Základné pojmy platňovej tektoniky - nový pohľad na vývoj Zeme

Aby sme mohli lepšie pochopiť základné postuláty platňovej tektoniky musíme sa venovať zloženiu Zeme. Naše priame pozorovania sú veľmi limitované technickými možnosťami, ktoré zatiaľ ľudstvo má k dispozícii. Vrty nám dávajú informácie len o zložení najvrchnejších častí litosféry (najhlbší vrt cca 13 km) a pozorovanie zloženia vulkanickej aktivity nám dáva informácie o hĺbkach ich maximálneho generovania do cca 200 km. Ak to porovnáme s polomerom Zeme (6370 km) je to veľmi málo. Našťastie existuje veda, ktorá nám tieto informácie vie poskytnúť – je to geofyzika. Zistilo sa, že seizmické vlny vzniknuté pri zemetraseniach, prechádzajú vnútornými časťami planéty a prinášajú informácie o charaktere materiálu, z ktorého je tvorená. Pri prechode seizmických vĺn z jedného materiálu do druhého sa na rozhraní materiálov mení smer vĺn. Keďže rýchlosť šírenia seizmických vĺn je priamo závislá od fyzikálnych vlastností materiálu (hustota, pružnosť a pod.), môžeme spätne usudzovať o zložení hlbokých častí Zeme. Vnútorná štruktúra Zeme je znázornená na obr. 1. Pre evolúciu Zeme majú najväčší význam zemská kôravrchný plášť. Zemská kôra je najvrchnejšia a najtenšia časť zemského povrchu. Podľa typu kôry ju rozdeľujeme na: oceánsku (prevažne bazaltové zloženie – priemerná hrúbka cca 5 km) a kontinentálnu (prevažne granitové zloženie – priemerná hrúbka 30-40 km). Oceánska kôra je tvorená ťažšími horninami (väčšia hustota). Zemský plášť tvorí cca 80 % objemu Zeme. Nachádza sa medzi zemskou kôrou a jadrom. Vo vrchnej časti plášťa v hĺbke 100 až 250 km sa nachádza zóna zníženia rýchlosti seizmických vĺn. Predpokladá sa, že táto zóna oddeľuje rigidnú časť vrchného plášťa od spodnej plastickej. Ďalej dochádza v hĺbkach od 100 do 700 km k ďalšiemu zníženiu rýchlosti seizmických vĺn. Je pravdepodobné, že sa jedná o hranicu rozpadu železnato-horečnatých minerálov na jednoduché oxidy. Predpokladá sa, že táto časť vrchného plášťa je tvorená takmer roztavenými horninami, ktoré sa ľahko deformujú a nazýva sa astenosféra. Jej protikladom je relatívne rigidná, vyššie sa nachádzajúca litosféra.

Nová revolučná koncepcia evolúcie Zeme sa začala tvoriť na prelome storočí. V roku 1912 Alfred Wegener predložil náčrt hypotézy o kontinentálnom drifte. Wegener predpokladal, že pôvodný supekontinent – Pangea sa asi pre 200 miliónmi rokmi začal rozpadať na menšie kontinenty a tieto postupne putovali (driftovali) až do dnešných pozícií (obr. 2). Teória však bola po diskusiách neskoršie odmietnutá ako málo pravdepodobná. Jednou z príčin boli slabé znalosti o dnách oceánov, ktoré v skutočnosti však tvoria takmer 70 % zemského povrchu. V 50-tych a 60-tych rokoch sa pomocou nových prístrojov a špeciálne skonštruovaných vrtných lodí (Glomar Challenger) posunuli výrazne dopredu poznatky o oceánskom dne. Boli zistené oceánske chrbty a hlbokomorské priekopy (trenče), ktorých rozmiestnenie malo svoje zákonitosti. Začiatkom 60-tych rokov Harry Hess sformuloval hypotézu o rozširovaní oceánskeho dna - sea-floor spreading. Na základe zistených faktov Hess predpokladal, že oceánske chrbty sú výstupnými časťami konvekčných prúdov v plášti. Materiál oceánskeho dna je unášaný konvekčnými prúdmi do strán a v dôsledku extenzie dochádza k prienikom magiem a vytváraniu nového oceánskeho dna (obr. 3) Táto teória bola neskoršie potvrdená faktami o paleomagnetizme oceánskeho dna.

Koncom 60 rokov boli obidve teórie (kontinentálny drift a rozpínanie oceánskeho dna) spojené do teórie platňovej tektoniky, ktorá dáva úplne nový pohľad na evolúciu Zeme. Od tejto teórie sa dnes odvíja pohľad na väčšinu geologických procesov.

Základom platňovej tektoniky je postulát, že vonkajší obal Zeme- litosféra je tvorený samostatnými segmentami, ktoré sa nazývajú litosférické platne (obr. 4). Každá platňa sa pohybuje a správa ako samostatný subjekt a všetky druhy stykov a vzájomných interakcií prebiehajú pozdĺž rozhraní týchto platní. Tieto rozhrania sú aj hlavnými nositeľmi seizmickej a vulkanickej aktivity a majú kľúčový význam pre vývoj zemského povrchu. Podrobným výskumom sa zistili tri základné typy platňových rozhraní:

1. Divergentné rozhranie – dve susedné platne sa od seba vzďaľujú (obr. 5) Toto rozhranie je charakteristické pre stredooceánske chrbty, kde dochádza k výstupu plášťového materiálu a tvorbe nového oceánskeho dna. Platne sa pohybujú od seba a uvoľnený priestor sa systematicky vypĺňa bázickými magmatickými horninami, ktoré postupne chladnú a vytvárajú nové oceánske dno. Stredooceánske chrbty sú lineárne podmorské horské pásma, ktoré sa prejavujú seizmickou aktivitou a vulkanickou činnosťou. Celková dĺžka oceánskych chrbtov je vyše 60 000 km, ich šírka je cca 2 500 km.

2. Konvergentné rozhranie – trenče - dve susedné platne sa navzájom približujú. Pri tomto rozhraní dochádza k podsúvaniu okraja jednej platne pod okraj druhej. Keďže v prvom prípade dochádza k vzniku novej litosféry (celkový povrch Zeme sa nemení), v tomto prípade dochádza k deštrukcii – zániku litosféry. Pri kolízii dvoch platní dochádza k ohýbaniu čela jednej platne a postupnému ponáraniu – subdukcii pod druhú platňu (obr. 6). Oblasť ponárania sa nazýva subdukčná zóna. Pri podsúvaní jednej platne pod druhú sa klesajúca platňa ohýba a vytvára hlbokomorskú priekopu (trenč). Tieto priekopy sú najhlbšie miesta na zemskom povrchu (8 – 11 km). Zvláštnym typom konvergentného rozhrania je kolízne rozhranie, keď nedochádza k subdukcii, ale dve susedné platne (kontinentálne okraje platní) do seba narážajú. Konvergentné rozhrania sú miestami výrazných tektonických procesov, sprevádzaných deformáciou litosféry a vznikom horských pásiem. Podľa typu litosférickej kôry dvoch konvergujúcich platní rozoznávame 3 základné rozhrania:

A. oceán – kontinent (obr. 6A) – ťažšia oceánska litosféra sa podsúva pod platňu s kontinentálnou litosférou. Klesajúca platňa v hĺbke okolo 100 km podlieha parciálnemu taveniu a dochádza k vzniku a intrúziám magmy bazaltového a andezitového zloženia. Na zemskom povrchu sa vytvára vulkanický oblúk. Typickým príkladom takéhoto rozhrania sú Andy, ale aj Kaskádové hory v severnej Amerike s aktívnymi vulkánmi (napr. Mt. St. Helena) a Siera Nevada.

B. oceán – oceán (obr. 6B) – k subdukcii dochádza na rozhraní dvoch oceánskych platní. Vývoj je podobný ako v predchádzajúcom prípade. Odrazom tavenia hornín v hĺbke je vznik vulkanického ostrovného oblúka. Typickým predstaviteľom tohto typu rozhrania sú Japonské ostrovy, Aleutské ostrovy a Malé Antily.

C. kontinent – kontinent (obr. 6C). V tomto prípade bežne nedochádza k subdukcii, pretože hrúbka kontinentálnej kôry je oveľa väčšia ako oceánskej, ale hustota menšia. Výsledkom v tomto prípade je kolízia dvoch kontinentálnych okrajov litosferických platní, pričom dochádza k intenzívnej deformácii okrajových častí a v závere k vzniku mohutných horských systémov napr. vznik Álp a Karpát kolíziou Africkej a Euroázijskej platne, vznik Himalájí kolíziou Indo-Austrálskej s Euroázijskou platňou.

3. Transformné rozhrania – transformné zlomy – nedochádza k tvorbe ani deštrukcii litosféry, ale dve susedné platne sa vzájomne paralelne posúvajú. Systémy transformných zlomov spájajú jednotlivé časti stredooceánskych chrbtov (obr. 7). Transformné zlomy bývajú miestom častej aj keď nie veľmi silnej seizmickej aktivity. Typickým príkladom je zlom San Andreas, na ktorom leží mesto San Francisko.