Читать книгу Życie i ewolucja biosfery - January Weiner - Страница 38

W roku 1912 niemiecki geolog Alfred Wegener zaproponował hipotezę, iż wszystkie kontynenty tworzyły kiedyś jedną całość. Argumentował, że nie da się inaczej wyjaśnić zadziwiająco dobrze pasujących do siebie zarysów linii brzegowych na przykład Półwyspu Arabskiego i Afryki Północno-Wschodniej czy Ameryki Południowej i Afryki, ani niezwykłego podobieństwa fauny i flory w obecnie odległych — a w myśl jego hipotezy — dawniej połączonych obszarach. Hipoteza Wegenera została przyjęta ze sceptycyzmem, ponieważ aż do niedawna brakowało wiarygodnego wytłumaczenia mechanizmu takiego zjawiska. Dziś mamy więcej dowodów i spójny model budowy zewnętrznych warstw kuli ziemskiej, który jest zgodny z obserwacjami przedziwnych zjawisk na powierzchni planety. Ogromne znaczenie miało tu dokładne poznanie rzeźby dna oceanu światowego, m.in. dzięki badaniom satelitarnym.

Skorupa ziemska, wraz z przylegającą do niej bezpośrednio od spodu wierzchnią warstwą płaszcza, czyli tzw. litosfera — są sztywne i kruche, skłonne do pękania pod wpływem naprężeń. Warstwa płaszcza leżąca poniżej (80–100 km) nosi nazwę astenosfery i charakteryzuje się znaczną plastycznością. Można sobie wyobrazić, iż astenosfera z litosferą zachowują się tak, jak plastelina lub wyrobione ciasto, z obeschniętą i pękającą przy lada odkształceniu skórką. Plastyczność astenosfery przejawia się w tym, że płaty litosfery pływają po niej jak lodowe kry po wodzie, w samej zaś astenosferze — jak w gęstej cieczy — unoszą się prądy konwekcyjne, napędzane różnicą temperatur między wnętrzem Ziemi a jej powierzchnią. Wysoka temperatura w głębi Ziemi częściowo jest reliktem z czasów, gdy Ziemia była rozżarzoną kulą, ciepło to jest jednak stale uzupełniane reakcjami jądrowymi, nieustannie przebiegającymi w głębokich warstwach globu (ryc. 2.5).

Rycina 2.5. Ciepło wytwarzane w głębi Ziemi wskutek rozpadu pierwiastków radioaktywnych (wg Arevalo Jr. i in., 2009)

Oto jak współczesna teoria dynamiki skorupy ziemskiej, tzw. teoria tektoniki wielkich płyt, tłumaczy zjawiska zauważone przez Wegenera. Materia astenosfery, unosząc się ku górze, a następnie odpływając na boki, wyzwala potężne siły, rozsuwające i rozrywające skorupę ziemską w miejscach, gdzie jest najcieńsza, to znaczy na dnie oceanów. W miejscu pęknięcia na powierzchnię wydobywa się upłynniona magma, która natychmiast stygnie i tworzy nowe dno oceaniczne (ryc. 2.6). Pęknięciu na dnie oceanu (tzw. ryftowi) towarzyszą więc liczne podwodne wulkany. „Kry” litosfery oddalają się od tych gigantycznych pęknięć, ale „płynąc” po powierzchni kuli, muszą się znowu gdzieś spotykać. Półwysep Indyjski, który kiedyś był wyspą, z ogromnym impetem zderzył się z kontynentem Azji, skorupa ziemska pomarszczyła się i spiętrzyła w miejscu kolizji i tak powstały Himalaje. Kra oceaniczna północno-wschodniego Pacyfiku wciska się właśnie na naszych oczach pod zachodnie wybrzeże Ameryki Północnej (ryc. 2.7) z tarciem i zgrzytem, objawiającym się trzęsieniami ziemi w tym rejonie. Tereny wulkaniczne, tereny sejsmiczne, rowy oceaniczne — to właśnie miejsca, gdzie kry litosfery zderzyły się i jedna wciska się pod drugą.

Rycina 2.6. Ruchy tektoniczne skorupy ziemskiej

Powyższy opis jest w swoim dynamizmie tylko trochę przesadzony. Ruchy kontynentów — jak na zjawisko geologiczne — przebiegają z wielką szybkością, nawet kilku centymetrów na rok! Nic dziwnego, iż w ciągu ostatnich kilkudziesięciu milionów lat oblicze naszego globu zmieniło się całkowicie (ryc. 2.7). Jeszcze w środkowym triasie — 200 mln lat temu — był tylko jeden potężny kontynent Pangea i jeden ocean Panthalassa. Już w połowie jury — 40 mln lat później — nastąpił podział. Ameryka Południowa z Afryką tworzyły Gondwanę, a Europa z Azją i Ameryką Północną — Laurazję, Australia z Antarktydą tworzyły osobną całość, a dzisiejszy Półwysep Indyjski był wyspą (ryc. 2.7A). Nie minęło 25 mln lat i oto na początku kredy zarysy wszystkich dzisiejszych kontynentów są już widoczne, ale ich położenie nie odpowiada współczesnemu. Można dokonać ekstrapolacji tych ruchów i odgadnąć, jak będzie wyglądała mapa świata za 50 mln lat (ryc. 2.7C): Ameryka Północna jeszcze bardziej oddali się od Europy, Australia zaś zbliży się do równika.

Wędrówki kontynentów zostały precyzyjnie udokumentowane w zapisie paleontologicznym, dokumentującym dawne rozmieszczenie gatunków roślin i zwierząt. Do koronnych dowodów należy rozmieszczenie skamieniałości roślin grupy Glossopteris (Gymnospermae), ograniczone do dawnej Gondwany.

Rycina 2.7. Rozmieszczenie kontynentów: A — Pangea i Morze Tetydy w okresie triasowym (200 mln lat temu); B — współczesne rozmieszczenie płyt kontynentalnych i kierunki ich ruchu; C — przewidywane rozmieszczenie za 50 mln lat (wg Steili i in., 1981)

Materiał skalny litosfery, wciśnięty pod inną krę, pod wpływem ciśnienia i temperatury uplastycznia się i miesza z pozostałą materią płaszcza. Trwa więc powolny proces obiegu potężnych mas skalnych. Materia wydobywająca się z wulkanów i pęknięć skorupy ziemskiej ulega wietrzeniu i erozji, by następnie — po przetransportowaniu rzekami i prądami morskimi — osadzić się na dnie mórz, aż wreszcie, po milionach lat, wrócić do astenosfery i znowu wydostać się na powierzchnię w innym miejscu jako lawa.

Historia teorii Wegenera jest dobrym przykładem, jak obserwacje i metody indukcyjne przeplatają się z dedukcją w tworzeniu teorii naukowych. Pierwotny pomysł Wegenera, nawet uzupełniony o jego spostrzeżenia zoogeograficzne, był zaledwie hipotezą, która nie mogła konkurować z obowiązującą wówczas teorią Suessa (1855), tłumaczącą dynamikę skorupy ziemskiej kurczeniem się globu ziemskiego. Wegenerowi brakowało alternatywnej propozycji wyjaśnienia mechanizmu postulowanego zjawiska. Sugestia, że przyciąganie Księżyca jest źródłem potrzebnej siły, nie była przekonująca. Wcześniejsze pomysły Ampferera (1906) na temat prądów wstępujących i zstępujących w górnym płaszczu też nie na wiele się przydały, gdyż były czystą spekulacją. Trzeba było 50 lat, aby nagromadził się materiał badawczy: dane geofizyczne, sejsmograficzne, paleomagnetyczne, paleontologiczne, satelitarne i inne, które pozwoliły na sformułowanie od nowa hipotezy Wegenera i na przetestowanie licznych hipotez szczegółowych. Mogły one albo całej hipotezie zaprzeczyć, albo ją umocnić. Na przykład przyjęcie hipotezy o ruchu wielkich płyt prowadzi do wniosku, iż dna oceaniczne powinny być utworzone z bazaltów, których wiek powinien wzrastać w miarę oddalania się od ryftu. Na kontynentach zaś należy się spodziewać resztek starych den oceanicznych. Oba te przypuszczenia natychmiast znalazły potwierdzenie w faktach: wiercenia geologiczne odkryły pod warstwą osadów dennych bazalty o spodziewanym wieku, na wszystkich kontynentach znaleziono stare dna oceaniczne. W skałach pochodzenia magmowego zapisany jest trwale kierunek sił pola magnetycznego Ziemi, taki, jaki był w momencie krzepnięcia lawy. Zapis paleomagnetyczny w skałach potwierdził precyzyjnie trafność hipotez o trajektoriach wędrujących płyt. Teoria tektoniki wielkich płyt tłumaczy w sposób spójny szeroką klasę zjawisk. Nie znaczy to, iż teoria ta stanowi zamknięty dogmat. W rzeczywistości składa się na nią wiele modeli konkurencyjnych, różniących się w szczegółach. Teorię tektoniki wielkich płyt śmiało można nazwać paradygmatem, nadającym kierunek dalszym programom badawczym. Będą one rozstrzygały kolejne rodzące się wątpliwości i utwierdzały tę teorię, chyba że uzbiera się materiał częściowo lub całkowicie z nią sprzeczny. Wówczas dojdzie do zastąpienia starego paradygmatu nowym, tak jak dawną teorię tektoniczną Suessa zastąpiła nowa — tektoniki wielkich płyt (na razie jednak się na to nie zanosi).