Columbia Rivers. Nun, wir sind es gewohnt, unsere Resultate in der folgenden Weise zu zeigen. Wir wollen eine Projektion haben, die die Richtung der Magnetisierung einer Gesteinsprobe angibt, wir stellen uns die Hemisphäre vor, die horizontale Hemisphäre, und wir schauen nach unten, und dieser Punkt hier repräsentiert die Richtung nach unten, dieser Punkt repräsentiert horizontal Norden, Süden, Osten und Westen. Dies ist eine Variante der Schmidtschen stereographischen Projektion. Nun, die derzeitige Richtung des Erdfelds am Columbia River, Amerika, ist hier, eine wenig nordöstlich, die Deklination ist Osten, und die Inklination nach unten mit einem Winkel von ungefähr 60 Grad. Diese schwarzen Punkte repräsentieren Gesteinsproben aus dem Lavaflüssen des Columbia Rivers, und Sie werden sehen, dass die hier oben ungefähr um die derzeitige Richtung des Feldes herum gruppiert sind. Aber einige der Gesteine sind in der exakt entgegengesetzten Richtung magnetisiert. Diese ungefüllten Kreise sind auf die obere Hemisphäre projiziert, so dass diese Richtung und jene sich praktisch um 180 Grad unterscheiden. Das ist typisch für den Befund, dass tertiäre Gesteine, das heißt Gesteine ab 50 Millionen alt bis zum heutigen Tag, ungefähr zur Hälfte in eine Richtung magnetisiert sind, grob entlang dem heutigen Feld, und zur Hälfte fast genau in der entgegengesetzten Richtung. Und die Autoren dieser Arbeit schließen daraus und aus anderen ähnlichen Hinweisen, dass dies sehr stark auf die Umkehr des Erdfeldes hinweist, recht häufig, alle Millionen Jahre oder so, während der Tertiärzeit. Nun, unsere Arbeit, meine Gruppe, in Manchester unter Clegg, begann die Arbeit vor ein paar Jahren an den roten Sandsteinen aus England, die englischen triassischen roten Sandsteine, die überall in Lancashire zutage treten, und aus denen so viel unserer Architektur, wie die Kathedrale von Chester, besteht. Diese Gesteine erwiesen sich als extrem fruchtbarer Boden für Entdeckungen. Diese Gruppe untersuchte die neuen roten Sandsteine von zehn Orten in England. Von Cumberland bis Devonshire, über 300 Meilen und entdeckten zwei sehr bemerkenswerte Tatsachen: Sie entdeckten, dass die Gesteine nicht nördlich und südlich magnetisiert sind, sondern nordöstlich und südwestlich und eine Hälfte in die eine Richtung, die andere in die andere. Ich habe hier die Deklination auf einem runden Histogramm aufgezeichnet. Dies ist die kreisförmige Basislinie, diese Punkte repräsentieren die Zahl der Gesteinsproben in diese Richtung und diese in dieser Richtung. Wie Sie sehen können, ist für die Hälfte der Gesteine die durchschnittliche Richtung Nordosten, und für die andere Hälfte Südwesten. Dieser Winkel von 34 Grad zwischen dem wirklichen Norden und dieser Richtung ist der erste etablierte Fall einer wirklich großen Diskrepanz zwischen dem Gesteinsmagnetismus und dem derzeitigen Feld und kann mit einiger Sicherheit als Anzeichen gesehen werden, dass England sich tatsächlich um 34 Grad im Uhrzeigersinn gedreht haben muss seit triassischen Zeiten, was ungefähr vor 150 Millionen Jahren war. Das nächste Dia zeigt die Resultate der Inklinationen. Alle Gesteine, die nordöstlich magnetisiert waren, hatten eine Inklination nach unten. Dies ist das radiale Histogramm, das die durchschnittliche Inklination von 34 Grad nach unten anzeigt, während das derzeitige Feld hier unten bei 67 ist, das ist der durchschnittliche Dipol. Die andere Hälfte der Gesteine, diejenigen, die südwestlich magnetisiert sind, haben hauptsächlich eine Inklination nach oben, aber ein paar haben eine Inklination nach unten. Aber wieder gibt es eine grobe 180 Grad Beziehung, wir ignorieren im Moment diese kleine Diskrepanz, die durch eine leichte Instabilität des Magnetismus verursacht wurde. Dieses Diagramm zeigt Ergebnisse, die so interpretiert werden können, dass sie aussagen, dass sich England vor 150 Millionen Jahren auf einer Breite von ungefähr 17 Grad Nord befand, verglichen mit ihren 55 Grad zur jetzigen Zeit. England hat sich um ungefähr 35 Grad nach Norden bewegt, relativ zum Magnetpol, während der letzten 150 Millionen Jahre. Und aus den Gründen, die ich vorhin erwähnte, nehmen wir an, obwohl es keinen festen Beweis dafür gibt, dass dies auch eine Bewegung relativ zum geografischen Pol ist. So, dieses Diagramm war das erste, das mit einer großen Plausibilität eine große Landbewegung nach Norden zeigte, die Bewegung einer Landmasse. Es ist recht einfach auszurechnen, dass, wenn England sich in 150 Millionen Jahren von 17 Nord nach 55 Nord bewegt hat, dann macht das ungefähr ein Viertel Grad Breite pro Millionen Jahre aus oder ungefähr drei Meter pro Jahrhundert. Etwas, was in den nächsten paar hundert Jahren gerade innerhalb der Grenzen der experimentellen Nachprüfung wäre, wenn wir alle Arten der modernen Präzision nutzen. Ich möchte nun diese Kontinentaldrift einen Moment beiseite lassen, um ein wenig über diese Umpolungen zu sprechen, weil sie uns zu einem außerordentlich faszinierenden Stück der modernen Festkörperphysik bringen. Sie alle wissen, dass die moderne Theorie des Paramagnetismus, die auf Weiss zurückgeht und später durch Heisenberg quantisiert wurde, einen paramagnetischen Körper ansieht als einen, in dem alle elementaren atomaren Magnete sich gemeinsam über Quantenaustauschkräfte ausgerichtet haben. Néel hat herausgestellt, dass man Bedingungen haben kann, unter denen es zwei Sätze von Stellen A und B in einem Kristall geben kann, wo alle magnetischen Momente in A antiparallel zu denen in B sind; wenn sie gleich stark sind, gibt es kein externes magnetisches Moment und der Körper wird antiparamagnetisch genannt. Aber in den Fällen, in denen A und B unterschiedliche Stärke haben, wie es oft der Fall ist, bekommt man das resultierende Moment und man bekommt, was Néel einen semimagnetischen oder nicht perfekten antiparamagnetischen Moment nennt. Und diese waren das Thema einer großen experimentellen und theoretischen Untersuchung. Néel zeigte, dass ein derartiger Körper, nein, Néel vermutete, dass so ein Körper existieren könnte, in dem die Temperaturvariationen der A und B Gitter es sind, die sich unterscheiden. Die Magnetisierung und die funktionale Temperatur so, das A-Gitter fiel so ab, das B-Gitter antiparallel ging so, und das Resultat war das hier. Das würde zu einem Magneten führen, der sich selbst spontan bei einer bestimmten Temperatur umkehrt. Und jetzt sind viele andere bekannt. Als Beispiel, ein Bild von Gorter mit einer Magnetisierung einer Lithium-Chrom-Ferritserie mit unterschiedlichen Mengen Lithium darin, und für einen bestimmten Bereich von Lithiumanteil drehten sie die Magnetisierung bei einer Temperatur um, die man durch die Zusammensetzung auswählen kann. Es ist ein sehr nettes Experiment, man bekommt ein Stück von Dr. Gorter, erhitzt es in einem Gefäß und sieht sehr oft dabei zu, wie es ein paar Grad über Raumtemperatur sich herumdreht. Dieses Phänomen war im Labor bekannt, aber es hat, soweit man bisher weiß, keine direkte Anwendung beim Gesteinsmagnetismus. Aber Néels dritte Hypothese war, dies ist sie, wenn man eine laminare Struktur von ineinander liegenden magnetischen Komponenten mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften bekommt, muss man ein Umkehrphänomen erhalten. Wenn man einen solchen Körper, der aus A und B besteht, durch den Curiepunkt kühlt, nehmen wir an, die intensive Magnetisierung A steigt so, und B steigt so, den niedrigen Curiepunkt und eine hohe intrinsische Magnetisierung, A magnetisiert sich zuerst in dem umgebenden Feld und B magnetisiert sich in dem umgekehrten Feld verursacht durch A. Und wenn man dann zur Raumtemperatur kommt, kehrt sich das Feld um. Dies wurde durch Nagata in Tokio entdeckt, zwei Jahre nach Néels Vorhersage, und er hat es vor kurzem veröffentlicht, seine Schule, einige sehr schöne Mikroskopbilder der tatsächlichen laminaren Struktur, die zur Umkehr führt. Nun sehen sie Elektronenmikroskopieaufnahmen der Lamellen, eingebettet in ziemlich seltenem vulkanischem Gestein, das diesen Umkehreffekt im Labor zeigt. Sie sehen, die Skala ist fünf mü, und dies sind die Lamellen, die mit anderem Material durchsetzt sind. Es stellte sich jetzt heraus, dass die A und B Eigenschaften, Materialien, tatsächlich beides Mischkristalle aus Ilmenit und Hämatit von unterschiedlicher Art sind. Ilmenite ist TiFeO3 und Hämatit ist Fe2O3. Und sie erzeugen Mischkristalle mit einer Löslichkeitslücke, und diese zwei Lamellen und das Medium dazwischen sind beides Mischkristalle aus Ilmenit-Hämatit. Die typischen Resultate für Gesteine dieser Art, so wie sie im Labor getestet wurden, sind die folgenden: Hier sehen Sie Gesteine, das im Labor erhitzt wurden, und wenn sie abgekühlt werden, vorher ein großes Feld, 13 Erdfelder, dann verhalten sie sich normal. Wenn sie so abgekühlt werden, wie sie es in der Erde sind, in schwachen Feldern, ein halbes Gauß, ein Gauß, wenn man sie erhitzt, drehen sie sich im Labor um. Es ist ein seltenes Phänomen, aber ein definitives, und wir haben vor kurzem in England einige Gesteine in Südwestengland gefunden, die auch dieses Phänomen zeigten. Und doch, obwohl das Phänomen perfekt, definitiv etabliert ist, ist es in der Natur nicht sehr weit verbreitet und die große Mehrheit der Gesteine, die umgepolt in der Natur gefunden werden, zeigen dieses Phänomen nicht im Labor. Daher schließen wir, dass entweder das Erdfeld sich wirklich umgedreht hat, und das ist definitiv eine Möglichkeit, ich denke, das ist, was ich wirklich in der Tiefe meines Herzens glaube, dass, seit die Gesteine sich gebildet haben, chemische und physikalische Änderungen stattgefunden haben, die den früher existierenden Umdrehmechanismus zerstören. Ich nenne dies eine Zerstörungstheorie. Es gab kürzlich einen merkwürdigen Zwischenfall, Graham besuchte mich vor ein paar Monaten und fragte mich, ob ich wüsste, dass im Jahr 1912, lange bevor ich da war, ein Professor Smith tatsächlich dieses Umdrehphänomen in Stahl gefunden, untersucht und interpretiert hatte, 40 Jahre bevor Néel darüber geschrieben hatte. Wenn man ein Stück Stahl nimmt, getemperten Stahl, ihn in einer Spule magnetisiert, es aus der Spule nimmt, erhält man freie Pole. Die freien Pole produzieren das umgedrehte Feld im Stahl. Der Stahl, der eine Mischung von Eisen und Eisenkarbid, FeC3, ist, das Eisen hat eine niedrige Koerzitivkraft und demagnetisiert unter dem Einfluss des selbstumkehrenden Felds, das Karbid tut das nicht. Aber das Karbid hat einen sehr niedrigen Curiepunkt, also wenn man es erhitzt, kehrt der Stahlnagel sich um. Und hier zeige ich Ihnen Smith und Gills Kurve aus dem Jahr 1912, die zeigt, was passiert, wenn man es erhitzt; ungefähr 85% Kohlenstoffstahl dreht seine Magnetisierung bei 200 Grad Celsius um, wenn man ihn so behandelt. Dies war identisch mit dem Néels Mechanismus, 40 Jahre vorher und uns nicht bekannt, bis Dr. Graham es mir vor ein paar Monaten erzählt hat. Es ist ein sehr schönes Demonstrationsexperiment. Nun verlasse ich diese Situation, wie ich sagte, mit einer wahrhaft agnostischen akademischen Haltung von "ich weiß nicht, ob das Erdfeld sich umgedreht hat oder nicht", und komme zu dieser Frage der Benutzung des Gesteinsmagnetismus für die Bestimmung der Erdbewegungen. Nun, die Geschichte der Kontinentalverschiebung, wie sie genannt wird, geht eine lange Zeit zurück. Francis Bacon machte am Anfang des 17. Jahrhunderts Bemerkungen über die merkwürdige Ähnlichkeit der afrikanischen Westküste und der amerikanischen Ostküste und wunderte sich, ob es einen Grund für diese Ähnlichkeit gab. Schon im Jahr 1958 zeigte ein französischer Geologe, Snider, in einer gänzlich unbekannten Veröffentlichung diese Karten. Nun sehen Sie eine Karte von Afrika und Südamerika mit den offensichtlichen Ähnlichkeiten, und Snider schob sie zusammen und sagte, sie müssen ursprünglich so ausgesehen haben, sich aber über Millionen von Jahren auseinandergeschoben haben. Das wurde bis ungefähr Anfang dieses Jahrhunderts vergessen, und wurde in Amerika durch Tylor und in Deutschland durch Alfred Wegener wieder aufgenommen, der ein Leben damit verbrachte, die Theorie der Kontinentalverschiebung zu entwickeln. Nun, abgesehen von den Ähnlichkeiten in der Form, übrigens sollte ich erwähnen, dass Snider zeigte, wie sehr deutlich verifiziert wurde, dass es außerordentliche geologische Ähnlichkeiten zwischen der afrikanischen und amerikanischen Küste gibt, die so weit gehen, dass einige der Gebirgszüge über die dazwischenliegende Lücke hinweg, wo man sie zusammenlegt, genau zurückverfolgt werden können. Aber insgesamt, muss ich geradeheraus sagen, glauben nur wenige Geologen, dass diese Verschiebungen von der Größenordnung wirklich stattgefunden haben. Aber ganz abgesehen von relativen Verschiebungen der Landmassen gegeneinander, die gewöhnlich Kontinentalverschiebung genannt werden, ganz davon abgesehen, gab es eine Diskussion über die Wanderung der Pole, das ist die Annahme, dass sich die Kruste an sich, als festes Ganzes, relativ zur geografischen Achse bewegt hat. Wenn Sie sich vorstellen, wenn sie die Haut dieses Globus abnehmen und sie herumbewegen, während die Achse im Raum festgestellt bleibt, dann bekommt man, was wir die Hypothese der Polwanderung nennen. Ich werde am Ende ein wenig mehr über Theorien zu diesem Effekt erzählen. Aber vom Gesichtspunkt ...... Polwanderung die gemeinsame Bewegung als starres Ganzes, relativ zum geografischen Pol. Nun, die Polwanderung wurde sehr stark abgeleitet, durch viele Leute, um die außergewöhnliche Tatsache der urzeitlichen Klimabedingungen der Erde zu erklären, die aus geologischen und paläontologischen Hinweisen abgeleitet sind. Beispielsweise wissen Sie alle, dass die nordeuropäischen Kohlefelder vom botanischen Standpunkt gesehen tropischen oder subtropischen Ursprungs sind und nicht im derzeitigen Klima hätten wachsen können. Genauso sind die berühmten Lateritgürtel, die definitiv einen tropischen Wüstenursprung haben, nun weit, weit weg vom Äquator. Und, als Resultat hat das Studium der Paläoklimatologie Änderungen wie diese vorgeschlagen. Hier sehen Sie einen Vorschlag für die Karbonzeit, vor 200 Millionen Jahren, als die Kohlewälder entstanden, Europa, England, Europa liegen auf dem Äquator. Und dieser Gürtel, der nun der Äquator ist, bedeckt sehr schön die Kohleentstehung in Europa und ähnlich in Amerika. Genauso, wenn man hier und hierhin kommt, bekommt man die trockeneren Zonen mit dem entsprechenden Gesteinstyp. Dies war wieder ein heiß umstrittenes Thema und eines, das Geologen in eine Klasse einteilten, die glauben, dass es so stattgefunden haben muss, und eine, die glauben, dass es überhaupt nicht stattgefunden haben könnte. Tatsächlich gibt es hier bei diesem Thema einen dreifachen Antagonismus, die Hälfte der Gesteine ist in eine Richtung magnetisiert, die andere Hälfte in die andere. Die Hälfte der Forscher auf diesem Gebiet glauben, dass das Erdfeld sich umgedreht hat, die andere glaubt, dass es das nicht hat. Die Hälfte der Geophysiker glauben, dass die Kontinente sich verschoben haben, die andere, dass sie es nicht haben. Es ist unsere Aufgabe, diese Antagonismen über das Experiment aufzulösen. Unser besonderes Interesse in Manchester war, sobald wir diese Resultate für den British Trust erhielten, zu einer Stelle zu gehen, wo die paläoklimatologischen Hinweise sehr stark eine große Bewegung andeuteten. Und ich war extrem beeindruckt durch dieses bemerkenswerte Diagramm aus Holmes Buch Principles of Physical Geology. Hier zeichnet er die Umrisse der berühmten Permo-Karbonisches Eiszeit der südlichen Hemisphäre nach, das war vor 200 Millionen Jahren. Es war eine der bemerkenswertesten Entdeckungen der Geologen, ungefähr vor 50 Jahren, dass Südafrika und Indien über eine sehr lange Zeit extrem stark vereist waren. Und indem man die Riefen in dem Gestein und die Bildung des Tillit und anderer eiszeitliche Gesteine verfolgte, war es möglich, diese gestrichelte Linie zu zeichnen, die die nördliche Grenze der Vereisung der südlichen Hemisphäre vor 200 Millionen Jahren repräsentiert. Südafrika war mit einem Eismantel bedeckt, und das Eis bewegte sich unter seinem Eigengewicht nach Norden und Süden. Dies ist keine Eisdecke auf einem Berg, es ist kein Gletscher, es ist ein Eismantel. Indien, erstaunlicherweise, war vereist und das Eis bewegte sich nach Norden, zum dem hin, was heute der Himalaja ist, der damals, natürlich, nicht einmal angedacht war. Genauso Südafrika, Südaustralien und Tasmanien, Neuseeland, alle zur gleichen Zeit vereist. Und in seinem Buch bemerkt Holmes, ich denke sehr vorsichtig, dass diese Eisverteilung, wenn sie richtig ist, recht inkompatibel mit den derzeitigen Positionen der Kontinente relativ zu einander und dem Pol ist. Und nur wenn man die ganze Kruste herumbewegen könnte, um den Südpol hierhin zu bringen, und die Positionen relativ zueinander unverändert ließe, aber das würde einen enormen Eismantel über dem riesigen Indischen Ozean bedeuten und würde eine Menge Eis benötigen, und um die zu produzieren gibt es, glaube ich, nicht genügend Wasser auf der Welt. Eine viel ökonomischere Methode wäre, auch wenn sie drastischer ist, die von Wegener und seinem Schüler Du Toit, aus Südafrika, die diese Kontinente ziemlich willkürlich um den Südpol herum gruppierten. Dies setzt eigentlich die ursprüngliche Idee fort, sie passen Südamerika und Afrika ineinander, sie bringen die Antarktis hierhin, Afrika, Madagaskar und Australien, und nehmen an, dass ein großer Eismantel alles bedeckte. Es gibt eine Reihe von anderen Wiedervereinigungen, die ziemlich willkürlich sind, und ich möchte nicht, dass Sie irgendein Detail überhaupt ernst nehmen. Aber für einen Experimentator wie mich sind alle Theorien gut, wenn sie nur ein Experiment nahelegen. Und das vorgeschlagene Experiment war Geld von der Regierung zu bekommen, um eine Expedition nach Indien zu schicken, um zu schauen, wo Indien war. Bevor ich aber dazu komme, will ich sagen, dass ähnliche Messungen wie die in England, zur Triaszeit, durch Runcorn, Creer und andere bis zurück in die Zeit des Devon, Kambrium, vor 500 Millionen Jahren durchgeführt wurden, und in Amerika durch dieselbe Gruppe und durch Graham in den Vereinigten Staaten. Und das Resultat war dieses. Kann ich bitte Licht haben. In England ist die Magnetisierung nach Osten verdreht, und in Amerika nach Westen. Und beide deuten auf eine Polposition, vor 150 Millionen Jahren, irgendwo nahe Ostsibirien hin. Die Resultate für Amerika und England stimmen grob überein, nur grob, mit dem Konzept einer Bewegung der Kruste als ein starres Ganzes, relativ zu den Polen. Aber es gibt Diskrepanzen, und die Diskrepanzen sind in dem Sinn, dass es aussieht, als ob es möglich wäre, dass Europa und Amerika sich leicht entfernt hätten, aber nicht annähernd so viel, wie in diesen alten Spekulationen angedeutet. Das ist eine Antwort zu dem Punkt. Aber die amerikanischen und britischen Gesteine stimmen darin überein, den Pol vor 150 Millionen Jahren irgendwo in den Nordpazifik zu legen, zwischen diesen und Nordostsibirien. Diese Ergebnisse wurden durch Runcorn in dem folgenden Diagramm zusammengetragen. Dies ist eine polare Ansicht des Globus, und diese Kurve repräsentiert verschiedene Spekulationen über die Polbewegung, erhalten aus den paläoklimatologischen Hinweisen, die ich schon diskutiert habe. Und alle legen den Pol, vor einigen hundert Millionen Jahren, irgendwo in den Pazifik. Das magnetische Ergebnis ist irgendwie ähnlich, aber ein ziemlich unterschiedliches Ergebnis, und hier T ist das Tertiär, der Pol kommt irgendwo hier heraus, nicht weit von Japan, zwischen Japan und Sibirien. So dass die generelle Bewegung des Pols nicht variiert erscheint, es gibt eine ziemlich gute Übereinstimmung zwischen den klimatologischen und den magnetischen Hinweisen. Aber es ist noch nicht sicher, ob es nicht eine relative Bewegung der Vereinigten Staaten und Englands gegeben hat, die die Situation komplizieren würde. Nun möchte ich am Ende zu neuen experimentellen Ergebnissen kommen, um diese Theorien zu überprüfen. Bevor ich die indischen Ergebnisse erwähne, möchte ich die von Gough, Südafrika, erwähnen, der die berühmten Pilanesberg-Krater nahe Pretoria untersuchte, wo das Gestein schon vor langer Zeit als umgekehrt magnetisiert bekannt war. Er entdeckte, dass dieses, wir haben dasselbe Diagramm, das heißt, die Magnetisierung ist vertikal nach unten. Das ist der magnetische Südpol. Der magnetische Südpol liegt in der südlichen Hemisphäre, kommt so hier herauf, geht hier herunter und zu diesem Punkt. Anstatt in diese Richtung magnetisiert zu sein, sind sie alle in diese Richtung magnetisiert, und wenn sie die derzeitige Position des Südpols aus Goughs Daten herleiten, dann findet man ihn in der Nähe von Abessinien. Hier wurden die Messungen gemacht, nahe Pretoria und die Polposition war, anstelle hier zu sein, dort. Das Resultat ist extrem konsistent und extrem zuverlässig. Die einzig mögliche vernünftige Erklärung dessen ist, dass Südafrika während der letzten 300 Millionen Jahre über den Südpol verschoben wurde. Und um nur eine ein wenig komplizierte Beziehung der Richtungen zu zeigen, zeige ich das folgende Diagramm. Ich möchte erwähnen, dass diese afrikanischen Gesteine alle umgekehrt magnetisiert sind. Man muss also beides, die Umkehrung und die Verschiebung berücksichtigen. Nehmen wir an, dass südafrikanisches Gestein - tatsächlich ist Südafrika heute hier, das ist eine Ansicht, das ist Norden, Westen, Osten, hier ist der Südpol. Nun, nehmen wir an, dass Afrika sich über den Pol so verschoben hat. Wenn das Gestein sich hier gebildet hat, die normale Richtung der Magnetisierung des Südpols wäre nach oben, so. Und es würde die Richtung der Magnetisierung der Gesteine zeigen, wenn das Erdfeld zu der Zeit normal gewesen wäre, als es gebildet wurde. Wenn es sich umgekehrt hätte, entweder chemisch oder wirklich, wäre es so herum. Nun, nehmen wir an, das verschob sich hierhin. Wenn es sich nicht hier gebildet hätte, das wäre die Richtung der Magnetisierung, oder, umgekehrt, diese Richtung. Aber tatsächlich ist es diese Richtung. Die genau die Richtung ist, in die das transformiert, wenn man es hier herum bewegt. So dass die Richtung der Magnetisierung von Goughs Pilanesberg-Krater konsistent ist mit der Ansicht, dass Afrika während der letzten 300 Millionen Jahre sich genau über den Pol verschoben hat, ungefähr entlang eines Meridians. Hier sehen Sie einige Resultate der Messungen der Gruppe in Indien. Wir begannen auf dem Dekkan-Trapp, der der größte Ausfluss horizontaler Lava in der Welt ist, denke ich, und besonders für unseren Zweck geeignet ist, ungefähr 80 Millionen Jahre alt. Und wir fanden, wir untersuchten zwei Gebiete, 400 Meilen entfernt, dies ist ungefähr die Hälfte der Resultate. Und diese zeigen eine Gruppe von Gesteinen, jede Scheibe ist hier gezeichnet, das derzeitige Erdfeld ist flach und zeigt nach Norden, und diese haben eine steile Inklination und in diese Richtung. Man kann dies so interpretieren, dass es bedeutet, dass all die Gesteine umgepolt wurden und dass Indien um 24 Grad gegen den Uhrzeigersinn gedreht wurde. Ich hätte sagen sollen, dass Goughs südafrikanische Ergebnisse eine Drehung von 20 Grad im Uhrzeigersinn zeigen, aber viel älter, und dass dieser Winkel, wenn man dasselbe Diagramm herstellt, wie ich es vorhin gemacht habe, entspricht das einer Breite weit südlich des Äquators, tatsächlich ungefähr 28 Grad südliche Breite verglichen mit den derzeitigen 25 Grad nördliche Breite, was sich als eine eher schnellere Verschiebung als Englands herausstellt, tatsächlich ungefähr fast dreiviertel eines Grads pro Millionen Jahre oder etwa sechs Meter pro Jahrhundert. Nun, es ist recht interessant, dass Indien aus diesen unabhängigen magnetischen Messungen als halb zwischen dem Äquator und der Breite von 60 oder so herauskommt, die notwendig wäre, um einen Eismantel in Wegeners altem Diagramm zu erzeugen. Und da die Eiszeit vor 200 Millionen Jahren war, ist das grob die Hälfte in Zeit und Raum. Obwohl es ein extrem bruchstückhafter Hinweis ist, gibt es einen leichten Hinweis einer stetigen nördlichen Bewegung Indiens für mindestens 200 Millionen Jahre, und wir haben es auf halber Strecke positioniert, und natürlich versuchen wir zusätzliche Punkte zu bekommen. Vor Kurzem hat die Arbeit unserer Gruppe in Tasmanien zusammen mit Jaeger, Dr. Jaeger in Canberra, gezeigt, dass die Inklination der tasmanischen Gesteine fast genau vertikal ist, wohingegen sie heute so ist. Das ist ziemlich signifikant und deutet darauf hin, dass Tasmanien recht nahe zwischen dem Pol und seiner jetzigen Position war, vor 100 Millionen Jahren, das ist die Jurazeit, von 140 Millionen Jahren. Wenn man das mit den indischen und afrikanischen Ergebnissen vergleicht, dann denke ich, ist es sehr wahrscheinlich, dass eine relative Bewegung stattgefunden haben muss zusammen mit einer generellen Verschiebung. Ich möchte diesen Teil nun zusammenfassen, indem ich sage, dass nach meiner Meinung die magnetischen Hinweise überwältigend stark sind, dass die Kontinente ihre Position relativ zum Pol verschoben haben. Ich denke, dass einige der Beobachtungen, ein großer Teil, konsistent sind mit einer generellen Bewegung der Kruste relativ zum Pol, aber es scheint auch einige Hinweise zu geben, die zunehmend auf eine ausgeprägte relative Bewegung von Teilen der Landmassen relativ zueinander hinweisen. So dass eine Polwanderung definitiv stattgefunden hat, und eine Kontinentalverschiebung wahrscheinlich auch. Jetzt ein letztes Wort auf der eher theoretischen Seite. Eine große Menge an Arbeit ist an Theorien der Kontinentalverschiebung und der Polwanderung mit komplett widersprechenden Ergebnissen verrichtet worden und sie führte zu sehr wenig Überzeugung bei irgendjemandem. George Darwin unternahm eine große Arbeit über die Polwanderung vor 70 Jahren, um auf diese Weise zu versuchen, die tertiären paleozänen Eiszeiten zu erklären. Aber die generelle Folgerung war, dass man das nicht könnte und es aus dynamischen Gründen wahrscheinlich weder Polwanderung noch Kontinentalverschiebung gegeben hat. Die Sache wurde jüngst von Gold in Cambridge und Munk aus Amerika wieder aufgenommen, und sie kamen unabhängig voneinander zu dem Schluss, dass die Polwanderung ein sehr wahrscheinlicher dynamischer Effekt ist. Wir müssen uns also ansehen, was mit der Erde passiert, wenn, sagen wir, der Himalaja oder, näher zu Hause, die Alpen, eine große Menge an Metall hochbringen, was die dynamischen Bedingungen der rotierenden Erde ändert, und das Drehmoment der Achse fast die gleiche Richtung im Raum behält, aber man kann zeigen, oder Leute denken, dass man zeigen kann, obwohl George Darwin das Gegenteil dachte, dass die Erde die Richtung der Kruste relativ zu der Polachse ändert, um diese nicht ausgewuchtete Kraft zu berücksichtigen. Es ist gemischt mit der Plastizität der Erde, die Hypothese ist extrem komplex und ich gebe überhaupt nicht vor, dass ich dem Argument im Detail folgen kann. Aber die Experten betrachten diese Polwanderung als tatsächlich sehr wahrscheinlichen dynamischen Effekt im Gegensatz zu früheren Ansichten. Sie, denke ich, wurden durch die Tatsache beeinflusst, dass wir Experimentatoren herausgefunden haben, dass es stattfand, das ist oft so. Ein ganz anderer Punkt ist, wie die Kontinente relativ zu einander verschoben werden könnten, und hier wird viel Arbeit durchgeführt, von einem höchst spekulativen Charakter, der eng verbunden ist mit der Theorie der Gebirgsentstehung. Und niemand weiß wirklich, wie in der Welt Gebirge entstanden und warum es sie gibt. Aber eine dieser Spekulationen, wiederum aus Gaughs bewundernswertem Buch genommen, schlägt einen möglichen Mechanismus vor, über den nachzudenken recht nützlich ist. Sowohl, um zu erklären, warum es die Alpen gibt und warum sich die Kontinente relativ zueinander verschoben haben, wie wir es irgendwie experimentell gezeigt haben, gezeigt haben, dass sie es taten. Und die Theorie ist, dass der Erdmantel, der üblicherweise als fest angenommen wird und der tatsächlich ein Festkörper ist, der elastische Erdbebenwellen leitet, trotzdem für Störungen mit einer sehr langen Periode plastisch oder halbflüssig ist. Wir wissen sehr gut, dass in der Physik Materialien wie Pech, das bindet und sich doch unter seinem Eigengewicht langsam senkt. Und die Theorie ist, dass es einige Krustenströmungen im Mantel gibt, nicht in dem flüssigen Kern, die thermalen Ursprungs und die eine Vorstufe zur Gebirgsformation und Kontinentalverschiebung sind. Ströme kommen so herauf und ziehen die Basaltschichten der Gesteine auf die Seite. Diese gestrichelte Region ist, was sie Sial nennen, das kontinentale Gestein, sie ziehen diese durch Viskosität auseinander, so dass nach und nach der Basalt in diese Richtungen gezwungen wird und schrittweise nach unten gezogen wird, wo er schmilzt. Unter Druck wird der kontinentale Sialblock hier komprimiert und nach und nach geformt, steigt nach oben. Und sobald sie, während der Strom fließt, der Druck nach unten, da ist eine Höhlung und was die Physiker, Geophysiker Geosynkline nennen, wo eine Menge an Land langsam sinkt, Sediment sich über Millionen von Jahren langsam ansammelt, sich 20 tausend Fuß oder mehr an sehr leichtem Material ansammelt. Dann hört der Strom auf und Isostasie stellt sich wieder ein, der Eisberg steigt auf und man bekommt das Gebirge. Das über die derzeitige Theorie der Gebirgsformation, sie verbindet die Gebirgsformation mit der Kontinentalverschiebung. Der verbleibende Zweifel ist nur quantitativ. Experten sagen, dass man eine relative Verschiebung von diesem Teil und jenem Teil, bis zu höchstens 100 Kilometer oder so benötigt, um den Himalaja zu schaffen. Einige Leute sagen, die Alpen könnten durch eine Verschiebung von 20 Kilometern, andere sagen durch mehrere hundert, erschaffen werden. Ich denke, es gibt überhaupt keinen Zweifel, dass es Verschiebungen in der Größenordnung von 100 Kilometern gegeben hat. Das Problem ist, ob Verschiebungen um Tausende von Kilometern stattgefunden haben. Aber dies gibt einen ziemlich guten Bericht von... es ist wahrscheinlich falsch, es ist zunächst ein sehr gutes Model. Nun, mein letztes Dia bringt mich näher nach Hause, zu einem Bild der Alpen. Und ich mache dies, ein geologischen Bild der Alpen, keine Postkartenansicht. Ich mache das aus einem bestimmten Grund, und hier will ich etwas Generelleres sagen. Diese Arbeit über Gesteinsmagnetismus wird unzweifelhaft in der Zukunft einen enormen Einfluss auf einen großen Teil der Geophysik haben. Ich kann sagen, dass die enorme Menge an Spekulationen und Argumenten von Paläobotanikern und Paläobiologen über diese Fragen der Kontinentalverschiebung und/oder Landbrücken in der Vergangenheit stattgefunden haben, so dass jeder definitive Beweis eine sehr große Wirkung auf die Theorie von vielen Verteilungen von Tieren, Flora und Fauna auf der Welt haben wird. Es wird auch eine große Auswirkung auf die Geophysik des Erdinneren und die Theorie der Gebirgsentstehung haben. Nun, ich zeige dieses Dia, nur, um zu zeigen, dass einige von Ihnen, die in der Nähe dieser wunderbaren Berge leben, einen jungfräulichen, experimentellen Boden haben, indem sie einige dieser geologischen Probleme in den Alpen magnetisch angehen. Grob gesagt, als die Alpen sich bildeten, schoben sich diese zwei Landmassen ineinander, und diese sind Sedimentgesteine, alle entstanden in einer flachen See in einer Geosynklinale fallender Landmassen, und dann schrittweise wieder nach oben geschoben, so dass die hohen Alpen zum Großteil, aber nicht gänzlich, eine Herkunft von sedimentärem Ozean- oder Seeboden haben. Nun, wenn man den Magnetismus dieses Gesteinsteils vergleicht, wenn die Gesteine stabil sind, dann sind sie in der Lage zu zeigen, dass Geologen wirklich Recht haben, wenn sie sagen, dass dieser Ausbiss hier derselbe ist wie der hier. Dies ist natürlich reine Spekulation. So dass, wenn sie stabile Gesteine finden, man eine Menge Fakten über die Einzelheiten der Gebirgsformation überprüfen und ableiten kann, die durch einen Geologen ohne dieses Werkzeug nur indirekt erschlossen werden können. Ich behaupte, dass es sehr interessante Arbeit auf diesem Gebiet gibt Nun, ich habe Sie einen weiten Weg von dort weggeführt, wo ich anfing, dem Ursprung der kosmischen Strahlen, aber das ist tatsächlich, wie es passierte, und ich kann sagen, dass wir immer noch nicht wissen, wie das Magnetfeld der Erde entstanden ist. Und ob die Feldumkehr wirklich stattfand - das wird eine Zwangsjacke sein, in die alle zukünftigen Theorien hineinpassen müssen. Und ob Sie dem Geophysiker erzählen können, dass das Erdfeld sich alle Millionen Jahre umgekehrt hat und sich umschaltete wie eine Multivibratorschaltung, schnell, ohne Zwischentheorien, dann wird er eine Leitschnur haben, um eine vernünftige Theorie zu erstellen. Aber wenn das nicht stimmt, natürlich, wenn das Erdfeld in derselben Richtung geblieben ist, wir wissen schon, dass es sich seit dem Beginn der geologischen Geschichte nicht größenmäßig maßgeblich geändert hat, dann ist das eine weitere Tatsache, die er mit einbeziehen muss.

Patrick Blackett (1956)

Rock Magnetism and Movement of Continents

Patrick Blackett (1956)

Rock Magnetism and Movement of Continents

Comment

The scientific career of Patrick Blackett is intimately connected with the cloud chamber invented by C.T.R. Wilson, who received a Nobel Prize in Physics 1927. The cloud chamber shows the tracks of rays of ionising radiation, e.g., cosmic rays. By developing the cloud chamber technique and thereby making fundamental discoveries in particle physics, Blackett received his Nobel Prize in 1948. It is a curious fact that Wilson invented his apparatus to study the formation of raindrops, a subject belonging to geophysics, and that Blackett eventually left the field of particle physics and also turned his interests to geophysics. This can be heard from the present lecture, which was delivered at Blacketts’ only participation in the Lindau meetings. The main part of the lecture tells the story of rock magnetism and how it can help detect both reversals of the Earth magnetic field and continental drift. But it is also of some interest to understand how Blackett came to this new field of study. It appears that his interest actually started with a rather bold hypothesis, with relevance for the theories of gravitation and electromagnetism. After formulating his theory of gravitation around 1917, Albert Einstein spent the major part of his scientific life unsuccessfully trying to find a unification between gravity and electromagnetism. It is even said that on his deathbed, in 1955, he asked for paper and pencil to make a final attempt. Blackett, in 1947, published a paper in which he pointed out that some observations of the magnetic fields of astronomical bodies could be explained if a rotating body gave rise to a magnetic field (Einstein had also thought about this idea). As a good experimental physicist, Blackett then set about developing methods to measure small magnetic fields in the laboratory. But, again as a good experimental physicist, when he could not measure any magnetic fields around rotating objects, he gave up the theory. Instead he started looking for another field of study where his magnetic measuring technique could be useful and he found it in rock magnetism. There he could make a real contribution to the verification of the theories of reversals of the Earth magnetic field and the continental drift by measuring the tiny magnetic traces left in rocks. Both these theories are today believed to hold true, but Blackett’s own theory of gravitational dynamics belongs today more to the realm of science fiction than to science.

Anders Bárány

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