Desková Tektonika

V 60. letech 20. století proběhla tichá revoluce, která změnila naše chápání fungování Země. Stejně jako u mnoha jiných revolucí v dějinách se nejedná o jedinou myšlenku, která by vzešla od jediného člověka. Nakonec jsme však dali dohromady všechny vědecké poznatky a vytvořili teorii deskové tektoniky, která vysvětluje strukturu a chování naší domovské planety - jak vznikly kontinenty a oceány, hory a údolí, sopky a zemětřesení. Mnoha vědcům trvalo mnoho let, než poskládali všechny kousky skládačky a vyprávěli příběh o tom, jak se rozbitý vnější plášť Země zvedá z pláště a zase se do něj propadá. Něco jako tanec tvořivé destrukce a rekonstrukce, při kterém se recykluje zemský materiál mezi kůrou a pláštěm. A podobně jako Darwinova evoluční teorie v biologii a Einsteinovy pokusy o teorii relativity ve fyzice ovlivňuje desková tektonika vše, co víme o vědě o Zemi. Je to velká sjednocující teorie, která vznikala čtyři a půl miliardy let. Jmenuji se Alizé Carrère a toto je Crash Course Geography.

Jakmile jsme v 16. století začali získávat kompletní obraz zeměkoule, začali jsme spekulovat o tvaru zemských masivů a o tom, zda do sebe kdysi zapadaly jako skládačka. Dnes tyto pevniny označujeme jako součást litosféry, kamenité vnější části Země, která zahrnuje zemskou kůru a nejsvrchnější část pláště. A víme, že je rozdělena na tektonické neboli litosférické desky, které se pohybují nezávisle na sobě. Ale i když Afrika a Jižní Amerika vypadají, že do sebe docela dobře zapadají, to, že je veškerá zemská pevnina spojena dohromady, byla kdysi dávno dost radikální teorie. Trvalo více než 300 let, než astronom a meteorolog Alfred Wegener v roce 1912 tuto myšlenku znovu navrhl a podložil ji důkazy. Na základě prostorového rozložení zkamenělin, rozmístění horninových typů a vývoje pohoří - mimo jiné důkazy - vyslovil hypotézu, že přibližně před 225 až 300 miliony let tvořila zemská pevnina jediný superkontinent zvaný Pangaea, což v řečtině znamená "celá země". Ten se rozpadl v procesu zvaném kontinentální drift a nakonec vedl k současnému rozložení pevnin. Což byl pobuřující návrh pro zbytek vědecké komunity - nebo, víte, pro geology, kteří byli naštvaní, že se jim do toho plete někdo, kdo není geolog. A abychom byli spravedliví, navzdory všem důkazům neměl Wegener vysvětlení pro energii potřebnou k tomu, aby se obrovské kusy kontinentů rozpadly a propluly oceány.

Teprve po druhé světové válce, kdy se objevily nové důkazy z hlubin oceánů, byla myšlenka driftujících kontinentů znovu oživena. V roce 1957 publikovali dva geologové Bruce Heezen a Marie Tharpová první fyziografickou mapu zobrazující fyzikální vlastnosti dna Atlantského oceánu. Pomocí typu sonarového zařízení zvaného kontinuální echolot Heezen shromažďoval batymetrické sondy, což jsou různá měření hloubky. Bylo to na počátku 50. let 20. století a Tharpová nemohla jezdit na výzkumné expedice, protože byla žena, a tak surová data převedla do map, které ukazovaly, jak by oceán vypadal, kdyby byl zbaven vody. Ústředním bodem jejich mapy byl rozsáhlý středoatlantský horský hřbet protkaný obrovskými zlomovými liniemi, nazývaný Středoatlantský hřbet. Heezen a Tharp se nejprve zaměřili na Atlantik, ale je to jen jeden z několika středooceánských hřbetů, které se táhnou v délce více než 60 000 kilometrů napříč různými oceány. Heezen a Tharp změnili naše představy o Zemi, protože oceánské dno nebylo jen plochou rovinou bez rysů, jak jsme se domnívali, ale mělo hory, údolí a dokonce hluboké příkopy, které jsou nejhlubším prvkem na planetě. V roce 1960 pak Harry Hess, geolog, který shromáždil obrovské množství údajů o oceánech, když za druhé světové války řídil loď vybavenou echolotem, navrhl, že na mořském dně se toho děje ještě více.

Magma se vylévá ze zlomových linií středooceánských hřbetů. Hess proto navrhl, že mořské dno je něco jako obří dopravní pás: nové mořské dno vzniká na obou stranách hřbetů, jak magma vytéká a vytlačuje staré mořské dno. A když konečně dosáhlo vzdálených příkopů, stará oceánská kůra se ochladila a byla vtažena do pláště a recyklována. Což byla další radikální teorie. I když geolog a oceánograf Robert Dietz v roce 1961 publikoval podobnou myšlenku, kterou nazval "teorie šířícího se mořského dna". Ve skutečnosti však byly důkazy zaznamenány na samotném mořském dně a o několik let později, v roce 1963, je publikovali geologové a geofyzici Fred Vine a Drummond Matthews. Víte, magnetické pole Země se periodicky obrací a to je zaznamenáno v horninách, které obsahují železo, jako součást zemského paleomagnetismu. Když magma chladne a krystalizuje, vyrovnání magnetického pole se uzamkne v magnetických částicích hornin. Takže pokaždé, když se magnetické pole Země převrátilo, magma vyvěrající na středooceánských hřbetech zaznamenalo opačnou polaritu než předchozí dávka. Výsledkem je magnetický čárový kód tvořený černými a bílými pruhy, které označují místa, kde se polarita změnila, a jsou symetricky uspořádány kolem hřebene. To znamená, že Hess a Dietz skutečně na něco přišli a středooceánské hřbety vznikaly tak, že se magma na obou stranách vylévalo a šířilo do stran. Toto šíření mořského dna odsouvá mořské dno oběma směry a s ním i pevniny na Zemi. Což znamenalo, že jsme konečně získali důkaz, který Wegenerovi v roce 1912 chyběl pro to, jak se zemské pevniny pohybují. Díky šíření mořského dna jsou všechna mořská dna na Zemi poměrně mladá (na horniny).

Určení stáří čedičových hornin na mořském dně ve skutečnosti potvrdilo odpovídající vzorce magnetických dějin. Pokud jde o destrukci zemské kůry v rozsáhlých oceánských příkopech, ukázalo se, že přesně to se také děje. Na přelomu 50. a 60. let během studené války, kdy se mezi USA a SSSR vyjednávalo o zákazu jaderných zkoušek, byl vytvořen globální systém seismického dohledu, který monitoroval podzemní výbuchy. Který také shodou okolností poskytl severoamerickým seismologům pozorování hlubokých zemětřesení v hloubce více než 700 kilometrů pod oceánskými příkopy. Tato pozorování byla později využita k vizualizaci tlusté desky dna Tichého oceánu, která byla v procesu zvaném subdukce zatlačena pod okraj jiné desky zemské kůry a pohlcena do pláště. Protože oceánská kůra má větší hustotu než kontinentální kůra, ponořuje se tenčí hustší oceánská deska pod lehčí, silnější a vzplývavější kontinentální kůru. Vzniká tak subdukční zóna a to, co vidíme na povrchu, je obří příkop. Když se tedy mapování oceánů, šíření mořského dna, paleomagnetismus a subdukce zemské kůry staly potvrzenými částmi vědeckých poznatků, svět se nyní ocitl na pokraji revoluce. Poslední důkaz potřebný k vytvoření velké sjednocující teorie vědy o Zemi pocházel z přesných matematických výpočtů v kombinaci s novým výpočetním výkonem.

Díky těmto technikám byli geofyzici schopni vypočítat, jak do sebe nejlépe zapadají pobřeží Ameriky, Afriky a Evropy, a předpovědět, jak se pohybují tektonické desky. Tím se ve vědě o Zemi odehrála revoluce. V čele stála skupina většinou mladých, neznámých vědců, kteří pracovali v několika institucích v Severní Americe, Británii a Evropě. Díky technologiím, penězům a armádě v těchto místech nahlédli do hlubin oceánů a zásadně změnili způsob, jakým chápeme Zemi. Léta nezávislého výzkumu a nesourodých objevů nakonec popsala strukturu zemského povrchu a vedla k vytvoření mapy světa rozděleného na pohyblivé desky a k vytvoření teorie deskové tektoniky. Sedm hlavních desek a roztroušené mikrodesky kloužou po slabší, horké a plastické části pláště zvané astenosféra a pohybují se v průměru stejně rychle, jako rostou naše nehty. Nyní víme, že místa, kde se tyto desky stýkají, jsou dynamickými místy, kde se odehrává většina geologických dějů na planetě, jako jsou zemětřesení a sopečná činnost. Například oblast kolem pánve Tichého oceánu je známá jako Pacifický ohnivý prstenec nebo cirkumpacifický pás, protože kolem něj je rozeseto přibližně 75 % všech sopek a 90 % zemětřesení se odehrává podél jeho trasy. Na okrajích Ohnivého kruhu se desky stýkají ve 3 různých typech hranic. Na východní straně se mořské dno rozprostírá od středooceánského hřbetu zvaného Východopacifická vyvýšenina, který se táhne podél východního okraje Pacifické desky od blízkosti Antarktidy až do Severní Ameriky.

Jedná se o divergentní deskovou hranici neboli místo, kde se desky od sebe vzdalují, přičemž deska Nazca se pohybuje na východ a Pacifická deska na severozápad. Podél divergentních desek může docházet k vývěru magmatu a regeneraci a šíření mořského dna. Dál na jihu a západě Jižní Ameriky však Peruánsko-chilský příkop označuje subdukční zónu, kde se hustší oceánská deska Nazca střetává s lehčí kontinentální jihoamerickou deskou a je vtahována pod ni, čímž vzniká konvergentní hranice desek. Při stahování desky Nazca dochází k obrovskému tření, které vyvolává silná zemětřesení, a stovky metrů sedimentů jsou unášeny do hlubokých příkopů. Jak sedimenty tají, mění se v magma, které se stěhuje nahoru do převládající desky. Tam, kde se dostane na povrch, vzniká sopka. Stejně jako Andy vznikly srážkou desek podél konvergentní hranice desek a mají mnoho sopek. Když pak opět obkroužíme sever, najdeme podél západního pobřeží Severní Ameriky zlom San Andreas. Leží na transformační hranici, kde se severoamerická deska, pohybující se zhruba na jihozápad, horizontálně posouvá kolem pacifické desky pohybující se na severozápad. V místech, kde se desky dotýkají, může dojít k jejich zaseknutí a k nárůstu napětí, zatímco zbytek desky se dále pohybuje. Napětí způsobuje lámání hornin, náhlé posunutí desek vpřed a zemětřesení.

Desky se tedy od sebe vzdalují, přibližují se k sobě a posouvají se kolem sebe, ale podél Ohnivého kruhu existuje ještě jeden typ hranice, který není příliš častý. Když se kontinentální kůra sbližuje s oceánskou, dochází obvykle k subdukci oceánské kůry. Když se však srazí dvě kontinentální desky, není subdukována ani jedna z nich. Při srážce dochází ke stlačení zemské kůry, jejímu ohýbání a vytlačování obrovských pohoří. Jako například Himálaj - nachází se v místě, kde se indická deska sbližuje s euroasijskou. Takže i během našeho rozhovoru se struktura Země mění, protože se desky pohybují po celém světě. V letech následujících po revoluci byla teorie deskové tektoniky doladěna. A zatímco o tom, jak vzniká nové oceánské dno, toho víme hodně, o tom, jak vznikají pevniny, se také vedou diskuse. Domníváme se, že kontinenty "vyrůstají" z jádra starých a stabilních vyvřelých a metamorfovaných hornin. A místo, kde jsou tyto horniny obnaženy na povrchu, se nazývá kontinentální štít. A fragmenty kůry, které mohly být původně pobřežními ostrovními oblouky, podmořskými sopkami nebo ostrovy, jako je Nový Zéland nebo Madagaskar, se k hlavnímu kontinentu přidávají srážkami. Dnes v roce 2021 pokračujeme ve zkoumání deskové tektoniky. Pohyb desek zjišťují družice, jako je evropská řada Sentinel, které zaznamenávají změny zemského povrchu s přesností na milimetry.

Příběh pohybu roztříštěných litosférických desek po zemském povrchu má za sebou mnoho zvratů, ale ještě není u konce. Vědci chtějí vědět, co způsobilo, že se vnější plášť vůbec rozpadl, a jak začala recyklace zemské kůry. A dokonce porovnávají tektoniku zemských desek s Venuší a ptají se, proč Země má deskovou tektoniku a Venuše ne. S tím, jak se dozvídáme více, se objevují zásadní souvislosti mezi hlubokými procesy v Zemi a vývojem složitého života. Srážky kontinentů a stavba pohoří mohly v klíčových okamžicích evoluce - například během kambrické exploze před 500 miliony let - dodávat biosféře velké množství živin. Takže ta tichá revoluce v deskové tektonice, která změnila naše chápání Země, se tak trochu stále odehrává. A my se budeme těmito objevy zabývat i příště, až se podíváme na to, jak sopečná a tektonická činnost utváří krajinu, kterou nazýváme domovem.