32-7 Platňová tektonika

32-7 Platňová tektonika

Platňová tektonika – dnešný názov teórie vysvetľujúcej pohyb kontinentov a súvisiacich javov – popisuje mechanizmus pohybu kontinentov.

Aby sme pochopili správne o čom hovorí táto teória, musíme hneď na úvod povedať, že keď sme hovorili o kôre Zeme, pod ktorou sa nachádza plášť a kôra, tak sme hovorili o vrstvách, ktoré rozlišujeme hlavne na základe ich chemického zloženia. Samozrejme, majú aj odlišné fyzikálne vlastnosti (hustotu, teplotu, vládne tam iný tlak a prenášajú seizmické vlny odlišným spôsobom), ale jednoznačne sa líšia chemicky.

V teórii platňovej tektoniky hrajú úlohu dve vrstvy: litosféra na vrchu a astenosféra pod ňou. Rozhranie, prechod medzi litosférou a astenosférou nie je daný chemickou zmenou, ale čisto zmenou fyzikálnych vlastností, – zdôrazňujeme ešte raz, chemické zloženie majú litosféra a astenosféra rovanké – to má výrazný dopad na celý mechanizmus pohybu platní.

Vrchná vrstva, ktorou súčasťou sú aj pevniny nad hladinou mora, a tenká vrstva oceánskej kôry, litosféra, je pevnejšia. Ako sme už povedali, pevniny tvoria menej husté horniny (s hustotou okolo 2700 kg/m3), o ktorých sme hovorili doteraz len ako o žule. Samozrejme, nejedná sa len o žulu, ale všeobecne o horniny s vyšším obsahom kremíku. Celkovo pevniny majú uvedenú hustotu 2700 kg/m3, a tvoria hornú časť litosféry, plávajú na hustejšej časti litosféry pod ňou (ktorej hustota je okolo 2900 kg/m3) – vyznačujú sa však obidve časti vysokou pevnosťou a dobrým vedením seizmických vĺn. Astenosféra pod litosférou nie je taká pevná, je plastickejšia, horšie vedie aj seizmické vlny. Astenosféra na niektorých miestach môže byť až tekutá – jej hrúbka sa nedá dosť dobre určiť, ale tvorí súčasť vonkajšieho plášťa Zeme.

Litosféra je pod kontinentmi hrubá 200 − 250 km, kým pod oceánmi jej hrúbka postupne narastá z hodnoty 50 km až do 140 km. Kde sa vynára na povrch (ako Stredoatlantický chrbát) má hrúbku okolo spomínaných 50 km, kým pri subdukčnej zóne už má hrúbku výrazne väčšiu, až 140 km.

Prečo tomu tak je? Litosféra pláva na hustejšej astenosfére. S tou hustotou je to trochu zložitejšie, musíme to vysvetliť. V mieste, kde sa litosféra vynára z plášťa Zeme je horúca, má skutočne nižšiu hustotu ako astenosféra. Litosféra sa pohybuje od miesta, kde sa vynorila (oceánske chrbáty) a pohybuje sa ako dopravníkový pás (s pevninami na vrchu, ak „nesú“ pevniny) k subdukčnej zóne. Na hornej strane sú v kontakte s  oceánom a postupne chladnú, dokonca do hornín litosféry preniká voda. Hustota litosféry sa chladnutím zvyšuje. Čo ale spôsobuje jej hrubnutie? Ako sme povedali, chemicky sa litosféra nelíši od astenosféry, a fyzikálne vlastnosti oboch vrstiev sa líšia hlavne vďaka ich rozdielnej teplote. Tak ako chladne litosféra v kontakte s oceánmi, chladne aj astenosféra pod ňou, čo môžeme chápať tak, že sa posúva rozhodujúca teplotná hranica medzi litosférou a astenosférou hlbšie – vychladnutá časť astenosféry sa stáva súčasťou litosféry.

Donedávna boli geofyzici presvedčení, že za pohyb platní litosféry môže konvekčné prúdenie v plášti (aj v astenosfére). Toto konvekčné prúdenie je podobné tomu, keď dáme vrieť vodu. Hoďme do vody zrnká horčice, a budeme vidieť pohyb vody. Voda v hrnci cirkuluje. Plameň zahrieva dno hrnca, dno hrnca zase vodu, s ktorou je v kontakte. Horúca voda má nižšiu hustotu, preto začne stúpať. Keď dorazí na hladinu, ochladí sa, zvýši sa jej hustota a začne klesať späť ku dnu – toto vidíme z pohybu semienok horčice, ktoré sú strhávané vodou – semienka vystúpajú zo dna hrnca až na povrch, aby boli strhnuté vodou znova na dno hrnca. Toto sa deje aj v  astenosfére. Predpokladalo sa preto, že trenie medzi cirkulujúcou hmotou astenosféry a litosférou popoháňa litosféru ku subdukčnej zóne. Za posledných desať rokov geofyzici začínajú pochybovať o tom, či tu nie je iný mechanizmus pohybu, obyčajný gravitačný ťah. Kým litosféra je v  mieste, kde sa vynára, menej hustá než astenosféra, vztlaková sila ju vytláča, tak na druhom konci, pri subdukčnej zóne je už hustejšia, než astenosféra, vnára sa do astenosféry a ťahá zvyšok litosféry za sebou. Rozdiel hustoty nie je veľký. V mieste subdukcie je hustota litosféry väčšia od hustoty astenosféry len o približne 40 − 70 kg/m3. Pravda bude pravdepodobne niekde medzi dvomi predstavami – konvekcia aj gravitačný ťah napomáhajú pohybu tektonických platní.

Tektonických platní je sedem, alebo osem, podľa definície rôznych vedcov. Okrem týchto veľkých platní je množstvo menších. Nie každá platňa sa ponára do subdukčnej zóny – napríklad Severoamerická ani Juhoamerická platňa sa neponárajú späť (momentálne)– plávajú ako súčasť litosféry, ktorá sa vynára zo Stredoatlantického chrbta na východe, kým na západe sa pod tieto platne ponára Atlantická platňa.

Teória platňovej tektoniky úspešne vysvetľuje pohyb kontinentov i všetky sprievodné procesy, napriek tomu nesmieme zabudnúť, že sa jedná o modelové predstavy vychádzajúce v značnej miere z interpretácie seizmických vĺn a zo znalosti údajov v podstate z povrchu litosféry.

Najhlbší vrt na Zemi, ktorý urobil človek, je hlboký len 12626 m s priemerom 23 cm (v bývalom Sovietskom zväze, na polostrove Kola). Prekvapením bolo, že na základe zmien vlastností seizmických vĺn sa očakávala v hĺbke 7 km prechodová zóna medzi žulou a čadičom. Taký prechod sa nenašiel, namiesto toho zistili, že došlo k metamorfóze žuly. Druhým prekvapením bolo zistenie, že táto metamorfovaná žula bola silne popraskaná a bola saturovaná vodou – táto voda však nemohla pochádzať z povrchu, ale pochádzala z minerálov z veľkej hĺbky. Voda nevedela dosiahnuť povrch, lebo vrstva bola nepriepustná pre vodu. Ďalším prekvapením bol vodíkový plyn – z blata, ktoré vyplávalo z  vrtu bublal vodík, ako pri varu vody.

Koncom 90-ich rokov vrcholil aj nemecký hlboký vrt v Bavárii. Vedci sa poučili z experimentu Kola (rýchlejší rast teploty, než sa očakávalo), a síce sa nedostali do tak veľkej hĺbky (9101 m), zistenia boli znova prekvapivé. Okrem vyššieho tempa rastu teploty očakávali, že v  dosiahnutej hĺbke narazia na metamorfované tvrdé horniny, namiesto toho sa do vrtu valilo veľké množstvo kvapalín a plynov. Voda sa zdá hrať prekvapivo dôležitú úlohu v „živote“ platní. Pri tak vysokom tlaku a teplote sa chová veľmi zvláštne – ako plyn a ako kvapalina súčasne: dokáže horninami prenikať ako plyn a súčasne ich rozpúšťať ako kvapalina. (Hovoríme, že je v superkritickom stave.)

Napriek tomu, že sme pochopili mnoho vecí, stále mnohým nerozumieme. Nerozumieme tomu, že prečo sa na Venuši (ktorá je dvojčaťom Zeme čo do veľkosti) nevytvorila tektonika, ako na Zemi. Prevláda zatiaľ názor, že príčinou je neprítomnosť kvapalnej vody – ale úlohe kvapalnej vody v  mechanizme tektonických pohybov nerozumieme plne ani na Zemi.

Podľa nedávnych predstáv, tesne po vzniku Marsu tektonika na planéte bola, spolu s kvapalnou vodou, ale behom prvej miliardy rokov tektonické pohyby ustali, zaniklo magnetické pole Marsu a prišla tak aj o väčšinu atmosféry a kvapalnú vodu. Všetko sa pripisuje na účet vychladnutia jadra planéty – Mars je výrazne menšia ako Zem, preto jej jadro chladne rýchlejšie. Ako tomu rozumieme dnes, tak existencia magnetického poľa a tektoniky bytostne závisia od konvekčného prúdenia v jadre a v plášti planéty. Ak prúdenie ustane, zanikne magnetické pole a tiež ustane tektonická aktivita. Nová sonda Insight analyzuje otrasy pôdy na Marsu, aby získala pohľad do jadra planéty, pohľad aké umožnia seizmické vlny na Zemi. Zaznamenala síce výrazne vyššiu aktivitu, než pôvodne očakávali, medzi nimi 20 otrasov 4,0 stupňa Richterovej škály, tie však stále nie sú dostatočne silné, aby prenikli k jadru a priniesli informáciu späť.