Jak zmienia się Ziemia
Kontynenty – jakie są widzimy na mapach. A jak widzą je geolodzy? Jako stale zmieniające się i przemieszczające powierzchnie.
Nasi naukowcy z Zakładu Geologii Fizycznej biorą udział w projekcie badawczym, dzięki któremu będziemy mogli lepiej poznać mechanizmy wzrostu kontynentów.
Ameryka Północna, Ameryka Południowa, Europa, Azja, Afryka, Australia, Antarktyda – kiedy wyobrażamy sobie Ziemię, wyraźnie widzimy zarysy tych siedmiu kontynentów, które czynią naszą planetę unikatową w Układzie Słonecznym. Jednocześnie zdajemy sobie sprawę, że skorupa ziemska nie zawsze wyglądała w ten sposób.
Kontynenty stale się przemieszczają i zmieniają swoje kształty. Kiedyś ziemie współczesnej Ameryki Północnej i Grenlandii wchodziły w skład kontynentu Laurencja, a dzisiejsza północna Europa – kontynentu Baltica. Oddzielały je wody oceanu Japetus. Zdaniem naukowców zmieniło się to w sylurze – okresie geologicznym, który rozpoczął się około 443 miliony lat temu i trwał ponad 20 milionów lat. Mniej więcej wtedy te dwa kontynenty się zderzyły. Doszło do subdukcji – procesu, który zachodzi na styku płyt litosfery i polega na wciągnięciu jednej płyty litosfery pod drugą. Chociaż ten proces jest bardzo powolny, to gdy naprężenia stają się zbyt duże, może dojść do gwałtownego wyzwolenia energii, które skutkuje trzęsieniem ziemi. Piętrzący się w wyniku zderzenia materiał skalny może z kolei prowadzić do powstawania łańcuchów górskich jak Góry Skandynawskie, czyli struktur geologicznych, których kształty wciąż są widoczne na terenie współczesnej Europy.
Naukowcy z AGH prowadzili badania w tym rejonie. Znaleźli ślady subdukcji i to nie było zaskakujące. Jednak zamiast śladów pojedynczej subdukcji, naukowcy właściwie na całej rozciągłości kaledonidów skandynawskich znajdowali ślady świadczące o kilku kolejnych, następujących po sobie etapach subdukcji.
– Zaczęliśmy się zastanawiać: dlaczego wszędzie widzimy ślady kilku etapów? Doszliśmy do wniosku, że być może ocean Japetus, który dzielił wtedy Balticę i Laurencję, wcale nie wyglądał tak, jak my sobie wyobrażamy dzisiejszy Ocean Atlantycki. Może to wyglądało bardziej tak, jakby wyobrazić sobie obszar między Australią a Azją? Tam mamy mnóstwo wysp związanych z wulkanizmem i łuków wyspowych powstających w strefach subdukcji – mówi dr inż. Katarzyna Walczak z Wydziału Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska AGH.
Aby przekonać się, czy teoria jest słuszna, naukowcy postanowili przeprowadzić bardziej szczegółowe badania geologiczne rejonów prehistorycznego oceanu Japetus.
Projekt „Jak rosną kontynenty? Kompleks płaszczowin Köli w Kaledonidach Skandynawskich jako naturalne laboratorium akrecji kontynentalnej” otrzymał finansowanie z Narodowego Centrum Nauki. Dr inż. Katarzyna Walczak jest jego kierowniczką, a w skład zespołu wchodzą naukowcy z Katedry Mineralogii, Petrografii i Geochemii Wydziału Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska AGH oraz Wydziału Nauk o Ziemi i Kształtowania Środowiska Uniwersytetu Wrocławskiego.
– Głównym obiektem naszego zainteresowania są skały magmowe, które zapisują aktywność wulkaniczną na wyspach i archipelagach na Oceanie Japetus. Dodatkowo szczególnie ciekawe są starsze z nich, które mogą potencjalnie pochodzić z któregoś z otaczających kontynentów i stanowić podstawy mikrokontynentów na tym oceanie. Ich identyfikacja pozwoli powiedzieć więcej o tym w jaki sposób na Oceanie Japetus mogła pojawić się subdukcja, skoro był on wtedy praktycznie równie stary jak obecny Atlantyk – mówi dr inż. Grzegorz Ziemniak z Zakładu Geologii Fizycznej, Instytutu Nauk Geologicznych na Wydziale Nauk o Ziemi i Kształtowania Środowiska UWr. – Już pierwsze datowania skał magmowych dały zaskakujące wyniki, które sugerują, że działalność wulkaniczna mogła zacząć się wiele milionów lat wcześniej niż dotychczas uważano.
W minionym sezonie terenowym dr inż. Grzegorz Ziemniak uczestniczył w wyprawie wraz ze swoim magistrantem Szymonem Dzikowskim, który zajmuje się geochemią i datowaniem skał granitoidowych. Tegoroczna wyprawa będzie miała w składzie kolejnych dwóch studentów ING UWr, którzy będą pomagali naukowcom rozgryźć czym były i jaką pozycję zajmowały na Japetusie jednostki geologiczne położone za kołem podbiegunowym w okolicach Akkajaure i Sulitjelmy.
– Przede wszystkim chcielibyśmy określić, w jakich środowiskach powstawały te skały, które zostały akretowane (czyli przyłączone) do kontynentu Baltici i w jakim okresie czasu one powstawały – mówi o głównych celach projektu jego kierowniczka dr inż. Katarzyna Walczak. – Takim pytaniem, które narosło z poprzedniego projektu jest to, jak wyglądał ten ocean, i jakie procesy na nim zachodziły, że doprowadziły do powstawania tej nowej skorupy kontynentalnej. Interesuje nas też sam proces powstawania tych łuków – czy one były związane z subdukcją, czy to były jakieś stare fragmenty kontynentów albo mikrokontynenty.
Góry Skandynawskie, powstałe w wyniku zderzenia Laurencji i Baltici, mają genezę podobną do Himalajów i prawdopodobnie kiedyś przypominały te najwyższe obecnie góry także wyglądem. Przez miliony lat zdążyły już jednak wyerodować i obecnie są znacznie niższe. Dla badaczy to znaczące udogodnienie.
Wyprawa musi być szczegółowo przygotowana. Obszar, z którego można pobrać próbki skał jest ogromny, a ilość próbek, które badacze będą mogli pozyskać – ograniczona. Skały, z których pobierane są próbki charakteryzują się dużą gęstością, dlatego zbiór nawet niewielkich próbek waży w sumie setki kilogramów. Aby zoptymalizować ich pobieranie i upewnić się, że jak najwięcej z nich okaże się użytecznych w odpowiedzi na postawione pytania, naukowcy już zanim wyruszą w teren, muszą dokładnie wiedzieć czego i gdzie będą szukać.
Z pomocą polskim naukowcom przyszli pracownicy Szwedzkiej Służby Geologicznej, którzy udostępnili im mapy tego terenu sporządzane w latach 70. i 80. ubiegłego wieku, a także podzielili się doświadczeniami pracy w tym terenie.
Praca geologów przypomina pracę detektywów – starają się odtwarzać przebieg procesów na podstawie odkrywanych śladów. Nawet, jeżeli badają procesy zachodzące obecnie, nie mogą obserwować ich bezpośrednio, ponieważ zachodzą na tyle wolno i w tak dużej skali, że dostrzeżenie ich gołym okiem nie jest możliwe (na przykład kontynenty wciąż przemieszczają się o kilka centymetrów rocznie).
Ze względu na trudności badawcze i złożoność zagadnienia nie można mieć pewności jak, krok po kroku, przebiegały procesy skutkujące obecnym wyglądem Ziemi. Wśród naukowców panuje jednak zgoda, że zanim wyodrębnił się jakikolwiek kontynent, kule ziemską okrywał niemal jednolity ocean magmy, który następnie stygł tworząc pierwszą skorupę. Zalążki obecnych kontynentów pojawiły się znaczenie później, gdy zaczął zachodzić proces dyferencjacji skorupy, czyli jej zróżnicowania się. W tym procesie zaczęły się wyodrębniać kwaśne skały, które posiadając mniejszy ciężar właściwy, mogły „unosić się” ponad gęstszą skorupą bazaltową. W ten sposób powstały pierwsze zalążki kontynentów.
Test źródłowy „Kontynenty wciąż rosną”
Oprac. Katarzyna Górowicz-Maćkiewicz
Fot. Grzegorz Ziemniak i Katarzyna Walczak
