Nekompromisný motor Zeme

Biológia a evolučná teória, chémia a periodická sústava prvkov, fyzika a teória relativity. Tieto revolučné teórie zjednotili zdanlivo nesúvisiace javy a poskytli pre ne elegantne jednoduché vysvetlenie. Aj geológia má svoju teóriu všetkého – platňovú tektoniku.

Väčšina ľudí platňovú tektoniku pozná ako teóriu o pohybe kontinentov. Táto teória však vysvetľuje množstvo fenoménov vrátane vzniku oceánov, hlbokomorských priekop a pohorí, zemetrasení či vulkanizmu.

Hlboké oceány

Zamysleli ste sa niekedy nad tým, prečo sa na webe surfuje? Web po slovensky znamená sieť, nebolo by logickejšie použiť slovo liezť? Web pre svoju ohromnú veľkosť je zdrojom webových metafor ako podobné, zdanlivo nekonečné miesto – oceán. Preto surfujeme na webe plnom pirátov, navigujúc sa cez toky dát. Pri nesmiernej rozlohe oceánov však často zabúdame na ich obrovskú hĺbku.
Priemerná hĺbka oceánov je tri kilometre. Len na porovnanie: po uložení Tatier na priemerné oceánske dno by z vody netrčali ani ich najvyššie končiare. Najhlbšie miesta oceánov – hlbokomorské priekopy s maximálnou hĺbkou asi 11 km – pohodlne presiahnu najvyššie miesta na Zemi (takmer 9 km), ba aj bežnú letovú výšku komerčných lietadiel (približne 10 km). Tajomstvo hĺbky oceánov spočíva vo vrchnej, pevnej časti Zeme zvanej litosféra, ležiacej na nižšej, horúcej a poddajnej vrstve (astenosfére). Litosféra pod oceánskym dnom je tenšia a tvoria ju ťažšie horniny, než sú horniny tvoriace hrubšiu kontinentálnu litosféru. Kontinenty tak zo svojho okolia vytŕčajú ako ľadovce vyčnievajúce nad vodou.

Most spájajúci kontinenty ponad riftové údolie Alfagja na Islande spája severoamerickú a eurázijskú platňu.

Keby sa nám podarilo vysušiť oceány, boli by sme pri pohľade na ich dno prekvapení. Oceány sú paradoxne najhlbšie pri svojich okrajoch, a nie v strede, kde sa nachádzajú reťazce vyvýšenín tiahnuce sa Zemou ako švy na bejzbalovej loptičke. Tieto stredooceánske chrbty sú kolískou oceánskeho dna.
Zemská litosféra nie je súvislá, ale delí sa na niekoľko samostatne sa pohybujúcich platní. Na chrbtoch sa litosférické platne vzďaľujú. Do rozširujúcej sa trhliny preniká magma, ktorá sa po svojom stuhnutí stane súčasťou nového oceánskeho dna. Tento proces sprevádza intenzívny vulkanizmus, chrbty sú však okrem jedinej výnimky (Island) ukryté pod morskou hladinou, ľudstvo si ho preto všimne len málokedy. Oceány sa pri stredooceánskych chrbtoch neustále rozširujú, niekde sa teda musia zmenšovať.

Strašidelné priekopy

Kde je kolíska, tam bude aj hrob. Po svojom vzniku sa mladé oceánske dno pomaly posúva k miestu svojho zániku – subdukčnej zóne. Tu sa blížia k sebe platne a podsúvajú sa pod seba, nastáva subdukcia jednej platne pod druhú. Ako to pri umieraní zvykne bývať, mladší víťazia: staršie platne sú ťažšie, preto subdukujú, podsúvajú sa pod mladšie platne. Výnimkou sú kontinenty, ktoré predstavujú nesmrteľných podvodníkov – sú priľahké, a sa tak oceánska litosféra vždy zasúva pod kontinentálnu.
Prejavy subdukčných zón sú strašidelné a nesmierne ničivé. Vznikajú v miestach čiernej temnoty, mrazivej vody a drvivého tlaku – v hlbokomorských priekopách, kde sa prapodivné, ešte vždy málo prebádané organizmy mlčky prizerajú, ako dno pomaly umiera. Subdukujúcu platňu zaťažuje hmotnosť nasúvanej platne, vďaka čomu sú tieto miesta neuveriteľne hlboké. Pri ponáraní do vnútra Zeme sa subdukovaná platňa taví a roztavený materiál stúpa späť k povrchu. V okolí takýchto zón sa preto nachádzajú reťazce sopečných ostrovov (napríklad Mariany) a sopečných pohorí (ako Andy). Silné zemetrasenia v Japonsku či v Indonézii a s nimi spojené cunami sú dôsledkom pohybu platní pri subdukcii.
Čo sa však stane, ak sa v súboji o život stretne nesmrteľný s nesmrteľným? Čo ak sa stretne kontinent s kontinentom?

Majestátne pohoria

Pri pohľade na majestátne štíty týčiace sa vysoko nad okolitou krajinou sa priam núka predstava, že sú pohoria nejakým spôsobom vyzdvihované. Štíty niektorých hôr naozaj tvoria horniny, svedčiace o ich výzdvihu – magmatické horniny, ktoré stuhli hlboko v Zemi, či sedimentárne horniny, ktoré sa pôvodne usadzovali na dne oceánov. Aj vrchnú časť Mount Everestu tvoria morské vápence.
Nič však nie je také, ako sa na prvý pohľad javí. V pohoriach sa nachádzajú aj horniny svedčiace, naopak, o poklese. Tieto zavlečené hlboko do zemského vnútra a vynesené opäť na povrch sa pri svojom únose do hlbín Zeme pozmenili. Niekedy dokonca až tak, že sa z nich stali celkom nové horniny, nazývané metamorfované. Z toho, ako veľmi sa horniny zmenili, vedia vedci vyčítať, v akej hĺbke sa nachádzali. Spomínané vápence na vrchole Everestu sa teda nachádzali v hĺbke viac ako osem kilometrov. A to nie je nijaký rekord – zmienené everestové vápence sú nasunuté na horninách nižších časti tohto štítu a pochádzajú z hĺbky vyše 20 kilometrov!
Horniny v pohoriach často nesú stopy po intenzívnej deformácii. Najčastejšie to však bola bočná sila, ktorá spôsobila hlavne vrásy či presuny hornín na mnoho kilometrov, nie sila zdola.
Podobne, ako pluh vrství sneh pri jeho zhŕňaní, tak sa nasúvajú aj horniny v pohoriach.
Pohoria sa nevyzdvihujú, ich zdvih je len vedľajší produkt stláčania, skracovania a hrubnutia litosféry pri zrážke kontinentov, ktorú sprevádzajú zemetrasenia, ako to býva v Nepále.
K vyzdvihnutiu pohorí paradoxne prispieva aj zvetrávanie. Do vysoko trčiaceho pohoria sa zahryzávajú procesy zvetrávania v snahe zrovnať ho zo zemou. Odstraňovanie najvrchnejších častí pohorie kompenzuje podobne ako ľadovec – výzdvihom dovtedy ponorených častí nad hladinu.

Zjednodušené znázornenie platňových rozhraní. V miestach vzájomného vzďaľovania sa platní (a) dochádza k intenzívnemu vulkanizmu, vznikajú stredooceánske chrbty a rodí sa nové oceánske dno. K zbližovaniu sa platní dochádza v subdukčných zónach (b), kde sa umierajúca oceánska litosféra pomaly podsúva pod inú platňu, čo vedie k zemetraseniam. Horúci materiál z platne stúpa späť k povrchu, kde podmieňuje vznik sopečných reťazcov. Po podsunutí sa celej oceánskej litosféry dochádza ku kolízii dvoch kontinentov (c) a k extrémnemu skracovaniu kontinentálnej litosféry, vedúce k vzniku pohorí. Sprevádzajú ho vrásnenia, nasúvanie sa hornín a zemetrasenia. Vo vzácnych prípadoch sa dve platne nezbližujú, ani nevzďaľujú, iba sa popri sebe kĺžu. Prejavy týchto transformných rozhraní (d) nie sú ľahko viditeľné, no vyskytujú sa na nich silné zemetrasenia.

Nekonečné cykly

Ak stredooceánsky chrbát považujeme za kolísku oceánskeho dna a subdukčnú zónu za jeho hrob, tak pohorie je pamätník vztýčený na počesť mŕtveho oceána. V každom pohorí je možné nájsť horniny z dávno zaniknutého oceána. Pohoria sú však oslabenými zónami kontinentov, a preto sa pri zrode oceánov kontinenty trhajú práve v pohoriach. Príkladom je severná časť Atlantického oceánu. Apalačské vrchy na východe Severnej Ameriky a Škandinávske vrchy spolu s vysočinami v Škótsku a Írsku na druhej strane Atlantiku boli kedysi súčasťou jedného pohoria, predstavujúceho jazvu po zaniknutom oceáne Japetus (v gréckej mytológii bol titan Japetus otcom Atlasa, po ktorom je pomenovaný Atlantický oceán).
Kvôli nášmu krátkemu životu plynulý vznik a zánik oceánov nikdy neuvidíme, z rôznych miest na Zemi však máme momentky rôznych štádií vzniku a zániku oceánov. V údoliach tiahnucich sa naprieč Afrikou (známych ako Východoafrická priekopová prepadlina) sa kontinent trhá pred vznikom nového oceána. Jeho zárodkom je Červené more. Reťaz pohorí tiahnucich sa Áziou a Európou od Himalájí až do Álp je svedectvom o zaniknutom oceáne Téthys (v gréckej mytológii bola Téthys manželkou Okeána a matkou vodných nýmf Ázie a Európy). Jeho posledné zvyšky sú známe ako Stredozemné, Čierne a Kaspické more. Oceány sa rodia a umierajú v nekonečných cykloch a pohoria sú tichými svedkami týchto cyklov.

Zriedkavé výnimky

Na okrajoch litosférických platní nedochádza len k zbližovaniu či k vzďaľovaniu sa. Niekde platne popri sebe kĺžu. Tieto transformné okraje sa vyskytujú najmä na oceánskom dne, na kontinentoch sú zriedkavejšie. Nachádzajú sa napríklad v Kalifornii, na Novom Zélande, pri Mŕtvom mori či na severe Turecka. Nedochádza tu k vulkanizmu, ani k vzniku vysokých hôr, preto sú nenápadné, no o to nebezpečnejšie. Následkom ich vzájomného pohybu totiž nastávajú silné zemetrasenia.
Ešte zriedkavejšie sú vulkanické centrá ďaleko od okrajov platní, akým je napríklad Havaj. Zvyčajne ide o reťazce sopiek, no aktívne sú len posledné sopky v reťazci. Čím vyššie sa po reťazi posúvame, tým dávnejšie vyhasnuté sopky nachádzame. Zvláštne usporiadanie sopiek je výsledkom prítomnosti nezvyčajne horúcich miest v zemskom vnútri, takzvaných horúcich škvŕn. Horúce škvrny sú nehybné, zatiaľ čo litosférické platne nad nimi sa pohybujú. Škvrna do pohybujúcej sa platne postupne vypaľuje sopky podobne, ako zapaľovač vypaľuje diery do pohybujúceho sa papiera.
Čo však vlastne spôsobuje to, že sa platne hýbu?

Pohyb litosférických platní na základe meraní pomocou GPS.

Neustály pohyb

Čo je zdrojom pohybu platní, nie je úplne jasné a táto téma je medzi vedcami predmetom horúcej debaty. Mohlo by ich poháňať konvekčné prúdenie zemského vnútra – horúci materiál zemského vnútra môže stúpať pod stredooceánskmi chrbtami a následne sa pohybovať do strán, čím sa vytvára pohyb kontinentov. V oblasti subdukčných zón a pohorí môže klesať a po ohriatí opäť inde na inom mieste stúpať. Smer objaveného konvekčného prúdenia vnútri Zeme sa však dobre nezhoduje s pohybom platní. Niektoré platne by totiž prúdy skôr brzdili, nie poháňali.
Iným zdrojom pohybu platní by mohla byť gravitácia. Staršia oceánska litosféra je ťažšia než mladšia, preto sa hĺbka oceánov smerom od chrbtov k okrajom zväčšuje. Predpokladali by sme, že v dôsledku toho by mala gravitácia ťahať platne preč zo stredooceánskych chrbtov. Zároveň sa pristará oceánska litosféra stáva ťažšou než podložné hmoty a  vlastnou váhou sa prepadáva do vnútra Zeme. Začne sa teda podsúvať, subdukovať a ťahať zvyšok platne za sebou. Horniny subdukujúcej časti platne sa pri zostupe do zemského vnútra premieňajú na čoraz ťažšie horniny, čo znásobuje tento efekt. Subdukujúca časť platne sa tak stane kotvou, ktorá zvyšok platne bez ohľadu na jej vek ťahá za sebou do zemského vnútra. Tento pokles zároveň núti nasúvanú platňu hýbať sa smerom k subdukujúcej platni. Takto sa dostaneme k teórii, ktorá tvrdí, že konvekčné prúdenie v zemskom vnútri je dôsledkom zasunutia chladných platní, nie ich príčinou. Potom môžeme nazvať platňovú tektoniku akýmsi bizarným perpetuum mobile, ktorého motorom sú samotné platne.
Zdá sa vám to ako diskusia o tom, či bola prvá sliepka alebo vajce? Nuž, rozoznať príčinu a dôsledok javu je niekedy životne dôležité, podobne ako rozlíšiť príčiny choroby od jej príznakov. Nesprávne určenie príčiny javu môže viesť k zlým predpovediam jeho následkov. Spomenuté teórie o zdroji pohybu platní sú najpopulárnejšie, no nie jediné. Celý rad teórií sa usiluje vysvetliť pohyb platní najrôznejšími spôsobmi. A podobne ako pri evolučnej teórii, aj tu existujú rôzni popierači platňovej tektoniky. Evolučná teória a platňová tektonika však majú toho spoločného viac vrátane ďalšej debaty typu sliepka a vajce.

Mapa tektonickej aktivity na Zemi spolu s názvami hlavných tektonických platní

Platne a život

Stredooceánske chrbty prekypujú životom. Vďačia za to hydrotermálnym sopúchom chrliacim vodu bohatú na živiny. Voda obsahuje metán a amoniak, stavebné kamene bielkovín potrebných pre život. Vznik života v okolí hydrotermálnych sopúchov je preto jednou z populárnych teórií vzniku prvých organizmov. Rodiskom života môžu byť hydrotermálne sopúchy stredooceánskych chrbtov, ale aj tie v okolí subdukčných zón.
Platňová tektonika však možno existuje vďaka životu, nie naopak. Niektorí vedci sa domnievajú, že nato, aby sa platňa začala prepadať do vnútra Zeme, by jej samotná hmotnosť nestačila. Dodatočnú zaťaž by musela poskytnúť hrubá vrstva sedimentov vytvorená nahromadením schránok mŕtvych živočíchov. Bez ohľadu na to, či je platňová tektonika príčinou alebo dôsledkom života, jej podiel na vymieraniach živočíchov poprieť nemožno.

Vymieranie dinosaurov nebolo najväčším vymieraním v histórii Zeme. Asi pred 251 miliónmi rokov vymrelo takmer 90 percent všetkých živých organizmov. Príčina vymierania je doteraz neznáma, no nepochybne k nemu prispela aj platňová tektonika. V tom čase boli kontinenty pospájané do superkontinentu Pangea, čo malo neblahé následky. Prúdenie vzduchu a oceánskych vôd sa spomalilo. Vytvorili sa smrtiace zóny so stojatými vodami bez kyslíka a klíma sa stávala čoraz horúcejšou. Zároveň sa pod oblasťou dnešnej Sibíri vytvorila horúca škvrna, čo viedlo k milión rokov dlhej sopečnej činnosti, ktorá v histórii Zeme nemá obdobu. Láva pokryla rozlohu 7 miliónov km² (na porovnanie: rozloha Európy je asi 10 miliónov km²). Podobná, ale menšia udalosť sa odohrala pred dopadom meteoritu, ktorý vyhubil dinosaury pred 65 miliónmi rokov. Aj vtedy mohli výlevy lávy čiastočne prispieť k vymretiu dinosaurov.
V evolúcii platňová tektonika popri vymieraniach mieša karty aj iným spôsobom. Pre mnohé druhy vačkovcov v Južnej Amerike bolo spojenie so Severnou Amerikou a invázia placentovcov zo severu osudné, zatiaľ čo vačkovcom v Austrálii sa vďaka jej izolácii darí aj dnes. Platňová tektonika ovplyvňuje tiež klímu, zloženie atmosféry, smer prúdenia vzduchu a vody, výšku morskej hladiny a vytvára bariéry v podobe pohorí a oceánov. Niektoré vplyvy sú životne dôležité. Recyklácia oceánskeho dna zabezpečuje, že živiny neostanú naveky pochované na jeho dne. Horotvorné procesy zaručujú, že kontinenty trčia nad hladinou oceánov a nie sú do nich spláchnuté procesmi zvetrávania. Možno by sme sa pri hľadaní planét s mimozemským životom nemali až tak sústrediť na hľadanie planét s vodou, ako na hľadanie planét s platňovou tektonikou.
Platňová tektonika vplýva aj na ľudstvo. Hranice medzi štátmi vedú pohoriami a nárečia sa rodia hlavne v kotlinách vnútri pohorí. Kolískou ľudstva je podľa doterajších nálezov Východoafrická priekopová prepadlina, kde sa Afrika pomaly rozpadá. Platňová tektonika vytvára útulné bydliská v podobe malebných kotlín (Liptov, Zvolen, Turiec), ale aj budúce bojiská v podobe oblastí bohatých na ropu a zemný plyn (Irak, Dneper a Doneck). Bola tu dávno pred nami a bude tu aj dlho po nás. Možno nestojí za zrodom života a možno nebude ani príčinou jeho konca, ale je nekompromisným motorom ovplyvňujúcim jeho chod a či chceme alebo nie, všetci tancujeme podľa jej pomalého, neúprosného taktu.

Mgr. Juraj Littva
Katedra geológie a paleontológie
Prírodovedecká fakulta UK
Foto NASA, wallpaperswa.com, wikipédia
Tento článok vznikol za podpory grantov APVV číslo APVV-0099-11 a APVV-0315-12.

Tento článok si môžete prečítať v časopise Quark 11/2015. Ak chcete mať prístup k exkluzívnemu obsahu pre predplatiteľov, prihláste sa. Ak ešte nie ste naším predplatiteľom, objednajte si predplatné podľa vášho výberu tu.
Komentáre