Source: http://geodesy.hartrao.ac.za/site/en/resources/plate-tectonics-overview.html
Prof. Ludwig Combrinck
Ažurirano u utorak, 27. lipnja 2017. 14:21
Uvod u tektoniju ploča Ludwig Combrinck
SADRŽAJ PREPUŠTENO SLUČAJU
Tijekom 19. i početkom 20. stoljeća nekoliko je geologa istraživalo ideju da su se kontinenti možda kretali preko Zemljine površine. Svi su bili nadahnuti izvanrednim spajanjem atlantske obale Afrike i Južne Amerike. Hipotezu o kontinentalnom odmaku u velikoj mjeri razvio je Nijemac Alfred L. Wegener, predavač astronomije i meteorologije, koji je sugerirao da su se Zemljini kontinenti odjednom spojili u dva superkontinenta. Godine 1912. Wegener je dao prijedlog da su svi kontinenti prethodno jedan veliki kontinent, ali potom su se razdvojili i provukli se kroz oceansko dno do mjesta na kojem se sada nalaze. Osim što je koristio pogodnost dvaju kontinenata, Wegener je kao dokaz koristio i distribuciju fosila i litološku sličnost. Wegener rođen je u Berlinu 1. studenog 1880. najmlađe dijete evanđeoskog propovjednika. Do tinejdžera je razvio snažno zanimanje za znanosti o zemlji. Studirao je astronomiju na Sveučilištu u Berlinu, gdje je doktorirao 1904. Wegener je s velikom lakoćom pokazao talent za ekspliciranje složenih predmeta. Zajedno s silom njegove osobnosti, jasnoća Wegener-ove vizije nadahnula je veliko oduševljenje i odanost među njegovim učenicima.
Naravno, Wegenerovi vršnjaci nisu odmah prihvatili teoriju „Drift“ jer je u svijetu znanosti teško promijeniti prihvaćene ili utvrđene doktrine ili stavove. Trenutno su prevladavala dva gledišta. Oni koji su vjerovali da su kontinenti i slivovi u osnovi nepromijenjeni u svom položaju i relativnoj konfiguraciji otkad su se formirali, nazivali su se “stalni”. Drugi su vjerovali da je zbog postepene kontrakcije čvrste zemlje, dno oceana postalo suha zemlja, a suho zemljište zauzvrat postalo oceansko dno; ti su se znanstvenici nazivali “kontrakcionisti”.
Wegener je proučavao distribuciju životinja i fosilnih kopnenih biljaka da mu pomogne u njegovim tumačenjima. Wegener je utvrdio da je biljka Glossopteris su ostavili lisnih ostataka koji su relativno česte u južnoj hemisferi kontinenata. To su podržali njegovu hipotezu, kao Wegener zaključio da bi za Glossopteris lišća se mogu naći u široko razmaknutim kontinenata južnoj hemisferi, kontinenti mora nakon što se pridružio. Korištenjem ove dokaze, on se pridružio sve južnih kontinenata, zajedno s Indijom, u superkontinent koji je pod nazivom Pangea.
Podjela Pangee
Odraz litologije
Wegener je također proučavao raspodjelu glavnih geoloških tijela, poput kristalnih kompleksa podruma (stijene i kontinentalna kora) i ležišta minerala. Otkrio je da je podudaranje predviđeno kartaškim procjenama potvrđeno usklađivanjem geoloških kompleksa s obje strane Atlantskog oceana. Na primjer, kada je Afriku i Južnu Ameriku smjestio zajedno duž njihovih kontinentalnih polica, ustanovio je da veliki blokovi drevne stijene zvane kratoni tvore neprekidne uzorke preko razdjelne crte. Planine koje se protežu od istoka ka zapadu preko Južne Afrike činile su se povezane s rasponom u blizini Buenos Airesa u Argentini. Karakteristični kameni slojevi sustava Karoo u Južnoj Africi, koji se sastoje od slojeva pješčenjaka, škriljaca i gline obloženih šavovima ugljena, bili su identični onima u sustavu Santa Catarina u Brazilu.
Rasprostranjenost fosila
Wegeners otkrića objavljeni su 1915. u svojoj knjizi Nastanak kontinenata i oceana (Podrijetlo kontinenata i oceana). Njegove ideje nisu bile široko prihvaćene jer su kritičari smatrali da dokazi nisu dovoljno jaki, da temeljni uzrok pomicanja nije objasnjen i da je pomicanje nemoguće. U stvari, mnogi kritičari su ga oštro napali i ti su napadi na kraju oduzeli danak u njegovoj karijeri. Unatoč neprikosnovenom talentu učitelja i stalnoj odanosti bliskih suradnika, nije mogao dobiti profesuru na njemačkom sveučilištu i na kraju je napustio Njemačku na sveučilištu u Grazu u Austriji.
Doprinos Južne Afrike
Wegener-ova najvjernija i najuzbudljivija podrška dolazila je od južnoafričkog geologa Aleksandra Du Toita. Južnoafrički znanstvenici bili su daleko povoljniji prema ideji kontinenalnog odrona iz jednostavnog razloga: svuda oko njih mogli su vidjeti mnoštvo geoloških pojava koji su jako nalikovali onima drugih kontinenata na južnoj hemisferi. Du Toit je proveo pet mjeseci u Brazilu, Urugvaju i Argentini, prikupljajući dokaze. Bilo mu je teško vjerovati da se nalazi na drugom kontinentu, jer ne samo da je pronašao iste biljne i životinjske fosile koje je poznavao kod kuće, već ih je pronašao u istom složenom slijedu, ugrađenom sloju po sloj u stijenu. Du Toit je bio uvjeren da je pronašao uvjerljiv dokaz da su se kontinenti jednom pridružili. U knjizi posvećenoj Wegener i pod nazivom Naš Lutajući kontinenata, Du Toit predložio prethodnu konfiguraciju kontinenata koji je bio drugačiji od Wegener-a.
Umjesto jednostavnog superkontinenta, Du Toit je rekonstruirao kontinente na Južnom polu i grupirao sjeverne kontinente u blizini Ekvatora. Nazvao je svoj južni superkontinent Gondwanaland, a sjevernu kopnenu masu Laurasia. Veći dio svoje knjige posvetio je Gondwanalandu, a kao dokaz za njegovo postojanje iznio je impresivnu masu podataka daleko detaljnijih od svega što je Wegener pokušao.
Alexander Du Toit karta dvaju drevnih superkontinenta
Je li to bilo dovoljno dobro za akademske kritičare? Ne. Du Toit je vatreni stil pisanja bolovao od kritičara. Na primjer, napisao bi “zbunjujući spektakl sadašnjih kontinentalnih masa, čvrsto usidrenih na plastičnom temelju, ali ostajući fiksiran u prostoru; možda je postavljen na tisuće kilometara, ali ponašajući se na gotovo identičan način od epohe do epohe i pozornice do pozornici poput vojnika na vježbi; široko se protežući u nekim kvartovima u raznim vremenima i zapanjujuće komprimirani u drugima, a zadržavajući svoje opće oblike, položaje i orijentacije, udaljeni jedan od drugog tijekom povijesti, ali pokazujući u svom fosilu ostaju uobičajeni ili srodni zemaljski oblici život; opsjednut tijekom određenih klimatskih epoha koje su se mogle kretati od ledene do burne ili pluvijalne do suhe, premda suprotno meteorološkim načelima kada se uzme u obzir njihov postojeći geografski položaj – da spomenemo, ali nekoliko takvih paradoksa! ” Du Toitova prekomjerna automatizacija uspjela je samo smanjiti vrijednost njegovih značajnih doprinosa dokazima. “Ovo je,” nanjušio je akademski kritičar, “živopisni jezik pamfletera.”
Kako su se kritičari pretvorili
Otkrivanje paleomagnetizma i razvoj oceanografije bio je nužan korak u razvoju znanosti koju su čekale Wegenerove i Du Toitove teorije.
Paleomagnetizam
Paleomagnetizam se temelji na principu da će se u istopljenim magnetskim stijenama ili nelitificiranim sedimentima magnetske čestice poravnati s Zemljinim magnetskim poljem. Ovaj magnetski zapis pohranjen je u stijenama kad se ohladi, te unutar sedimenata kada one litificiraju. Odstupanja u poravnanju tih paleomagnetnih čestica od trenutnog smjera magnetske podloge Zemlje pokazuju da su se kontinenti pomakli. Britanski fizičar Patrick Blackett, koji je 1948. dobio Nobelovu nagradu za svoj rad na nuklearnoj fizici i kozmičkoj radijaciji, razvio je osjetljiv uređaj zvan astatski magnetometar. Pomoću ove opreme prvi je put bilo moguće otkriti orijentaciju izuzetno slabih magnetskih polja. To je omogućilo istraživačima da provedu paleomagnetske studije vrsta stijena čiji magnetizam nije mogao razabrati ranija oprema.
Okeanografija
Tijekom 1960-ih dva znanstvenika iz Cambridgea, Drummond Matthews i Fred Vine otkrili su da s obje strane Srednjoatlantskog grebena postoji niz linearnih magnetskih anomalija. Trake oceanske kore imale su izmjenične magnetske orijentacije. Ta su opažanja objasnjena pomoću modela širenja morskog dna pomoću kojeg se nova okeanska kora formira duž grebena srednjeg okeana dok se dvije polovice oceana odmiču.
Iz ovih jednostavnih opažanja teorija TEKTONIKE PLOČA razvijena.
Tektonika ploča
Prema tektonskom modelu ploča, površina Zemlje sastoji se od niza relativno tankih, ali krutih ploča koje su u stalnom pokretu. Površinski sloj svake ploče sastoji se od oceanske kore, kontinentalne kore ili kombinacije oboje. Donji dio sastoji se od krutog gornjeg sloja Zemljinog plašta. Krute ploče prelaze postupno prema dolje u plastični (meki) sloj plašta, astenosferu. Ploče mogu biti debljine do 70 km ako su sastavljene od oceanske kore ili 150 km s kontinentalnom kore. Ploče se kreću različitim brzinama, Afrička se ploča kreće oko 25 mm godišnje, dok se australska ploča kreće oko 60 mm godišnje.
Većina zemaljskih tektonskih, seizmičkih i vulkanskih aktivnosti događa se na granicama susjednih ploča. Postoje tri vrste granica ploče: divergentne, konvergentne i transformatorske granice.
Divergentne marže na ploči
Na ovoj vrsti granica formira se nova okeanska kora u razmaku između dviju rastavljenih ploča. Površina tanjura se povećava kako se pločice odmiču. Pomicanje ploče odvija se bočno od granice ploče, što je normalno obilježeno usponom ili grebenom. Sljeme ili uspon mogu se nadoknaditi smetnjama transformacije. Trenutno se većina divergentnih margina događa duž središnje zone glavnih svjetskih oceanskih bazena. Proces kojim se ploče razdvajaju se naziva širenje morskog dna. Srednjoatlanski greben i istok Tihi ocean dati dobre primjere ove vrste ploča marže.
Na konvergentne granice dvije ploče su u relativnom gibanju prema drugome. Jedna od dvije ploče klizi prema dolje ispod drugog pod kutom od oko 45 stupnjeva, a ugrađen je u Zemljinom plaštu duž subdukcijske zone. Put ovog silaznog ploče može se naći iz analize dubokih potresa i početna točka podrijetla obilježava se na površini od dubokog oceana rov. Ploča područje se smanjuje uz subdukcijske zone. Kada se dvije ploče oceanske kore sudaraju s vulkanskog otoka luk mogu formirati. Kao što je jedan od subducted ploča ispod drugoga počinje topiti na dubini između 90 i 150 km, a dobiveni magma diže na površinu iznad subdukcijske zone tako da tvore lanac ili luk vulkani. Rub ploče koja se ne spušta, dakle obilježen lanac vulkanskih otoka.
Konzervativne ili transformacijske marže
Sustav grešaka San Andreas najpoznatiji je primjer ove vrste granice. Ovdje se dvije ploče bočno kreću jedna pored druge, a oceanska kora se ne stvara niti uništava.
Brzina kojom se svaka ploča odmiče od divergentnog ruba varira od manje od 50 mm godišnje do preko 90 mm godišnje i može se odrediti iz uzorka magnetskih anomalija s obje strane grebena koji se širi. Na bilo kojoj strani centra za širenje mogu se prepoznati slabe magnetske anomalije širine 5-50 km i duge stotine kilometara. istopljeni kameni slojevi hlade se među raznim pločama, prisutni magnetski minerali usklađuju se s orijentacijom tadašnjeg Zemljinog magnetskog polja. Polaritet Zemlje se mijenjao u redovitim intervalima tijekom geološkog vremena. Magnetski sjever izmjenjivao se između Arktika (normalni polaritet) i Antarktika (obrnuti polaritet). Kao rezultat toga, dijelovi kore formirani tijekom razdoblja normalne polarnosti imaju paleomagnetsku regeneraciju koja je orijentirana na današnji magnetski sjever, dok presjek kore formiran u razdoblju obrnute polarnosti nema. Ove duge linearne trake magnetske anomalije tvore simetričan uzorak s obje strane središta za širenje. Zapisnik o promjenama magnetskog polariteta Zemlje uspostavljen je i datiran za kenozoik te je osnova za magnetostratigrafiju. Ovaj zapis, zajedno s magnetskim prugama koje se nalaze s obje strane grebena koji se širi, omogućava ispitivanje brzine i obrasca širenja morskim dnom.
Što uzrokuje pomicanje ploča?
Ovo pitanje tek treba u potpunosti riješiti. Za objašnjenje ovoga iznesene su četiri glavne hipoteze.
Konvekcijske struje
Ova hipoteza sugerira da protok u plašt inducirana konvekcijom strujama koje koče i pomicanje litosferne ploče iznad Astenosfera. Konvekcijske struje rasti i širiti ispod divergentnih granica ploča i konvergiraju i spuštaju uz konvergentni. Tri izvora topline proizvoditi konvekcija struje:
(1) za hlađenje Zemljine jezgre
(2) radioaktivnost u plašta i kore
(3) hlađenje plašta
Hipoteza konvekcije predložena je u nekoliko različitih oblika tijekom posljednjih 60 godina. Konvektivni modeli evolucije ploča jasno pokazuju koliko je važan konvektivni transport topline na modernoj Zemlji, u duljinama od 100 km i 60 milijuna godina. Zemlja je potrošnja, živi na svom nasljeđenom kapitalu prvobitne topline, a ne na svojim modernim radiogenim prihodima.
Injekcija magme Ova se hipoteza poziva na ubrizgavanje magme u središte širenja koje gura ploče naprijed i time izaziva pomicanje ploče.
Gravitacijska okeanska litosfera se zgušnjava kako se odmiče od središta koja se širi i hladi, a konfiguracija koja bi mogla izazvati klizanje ploča pod silom gravitacije, od divergentnog ruba prema konvergentnom rubu.
Padajuće ploče Ova hipoteza sugerira da hladna gusta ploča koja se spušta u plašt u subdukcijskoj zoni može povući ostatak ploče sa sobom i na taj način izazvati pomicanje ploče.
Ukratko, tektonski model ploča pruža mehanizam pomoću kojeg:
(1) kontinenti se mogu kretati po površini svijeta
(2) obrasci vulkanizma mogu se mijenjati i mijenjati širom svijeta kako se ploče tako i njihove granice razvijaju i pomiču
(3) novi oceani mogu rasti i razvijati se različiti sedimentni bazeni
(4) oceani i sedimentni bazeni se zatvaraju i deformiraju da stvaraju planine
Podržavaju li mjerenja korištenjem VLBI, SLR i GPS potvrdu paleomagnetizma?
Da, ima.
Geodetski podaci iz VLBI, SLR i GPS pokazuju da su brzine ploča izmjerene tijekom posljednjih 15 godina gotovo jednake onima prosječnim u protekla 3 milijuna godina.
Za više informacija o tektonskoj ploči pročitajte
- Ovaj dinamični Zemlja: priča o tektonske ploče W. Jacquelyne Kious i Robert I. Tilling zemlje.
