Zaloguj
Zrozumieć Ziemię> Lekcje> Lekcja 1

BUDOWA LITOSFERY

Uproszczony przekrój przez skorupę ziemską

Rys. 1.1. Uproszczony przekrój przez skorupę ziemską.

Litosfera, czyli zewnętrzna powłoka Ziemi, obejmuje skorupę ziemską i górną część płaszcza ziemskiego, które rozdziela powierzchnia nieciągłości Mohorowičicia (w skrócie zwana Moho) (Rys. 1.1). Główne pierwiastki budujące skorupę ziemska to: tlen (O) 44,6%, krzem (Si) 27,7%, glin (Al) 8,1% i żelazo (Fe) 5%. Wyróżniamy skorupę kontynentalną, występującą pod kontynentami oraz oceaniczną – pod oceanami. Grubość skorupy kontynentalnej wynosi 35-40 km (maksymalnie 80 km pod Himalajami). Jest ona zbudowana ze skał magmowych typu granitu (granity, andezyty, granodioryty). Głównymi minerałami skałotwórczymi są tu krzemiany i glinokrzemiany (plagioklazy, amfibole, pirokseny) oraz kwarc. Wiek skorupy kontynentalnej określany jest na 4 mld lat. Najstarsze znane minerały to cyrkony sprzed 4,4 miliarda lat (4,404 +/- 0,008 mld lat), pochodzą ze zmetamorfizowanych konglomeratów piaszczystych z Australii Zachodniej (kompleks gnejsowy Narryer). Grubość skorupy oceanicznej wynosi 5-8 km. Skorupa ta powstała w wyniku wylewania się i zastygania law typu bazaltów na dnie dolin ryftowych. Skorupa oceaniczna nie jest starsza niż 200 mln lat, gdyż podlega dynamicznym zmianom: jest stale niszczona w streach kolizji lub subdukcji oraz tworzona w strefach ryftów oceanicznych.

Mechanizm poruszający płyty litosfery

Rys. 1.2. Mechanizm poruszający płyty litosfery.

Kontynentalne i oceaniczne płyty litosfery „pływają” po górnym płaszczu Ziemi dzięki mechanizmowi prądów konwekcyjnych (Rys. 1.2). W skorupie ziemskiej występują miejsca silniej podgrzane na skutek zwiększonego strumienia ciepła płynącego z płaszcza. Jeśli występują one punktowo, to tworzą się plamy gorąca, jeśli liniowo to dochodzi do powstania grzbietów śródoceanicznych – ryftów. Ryfty są wielkimi, wydłużonymi strefami pęknięć skorupy ziemskiej, wzdłuż których magma wydostaje się na powierzchnię, zastyga i powstaje nowa skorupa oceaniczna lub nowy ląd.

Strefa subdukcji

Rys. 1.3. Strefa subdukcji.

Jeżeli strefa ryftowa przebiega przez kontynent może doprowadzić do jego pęknięcia i rozpadu. Przy stałej wielkości powierzchni Ziemi przyrost skorupy oceanicznej w strefach ryftowych jest kompensowany przez skrócenie (pochłonięcie, przetopienie i zniszczenie) skorupy w strefach kolizji płyt litosfery oraz w strefach subdukcji (Rys. 1.3).

Rodzaje fałdów tektonicznych

Rys. 1.4. Rodzaje fałdów tektonicznych.

W strefach kolizji dochodzi do częściowego uplastycznienia masy skalnej i jej pofałdowania (Rys. 1.4). Zarówno strefy kolizji płyt litosfery jak i strefy subdukcji są strefami aktywnymi sejsmicznie z czynnymi wulkanami.

Inny rodzaj kontaktu płyt litosfery lub bloków skalnych, spowodowany naprężeniami poziomymi, stanowią uskoki przesuwcze, prowadzące do przesunięć poziomych (Rys. 1.5).

Powstawanie uskoków tektonicznych i ich rodzaje

Rys. 1.5. Powstawanie uskoków tektonicznych i ich rodzaje.

Dryf płyt litosfery i spoczywających na nich kontynentów trwa od zarania dziejów Ziemi. Wciąż rodziły się nowe oceany, pękały i oddalały się od siebie kontynenty, by potem zderzać się w przeróżnych konfiguracjach, miażdżąc znajdujące się między nimi oceany i fałdując oraz wypiętrzając góry. W proterozoiku, ok. 600 mln lat temu, lądy były połączone w jeden spuperkontynent Gondwany dominujący na półkuli południowej, oblany wodami superoceanu Panthalassa. W kambrze i ordowiku położenie kontynentów było podobne, tzn. na południu nadal istniał wielki kontynent Gondwany, obejmujący dzisiejszą Australię, Antarktydę, Amerykę Południową i Afrykę. W okolicach równika położone były mniejsze lądy: Laurencja, Syberia i Baltika (Bałtyka). W czasie orogenezy kaledońskiej doszło do kolizji Laurencji i Baltiki. Powstał nowy kontynent Laurosja leżący na równiku. Pomiędzy Laurosją i leżącą bardziej na północ Syberią a Chinami Północnymi utworzył sie Ocean Paleotetydy. Mikrokontynent Avalonii na półkuli południowej przesunął się ku równikowi (Karta ćwiczeń L 1.3a) . Układ kontynentów w dewonie pokazuje Karta ćwiczeń L 1.3b. Podczas orogenezy waryscyjskiej doszło do zderzenia Laurosji i Gondwany (w miejscu kolizji powstały Appalachy). Z połączenia Laurosji z Syberią powstała Laurazja, która wraz z Gondwaną utworzyła potężny ląd zwany Pangeą. W triasie na południe od Paleotetydy powstał nowy ocean – Tetyda, oddzielający południową część Pangei od Chin Południowych. Pod koniec triasu powstała wielka prowincja wulkaniczna centralnego Atlantyku. Z początkiem jury superkontynent Pangea zaczął się rozpadać na Gondwanę na południu i Laurazję na północy. Laurazja zaczęła pękać wzdłuż rodzącego się ryftu północnego Atlantyku. Ocean Panthalassa przekształcił się w Ocean Spokojny. Strefa ryftowa między Ameryką Północną i Afryką stanowiła zaczątek Oceanu Atlantyckiego (Karta ćwiczeń L 1.3c). We wczesnej kredzie nastąpił ostateczny rozpad Gondwany na mniejsze kontynenty i otworzył się ryft południowego Atlantyku. W późnej kredzie kontynenty miały położenie zbliżone do obecnego. Oderwane od Gondwany Indie dryfowały ku Azji, a Antarktyda była jeszcze połączona z Australią. Miedzy Ameryką Południową i Afryką oraz miedzy Ameryka Północna a Europą rozpościerał się Ocean Atlantycki, natomiast Europę od Afryki i Indie od Azji oddzielał Ocean Tetydy. W orogenezie alpejskiej doszło do kolizji Afryki z Europą i powstania łańcucha alpejskiego oraz do kolizji Indii z Azją i wypiętrzenia Himalajów. Zamknięciu uległ Ocean Tetydy, którego pozostałością jest dzisiejsze Morze Śródziemne.

Kontynenty, będące trwałymi elementami w dziejach Ziemi, procentowo wciąż powiększają swoją powierzchnię (wliczając w ten obszar morza szelfowe, czyli ich zalewane okresowo niższe części). Oceany natomiast są elementem nietrwałym w dziejach Ziemi. Rodzą się poprzez rozrost ryftów i giną miażdżone w kolizjach kontynentów oraz konsumowane przez subdukcję w płaszczu Ziemi. Obecne położenie płyt litosfery oraz grzbietów oceanicznych ilustruje (Karta ćwiczeń L 1.1a).

Umownie wyróżniamy duże kontynenty, których „rdzenie”, zwane tarczami, zbudowane są z bardzo starych skał oraz mniejsze mikrokontynenty, zwane też terranami. Terrany wędrują wraz z dnem oceanicznym, jak na pasie transmisyjnym, aby w końcu „dokleić się” (czyli dokować) do kontynentu, powiększając jego powierzchnię.

Jak odtwarzamy ruchy kontynentów?

Drobiny minerałów zawierające żelazo działają w danej chwili jak mikromagnesy – ustawiają się równolegle do linii pola magnetycznego Ziemi. Mikromagnesy te unieruchamiają się, jeżeli magma je zawierająca zakrzepnie lub gdy ich drobiny opadają z zawiesiny na dno morza i wejdą w skład osadu (potem skały). Tak rejestrowany jest przebieg linii magnetycznych Ziemi w odległych epokach. Kierunki te można pomierzyć w skale po milionach lat. Jeśli określimy wiek tych skały (przy pomocy metod radiometrycznych lub skamieniałości przewodnich), to możemy nie tylko odtworzyć położenie bieguna, lecz także, w miarę precyzyjnie, umiejscowić ten fragment skorupy ziemskiej na naszym globie w minionym czasie geologicznym. Oprócz przesunięć w kierunku równoleżnikowym czy południkowym (niektóre obecne kontynenty lub ich fragmenty mogły przez miliony lat przewędrować całą kulę Ziemską), kontynenty też obracały się (rotowały) (patrz Tabela stratygraficzna).

Demonstracja:
Odtworzenie ruchu kontynentów w przeszłości geologicznej przy pomocy animacji on-line dostępne jest na mapach paleogeograficznych Ziemi. Przy braku odpowiedniego sprzętu można wykorzystać kopie map paleogeograficznych z kart ćwiczeń.

Karty ćwiczeń:
Karty ćwiczeń przeznaczone są dla grup 2-4 osobowych

Karta 1.1a

Karta ćwiczeń 1.1a

Karta 1.1b

Karta ćwiczeń 1.1b

Karta 1.2

Karta ćwiczeń 1.2

Karta 1.3a

Karta ćwiczeń 1.3a

Karta 1.3b

Karta ćwiczeń 1.3b

Karta 1.3c

Karta ćwiczeń 1.3c

SPIS ILUSTRACJI

  • Rys.1. Uproszczony przekrój przez skorupę ziemską. Źrodło: http://geografia_liceum.republika.pl/skorupamini
  • Rys.2. Mechanizm poruszający płyty litosfery. Źrodło: Atlas encyklopedyczny PWN. Istituto Geografico De Agnostini, Wyd. Naukowe PWN, 1998, Novara.
  • Rys.3. Strefa subdukcji – miejsce, gdzie płyta oceaniczna podsuwa sie pod płytę kontynentalną i ulega „pochłonięciu” (przetopieniu). Tworzy sie tu rów oceaniczny, któremu towarzyszą wulkany. Źrodło: Atlas encyklopedyczny PWN. Istituto Geografico De Agnostini, Wyd. Naukowe PWN, 1998, Novara.
  • Rys.4. Rodzaje fałdów tektonicznych. Źródło: Busch R.M., 2000. Laboratory manual in physical geology. Prentice Hall, London.
  • Rys.5. Powstawanie uskoków tektonicznych i ich rodzaje. Źródło: Busch R.M., 2000. Laboratory manual in physical geology. Prentice Hall, London.