7
l. Rodowód i rozkwit tektoniki płyt litosfery
Podstawą, na której zbudowano teorię tektoniki płyt litosfery były wyniki badań den
oceanicznych oraz stref krawędziowych kontynentów. Szczeblem prowadzącym do tej teorii
była koncepcja rozprzestrzeniania się den oceanicznych sformułowana w latach 1961— 1962
przez amerykańskich badaczy Roberta Dietza i Harryego Hossa. Ich hipoteza uzyskała z czasem,
dzięki
rozwojowi
badań
paleomagnetycznych,
geochemicznych
oraz
specjalnie
zaprojektowanym wierceniom w dnach mórz i oceanów, całkowite potwierdzenie. Co więcej,
uzyskała także możliwość wręcz matematycznej oceny przebiegu i skutków procesu
„spreadingu", stając się pod tym względem pierwszą w historii geotektoniki teorią naukową.
Okazało się, że w centralnych partiach grzbietów śródoceanicznych, tworzących globalny
system ryftowy, zachodzi stale tworzenie się nowej litosfery, która rozszerzając się stopniowo
na boki daje miejsce dla nowych jej partii. Utworzona tą drogą skorupa oceaniczna zbudowana z
bazaltów wykazuje symetryczny względem osi grzbietu wzrost wieku w miarę oddalania się od
niego. Nowe metody określania wieku skorupy oceanicznej, oparte na pomiarach kierunków
namagnesowania budujących ją bazaltów, umożliwiły nawet określenie szybkości tego procesu
— zachodzi on w różnych grzbietach śródoceanicznych z szybkością do 5—6 cm na rok.
Najstarsza natomiast skorupa oceaniczna, a ściślej jej zewnętrzna warstwa stwierdzona
dotychczas, jest wieku jurajskiego. A więc oceany okazały się strukturami młodymi,
mezozoiczno--kenozoicznymi, i daleko im pod tym względem do prekambryjskich platform
kontynentalnych. Cały, ogromny. obejmujący ponad 2/3 powierzchni Ziemi obszar oceanów
utworzył się w ciągu ostatnich 200 milionów lat. Jest to rzeczywiście zaskakująca, ale dziś w
pełni już potwierdzona informacja. Trudno się dziwić, że w obliczu takich wyników jeden z
ojców współczesnej oceanologii Bruce Heezen wyciągnął wniosek, że poszerzanie się oceanów
może być przejawem powiększania się objętości Ziemi! Program ekspansji nie stał się jednak
wiodącym programem geotektonicznym. Nadal zbyt mała była jego popularność wśród badaczy,
brakowało mu rozbudowanych teorii górotwórczości. Zresztą inicjatywa nadal należała do
zwolenników programu mobilistycznego. W latach 1968—1970 została sformułowana nowa
teoria geotektoniczna — tektoniki płyt litosfery, która, przyjmując w całości teorię rozprze-
strzeniania się den oceanicznych, powstawaniu litosfery w jednych miejscach przeciwstawia jej
pochłanianie w innych, przy zachowaniu niezmiennych wymiarów planety (Ryc. 3).
Właściwymi twórcami tej teorii, która od momentu swego powstania zaczęła szybko dominować
w geologii światowej, byli W. J. Morgan i X. Le Pichon.
Ryc. 3. Schemat ilustrujący działanie modelu tektoniczno-płytowego
Ze względu na swój syntetyczny charakter i wykazywanie geometrycznych związków między
wydarzeniami tektonicznymi odbywającymi się na odległych od siebie obszarach, już wkrótce
uzyskała ona miano „nowej tektoniki globalnej'' (B. L. Isacks, J. Oliver, L. R. Sykes). W istocie
8
teoria ta jest pochodną ciągu teorii wytworzonych w programie mobilistycznym. Stanowi ona
pogłębioną i wzbogaconą syntezę idei Wegenera i Arganda o przemieszczaniu kontynentów oraz
hipotez konwekcyjnych Ampferera i Holmesa. Jest ukoronowaniem pracy kilku pokoleń
mobilistów.
Przyjrzyjmy się nieco bliżej tej teorii. Wszystkie procesy tektoniczne odbywają się według,
niej w obrębie zewnętrznej, sztywnej partii globu ziemskiego zwanej litosferą, o średniej
grubości około 100 km, podścielonej przez plastyczną astenosferę, Astenosfera, odkryta w
latach pięćdziesiątych przez amerykańskiego geofizyka B. Gutenberga, stanowi podłoże, po
którym litosfera może ulegać poziomym przemieszczeniom. Sama litosfera ziemska jest przez
szereg stref nieciągłości podzielona na kilka głównych i znacznie większą liczbę mniejszych
płyt (Ryc. 4). Pojęcie płyty litosfery, podstawowe dla omawianej teorii, zostało oparte na
analizie rozmieszczenia współczesnych ognisk trzęsień ziemi. Trzęsienia ziemi powstają w tych
partiach górnego płaszcza Ziemi, w których mamy do czynienia z narastaniem, a potem
relaksacją ogromnych naprężeń związanych ze współczesnymi procesami deformacji.
Pasy, w których koncentrują się epicentra trzęsień ziemi wyznaczają granice płyt litosfery.
Jedne z nich, zwane granicami rozbieżnymi (dywergentnymi), biegną wzdłuż systemu grzbietów
oceanicznych, a także wzdłuż osi wielkich struktur ryftowych na kontynentach (np. wzdłuż
systemu Wielkich Rowów Wschodnioafrykańskich), to znaczy wszędzie tam, gdzie następuje
rozsuwanie się płyt i narastanie nowej litosfery. Drugie, określane jako granice zbieżne
(konwergentne) przebiegają wzdłuż rowów oceanicznych, którym towarzyszą
Ryc. 4. Podział litosfery ziemskiej na płyty. Kenozoiczne strefy tektoniczne.
1 – strefy subdukcji, 2 – strefy ryftowe (rozbieżne) z przesuwającymi je uskokami transformującymi
łuki wysp (np. Kuryle, Wyspy Japońskie, Riu-kiu, Mariany, Wielkie i Małe Antyle itp.),
łańcuchów górskich rozciągniętych na krawędziach kontynentów (Andy, Kordyliery) oraz
wzdłuż pasów młodych fałdowań alpejskich w obrębie kontynentów (Alpidy Eurazji). Są to
strefy, w których, według mobilistów, płyty litosfery odsuwające się od osi „spreadingu" i
przemieszczające po powierzchni astenosfery ulegają pochłanianiu lub deformowaniu i
skracaniu. Następuje w ten sposób kompensowanie efektów narastania litosfery. Pogląd ten
stanowi podstawę całej teorii nowej tektoniki globalnej. Sam mechanizm pochłaniania płyt
został zaproponowany na podstawie analizy rozmieszczenia ognisk trzęsień ziemi, ale tym
razem w płaszczyźnie pionowej. Wykorzystano przy tym odkrycie przez H. Benioffa jeszcze w
połowie lat pięćdziesiątych układania się hipocentrów trzęsień ziemi w rejonach krawędziowych
Pacyfiku, wzdłuż stref nachylonych wyraźnie w kierunku otaczających kontynentów. Zjawisko
to związano z istnieniem wielkiego rozłamu wokółpacyficznego sięgającego do głębokości
blisko 700 km, daleko w głąb górnego płaszcza Ziemi.
I oto teraz sejsmolodzy B. L. Isacks, J. Oliver i L. R. Sykes powiązali strefy Benioffa z
ruchem płyt litosfery. Rozkład i nachylenie tych stref oraz ukierunkowanie naprężeń w
ogniskach trzęsień ziemi są związane ze zjawiskiem podsuwania się i pochłaniania, czyli
subdukcji, płyty oceanicznej pod płytę kontynentalną. Tarcie górnej powierzchni zanurzającej
się płyty wywołuje wzrost temperatury i naprężeń, jest przyczyną deformacji i procesów
magmowych w strefach subdukcji. Równocześnie proces pochłaniania litosfery powstałej
wcześniej w strefach grzbietów oceanicznych i ryftów zapewnia utrzymanie stałych rozmiarów
Ziemi (Ryc. 5).