Platňová tektonika

Úvod TeóriaPlatňová tektonika

Platňová tektonika alebo teória tektoniky litosferických dosiek je zjednocujúca teória dynamiky Zeme. V súčasnosti je uznávaná väčšinou geológov a stala sa základnou teóriou celej geológie. Vysvetľuje horninový cyklus, vznik pohorí aj príčiny seizmickej aktivity ako zemetrasenia a vulkanickú činnosť.

Koncept platňovej tektoniky bol sformulovaný v 60. rokoch 20. storočia. Napriek tomu, že teória bola spočiatku odmietnutá, nabrala silu v 50. a 60. rokoch, keď nové údaje začali podporovať myšlienku kontinentálneho driftu. Mapy dna oceánu ukazovali masívne podmorské pohorie, ktoré takmer obopínalo celú Zem. Americký geológ Harry Hess predpokladal, že tieto hrebene sú výsledkom roztavenej horniny stúpajúcej z astenosféry. Keď sa hornina dostala na povrch, ochladzovala sa, čím sa vytvorila nová kôra a morské dno sa šírilo preč od hrebeňa ako na dopravnom páse. O milióny rokov neskôr kôra zmizla v oceánskych priekopách na miestach nazývaných subdukčné zóny. Magnetické údaje z oceánskeho dna a relatívne mladý vek oceánskej kôry podporili Hessovu hypotézu o šírení morského dna.

Podstatou teórie platňovej tektoniky je, že vonkajšia vrstva Zeme alebo litosféra je polámaná na množstvo tektonických platní, ktoré do seba zapadajú ako puzzle. Vyčlenilo sa 7 veľkých platní (pacifická, euroázijská, severoamerická, juhoamerická, africká, indoaustrálska a antarktická) a veľké množstvo malých (napr. kokosová, Nazca, karibská, filipínska...).

 

 

Každá platňa je vnútorne pevná a je v interakcii s inými platňami. Väčšina tektonickej aktivity na Zemi je realizovaná práve na ich kontakte, kde dochádza k vzniku extrémneho napätia a následnej deformácii okrajov platní. V dôsledku konvekcie hmôt v astenosfére, na ktorej platne ležia, sa pohybujú voči sebe rôznou rýchlosťou, približne 5 až 10 cm za rok. Kontinenty a oceány sú súčasťou dosiek, na ktorých sa pasívne premiestňujú, čo v priebehu miliónov rokov viedlo k významným zmenám v geografii Zeme. Hranice litosferických platní sa zvyčajne nezhodujú s hranicami medzi oceánmi a kontinentmi a ich správanie je len čiastočne ovplyvnené tým, či nesú oceány, kontinenty alebo oboje. Napríklad pacifická doska je tvorená prevažne oceánskou kôrou, zatiaľ čo severoamerická obsahuje kontinentálnu kôru na západe (severoamerický kontinent) a oceánsku kôru Atlantického oceánu na východe.

 

 

Vzťah dvoch litosferických platní môže byť:

  • divergentný (stredooceánske a kontinentálne rifty)
  • konvergentný (subdukčné a kolízne zóny)
  • transformný (transformné zlomy)

Tri litosferické platne sa navzájom stretávajú v mieste, ktoré sa označuje ako trojný bod (triple junction).

 

 

Divergentné rozhranie

 

Na divergentnom rozhraní sa dve dosky kontinentálnej alebo oceánskej litosféry od seba vzďaľujú. Trhlina, ktorá vzniká pri odďaľovaní platní je systematicky vypĺňaná roztavenými magmatickými horninami vystupujúcimi z astenosféry. Roztavená magma bazaltového zloženia vystupuje smerom na povrch, kde sa ochladí a vytvorí novú oceánsku kôru. Takéto rozhranie, pri ktorom vzniká nová kôra je označované ako konštruktívne. Vznik divergentných okrajov litosferických platní je najčastejšie spôsobený výstupom horúcich plášťových hmôt, čo zapríčiní termálny výzdvih, stenčenie litosféry a jej následné roztrhnutie, tzv. rifting. Ako sa trhlina ďalej rozširuje, kontinentálna kôra sa postupne stenčuje, až kým sa nedosiahne oddelenie dosiek a nevytvorí sa nový oceán.

 

 

Vzostupná tavenina sa ochladzuje a kryštalizuje za vzniku novej kôry. Pretože magma má bazaltové zloženie, nová kôra je oceánska a pozdĺž trhliny vzniká stredooceánsky chrbát. Zvýšená topografia vedie k scenáru spätnej väzby, v ktorom výsledná gravitačná sila tlačí kôru od seba, čo umožňuje novej magme vyvierať zdola a to zase udržuje zvýšenú topografiu. Stredooceánske chrbty predstavujú dlhé lineárne podmorské pohoria, ktoré boli vytvorené výstupom magmy zo zemského plášťa. Predstavujú najdlhší horský systém na Zemi - ich celková dĺžka je cca 60 000 km, šírka – 1000-4000 km. Výška je v priemere 2-3km nad okolité oceánske dno. Najmladšie horniny sú v centre chrbta a postupne sú odsúvané ďalej od chrbta v procese spreading. To znamená, že vek oceánskej kôry sa zvyšuje so vzdialenosťou od centra šírenia. Rýchlosť rozpínania sa morského dna je v rôzna, pohybuje sa približne od 0,1 cm za rok do 17 cm za rok. Priekopová prepadlina nachádzajúca sa v centrálnej časti stredooceánskeho chrbta sa označuje ako rift. Ide o cca 1 km hlbokú prepadlinu tvorenú hlbokými extenznými zlomami celokôrového charakteru, cez ktoré preniká magma.

Divergencia a tvorba oceánskej kôry sú sprevádzané veľkou sopečnou činnosťou a mnohými plytkými zemetraseniami, keď sa kôra opakovane láme, vypĺňa magmou, tuhne a znova praská.

 

 

 

Počiatočné štádium vzniku riftu predstavuje východoafrický riftový systém, nachádzajúci sa na kontinentálnej kôre, ktorý nadväzuje na rift Červeného mora. Ten reprezentuje ďalšie štádium na divergentných okrajoch platní, tzv. vznik lineárneho mora. Príkladom pokročilého divergentného okraja litosferických dosiek je stredoatlantický chrbát, ktorý je dlhý 11 300km. Formoval sa v priebehu posledných 160 mil. rokov a predstavuje divergentné rozhranie medzi euroázijskou a africkou doskou na východe a severoamerickou a juhoamerickou na západe. Platne sa od seba vzďaľujú rýchlosťou 3 až 4 cm za rok. 

 

 

Konvergentné rozhranie

 

Vzhľadom na to, že Zem má konštantný objem, nepretržitá tvorba novej zemskej kôry vytvára prebytok, ktorý musí byť vyvážený deštrukciou kôry na inom mieste. K tomu dochádza na konvergentných okrajoch litosferických platní, známych aj ako deštruktívne hranice platní. V týchto miestach sa dosky pohybujú smerom k sebe, pričom dochádza k ohýbaniu čela jednej platne a k jej postupnému ponáraniu sa pod druhú. Proces, pri ktorom sa jedna platňa podsúva pod určitým uhlom pod druhú sa označuje ako subdukcia. Keďže oceánska kôra sa starnutím ochladzuje, stáva sa nakoniec hustejšou ako pod ňou ležiaca astenosféra, má tendenciu subdukovať alebo ponoriť sa pod kontinentálnu kôru alebo mladšie časti oceánskej kôry. To znamená, že tam, kde sa stretávajú dve oceánske platne, je staršia, hustejšia platňa prednostne subdukovaná pod mladšiu, teplejšiu. Tam, kde je jeden okraj platní oceánsky a druhý kontinentálny, väčší vztlak kontinentálnej kôry bráni jej potopeniu a oceánska platňa je subdukovaná pod kontinentálnu.

 

 

Kontinenty sa týmto spôsobom prednostne zachovávajú v porovnaní s oceánskou kôrou, ktorá sa kontinuálne recykluje do plášťa. To vysvetľuje, prečo sú horniny na dne oceánov vo všeobecnosti mladšie ako 200 miliónov rokov, zatiaľ čo najstaršie kontinentálne horniny majú viac ako 4 miliardy rokov. V súčasnosti je najväčšou subdukčnou zónou oblasť Pacifického oceánu, kde sa pacifická platňa podsúva pod euroázijskú.

 

 

 

Ak sa stretnú dve dosky nesúce kontinentálnu kôru, to znamená, že oceánska kôra je už subdukovaná, platne sa zrazia a dôjde ku kolízii. Pri takejto zrážke kontinentov nie je ani jeden kontinent subdukovaný vo výraznejšom rozsahu. Kým je subdukčná zóna stále aktívna, dochádza k zvyšovaniu tlaku a intenzívnej deformácii oboch platní, čoho výsledkom je vznik kolíznych orogénnych pásiem, ktoré sú charakterizované výraznou pozitívnou topografiou (vysoké pohoria) a zložitou stavbou. Príkladom takéhoto procesu sú napríklad Himaláje, ktoré vznikli pri zrážke indickej dosky s euroázijskou.

 

 

Miesto subdukcie je označené hlbokomorskou priekopou (trenčom) s hĺbkou medzi 5 a 11 km, ktorá vzniká trecím odporom medzi platňami pri ohybe klesajúcej platne (Mariánska priekopa). Okraj pasívnej dosky zoškrabuje sedimenty a vyvýšené časti oceánskeho dna z podsúvajúcej sa platne, čím vytvára zónu vysoko deformovaných hornín označovaných ako akrečný klin. Všetky horniny, ktoré sa dostanú do subdukčnej zóny sú vystavené vysokým tlakom a teplotám, pričom dochádza k ich metamorfóze. V hĺbke asi 100 km dochádza k úplnému roztaveniu hornín, čím vzniká magma, prevažne bazaltového zloženia. Táto magma stúpa na povrch a vytvára rad sopiek na vrchnej doske, ktorý je známy ako vulkanický oblúk. Nachádza sa zvyčajne niekoľko stoviek kilometrov za oceánskou priekopou. Príkladom ostrovného oblúka, ktorý vznikol pri podsúvaní oceánskej dosky pod kontinentálnu je pohorie Andy v Južnej Amerike. Podsúvanie oceánskej platne pod oceánsku zase vytvorilo Japonské ostrovy. Okrem sopečnej činnosti je subdukčná zóna charakterizovaná veľkým množstvom zemetrasení, ktoré sú výsledkom kompresie pri zvyšovaní tlaku na podsúvajúcu sa platňu.

 

 

Mechanizmy zodpovedné za vytvorenie subdukčných zón sú kontroverzné. Koncom 20. a začiatkom 21. storočia sa objavili dôkazy podporujúce názor, že subdukčné zóny sa prednostne iniciujú pozdĺž už existujúcich zlomov (ako sú transformačné zlomy) v oceánskej kôre. Bez ohľadu na presný mechanizmus geologický záznam naznačuje, že odpor voči subdukcii je nakoniec prekonaný.

 

Pretože dosky tvoria integrovaný systém, nie je potrebné, aby nová kôra vytvorená na divergentnej hranici bola úplne kompenzovaná v najbližšej subdukčnej zóne, pokiaľ sa celkové množstvo vytvorenej kôry rovná počtu zničených. Rovnováhu medzi vznikom a zánikom v globálnom meradle dokazuje expanzia Atlantického oceánu za posledných 200 miliónov rokov, ktorá je kompenzovaná kontrakciou Tichého oceánu a zánikom celého oceánu medzi Indiou a Áziou (more Tethys). Migrácia Indie na sever viedla pred 40 miliónmi rokov ku kolízii s Áziou. Odvtedy India postúpila o ďalších 2 000 km pod Áziu, vytlačila Himaláje a vytvorila Tibetskú náhornú plošinu.

 

 

Transformné rozhranie


Pozdĺž tretieho typu hranice platní sa dve platne pohybujú vedľa seba horizontálnym posunom. K takémuto posunu dochádza pozdĺž zlomových štruktúr označovaných ako transformné zlomy. Transformné zlomy sú rovnobežné so smerom relatívneho pohybu litosferických dosiek na zemskom povrchu. Na takýchto okrajoch nedochádza k vzniku ani zániku litosféry. Na povrchu sa prejavujú sa ako výrazné trhliny, ktoré pretínajú staršie štruktúry. Povrchy zlomov sú zriedka hladké. Nerovnosti na povrchu môžu spôsobiť, že sa dosky na oboch stranách dočasne zablokujú. To vyvolá nahromadenie napätia, ktoré sa po jeho uvoľnení prejaví vo forme zemetrasenia. Takéto oblasti sú výrazne seizmicky aktívne. Transformné zlomy najčastejšie pretínajú stredooceánske chrbty, avšak najznámejšie a súčasne aj najviac nebezpečné, sa nachádzajú na okrajoch tektonických platní. Typickým príkladom transformného zlomu je zlom San Andreas v Kalifornii, kde sa Severoamerická platňa a Pacifická platňa posúvajú vedľa seba pozdĺž obrovskej trhliny v zemskej kôre.

 

 

Úlohy: