tektoniki płyt litosfery teoria

tektoniki płyt litosfery teoria,

geol. sformułowana w latach 60. XX w. i obecnie niemal powszechnie akceptowana teoria wyjaśniająca — w ramach spójnej koncepcji, zakładającej ruch płyt litosfery — rozrost dna oceanicznego, dryf kontynentów, rozwój wielkich struktur tektonicznych oraz przejawy wulkanizmu i sejsmiczności Ziemi.

Według podstawowego założenia tej teorii litosfera, czyli najbardziej zewnętrzna, relatywnie sztywna powłoka twardej Ziemi, dzieli się na szereg większych i mniejszych płyt; w skład poszczególnej płyty może wchodzić skorupa ziemska oceaniczna, albo kontynentalna, albo skorupa zarówno oceaniczna, jak i kontynentalna. Wszystkie płyty litosfery przemieszczają się względem siebie, a także względem astenosfery (stanowiącej podścielającą litosferę i deformującą się plastycznie warstwę płaszcza Ziemi). Rozróżnić można 3 rodzaje granic płyt: granice dywergentne (konstruktywne, akrecyjne), wzdłuż których następuje rozrost skorupy oceanicznej, granice konwergentne (destrukcyjne, konsumpcyjne), wzdłuż których, w strefach subdukcji, litosfera oceaniczna pogrąża się w płaszczu Ziemi, i granice konserwatywne, utożsamiane z uskokami transformacyjnymi, wzdłuż których sąsiadujące ze sobą płyty ulegają poziomemu przemieszczaniu, czemu jednak nie towarzyszy ani przyrost, ani ubytek litosfery oceanicznej. Te spośrod brzegów kontynentów, które zbiegają się z brzegami płyt litosfery (konwergentnymi lub konserwatywnymi) są nazywane brzegami aktywnymi. Takie brzegi kontynentów przeważają wokół Oceanu Spokojnego, są nimi m.in. zachodnie brzegi Ameryki Południowej i Ameryki Północnej. Jednak pewne brzegi kontynentów są usytuowane we wnętrzu płyt litosfery i nie zbiegają się z granicami tych płyt; brzegi te są nazywane pasywnymi, np. brzegi kontynentów (z wyjątkiem niektórych odcinków) ograniczające od wschodu i zachodu Ocean Atlantycki. Znaczna część aktywności wulkanicznej i sejsmicznej zaznaczającej się obecnie na powierzchni Ziemi skoncentrowana jest, w charakterystyczny sposób, wzdłuż granic płyt litosfery. Dywergentne granice płyt biegną wzdłuż osi grzbietów śródoceanicznych, gdzie następuje rozrost oceanicznej skorupy ziemskiej w wyniku krzepnięcia magmy, wznoszącej się z płaszcza Ziemi (astenosfery) i zapełniającej przestrzeń udostępnianą przez rozsuwające się 2 płyty litosfery, przemieszczające się w dwóch rozbieżnych kierunkach, zazwyczaj prostopadłych do osi owych grzbietów. Samo zaś wykształcanie się grzbietów śródoceanicznych w postaci stref wznoszących się kilka km ponad dna obrzeżających je basenów oceanicznych, jest izostatycznym efektem zmniejszonej gęstości i zwiększonej objętości skał, tworzących podłoże grzbietów wskutek wysokich temperatur, zaznaczających się w tych skałach. W miarę odsuwania się poszczególnych partii litosfery oceanicznej od osi tych grzbietów, tworzące tę litosferę skały stopniowo się oziębiają, w wyniku czego zwiększa się ich gęstość i zmniejsza objętość; powoduje to stopniowe, w miarę oddalania się od osi grzbietów, obniżanie dna oceanicznego, aż do głębokości charakteryzujących baseny oceaniczne. Tego rodzaju koncepcja rozwoju oceanicznej skorupy ziemskiej i litosfery znajduje potwierdzenie w oceanicznych anomaliach magnetycznych oraz w prawidłowości przejawiającej się w tym, że z reguły wraz ze zwiększaniem się odległości od osi grzbietów oceanicznych, wzrasta wiek osadów spoczywających bezpośrednio na magmowych skałach skorupy oceanicznej. Wzdłuż konwergentnych granic płyt następuje pogrążanie litosfery oceanicznej w głąb Ziemi, czyli subdukcja. Dane sejsmiczne (Benioffa strefa) wskazują, że pogrążane płyty litosfery mogą zachowywać swoją indywidualność do głębokości ok. 700 km. Teoria tektoniki płyt litosfery przyjmuje, że przyrost skorupy oceanicznej wzdłuż konstruktywnych granic płyt jest w pełni kompensowany, w skali globalnej, przez usuwanie tej skorupy z powierzchni Ziemi w strefach subdukcji. W wyniku tego ostatniego procesu pod dnem obecnych oceanów występuje jedynie stosunkowo młoda oceaniczna skorupa ziemska, której wiek nie przekracza 200 mln lat, nawet w przypadku najstarszych jej fragmentów utworzonych w środkowej jurze. Niewielkie fragmenty skorupy oceanicznej starszego wieku można natomiast obserwować na powierzchni Ziemi w postaci kompleksów ofiolitowych, czyli fragmentów litosfery oceanicznej włączonych w obręb struktur tektonicznych kontynentów. Efektem procesów tektonicznych zachodzących w strefach subdukcji są łuki magmowe. Z kolei w wyniku subdukcji dochodzi do zderzania się, czyli kolizji kontynentów i in. bloków kontynentalnych skorupy ziemskiej; wskutek takich kolizji powstają orogeny kolizyjne. W klasycznej wersji teorii tektoniki płyt litosfery rozpatrywano 3 rodzaje kolizji, a mianowicie kolizję kontynentu z kontynentem, kolizję kontynentu z łukiem wyspowym oraz kolizję takiego łuku z drugim łukiem wyspowym. W wersji tej zakładano, że kontynentalna skorupa ziemska, ze względu na jej stosunkowo niewielką gęstość, nie ulega pogrążaniu, czyli subdukcji, w głąb płaszcza Ziemi. Założenie to wyjaśnia, dlaczego w obrębie kontynentów występują skały o znacznej rozpiętości wiekowej, przy czym najstarszym z nich można przypisać wiek sięgający ok. 4 mld lat.

Obecnie wyodrębnia się kilka wielkich płyt litosfery. Układ i wykształcenie płyt ulegały ustawicznym zmianom w przeszłości geologicznej; przejawiało się to m.in. w przekształcaniu się dwóch płyt w jedną większą i w zrastaniu się kontynentów w jeden większy „superkontynent”, w wyniku procesów kolizji. Z kolei rozwój ryftów doprowadzał niekiedy do rozpadu kontynentu na dwie części i powstania między nimi nowego oceanu, z czym wiązał się podział jednej płyty litosfery na dwie płyty (Wilsona cykl). Na przykład na przełomie paleozoiku i mezozoiku przeważająca część istniejącej wówczas kontynentalnej skorupy ziemskiej była skupiona w jednym superkontynencie zwanym Pangeą; jego stopniowy rozpad doprowadził do obecnego układu stosunkowo licznych kontynentów. Na gruncie teorii tektoniki płyt litosfery dopuszczalne ruchy płyt litosfery są ściśle określone pod względem geometrycznym; szczególnie istotną okolicznością jest to, że ruch tych płyt, przejawiający się na powierzchni globu ziemskiego, jest podporządkowany zasadom geometrii sferycznej, czyli poruszające się płyty muszą podlegać obrotowi (rotacji). Inny istotny problem wiąże się z punktami (zwanymi trójzłączami), w których zbiegają się granice trzech płyt; granice te mogą schodzić się pod różnymi kątami i reprezentować różne kombinacje granic dywergentnych, konwergentnych i konserwatywnych. Spośród wielu możliwych układów owych granic tylko niektóre, stosunkowo nieliczne, są stabilne, niestabilność układu wymusza zaś przekształcenie którejś z dochodzących do trójzłącza granic, np. granica konwergentna może ulec przekształceniu w granicę konserwatywną. Tego rodzaju przekształcenia granic pociągają za sobą zmianę reżimu tektonicznego na przylegających do tych granic obszarach. Historia Ziemi dostarcza z kolei wielu przykładów raptownej reorganizacji ruchów płyt litosfery w skali globalnej; np. kolizja subkontynentu ind. z Eurazją, która nastąpiła ok. 40 mln lat temu, spowodowała m.in. zmianę kierunku ruchu płyty pacyficznej.

Teoria tektoniki płyt litosfery jest teorią mobilistyczną, za jej prekursora do pewnego stopnia można uważać wysunietą przez A. Wegenera 1915–29 teorię dryfu kontynentów; teoria ta nie uzyskała jednak szerokiego poparcia, a w Ameryce Północnej stała się przedmiotem szczególnie ostrej krytyki. Zainteresowanie mobilizmem odżyło w latach 50. XX w. ponieważ uzyskane wówczas wyniki badań paleomagnetyzmu, dotyczące pozornej wędrówki biegunów magnetycznych w przeszłości geologicznej, znajdowały proste wytłumaczenie w założeniu, że kontynenty usytuowane były dawniej względem siebie inaczej niż obecnie. Wkrótce potem mobilizm uzyskał szeroką akceptację w ramach teorii tektoniki płyt litosfery, która wyłoniła się na podstawie licznych nowych danych i cząstkowych interpretacji, będących wynikiem badań w znacznej mierze geofizycznych, a prowadzonych zwłaszcza na obszarach oceanicznych; pozwoliło to na udowodnienie koncepcji rozrostu dna oceanicznego. Rozwój badań sejsmicznych umożliwił wyznaczenie granic wielkich płyt litosfery i pozwolił na określenie rodzaju przemieszczeń zaznaczających się wzdłuż granic płyt. Tym samym możliwe stało się opracowanie kinematyki płyt litosfery i stwierdzenie, że przyrost skorupy oceanicznej w grzbietach śródoceanicznych jest kompensowany przez usuwanie jej z powierzchni Ziemi w strefach subdukcji.

Na powstanie teorii tektoniki płyt litosfery złożyły się badania i publikacje wielu uczonych pochodzących z USA, Wielkiej Brytanii, Kanady i Francji. Jako jej współtwórcy szczególnie często są wymieniani: H.H. Hess, R.S. Dietz, J.T. Wilson, D. Matthews, F.J. Vine, L.W. Morley, B. Isaacs, J. Oliver, L. Sykes, J.G. Sclater, J. Morgan, D. McKenzie i J.F. Dewey. Sformułowanie teorii tektoniki płyt litosfery przypada na 1967–69. Rozpowszechniony jest pogląd, że wraz z ukształtowaniem się teorii tektoniki płyt litosfery nastąpiła rewolucja w naukach o Ziemi, a zwłaszcza w geologii i geofizyce. Ogólnie można wyrazić opinię, że teoria tektoniki płyt litosfery dobrze wytrzymała próbę czasu jako teoria kinematyczna, tzn. jako teoria określająca ruchy płyt litosfery. Za znacznie mniej zadawalające można uznać rezultaty badań, zmierzających do rozwoju teorii tektoniki płyt litosfery na poziomie dynamicznym. Pewną istotną, choć może tylko pośrednią rolę w napędzaniu ruchu płyt litosfery można przypisać zachodzącym we wnętrzu Ziemi prądom konwekcyjnym. Niejasne są jednak dotychczas relacje przestrzenne pomiędzy hipotetycznymi po części prądami konwekcyjnymi, usytuowanymi w płaszczu, a ruchami płyt litosfery; w sposób dobitny można powiedzieć tylko tyle, że na pewno nie są to relacje proste. Podniesione tu niedostatki, przejawiające się w próbach wyjaśnienia dynamicznych aspektów teorii tektoniki płyt litosfery , nie powinny jednak budzić zdziwienia, nasuwa się tu bowiem analogia z sytuacją zaistniałą w fizyce i astronomii w XVII w., kiedy to kinematyka układu planetarnego, precyzyjnie opracowana przez J. Keplera, dopiero po upływie pewnego czasu doczekała się dynamicznego dopełnienia w postaci mechaniki Newtona.

Ruch płyt litosfery