Model dryfu kontynentalnego, zaproponowany przez Alfreda Wegenera (zob. Przesłanki i dowody historyczne teorii tektoniki płyt ) [1], spotkał się z krytyką ze strony konserwatywnych geologów [2], którzy zakładali, że kontynenty nie zmieniają swego położenia. Nowe dowody potwierdzające słuszność modelu Wegenera pojawiły się w połowie XX wieku. Były to:
- anomalie magnetyczne i wiek den oceanów,
- nadbudowa skorupy oceanicznej wzdłuż grzbietów śródoceanicznych,
- interferometria VLBI,
- rejestracja ruchu płyt urządzeniami GPS,
- geofizyczny obraz stref subdukcji,
- tomografia sejsmiczna.
Jedne z pierwszych dowodów, które wykorzystano dla wsparcia teorii ruchu płyt litosferycznych, pochodziły z badań paleomagnetyzmu i określenia wieku skał skorupy oceanicznej.
Skorupa oceaniczna sukcesywnie tworzy się w strefach grzbietów śródoceanicznych, znajdujących się w centralnych częściach oceanów. Następuje to na skutek dopływu lawy bazaltowej z wnętrza Ziemi. Skorupa oceaniczna zbudowana jest z sukcesji skał od współczesnych do jurajskich, przy czym skały najmłodsze budują dna oceaniczne stref grzbietowych (zwykle centralną część dna oceanicznego), natomiast najstarsze skały tworzą strefy peryferyczne ( Rys. 1 ). Sekwencja skał wulkanicznych układa się w formie pasów w uporządkowaniu mniej więcej równoległym wzdłuż grzbietów oceanicznych, a jej obraz symetrycznie przystaje po obu stronach grzbietu. Dna współczesnych oceanów formowały się przez mezozoik (od około 200 mln lat w przypadku Pacyfiku i 170 mln lat w przypadku Atlantyku) i kenozoik [3], [4].
.
Bieguny magnetyczne co pewien czas zmieniają swoje położenie na odwrotne (zob. Pole magnetyczne Ziemi ). Układ odwrotny nazywany jest magnetyczną rewersją biegunową. Odwrócenia te widoczne są w skałach różnego wieku, zostały zaobserwowane zarówno w skałach wulkanicznych lądowych, w intruzjach magmowych, jak i w bazaltowych skałach wulkanicznych, które budują dna oceanów [5], [6]. W Polsce można odwrócenie to zaobserwować w intruzji andezytowej na Górze Wżar w Gorcach [7]. Lawa podczas krystalizacji zapisuje aktualny zapis pola magnetycznego ( Rys. 2 ), [8], [9], [10].
Symetryczne pasy bazaltowe oceanów rejestrują normalne i odwrócone pole magnetyczne, układając się symetrycznie wzdłuż grzbietów oraz wykazując bezpośrednią korelację z rozkładem wiekowym skał den oceanicznych ( Rys. 1 ), [4].
Pod koniec lat 50. i na początku lat 60. ubiegłego wieku rozrost oceanów był dobrze udokumentowany, natomiast dowody wskazujące na ich konsumpcję wydawały się trochę słabsze. Skłaniało to niektórych badaczy do stworzenia modelu, zwanego modelem ekspansji Ziemi, zakładającego nieustanny rozrost oceanów, przy braku ich zamykania. Hipoteza ta zakłada sukcesywne zwiększanie się promienia Ziemi przez rozrost oceanów [11], [12] . Została ona podważona przez interpretację obserwacji bezpośredniego ruchu płyt litosfery. Dane dostarczone przez sieć radioteleskopów, a przetwarzane z użyciem międzykontynentalnej interferometrii VLBI (ang. Very Long Baseline Interferometry), umożliwiły między innymi zmierzenie zbieżnego ruchu Azji i Ameryki względem siebie [13], [14]. Ruch tych kontynentów powoduje zamykanie się Oceanu Spokojnego.
Utworzenie sieci satelitów obiegających Ziemię i powstanie systemu GPS (NAVISTAR Global Positioning System) dało możliwość precyzyjnego pomiaru ruchu płyt litosfery. Stacjonarne odbiorniki GPS poruszając się wraz z płytą zmieniały swoje położenie określane przez długość i szerokość geograficzną, a zarejestrowane w ciągu szeregu lat dane pozwoliły na określenie trasy i prędkości poruszania się płyt tektonicznych [15].
Powstanie sieci nowoczesnych instrumentów sejsmicznych, takich jak sejsmografy, pozwoliły na geofizyczne odwzorowanie stref subdukcji, czyli obszarów, gdzie następuje zamykanie się oceanów. Strefy trzęsień ziemi, nachylone 40-60 \( ^o \) w stosunku do poziomu, sięgają do około 700 km w głąb Ziemi (zob. Związek trzęsień ziemi z tektoniką płyt ). Znane są one jako strefy Wadatiego-Benioffa lub strefy Benioffa [16]. Opowiadają one strefom subdukcji (zob. Procesy strefy subdukcji ), gdzie odbywa się zanurzanie się skorupy oceanicznej w płaszczu ziemskim ( Rys. 3 ).
Tomografia sejsmiczna, czyli prześwietlanie wnętrz Ziemi za pomocą pomiarów anomalii prędkości fal sejsmicznych (zob. Fale sejsmiczne ) obrazuje głębokie zanurzanie się płyt litosfery w płaszczu Ziemi, między innymi przypuszczalną subdukcję pacyficznej płyty Farallon pod kontynentem amerykańskim ( Rys. 4 ), [17].
Warto tu wspomnieć, że naukowe podstawy tomografii sejsmicznej zostały stworzone przez Adama Mariana Dziewońskiego, który obronił pracę doktorską w Akademii Górniczo-Hutniczej.
Teoria tektoniki płyt lepiej tłumaczyła powstawanie orogenów kolizyjnych (zob. Orogeny kolizyjne ) niż poprzednio obowiązująca teoria geosynklin [18], [19], która zakładała istnienie podłużnych zagłębień w skorupie Ziemi. Geosynkliny gromadziły osady, które następnie były zgniatane i podnoszone tworząc góry. Elementy teorii geosynklin zostały włączone do teorii tektoniki płyt [20].
Bibliografia
1. A. Wegener: The origin of continents and oceans, Dover Publications, New York 1966.2. H. Stille: The Present Tectonic State of the Earth, AAPG Bulletin 1936, Vol. 20, iss. 7, pp. 849-880.
3. J. Golonka, M. I. Ross, C. R. Scotese: Phanerozoic Paleogeographic and Paleoclimatic Modeling maps. In: A. F. Embry, B. Beauchamp, D. J. Glass (Eds.), Pangea: Global Environments and Resources, Canadian Society of Petroleum Geologists Memoir 1994, Vol. 17, pp. 1-47.
4. R. D. Muller, M. Sdrolias, C. Gaina, W. R. Roest: Age, spreading rates and spreading symmetry of the world's ocean crust, Geochemistry, Geophysics, Geosystems 2008, Vol. 9, Iss. 4, pp. 1-19.
5. F. J. Vine, D. H. Matthews: Magnetic anomalies over oceanic ridges, Nature 1963, Vol. 199, pp. 947-949.
6. X. Le Pichon: Sea-floor spreading and continental drift, Journal of Geophysical Research 1968, Vol. 73, pp. 3661-3697.
7. J. Golonka, M. Doktor, K. Miśkiewicz, M. Krobicki, T. Słomka: Selected geosites within a proposed new trans-border Pieniny Geopark (Polish-Slovakian), Acta Geoturistica 2014, Vol. 5, iss. 2, pp. 46-63, dostęp:23.09.2021
8. F. J. Vine: Spreading of the ocean floor: new evidence, Science 1966, Vol. 154, pp. 1405-1415.
9. P. Kearey, F. J. Vine: Global Tectonics, Blackwell Science, Oxford, London, Edinburgh, Boston, Melbourne 1990.
10. L. Czechowski: Tektonika płyt i konwekcja w płaszczu Ziemi, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1994.
11. S. W. Carey: The Expanding Earth, Elsevier, Amsterdam-Oxford-New York 1976.
12. S. Cwojdziński, J. Koziar: Konferencja międzynarodowa - Zagadnienia ekspandującej Ziemi - Wrocław-Sosnówka, 14-17.11.1994, Przegląd Geologiczny 1995, Vol. 43, iss. 4, pp. 349.
13. H. Schuh, J. Böhm: Very Long Baseline Interferometry for Geodesy and Astrometry. In: G. Xu (Ed.), Sciences of Geodesy – II, Innovations and Future Developments, Springer, Berlin, Heidelberg 2013.
14. T. H. van Andel: Nowe spojrzenie na starą planetę. Zmienne oblicze Ziemi, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2012.
15. T. H. Dixon: An Introduction to the Global Positioning System and Some Geological Applications, School of Geosciences Faculty and Staff Publications 1991, Vol. 504.
16. H. Benioff: Orogenesis and deep crustal structure: additional evidence from seismology, Geological Society of America Bulletin 1954, Vol. 65, pp. 385-400, dostęp:23.09.2021
17. S. P. Grand, R. D. Van der Hilst, S. Widiyantoro: Global Seismic Tomography: A Snapshot of Convection in the Earth, GSA Today 1997, Vol. 7, Iss. 4, pp. 1-7, dostęp:23.09.2021
18. J. D. Dana: Manual of geology: Treating of the principles of the science with special reference to American geological history. Fourth edition, American Book Company, New York 1895.
19. M. Książkiewicz: Geologia dynamiczna, Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa 1972.
20. J. F. Dewey, J. M. Bird: Mountain belts and the new global tectonics, Journal of Geophysical Research 1970, Vol. 75, pp. 2625-2647.