Ruchy skorupy ziemskiej

Większość hipotez opisujących powstanie Ziemi przyjmuje, że powstała ona z materii słonecznej i byłą kulą złożoną płynnej, gorącej masy. W kuli tej lżejsze elementy skoncentrowały się bliżej powierzchni Ziemi a cięższe w jej wnętrzu. W miarę ochładzania się, kula ziemska pokryła się lekkim, zakrzepłym materiałem skalnym. Współczesne ukształtowanie powierzchni Ziemi jest rezultatem działania procesów endogenicznych (wewnętrznych), mających swe źródło we wnętrzu Ziemi, oraz egzogenicznych (zewnętrznych), które występują na powierzchni naszej planety. Zarówno czynniki wewnętrzne, jak i zewnętrzne  w równym samym stopniu przyczyniają się do kształtowania rzeźby powierzchni Ziemi. Dzisiejsze rozmieszczenie lądów i oceanów jest rezultatem tych procesów, działających od początku istnienia naszej planety.

Rozmieszczenie kontynentów na kuli ziemskiej jest nierównomierne. Rozkład lądów i oceanów próbowano wyjaśniać na wiele sposobów. Zgodność zarysów wschodnich wybrzeży Ameryki Północnej i Południowej ze wschodnimi wybrzeżami Europy i Afryki nasuwała przypuszczenie, że kontynenty te stanowiły w przeszłości jedną wielką całość. Podobieństwo to jako pierwszy zauważył Francis Bacon w XVII w, stwierdzając jednocześnie on że musi mieć ono naturalną przyczynę. Twierdzono że przed potopem Ameryka połączona była z Europą i Afryką. W kolejnym wieku wysunięto hipotezę, że współczesne kontynenty są pozostałością po jednym wielkim bloku kontynentalnym, który istniał w przeszłości. Pogląd  o wędrówce kontynentów łączy się z nazwiskiem niemieckiego uczonego Alfreda Wegenera. Hipoteza poziomych ruchów bloków skorupy ziemskiej otrzymała nazwę Teorią Wegenera. W 1912 roku na zebraniu Niemieckiego Towarzystwa Geologicznego we Frankfurcie nad Menem zaprezentował on swoją hipotezę dryfu kontynentów. Wegener wysnuł wniosek, że obecne kontynenty są częściami wielkiego prakontynentu, który rozpadł się na części. Fragmenty te rozsunęły się po powierzchni Ziemi i zajęły obecne położenie. Obszary pomiędzy kontynentami stały się basenami oceanicznymi. Wegener przedstawił swą hipotezę posiłkując się trzema mapami świata, które obrazowały rozkład lądów i oceanów w trzech różnych epokach geologicznych. Uważał on, że bloki kontynentalne są zbudowane ze skał lżejszych (głównie osadowych i gnejsowych) i zanurzone są w podłożu bazaltowym. Według Wegenera podłoże to było plastyczne, co umożliwiło przemieszczenie się kontynentów w kierunku poziomym pokonując tarcie. Wegener przyjął także, że przemieszczanie się kontynentów powodowane jest przez siłę odśrodkową, oraz siły pływowe. Siła odśrodkowa miała przesuwać kontynenty od biegunów w kierunku równika. Dryf kontynentów powodował także powstawanie łańcuchów górskich.

Hipoteza Wegenera tłumaczyła w sposób logiczny ewolucję skorupy ziemskiej. Jednakże głównym jej  kontrargumentem był fakt, że siły o których mówił Wegener są za słabe, aby mogły przesuwać kontynenty. Podłoże skorupy ziemskiej także nie jest wystarczająco plastyczne do przesunięcia bloków kontynentalnych. Wskutek tych kontrargumentów teoria Wegenera upadła w latach 30- tych. Dopiero rozwój badań geofizycznych, i dokładne zbadanie den oceanicznych przyczyniły się do powrotu koncepcji dryfu kontynentów w latach 60-tych. Opracowano wtedy teorię tektoniki płyt, która jest uznawana do dziś. Koncepcja ta w dużej mierze opiera się na wcześniejszej hipotezie Wegenera. Na początku lat 30-tych Artur Holmes zaproponował teorię, w której za przyczynę dryfu kontynentów uznał zachodzące w płaszczu Ziemi tzw. prądy konwekcyjne. Konwekcją nazywamy ruch cząsteczek cieczy, wytworzony przez nierównomierne jej ogrzanie. Cząsteczki silniej ogrzane, jako lżejsze podnoszą się, podczas gdy cząsteczki chłodniejsze, są cięższe i opadają. Prądy te porównać można do ruchu wody w naczyniu, które ogrzewane jest od dołu. W takim naczyniu strumień cząsteczek lżejszych podniesie się w centralnej jego centralnej części, natomiast cząsteczki lżejsze, chłodniejsze opadną w dół w pobliży jego brzegów. Prądy konwekcyjne powstają, ponieważ strata ciepła w skorupie ziemskiej nie zachodzi równomiernie. Na obszarach, gdzie skorupa ziemska jest grubsza, a więc pod kontynentami, przepływ ciepła jest wolniejszy, gdyż skorupa działa jak izolator. Na skutek tego pod kontynentami  gromadzi się więcej ciepła i podłoże  jest pod nimi silniej nagrzane. Rozgrzane masy kierują się w kierunku obszarów oceanicznych, słabiej nagrzanych. W ten sposób tworzy się prąd konwekcyjny. W myśl teorii Holmesa kontynenty nie płyną po powierzchni płaszcza, a są przez niego unoszone właśnie dzięki działającym w nim prądom konwekcyjnym. W miejscach, gdzie pod skorupą ziemską działają prądy konwekcyjne wstępujące, skorupa kontynentu rozrywa się, pęka, a jej fragmenty zaczynają oddalać się od siebie. Pomiędzy nimi tworzy się ocean. Na obszarach, gdzie pod skorupą ziemską działają prądy zstępujące zachodzi ściskanie i tworzą się łańcuchy górskie, szczeliny i rowy oceaniczne. Litosfera podzielona jest głębokimi, sięgającymi płaszcza, pęknięciami (rozłamami) na bloki, zwane płytami litosfery. W obrębie litosfery wyróżnia się sześć wielkich płyt, o powierzchni mierzącej od kilkunastu do kilkudziesięciu milionów km2, i kilka mniejszych. W miejscu, w którym strumień ciepła dociera do litosfery, następuje jej osłabienie i następuje pękanie i powstają ryfty. Aktywność sejsmiczna, oraz wulkaniczna tych obszarów jest wysoka. Poziomo skierowane odcinki prądów konwekcyjnych powodują poziome przemieszczanie się, odsuwanie się od siebie fragmentów litosfery tworzących płyty litosfery. W miejsca pęknięć z astenosfery wdziera się magma, która wydostaje się na powierzchnię w postaci law wzdłuż ciągnących się wiele kilometrów szczelin. Na powierzchni oceanicznej w tych miejscach powstają grzbiety śródoceaniczne, a wylewające się lawy dobudowują dno oceaniczne. Zstępujący ruch prądów konwekcyjnych prowadzi do ugięcia litosfery, w miejscach, gdzie ma ona niewielką grubość, np. w obrębie oceanów. Następuje wciąganie płyty jednej pod drugą. W miejscu wciągania powstają rowy oceaniczne. Strefy rowów oceanicznych są przejawem występowania stref subdukcji. Subdukcja to proces wdzierania się jednej płyty litosferycznej (oceanicznej) pod drugą (kontynentalną). Kolizje płyt litosfery przemieszczających się w przeciwnych kierunkach powodują fałdowanie osadów oceanicznych i „dolepianie" ich do kontynentów.  Teoria tektoniki płyt litosfery głosi, że około 200 mln lat temu na powierzchni Ziemi istniał tylko jeden kontynent Pangea, który skupiał wszystkie współczesne kontynenty. Pangen otoczona była Oceanem Pantalassa. Zatoką tego oceanu był Ocean Tetydy, którego pozostałością jest dzisiejsze Morze Śródziemne. Następnie rozpoczął się rozpad Pangei na  mniejsze bloki w wyniku tworzenia się ryftów w obrębie kontynentu Wraz z ich powstaniem rozpoczął się ruch płyt litosfery. Pod koniec triasu Pangea była już rozdzielona  na dwa kontynenty: Laurazję i Gondwanę, w której skład wchodziły kontynenty południowej półkuli. Następnie nastąpił rozpad Gondwany, dzięki czemu uformował się Ocean Indyjski. Około 100 mln lat temu Ameryka Południowa oderwała się od Afryki i uformował się Ocean Atlantycki. W strefach subdukcji Oceanu Spokojnego tworzyły się łańcuchy Andów i Kordylierów. Dopiero 65 mln lat temu wszystkie kontynenty zajęły pozycje zbliżone do dzisiejszych. Na skutek powstania ryftu pomiędzy Australią a Antarktydą te dwa kontynenty oddzieliły się od siebie. Następnie połączyły się Ameryka Północna i Ameryka Południowa. Od Ameryki Północnej oddzieliła się Grenlandia. Płyty litosfery są w ciągłym ruchu także obecnie. Za kilkadziesiąt milionów lat rozmieszczenie kontynentów na Ziemi ulegnie zmianie.

Działalność wulkaniczna

Głęboko pod powierzchnią Ziemi na skutek występowania wysokich temperatury może dochodzić do miejscowego stopienia skał i do powstania ciekłego stopu skalnego zwanego magmą. Średnia temperatura magmy wynosi 700-900°C. Magma  przemieszcza się i zastyga pomiędzy skałami skorupy ziemskiej. Procesy związane z jej przemieszczaniem nazywamy plutonizmem. Wciskająca się pod w skorupę ziemską magma tworzy różnorodne formy czyli tzw. intruzje. Największymi intruzjami o znacznych rozmiarach(do kilkuset kilometrów długości i kilku kilometrów wysokości) są batolity. Największy batolit znajduje się w północnej części Kordylierów. Ma on około 2000 km długości i do 200 km szerokości. Magma, która wedrze się pomiędzy szczeliny skalne tworzy lakolity, mające postać soczewki, bądź grzyba. Inne rodzaje intruzji to sille (żyły pokładowe) czy wypukłe ku dołowi loppolity. Jeżeli natomiast magma wydostanie się na powierzchnię Ziemi wtedy wypływa ona w postaci potoków lawy. Można wydzielić dwa podstawowe rodzaje lawy:

• Lawy zasadowe, rzadkie: mają bardzo małą lepkość, są rzadkie, więc mogą przemieszczać się na większe odległości. Są to lawy bazaltowe, których temperatura wynosi 1000-1100°C.

• Lawy gęste, kwaśne: odznaczają się dużą lepkością, dlatego są gęste. Lawy te wolno spływają, często zamykają otwór krateru utrudniając wydobycie się gazów. Sprężające się przez dłuższy czas gazy mają ogromną siłę, dzięki temu erupcje są bardzo gwałtowne i katastrofalne w skutkach. Lawy kwaśne tworzą stożki wulkaniczne o stromych i wysokich stokach. Lawy kwaśne są lawami krzemionkowymi.

Procesy wylewania się magmy nazywają się wulkanizmem. Wydobywanie się lawy i towarzyszących jej innych produktów w postaci par, gazów, czy fragmentów skalnych nazywamy erupcją. W zależności od rodzaju wydostania się magmy na powierzchnię, erupcje można podzielić na:

• centralne
• linijne
• arealne

W erupcjach centralnych produkty wybuchu wydostają się z krateru, stanowiącego centrum wulkanu. Krater połączony jest z miejscem, w którym zalega magma (ogniskiem magmowym) kanałem.

Podczas erupcji linijnych lawa, oraz inne produkty wydostają się na powierzchnię szczelinami. Taki typ erupcji występuje powszechnie na Islandii, gdzie wydostaje się lawa bazaltowa. Na skutek erupcji linijnych powstają ogromne pokrywy lawowe tzw. trapy bazaltowe. Jeśli magma batolitu podniesie się, może się zdarzyć, że przetopi skały skorupy ziemskiej i przedrze się na powierzchnię na dużym obszarze. Wtedy zachodzi erupcja arealna. Obecnie tego rodzaju erupcje nie występują, jednakże w przeszłości były one częstsze, szczególnie w prekambrze, kiedy skorupa ziemska była cienka. Prawdopodobnie część obszaru w Parku Narodowym Yellowstone w USA powstała na skutek erupcji arealnej.  Wyróżnia się także erupcje podmorskie, które mają miejsce na dnie morskim, częstym ich produktem są lawy poduszkowe. W wyniku nagromadzenia materiałów wulkanicznych pochodzących z takich erupcji powstają wyspy wulkaniczne. W niektórych erupcjach oprócz lawy, wydobywają się także inne produkty wulkaniczne  takie jak: bomby wulkaniczne, stanowiące bryły lawy o owalnym wrzecionowatym kształcie i spiralnie skręconych końcach. Osiągają one rozmiary od kilku centymetrów do 1 metra. Scoria natomiast to fragmenty gąbczastej lawy o wielkości orzecha włoskiego. Lapille to fragmenty zastygłej lawy w formach o wielkość grochu. Produktem wulkanicznym jest także pumeks. Tworzy się on z fragmentów gorącej lawy, która zawiera gazy. Jeśli lawa ta zostanie wyrzucona w powietrze, wówczas fragmenty zakrzepłej lawy są przepełnione drobnymi pęcherzykami, co powoduje, że pumeks jest bardzo lekki. Wulkanem nazywamy miejsce na powierzchni Ziemi z którego wydobywają się produkty erupcji wulkanicznej. Ze względu na rodzaj wyrzucanych utworów wyróżnić można:

• Wulkany eksplozywne (np. Mayon w Filipinach), których produktem jest materiał piroklastyczny, bomby wulkaniczne, czy lapille. Wulkan eksplozywny bez wykształconego stożka wulkanicznego nazywa się maar.

• Wulkany efuzywne (lawowe), wyrzucają lawę kwaśną, lub zasadową (np. Merapi na Jawie).

• Wulkany mieszane (stratowulkany), jest to rodzaj wulkanu, którego produkty erupcji to zarówno lawa, jak i materiał piroklastyczny(np. Wezuwiusz, Fudżi Jama, Kilimandżaro).

Inny podział bierze pod uwagę miejsce, z którego wypływa magma. Wyróżnia się wówczas wulkany:

• stożkowe- wzniesienie o stożkowatym kształcie, utworzone z lawy lub materiałów piroklastycznych, wydobywających się z otworu wulkanicznego w czasie erupcji centralnej.

• tarczowe- o szerokim i spłaszczonym stożku o kącie nachylenia nie większym niż 8°. Jego cechą charakterystyczną jest brak gwałtownych erupcji - z jego wnętrza wydobywa się rzadka i bardzo gorąca lawa zasadowa. Przykładem takiego wulkanu może być Mauna Loa na Hawajach.

Najwięcej wulkanów znajduje się wzdłuż wybrzeży Oceanu Spokojnego. Rejon ten nosi nazwę Ognisty pierścień. Jest to obszar krawędzi płyt litosfery, gdzie następują ich kolizje w strefie ryftowej. Z tego powodu zjawiska wulkaniczne i towarzyszące im trzęsienia ziemie są tu bardzo częste. Wiele wulkanów występuje także na wyspach wulkanicznych, powstałych w wyniku erupcji wulkanicznych. Dokładne ustalenie liczby wulkanów jest niemożliwe, gdyż aktywny wulkanizm podwodny jest często niezauważalny.