Znajdź zawartość

Od kilkudziesięciu lat, czyli od czasu gdy John Tuzo Wilson, wysunął teorię płyt tektonicznych, wiemy, że powierzchnia naszej planety składa się z płyt będących w ciągłym ruchu. Najnowsze badania geofizyków Tony'ego Lowry'ego z Utah State University oraz Marty Perez-Gussinye z University of London rzuciły niespodziewane światło na teorię płyt tektonicznych. Zdaniem obojga naukowców wszystko zaczyna się od kwarcu. To właśnie on ma odgrywać kluczową rolę w procesach, dzięki którym powierzchnia naszej planety pęka, fałduje się, rozciąga tworząc góry, doliny czy równiny. Jeśli ktoś podróżował na zachód od Wielkich Równin do Gór Skalistych, mógł się zastanowić, dlaczego równiny nagle w pewnym punkcie stają się stromymi szczytami - powiedział Lowry. Okazuje się, że w skorupie ziemskiej pod równinami niemal nie ma kwarcu, natomiast Góry Skaliste są bardzo bogate w ten minerał - dodaje. Trzęsienia ziemi, wypiętrzanie gór i inne przejawy tektoniki są zależne od tego, jak skały reagują na napięcia. Wiemy, że zjawiska tektoniczne są odpowiedzią na siły grawitacji, ale mniej wiemy o tym, jak wpływają na nie właściwości skał i jak zmieniają się one w zależności od położenia - stwierdził Lowry. Geofizyk dodaje, że w ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat dowiedzieliśmy się, że wysokie temperatury, obecność wody i kwarcu ułatwiają przesuwanie się skał. Dotychczas jednak naukowcy nie posiadali odpowiednich narzędzi pozwalających na przeprowadzenie precyzyjnych pomiarów. Dopiero w roku 2002 uruchomiono Earthscope Transportable Array, czyli rozmieszczoną na zachodzie USA sieć stacji sejsmicznych, której zadaniem jest zdalne badanie właściwości skał w skorupie ziemskiej. Połączenie danych z Earthscope z informacjami uzyskanymi za pomocą innych narzędzi, pozwoliło na zbadanie wpływu każdego z wymienionych czynników - temperatury, wody i kwarcu - z osobna. Prędkość rozchodzenia się fal sejsmicznych w skorupie ziemskiej zmienia się w zależności od temperatury i składu skał. Teraz dzięki Earthscope możliwe jest porównanie wartości osobno dla temperatury i składu, co pokazało, że temperatura ma znacznie mniejsze znaczenie niż skład. W składzie zaś szczególną rolę odgrywa kwarc. Gdy wpływ temperatury i wody jest taki sam, deformowanie skorupy rozpoczyna się tam, gdzie jest więcej kwarcu. Gdy ruch skał się rozpocznie, rośnie temperatura skał, co osłabia skały. Większa temperatura powoduje też uwolnienie się wody ze skał, a woda dodatkowo osłabia skorupę i ułatwia deformację skał w konkretnych obszarach, czyli regionach występowania kwarcu.

Zeszłotygodniowe trzęsienie ziemi o sile 7,8 stopnia w skali Richtera o 30 cm przybliżyło południowy zachód Nowej Zelandii do Australii. Ponieważ wschodnia część Wyspy Południowej przemieściła się na zachód tylko o 1 cm, można de facto powiedzieć, że Nowa Zelandia się powiększyła. Ken Gledhill z GNS Science podkreśla, że zjawisko to potwierdza tylko ogrom sił działających podczas trzęsienia. O dziwo, największe trzęsienie ziemi w Nowej Zelandii od 78 lat spowodowało tylko niewielkie szkody w budynkach. Uderzyło w ubiegły czwartek, a epicentrum znajdowało się w regionie Fiordland Wyspy Południowej. Powstała niewielka fala tsunami. Wstrząsy dało się wyczuć na dużym obszarze, ale tylko w kilku rejonach były one naprawdę silne. Inspekcja prowadzona z powietrza ujawniła jedynie kilka osunięć gruntu do fiordów. Niewielkie zniszczenia to po części skutek kierunku rozchodzenia się energii generowanej przez subdukcję płyt pacyficznej i australijskiej. Większość skierowała się na zachód w stronę morza, a nie na ląd i pobliskie miasta. Poza tym trzęsienie ziemi tego rodzaju oznacza mniejszą częstotliwość drgań i jest odczuwane jako ruchy toczące, a nie gwałtowne szarpnięcia. Gledhill uważa, że niedawne wydarzenie może zwiększać prawdopodobieństwo jeszcze silniejszego trzęsienia ziemi w rejonie przybrzeżnej części uskoku alpejskiego.

Profesor Norm Sleep z Uniwersytetu Stanforda uważa, że za pękanie kontynentów odpowiadają skały utworzone z pancerzy fotosyntetyzującego planktonu sprzed miliardów lat. Organizmy te pojawiły się już 3,8 mld lat temu. Gdy obumierały, ich szczątki opadały na dno. W ten sposób z biegiem czasu powstały wielokilometrowe warstwy łupków. Przyłączały się one do krawędzi płyt kontynentalnych, przemieszczając się z wolna do ich wnętrza. Obecnie można je znaleźć we wszystkich ważniejszych pasmach górskich świata, m.in. w Alpach czy Himalajach. Amerykanin dowodzi, że skały biologicznego pochodzenia tworzą wielkie, a zarazem bardzo słabe obszary skorupy ziemskiej. Gdy płyty tektoniczne się zderzają czy rozciągają, jako pierwsze pęknięcia pojawią się właśnie tutaj. Czarne łupki gromadzą materiał radioaktywny i przez to niektóre obszary w większym stopniu się rozgrzewają. Wielokrotne zmiany temperatury i przepływ ciepła osłabiają ich strukturę, dlatego łatwiej ulegają uszkodzeniu. Czynniki pochodzenia biologicznego wpływają też na wulkany. Wapień, czyli jedna z osadowych skał organogenicznych, dotarł w ciągu milionów lat do płaszcza Ziemi. Tam ulega podgrzaniu i częściowemu stopieniu. Miesza się z innymi składnikami magmy i jako lawa wydostaje się na powierzchnię. Niektórzy eksperci sceptycznie podchodzą do rewelacji Sleepa. Profesor Kevin Hefferan z University of Wisconsin-Stevens Point uważa np., że słabym punktem teorii jego kolegi jest radioaktywność czarnych łupków. Skoro zjawisko sekwestracji jest charakterystyczne także dla granitu, czemu tylko łupki uznano za podatne na pękanie? Powodem jest zapewne różnica w twardości tych skał...

Dzięki tlenowi życie na Ziemi stało się możliwe, ale dotąd nie było jasne, jak dokładnie przebiegał proces oksygenacji (natlenowania) atmosfery. Profesor Ian Campell i dr Charlotte Allen z Narodowego Uniwersytetu Australijskiego sądzą, że odbyło się to w 6 lub siedmiu etapach, które zazębiały się z powstawaniem superkontynentów i erozją wypiętrzających się podczas zderzeń gór (Nature Geoscience). Po każdym takim zderzeniu następował skokowy wzrost stężenia O2. Najważniejszą rolę odgrywały zatem płyty tektoniczne. Proces pompowania tlenu do atmosfery rozpoczął się 2,65 mld lat temu, a zakończył ok. 40 mln lat temu. Wg Australijczyków, kolizje płyt, które doprowadziły do uformowania się m.in. Nuny, Rodinii, Gondwany czy Pangei, skutkowały także wypiętrzaniem supergór. Wskutek ich błyskawicznego wietrzenia do oceanów dostawały się olbrzymie ilości składników odżywczych. To z kolei prowadziło do namnażania wytwarzających tlen glonów oraz cyjanobakterii (sinic). Doktor Allen zaznacza, że inni naukowcy wykazali już wcześniej, że erozja Himalajów zwiększa poziom O2 w atmosferze. Przeskalujmy Himalaje do rozmiarów superkontynentów, a otrzymamy współczesny odpowiednik tego, co jak sądzimy, zdarzyło się 7-krotnie w historii Ziemi. Aby ustalić, czy naprawdę istniał związek między dwoma opisanymi zjawiskami, Campell i Allen datowali cyrkony, znalezione w osadach delt 40 rzek. Krystalizowały one, gdy skorupa ziemska roztapiała się podczas zderzenia, a potem zaczynała stygnąć. Podczas zestalania minerał absorbował uran, który z czasem rozkładał się do wtórnego ołowiu radiogenicznego. Określając stosunek uranu do ołowiu, można więc oszacować, kiedy powstały kryształy. Dick Holland, geochemik z Uniwersytetu Harvarda, nie zgadza się jednak z teorią zaproponowaną przez Australijczyków. Podkreśla, że tzw. wielkiego natlenowania sprzed ok. 2,3 mld lat nie poprzedzało żadne zderzenie płyt tektonicznych. Campell i Allen nie zamierzali badać związków między kolizjami a oksygenacją atmosfery. Pierwotnie chcieli się przyjrzeć wzorcom powstawania kontynentów.

Duże zmiany temperatury atmosfery mogą unieruchomić płyty tektoniczne tworzące skorupę Ziemi (Earth and Planetary Science Letters). Na skorupę ziemską składa się kilkanaście płyt tektonicznych, które graniczą od spodu z górną warstwą płaszcza ziemskiego: nieciągłością Mohorovičicia, zwaną też nieciągłością Moho. Jej ruchy wywołują powolne ruchy płyt. Międzynarodowy zespół naukowców chciał lepiej zrozumieć, jak temperatura atmosfery może wpływać na właściwości płaszcza. Dzięki rozważaniom teoretycznym i symulacjom matematycznym stwierdzono, że gdyby temperatura powierzchni naszej planety wzrosła o ok. 100°C i pozostała taka przez kilka milionów lat, płaszcz mógłby się stać mniej lepki, co zahamowałoby ruchy płyt tektonicznych. Główny autor artykułu, profesor Adrian Lenardic z Rice University, podkreśla, że wymagane wzrosty temperatury są dużo wyższe od tych, z jakimi mielibyśmy do czynienia w przypadku zmian klimatycznych wywołanych działalnością człowieka. Do katastrofalnych zmian mogłyby za to doprowadzić zmiany w aktywności wulkanicznej czy Słońca. Wyniki badań zespołu dostarczają wskazówek odnośnie do poszukiwań planet przyjaznych życiu w obrębie Drogi Mlecznej. Louis Moresi, profesor nadzwyczajny Monash University, wyjaśnia bowiem, że płyty tektoniczne zapewniają energię konieczną do powstania życia. Opisane studium pomaga też stwierdzić, czemu Ziemia i Wenus, planety podobnej wielkości, które w dodatku leżą dość blisko siebie, ewoluowały w dwóch różnych kierunkach. Atmosfera Wenus składa się jednak głównie z dwutlenku węgla, co prowadzi do efektu cieplarnianego i podgrzania powierzchni planety. Jest ona o ponad 400°C gorętsza od powierzchni Ziemi. Brak też oznak istnienia ruchów tektonicznych. Wysoka temperatura jest przyczyną, dla której na Wenus nie ma płyt tektonicznych – podsumowuje Moresi.

Gdy niemal 100 lat temu niemiecki geofizyk Alfred Wegener zauważył, że zarysy kontynentów są do siebie podobne i wysnuł z tego wniosek, iż płyty tektoniczne przesuwają się, spotkał się z niedowierzaniem. Szybko jednak środowisko naukowe przekonało się do jego teorii i obecnie mamy już dowody, iż rzeczywiście płyty te są w ciągłym ruchu. Teraz dwóch amerykańskich naukowców stwierdziło, że ten ruch nie trwał i nie będzie trwał wiecznie. To właśnie ruch płyt tektoniczych przyczynił się do powstania Grzbietu Środkowoatlantyckiego, czyli ciągu podwodnych gór oddzielających Płytę Północnoamerykańską od Płyty Eurazjatyckiej i Płytę Południowoamerykańską od Płyty Afrykańskiej. Wspomniane płyty oddalają się od siebie w tempie około 2,5 centymetra rocznie, a Grzbiet to wynik działalności wulkanicznej, będącej jedną z oznak dryfu płyt tektonicznych. Po drugiej stronie kuli ziemskiej obie Ameryki zbliżają się do Azji, powodując zmniejszenie się Oceanu Spokojnego, wybuchy wulkanów i trzęsienia ziemi, do których dochodzi wskutek zagłębiania się jednej płyty pod drugą. Paul Silver z Carnegie Institution of Washington w Waszyngtonie we współpracy z Markiem Behnem z Woods Hole Oceanographic Institution w Massachusetts, dowiedli, że około 1,5 miliarda lat temu ruch płyt tektonicznych zatrzymał się. Dowodem na to jest poziom niobu, toru i dwóch izotopów wodoru w skałach. Dzięki pierwiastkom tym możemy zbadać, w jaki sposób przez miliony lat zmieniała się temperatura wewnątrz Ziemi. Spowolnienie ruchu płyt oznacza spowolnienie stygnięcia wnętrza planety. Stąd też wiadomo, że płyty zatrzymały się przed 1,5 miliarda lat. Co więcej, uczeni przewidują, że za około 350 milionów lat, gdy Ameryki połączą się z Azją i Australią, ponownie dojdzie do zatrzymania płyt tektonicznych. To będzie oznaczało wielkie zmiany dla planety. Brak ruchu spowoduje bowiem znaczy spadek aktywności wulkanicznej. A wulkany, wyrzucając do atmosfery olbrzymie ilości pyłów, przyczyniają się do schłodzenia Ziemi. Dojdzie więc do ogrzania globu, co będzie miało olbrzymie znaczenie dla klimatu i życia na Ziemi. Geofizyk Derrick Hasterok z University of Utah chwali prace swoich kolegów. Zauważył przy tym, iż odkrycie pozwala wyjaśnić tajemnicze wahania poziomu mórz, które zachodziły w ciągu ostatnich 4 miliardów lat.