Geolodzy badają rosnące kontynenty

Ziemie współczesnej Ameryki Północnej i Grenlandii kiedyś wchodziły w skład kontynentu Laurencja, a dzisiejsza północna Europa – kontynentu Baltica; oddzielały je wody oceanu Japetus - przypomnieli naukowcy w informacji na stronie internetowej AGH.

W sylurze dwa kontynenty się zderzyły i doszło do subdukcji – procesu, który polega na wciągnięciu jednej płyty litosfery pod drugą. Chociaż ten proces jest bardzo powolny, to gdy naprężenia stają się zbyt duże, może dojść do gwałtownego wyzwolenia energii, które skutkuje trzęsieniem ziemi. Piętrzący się w wyniku zderzenia materiał skalny może z kolei prowadzić do powstawania łańcuchów górskich, jak Góry Skandynawskie, czyli struktur geologicznych, których kształty wciąż są widoczne na terenie współczesnej Europy.

Naukowcy z zespołu dr. inż. Jarosława Majki z AGH na całej rozciągłości kaledonidów skandynawskich znajdowali ślady świadczące o kilku kolejnych, następujących po sobie etapach subdukcji.

"Zaczęliśmy się zastanawiać: dlaczego wszędzie widzimy ślady kilku etapów? Doszliśmy do wniosku, że być może ocean Japetus, który dzielił wtedy Balticę i Laurencję, wcale nie wyglądał tak, jak my sobie wyobrażamy dzisiejszy Ocean Atlantycki. Może to wyglądało bardziej tak, jakby wyobrazić sobie obszar między Australią a Azją? Tam mamy mnóstwo wysp związanych z wulkanizmem i łuków wyspowych powstających w strefach subdukcji" – zrelacjonowała członkini zespołu dr inż. Katarzyna Walczak, cytowana w materiałach informacyjnych.

Naukowcy postanowili przeprowadzić bardziej szczegółowe badania geologiczne rejonów prehistorycznego oceanu Japetus. Projekt „Jak rosną kontynenty? Kompleks płaszczowin Köli w Kaledonidach Skandynawskich jako naturalne laboratorium akrecji kontynentalnej” otrzymał finansowanie z Narodowego Centrum Nauki. Dr inż. Katarzyna Walczak jest jego kierowniczką, a w skład zespołu wchodzą naukowcy z Katedry Mineralogii, Petrografii i Geochemii Wydziału Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska AGH oraz Wydziału Nauk o Ziemi i Kształtowania Środowiska Uniwersytetu Wrocławskiego.

"Przede wszystkim chcielibyśmy określić, w jakich środowiskach powstawały te skały, które zostały akretowane (czyli przyłączone) do kontynentu Baltici i w jakim okresie czasu one powstawały – opisała główne cele projektu jego kierowniczka. – Takim pytaniem, które narosło z poprzedniego projektu jest to, jak wyglądał ten ocean, i jakie procesy na nim zachodziły, że doprowadziły do powstawania tej nowej skorupy kontynentalnej. Interesuje nas też sam proces powstawania tych łuków – czy one były związane z subdukcją, czy to były jakieś stare fragmenty kontynentów albo mikrokontynenty".

Góry Skandynawskie, powstałe w wyniku zderzenia Laurencji i Baltici, mają genezę podobną do Himalajów i prawdopodobnie kiedyś przypominały te najwyższe obecnie góry także wyglądem. Przez miliony lat zdążyły już jednak wyerodować i obecnie są znacznie niższe. Dla badaczy to znaczące udogodnienie.

"Dzięki temu, że ten orogen jest wyerodowany, jest tak, jakby ktoś przekroił Himalaje i pozwolił nam zajrzeć do środka. Z geologicznego punktu widzenia dostęp do tych skał jest łatwy. Co więcej, Skandynawia, szczególnie północna, ma to do siebie, że tam szata roślinna jest na tyle skąpa, że te skały są w miarę dobrze odsłonięte. Nie musimy się ich doszukiwać ani się do nich dokopywać; możemy tam pójść, pobrać próbkę; obejrzeć, jak wyglądają relacje między poszczególnymi skałami. Natomiast dostęp do samych terenów często jest utrudniony, bo wiele z nich należy do Saamów – natywnych mieszkańców północnej Skandynawii, którzy wypasają tam renifery i niechętnie zapraszają obcych. Nie ma tam ścieżek ani dróg – często to praca w izolacji, daleko w górach" – opowiedziała badaczka.

Geolodzy starają się odtwarzać przebieg procesów na podstawie odkrywanych śladów. Nawet jeżeli badają procesy zachodzące obecnie, nie mogą obserwować ich bezpośrednio, ponieważ zachodzą one na tyle wolno i w tak dużej skali, że dostrzeżenie ich gołym okiem nie jest możliwe (na przykład kontynenty wciąż przemieszczają się o kilka centymetrów rocznie).

Jak wyjaśniła naukowczyni, "nowe" skały kontynentów powstają głównie nad strefami subdukcji, gdzie cieńsza, gęstsza skorupa oceaniczna wnika z powrotem do wnętrza Ziemi, gdzie jest przetapiana, a powstała magma migruje w kierunku powierzchni tworząc skały magmowe. Procesy te możemy obserwować w łańcuchach wulkanicznych, zwanych "łukami wyspowymi". Kontynenty powiększają swoje rozmiary dzięki sukcesywnemu dołączaniu skał łukowych do swoich krawędzi, czyli procesowi zwanemu akrecją.

Chociaż większą część kontynentów stanowią kratony (czyli najbardziej utwardzone, najstarsze fragmenty skorupy kontynentalnej, charakteryzujące się dużą stabilnością), to przyrost kontynentów w strefach subdukcji wcale nie stanowi marginalnych części. Mogą to być setki kilometrów kwadratowych powierzchni, co więcej – często bogatych w złoża cennych metali.

"Australia przesuwa się na północ i kiedyś zadokuje do Azji. Wtedy wszystkie łuki wysp znajdujące się obecnie na północ od niej zostaną włączone do kontynentu, zostaną wepchnięte na kontynent. A razem z nimi, zostaną wepchnięte fragmenty dna oceanicznego i osady, które zbierają się na tym dnie. Wtedy skorupa kontynentalna to nie będzie tylko Azja i Australia, tylko też to, co jest między nimi. I taka sytuacja musiała zajść również na styku Laurencji i Baltici, czyli w dzisiejszych Górach Skandynawskich" - uznali badacze.

Naukowcy stosują metody związane z geochronologią, badania geochemiczne, uzupełnione analizami izotopowymi, m.in. w cyrkonach. Cyrkony to bardzo wytrzymałe minerały, które powstają krystalizując najczęściej z magmy, następnie „przeżywają” erozję tych skał, są deponowane w osadach, później te osady mogą być metamorfizowane, przetapiane lub metamorfizowane i przetapiane. Cyrkony mogą zatem zawierać w sobie zapis czasem kilku wydarzeń geologicznych.

"Badania geochemiczne skał przyłączonych do Baltici były prowadzone głównie prawie 40 lat temu, a dotychczas wykonanych zostało niewiele zaawansowanych, nowoczesnych badań geochemicznych i izotopowych, mogących dostarczyć większej ilości szczegółów na temat źródeł skał magmowych i procesów, w których powstawały. Stąd planowane przez nas systematyczne zastosowanie takich metod w celu określenia czasu i środowiska powstawania terenów Japetusa oraz ich ewolucji i akrecji. Mamy nadzieję, że zastosowanie nowoczesnego podejścia do problemu pozwoli nam uzyskać znacznie pełniejszy obraz procesów tektonicznych prowadzących do formowania się i wzrastania nowej skorupy kontynentalnej" – podsumowuje naukowczyni z AGH.

Więcej o warunkach pracy badawczej, planowaniu wypraw i szczegółowych metodach stosowanych w badaniach geologicznych - w artykule źródłowym. (PAP)

Nauka w Polsce

kol/ bar/