Przystanek nauka - portal Uniwesytetu Śląskiego w Katowicach

Teorię zakładającą, że zachodzi zjawisko dryfu kontynentalnego (epejroforeza), a znane nam kontynenty kiedyś znajdowały się w innym położeniu, jako pierwszy wysnuł ponad sto lat temu niemiecki meteorolog, geofizyk i badacz Grenlandii Alfred Wegener (1880–1930). Wegener zauważył, że skamieniałości oraz podobne struktury geologiczne występują w rejonach oddzielonych od siebie oceanami, a kształty kontynentów po obu stronach Atlantyku zaskakująco do siebie pasują. Występowanie szczątków zwierząt kopalnych na czasem bardzo odległych od siebie terenach tłumaczono wówczas poprzez hipotezę zanikających pomostów lądowych pomiędzy kontynentami – później odkryto, że istniały one naprawdę, ale tylko pomiędzy terenami bliskimi np. Beringia łącząca półwyspy Alaska i Kamczatka. Nic więc dziwnego, że reakcją na pierwszy odczyt Wegenera wygłoszony na początku 1912 roku podczas zebrania Niemieckiego Towarzystwa Geologicznego we Frankfurcie nad Menem była druzgocąca krytyka.

Wegener został ciężko ranny na froncie I wojny światowej, ale w czasie przebywania na kilkumiesięcznym urlopie zdrowotnym na przestrzeni 1915 roku mógł wrócić do swej koncepcji. Wkrótce powstała książka Powstanie kontynentów i oceanów (niem. Die Enstehung der Kontinente und Ozeane). Wegener przedstawił ideę za pomocą trzech map świata odwzorowujących rozkład oceanów i kontynentów w trzech różnych epokach geologicznych: karbonie, eocenie i czwartorzędzie. Według niemieckiego uczonego pod koniec karbonu (ok. 359–299 mln lat temu) ziemskie lądy stanowiły zwarty monolity, który nazwał właśnie Pangeą (z greckiego Wszechziemią), potem jednak nastąpiło systematyczne „rozrywanie” superkontynentu pod wpływem sił.

Wegener założył, że za mechanizmy dezintegracji odpowiadają siła odśrodkowa (będące efektem ruchu wirowego Ziemi) oraz siły pływowe (jako skutek oddziaływań grawitacyjnych, do jakich dochodzi pomiędzy Ziemią a Słońcem i Księżycem). Ruch wirowy naszej planety powodować miał siłę odbiegunową przesuwającą kontynenty w stronę równika, siły pływowe z kolei wymuszały na lądach stopniowe przemieszczenie się w kierunku zachodnim. I tak w wyniku odsunięcia się obu Ameryk od Europy i Afryki powstał Ocean Atlantycki, doszło także do wypiętrzenia się Andów i Kordylierów, a „ucieczka” od biegunów Półwyspu Indyjskiego i jego zderzenie z Europą, Afryką i Azją zaowocowało orogenezą Himalajów.

Wytłumaczenie mechanizmów odpowiedzialnych za dryf kontynentów była najsłabszą stroną teorii Wegenera, która chociaż zajęła ważne miejsce w ówczesnych naukach o Ziemi, nie zyskała akceptacji np. w amerykańskim środowisku naukowym (które w latach 20. wyjątkowo ostro atakowała niemieckiego badacza). Wegener dopracowywał swoją koncepcją aż do roku 1929, kiedy zaangażował się w wyprawę na Grenlandię. Właściwa ekspedycja rozpoczęła się 1 kwietnia 1930 roku, podczas której Alfred zmarł na serce. Jego ciała, pochowanego przez towarzysza wyprawy Grenladczyka Rasmussena, nigdy nie odnaleziono.

Klasyczna teoria dryfu kontynentalnego autorstwa Wegenera stała się punktem wyjścia do sformułowania teorii wędrówki płyt tektonicznych – dominującej współcześnie koncepcji tłumaczącej ruchy wielkoskalowe zachodzące w litosferze Ziemi, poza epejroforezą przejawiające się także m.in. powstaniem gór, rozmieszczeniem stref sejsmicznych czy zjawiskiem wulkanizmu. Zgodnie ze stanem dzisiejszej wiedzy zewnętrzna warstwa naszej planety dzieli się na sztywną litosferę oraz plastyczną grubą na ok. 150 km astenosferę. Warto zaznaczyć, że podział ten wyznaczają właściwości termiczne i mechaniczne, a nie chemiczne, dlatego nie jest on równoznaczny z podziałem na płaszcz i skorupę.

Litosfera podzielona jest na bloki (tzw. płyty tektoniczne), które zgodnie z teorią mogą się odsuwać się od siebie (co tłumaczyłoby oddalanie się Europy od Ameryki Północnej), zderzać się ze sobą (czego efektem jest orogeneza) lub ocierać się o siebie (dlatego istnieją strefy permanentnej aktywności sejsmicznej). Płyty pierwszego rzędu (afrykańska, antarktyczna, australijska, eurazjatycka, pacyficzna, południowo- oraz północnoamerykańska) budują podłoże siedmiu kontynentów i Oceanu Spokojnego. Płyty drugiego rzędu (arabska, filipińska, karaibska, kokosowa, indyjska, Juan de Fuca, Nazca oraz Scotia) są mniejsze i poza arabską oraz indyjską nie zawierają mas lądowych. Płyty trzeciego rzędu są wyodrębniane jako mniejsze fragmenty płyt większych. Płyty dzielą się jeszcze na oceaniczne i kontynentalne. Jedyną w pełni „oceaniczną” płytą pierwszego rzędu jest płyta pacyficzna. Płyty oceaniczne są gęstsze (ok. 3 g/cm³), ale cieńsze, kontynentalne choć rzadsze (ok. 2,7 g/cm³) są znacznie grubsze (do kliku kilometrów powyżej poziomu morza, podczas gdy dno oceanu leży przeciętnie 4 km pod powierzchnią wody). Pod kontynentami i oceanami znajdują się kry litosferyczne, a te z kolei – niczym kry lodowe – dryfują na plastycznej warstwie astenosfery, w której ciepło przenoszone jest prawdopodobnie na drodze konwekcji (zsynchronizowanego unoszenia się materiału cieplejszego i opadania chłodniejszego).

W litosferze można zaobserwować trzy rodzaje granic. Granica rozbieżna powstaje w miejscu odsuwania się płyt i jest strefą, w której tworzy się nowa litosfera. Pierwotna litosfera jest tak cienka, że gorąca magma z astenosfery z łatwością przebija się i kontakcie z zimną wodą oceanu zastyga w postaci bazaltowych skał dna oceanicznego. Dzieje się tak 0na przestrzeni całego liczącego ponad 40 tysięcy kilometrów systemu grzbietów śródoceanicznych, który nazywa się również strefą spredingu (od ang. spreading – ‘odsuwanie się’). Granice zbieżne powstają z kolei tam, gdzie jedna płyta podsuwa się pod drugą, czyli gdzie zachodzi zjawisko subdukcji (z reguły  subdukowana jest płyta oceaniczna). Część materiału płyty subdukowanej ulega stopieniu i wraca do puli astenosfery, przyczyniając się do powstania strefy wulkanizmu, a ocierające się o siebie płyty wywołują aktywność sejsmiczną. Istnieją także granice przesuwcze, w których dwie płyty przesuwają się względem siebie, ale ani nie oddalając się, ani nie przybliżając – np. uskok San Andreas w Kalifornii na styku płyt pacyficznej i północnoamerykańskiej, który niestety jest również miejscem występowania niezliczonych trzęsień ziemi.

Prawie wszystkie strefy rozrostu litosfery znajdują się na terenie dna oceanicznego, bo przebicie się przez cienką litosferę oceaniczną jest znacznie łatwiejsze niż przebijanie się przez wielokilometrową litosferę kontynentalną. Mimo tego również takie sytuację mogą mieć miejsce (np. ruchy rozciągające w rejonie wschodniej Afryki w tzw. Ryfcie Afrykańskim). Tak zainicjowany sposób rozrywania kontynentu rozpoczyna się od strony brzegu i postępuje w głąb lądu, co uznaje się powszechnie we współczesnych modelach powstawania grzbietów śródoceanicznych. Warto zauważyć, że Grzbiet Śródatlantycki znajduje się bliżej brzegów Afryki i Ameryki Południowej pośrodku długości tych kontynentów, a dalej w ich południowych i północnych częściach. Można więc wywnioskować, że pierwotny superkontynent Pangea został naderwany z jego południowego brzegu, a pęknięcie to stopniowo migrowało ku północy, czemu towarzyszyło wdzieranie się oceanu i jego ostateczne połączenie się z częścią północną grzbietu, odpowiadającą dzisiejszemu północnemu Atlantykowi.

Wracając do pojęcia superkontynentu, na podstawie tektoniki płyt można z dość dużym prawdopodobieństwem odtworzyć zmiany, jakim ulegała ziemska litosfera. Epejroforeza odbywa się już od co najmniej 2,5 lat, a jej zasadnicze etapy wyglądają następująco:

• 2–1,4 mld lat temu – istnieje Nuna (Kolumbia), co w języku inuickim znaczy ‘ląd sąsiadujący z północnymi wodami’; jego trzon stanowił kraton (najstarsza, utwardzona część skorupy ziemskiej, niepodlegająca już w zasadzie fragmentacji) północnoamerykański, połączony z Bałtyką (kratonem wschodnioeuropejskim) i Syberią;
• ok. 1,1 mld lat temu – z dryfujących części Nuny powstaje Rodinia;
• ok. 750 mln lat temu – Rodinia rozpada się na Laurencję, kraton Konga oraz Proto-Godwanę;
• ok. 600 mln lat temu – fragmenty Rodinii na krótko ponownie się stykają, tworząc superkontynent Pannocję, która rozpadając się po ok. 50 mln lat daje początek kontynentom i oceanom ery paleozoicznej;
• ok. 300–180 mln lat temu – istnieje Pangea, która oblana jest olbrzymim oceanem Panthalassa; ok. 180 mln lat temu Pangea zaczyna pękać na Laurazję (na półkuli północnej) oraz Gondwanę  (na półkuli południowej);
• ok. 135 mln lat temu – początek rozpadu Laurazji (na Amerykę Południową i Eurazję) oraz Gondwany (na Ameryką Południową, Afrykę, Antarktydę, Australię i subkontynent indyjski)
• ok. 100 mln lat temu – subkontynent indyjski odrywa się od Afryki i dryfuje w stronę Azji.

W dziejach ziemskich superkontynentów da się zauważyć cyklicznie powtarzające się fazy ich istnienia: powstawanie, zapoczątkowanie rozpadu, istnienie mniejszych kontynentów oraz ponowne połączenie. Na bazie tych prawidłowości sformułowano koncepcję cyklu superkontynentalnego. Szacuje się, że jeden okres cyklu trwa prawdopodobnie ok. 300–500 mln lat, superkontynent  zaczyna się rozpadać po ok. 100 mln lat powstania, a kolejnych 200 mln lat zajmuje oddalanie się od siebie powstałych z niego mniejszych części, które po przemieszczeniach ponownie skupiają się w nowy superkontynent.

Jeśli zatem kontynenty łączą się i znów rozpadają, superkontynent to nie tylko przeszłość Ziemi, ale również jej przyszłość – najpopularniejszą koncepcją hipotetyczną jest Amazja, która miałaby powstać w skutek kolizji obu Ameryk z Azją i Australią i po zamknięciu się Oceanu Arktycznego.

Więcej o koncepcji Amazji już wkrótce