Wilsonov cyklus

Úvod Teória Platňová tektonikaWilsonov cyklus

Je to už viac ako 50 rokov, čo kanadský geológ John Tuzo Wilson publikoval svoj článok s otázkou „Zatvoril sa Atlantik a potom sa znova otvoril?“. Tento článok sa stal kľúčovým, predovšetkým kvôli tomu, že sa objavil v čase vývoja teórie platňovej tektoniky. Wilson bol až do toho času zarytým odporcom modelu kontinentálneho driftu a akéhokoľvek pohybu kontinentov. Svoj názor zmenil až po publikovaní výsledkov o skúmaní oceánskeho dna a tým výrazne prispel k pochopeniu platňovej tektoniky. Počas 60. rokov 20. storočia Wilson strávil veľa času pozorovaním a študovaním severnej časti Atlantického oceánu. Jeho práca bola založená na predpoklade, že v minulosti existoval „skorší“ Atlantický oceán – Protoatlantik (dnes ho poznáme ako Oceán Japetus a Rheický oceán), ktorý bol uzavretý kontinentálnym driftom a potom sa znova otvoril pozdĺž trochu iného centra do nášho súčasného Atlantiku. Jeho podrobné práce viedli ku kategorizácii svetových oceánov z hľadiska vývojových štádií v cykle, ktorý sa neskôr stal známym ako Wilsonov cyklus.

 

Podstatou „Wilsonovho cyklu“ je opakované otváranie a zatváranie oceánskych panví spôsobené pohybom litosferických dosiek. Počas tohoto cyklu dôjde postupne ku kontinentálnemu riftingu, otvoreniu a rozpínaniu novo vzniknutého oceánu a následne k subdukcii na jednej strane oceánu a k jeho uzavretiu pri kolízii dvoch kontinentov. Kompletný Wilsonov cyklus trvá v priemere niekoľko 100 miliónov rokov a jednotlivé cykly sa môžu časovo prekrývať. V dôsledku takéhoto komplikovaného vývoja môže dôjsť k situácii, keď sa súčasne uzatvoria všetky oceány a vznikne superkontinent (ako bola v minulosti napr. Pangea) alebo naopak k súčasnému otvoreniu niekoľkých oceánov a rozpadu existujúceho superkontinentu.

 

 

Wilsonov cyklus možno opísať v šiestich etapách pohybu tektonických platní: oddelenie kontinentu (kontinentálny rift), vytvorenie mladého oceánu na morskom dne, vytvorenie oceánskych panví počas kontinentálneho driftu, spustenie subdukcie, uzavretie oceánskych panví v dôsledku k oceánskej litosférickej subdukcii a nakoniec zrážke dvoch kontinentov a uzavretiu oceánskych panví. Prvé tri štádiá (embryonálne, ranné, zrelé) opisujú rozširovanie oceánu a posledné tri štádiá (senilné, terminálne a kolízne) opisujú uzavretie oceánu a vytvorenie pohorí ako sú napríklad Himaláje. Jednotlivé štádiá sú v súčasnosti pozorovateľné na Zemi.

 

1. etapa (embrionálne štádium) Cyklus začína väčšinou na kontinente, pretože hrubá kontinentálna kôra nevedie teplo tak ľahko ako tenšia oceánska kôra. Superkontinent, ktorý zostáva na jednom mieste stovky miliónov rokov, pôsobí ako prikrývka a spomaľuje tok tepla z vnútra Zeme. Plášť sa stále viac ohrieva a horúce hmoty stúpajú smerom nahor, čím sa kontinent zdvíha, kôra sa prehrieva a naťahuje až kým nepraskne a nerozpadne ju na dve a viac časti. Vytvorí sa tzv. riftové údolie - predĺžená topografická depresia ohraničená puklinami (zlomami) v skalnom podloží. Tento proces nielenže rozdeľuje kontinent na časti, ale vytvára aj novú divergentnú hranicu platní.

 

Príkladom je africký kontinent, ktorý je na svojom mieste asi 200 miliónov rokov. V súčasnosti je asi o 400 m vyššie ako ostatné kontinenty, v dôsledku zahrievania a expanzie (výstupu horúcich hmôt) spodného plášťa. Roztrhnutie kontinentálnej kôry vytvorilo priekopové údolia východnej Afriky označované ako východoafrický riftový systém.

 

 

 

2. etapa  (ranné štádium) – Priekopové údolia sa postupne rozširujú, pripájajú sa k oceánu a vytvárajú úzke slané zálivy. Medzi časťami rozpadnutého kontinentu vzniká nová oceánska panva. Roztavené horúce hmoty, ktoré roztrhali kôru vytvárajú v riftovom údolí novú oceánsku kôru. Oceánska panva v tomto štádiu je porovnateľná s dnešným Červeným morom a Kalifornským zálivom.

 

 

3. etapa (zrelé štádium) – oceánska panva sa rozširuje, niekedy až na tisíce kilometrov. Pôvodne spojené okraje nových kontinentov sa od seba vzďaľujú. Proces postupného sa rozširovania oceánu sa označuje ako spreading. V oblasti riftu vzniká stredooceánsky chrbát - dlhé lineárne podmorské pohorie, ktoré bolo vytvorené výstupom magmy zo zemského plášťa. Patria medzi najdlhšie horské systémy na Zemi.

 

 

V zrelom štádiu sa dnes nachádza Atlantický oceán. Je dlhý 11 300 km. 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. Stredoatlantický chrbát prechádza aj cez ostrov Island, ktorý je vďaka tomu veľmi seizmicky aktívny.

 

 

4. etapa (obdobie senility) – uzatváranie oceánu začína, keď sa vytvorí subdukčná zóna (nová hranica konvergentnej platne). Subdukčná zóna sa môže vytvoriť kdekoľvek v oceánskej panve a môže smerovať akýmkoľvek smerom. V základnom modeli vychádzame z najjednoduchšej situácie: subdukčná zóna vzniká pod okrajom jedného kontinentu. Akonáhle je subdukčná zóna aktívna, oceánska panva je odsúdená na zánik; všetko sa to nakoniec poddá a zmizne. Oceánska panva sa zvyčajne rozširuje na približne 200 miliónov rokov, kým začne subdukcia. Dôkazom toho je, že sa nenašla žiadna oceánska kôra staršia ako 200 miliónov rokov. Pre Zem ako celok sa šírenie musí rovnať subdukcii – inak by sa planéta zmenšovala alebo rozširovala.

 

 

Najlepším príkladom zatvárajúceho sa oceánu so subdukčnými zónami tvoriacimi tichomorský Ohnivý kruh je Pacifický oceán. Oblasť podsúvania sa pacifickej dosky pod euroázijskú je vysoko seizmicky aktívna. Typická je tiež prítomnosť magmatických oblúkov (sopečných pohorí na kontinente alebo tvoriacich ostrovné oblúky). Subdukčná zóna je tiež lemovaná trenčami – hlbokomorskými priekopami ako je napr. Mariánska priekopa.

 

 

5. etapa (terminálne štádium) – pokračujúca subdukcia oceánskej kôry spôsobuje zúženie mora oddeľujúceho kontinenty. Väčšina oceánskej panvy subdukovala a dva kontinenty sú pripravené sa zraziť. Pre toto štádium sú typické sopečné erupcie, zemetrasenia a postupný výzdvih pohorí. Príkladom tohto štádia je Stredozemné more, ktoré zaniká v dôsledku približujúceho sa afrického kontinentu k európskemu a spôsobilo výzdvih pohorí ako sú Alpy.

 

 

6. etapa (kolízne štádium) - dva kontinenty, ktoré boli od seba oddelené v prvej etape sa zrazia. Zvyšná oceánska panva je úplne subdukovaná. Keďže kontinentálna doska sa pod inú kontinentálnu dosku úplne  nepodsunie, subdukčná zóna zanikne. Pri zrážke sa hrúbka kontinentu zdvojnásobí, a keďže kontinentálna hornina je ľahká, obe kontinenty sa zdvihnú. Výsledkom kontinentálnej kolízie sú orogénne pásma s výraznou pozitívnou topografiou (vysoké pohoria) a zložitou stavbou. Príkladom kolízneho štádia sú Himaláje, ktoré vznikli pri zrážke indického kontinentu s euroázijským. Alebo Apalačské pohorie na východe Severnej Ameriky, ktoré sa tiež vytvorilo týmto spôsobom na konci predchádzajúceho Wilsonovho cyklu, asi pred 450 miliónmi rokov.

Po zrážke dvoch kontinentov a výzdvihu pohorí dochádza k jeho postupnej erózii až na úroveň hladiny mora. Kontinent je pripravený na nový cyklus.

 

 

Koncept Wilsonovho cyklu sa ukázal ako mimoriadne dôležitý pre teóriu a prax geológie a je základom takmer všetkého, čo vieme o geologickom vývoji Zeme a jej litosféry. Tento koncept sa bude nepochybne naďalej rozvíjať, keď lepšie pochopíme fyzikálne procesy, ktoré riadia konvekciu plášťa a tektoniku litosferických platní, a keď bude k dispozícii viac a lepších údajov z regiónov, ktoré sú v súčasnosti menej dostupné.

 

Úlohy: