Plokščių tektonika

Plokščių tektonika – šiuolaikinė geologinė paradigma apie litosferos judėjimą. Ji teigia, kad Žemės plutą sudaro santykinai stabilūs blokai – tektoninės plokštės, kurios tarpusavyje juda. Ši teorija paaiškina žemės drebėjimų, vulkaninio aktyvumo prigimtį ir kalnų susidarymo priežastis.

Plokščių judėjimas

Plokštės nuolat juda (iki 15 cm per metus) ir sąveikauja tarpusavyje, todėl jų plotai nuolat kinta – plečiasi arba mažėja. Plokščių sandūrose formuojasi trijų tipų pakraščiai: konstruktyvieji (plokštės tolsta viena nuo kitos), destruktyvieji (plokštės spaudžia viena kitą) ir konservatyvieji (plokštės slysta viena palei kitą). Būtent plokščių pakraščiuose vyksta dauguma aktyvių geologinių reiškinių, tokių kaip ugnikalnių išsiveržimai, žemės drebėjimai, kalnų ir vandenynų duburių ir lovių formavimasis.

Jėga, judinanti litosferos plokštes

Plokščių judėjimas vyksta dėl šiluminės kilmės mantijos srautų – konvekcijos. Šios energijos šaltinis – šilumos pernešimas iš labai įkaitusio Žemės branduolio (apie 5000 °C). Įkaitusios uolienos plečiasi, jų tankis mažėja, ir uolienos kyla aukštyn, užleisdamos vietą atvėsusioms ir tankesnėms medžiagoms. Viršutinėje šio ciklo dalyje medžiagos juda horizontaliai ir traukia tektonines plokštes. Taigi plokščių judėjimas yra Žemės vėsimo pasekmė, kai dalis šiluminės energijos virsta mechaniniu darbu.
Greta šiluminės energijos egzistuoja ir daugiau jėgų, įtakojančių litosferos plokščių judėjimą, būtent, vandenyninei plutai grimztant į mantiją, bazaltinės uolienos virsta eklogitais – uolienomis, tankesnėmis ir sunkesnėmis už įprastines mantijos uolienas – peridotitus. Tokiu būdu tapdamas sunkesnis, vandenyninės plokštės pakraštys grimzta į mantiją, sykiu tempdamas likusią dalį.

Plokščių pakraščiai

Konstruktyvieji pakraščiai susidaro ties viena nuo kitos tolstančiomis plokštėmis. Atsirandantį plyšį užpildo į viršų besiveržianti karšta magma, kuri vėsdama pati tampa plokštės dalimi. Jeigu konstruktyvusis pakraštys yra vandenyno dugne (pvz., Atlanto vidurio kalnagūbris, Pietvakarių Indijos vandenyno kalnagūbris), šie procesai vandenyną kasmet paplatina keliais centimetrais. Šis reiškinys geriausiai matomas sausumoje, pavyzdžiui, Islandijoje, kurioje plokštės plėtimosi vieta (riftas) iškyla į sausumą.
Didžiausias konstruktyvusis sausumos lūžis yra Didysis Rytų Afrikos lūžis (Didysis riftinis slėnis).
Uolienų įmagnetėjimas abipus konstruktyviųjų lūžių yra simetriškas, ir tai yra vienas iš įrodymų, kad tektoninė plokštė ties lūžiu plečiasi simetriškai.
Destruktyvieji pakraščiai
Destruktyvieji pakraščiai susidaro tektoninių plokščių susidūrimo vietose ir gali sudaryti kelių rūšių geologines formacijas.
Pirmuoju atveju, kai sunkesnė vandenyninė plokštė susiduria su lengvesne žemynine plokšte, ji nyra gilyn, formuodama gilius povandeninius lovius, o dar giliau – nirimo, arba subdukcijos, zoną. Šioje zonoje plokščių pakraščiai dėl trinties trupa ir lydosi. Ištirpusi plokštės uoliena yra lengvesnė, negu mantija, todėl magma kyla aukštyn ir išsiverždama formuoja ugnikalnius bei ištisas vulkaninius kalnų grandines, tokius kaip Andai, Kaskadiniai kalnai. Didžiausioji planetoje Ramiojo vandenyno plokštė iš visų pusių apsupta vulkaninių kalnų, vadinamojo Ugnies žiedo.
Antruoju atveju, susidūrus dviem vandenyninėm plokštėm, senesnioji (taigi labiau atvėsusi ir sunkesnė) grimzta po jaunesniąja, ir tokioje sandūroje formuojasi vulkaninių salų lankai, pavyzdžiui, Marianų, Vanuatu ir Saliamono salos Ramiajame vandenyne, Antilų salos Atlanto vandenyne. Ties tokiu salų lanku susidaro ir gilūs povandeniniai loviai.
Jeigu tarpusavyje susiduria dvi žemyninės plokštės, formuojasi raukšliniai kalnai (Himalajai, Alpės). Sandūros vietoje esantys nuogulų sluoksniai persikreipia, sudaro raukšles, kurios kartais būna beveik gulsčios, su horizontaliais lūžiais.
Konservatyvieji pakraščiai
Vienos palei kitą slystančių plokščių pakraščiai vadinami konservatyviaisiais, arba transforminiais, kadangi jų sandūroje Žemės pluta nei formuojasi, nei nyksta. Tokia uolienų dislokacija vadinama stūmiu, kuris gali būti kairysis (jeigu uolienos pasislenka į kairę) arba dešiniuoju (poslinkis į dešinę). Vienas iš garsiausių konservatyviųjų lūžių yra šv. Andrejaus lūžis (angl. San Andreas fault) Šiaurės Amerikoje, nutįsęs skersai Kalifornijos pakrantės regionų (nuotrauka). Ties šiuo dešiniuoju lūžiu Ramiojo vandenyno plokštė slysta palei Šiaurės Amerikos plokštę šiaurės kryptimi.

Plokščių judėjimas praeityje

Praeityje Žemės litosferos vaizdas iš esmės skyrėsi – slenkant tektoninėms plokštėms, nuolatos susidarydavo ir skildavo senoviniai superkontinentai – Gondvana, Laurazija, Pangėja, Rodinija.

Plokščių tektonikos koncepcijos raida

Ankstesnioji teorija, aiškinusi Žemės plutos struktūros ypatybes, buvo Dž. Deno geosinklinalių teorija, kurios iškelta kontrakcijos hipotezė (XX a. pradžia) teigė, kad Žemė vėsdama, panašiai kaip keptas obuolys, raukšlėjasi, ir jos paviršiuje atsiranda raukšlės – kalnai. Šios teorijos šalininkai teigė izostazijos principą, pasak kurio Žemę sudaro granitai (žemynai) ir bazaltai (okeanai). Traukiantis Žemei, okeanuose susidaro jėgos, kurios spaudžia žemynus, todėl šie kyla, formuojasi kalnus, o paskui lūžinėja. Šio irimo rezultatai nugula įdubose.
Šiai schemai prieštaravo vokiečių mokslininkas meteorologas Alfredas Vegeneris (1880–1930; pavardės rašybos variantai Vėgeneris, Vegėneris), kuris 1912 m. sausio 6 d. Vokiečių geologijos draugijoje perskaitė pranešimą apie žemynų dreifą.
Viena iš paskatų sukurti šią teoriją buvo ankstesni pastebėjimai, kad Afrikos ir Pietų Amerikos pakrančių kontūrai sutampa taip tiksliai, tarsi jiedu būtų susidarę, skilus vienam anksčiau egzistavusiam žemynui. Šis sutapimas buvo pastebėtas dar iki jo – flamandų kartografo Abrahamo Ortelijaus (Abraham Ortelius), Frensio Beikono (Francis Bacon), Theodoro Christopho Lilienthalio, Aleksandro fon Humbolto (Alexander von Humboldt), darbuose; kapitonas Antonijas Snider-Pellegrinis 1858 m žemėlapyje pademonstravo abiejų Amerikų, Afrikos ir Europos kontūrų sutapimą, žr. iliustraciją.
Vegeneris nepasitenkino pakrančių kontūrų sutapimu, bet ištyrė abiejų kontinentų geologinius bruožus ir rado daug geologinių kompleksų, kurie sutapdavo analogiškai su kranto linijų sutapimu. Kita argumentų grupė šiai teorijai patvirtinti buvo paleoklimatinės rekonstrukcijos, paleontologijos ir biogeografijos duomenys, pavyzdžiui, kad daug gyvūnų ir augalų rūšių turi arealus abiejose Atlanto pusėse. Tie arealai labai panašūs, bet juos skiria vandenyno plotai.
Greta šių žemynų dreifo teorijos patvirtinimų Vegeneris kaupė geofizinius ir geodezinius įrodymus, tačiau tuo metu šių mokslų būklė nebuvo pakankama kontinentų judėjimui užfiksuoti.
Iš pradžių mokslo bendruomenė žemynų dreifo teoriją priėmė palankiai, bet jau po poros metų pradėta griežtai kritikuoti. Svarbiausias oponentų klausimas, į kurį Vegeneris neturėjo atsakymo – kokia jėga judina Žemės plutos plokštes? Buvo daromos prielaidos, kad šis judėjimas vyksta dėl Koriolio jėgos, potvynių ir kt., bet paprasčiausi apskaičiavimai parodė, kad visų šių jėgų visiškai nepakanka pajudinti kolosaliems kontinentų blokams. Kadangi atsakymo į šį klausimą nebuvo, be konstruktyvios kritikos buvo ignoruoti visi kiti gausūs faktai, palankūs Vegenerio teorijai. Po Vegenerio mirties 1930 m. jo teorija buvo iš esmės atmesta, ir dauguma mokslinių darbų vadovavosi geosinklinalių teorija.
Vegenerio teorija atgimė XX a septintajame dešimtmetyje, kai buvo sudarytas Pasaulinio vandenyno reljefo žemėlapis, kuriame matėsi, kad vandenynų centre driekiasi vandenynų vidurio kalnagūbriai, 1,5-2 km iškylantys virš abisalinių lygumų. Remdamiesi šiais naujais duomenimis, Robertas S. Dietzas ir Haris Hesas 1962–1963 m. iškėlė spredingo teoriją (angl. seaflood spreading – jūros dugno plėtimasis). Anot šios teorijos, mantijoje vyksta konvekcija (maždaug 1 cm per metus). Kylantys konvekciniai srautai kelia mantijos medžiagą, kuri kas 300–400 metų atnaujina vandenyno dugną ties kalnagūbrio ašies pagrindu. Patys kontinentai ne plaukia vandenynų pluta, o slenka mantija, būdami litosferos plokščių dalimi. Spredingo teorija postuluoja, kad okeaninių baseinų struktūros yra nepastovios, nestabilios, o kontinentai – pastovūs.
Šią teoriją patvirtino ir 1963 m. atrastos vandenyno dugno magnetinės anomalijos, įmagnetėjimo simetrija.
Šiuo metu plokščių tektonikos teoriją patvirtino ir tiesioginiai plokščių judėjimo stebėjimai GPS metodu ir kvazarų spinduliavimo interferometrija.