Geology

Critique and interpret major types of evidence supporting the Theory of Plate Tectonics.

Tektonika płyt jest najważniejszą koncepcją we współczesnej geologii. Ta sekcja wprowadzi Cię w koncepcję tektoniki płyt, jak ona działa, dlaczego jest ważna i jak kształtuje dzisiejszy świat.

Teoria tektoniki płyt

Kiedy pojawiła się koncepcja rozprzestrzeniania się dna morskiego, naukowcy uznali, że jest to mechanizm wyjaśniający, w jaki sposób kontynenty mogą przemieszczać się po powierzchni Ziemi. Podobnie jak naukowcy przed nami, teraz połączymy idee dryfu kontynentów i rozprzestrzeniania się dna morskiego w teorię tektoniki płyt.

Zobacz ten film o dryfie kontynentów i mechanizmie rozprzestrzeniania się dna morskiego tworzącym tektonikę płyt.

Płyty tektoniczne Ziemi

Podłoże i kontynenty poruszają się na powierzchni Ziemi, ale co tak naprawdę się porusza? Jaka część Ziemi składa się na „płyty” w tektonice płyt? Na to pytanie również udzielono odpowiedzi dzięki technologii opracowanej w czasach wojny – w tym przypadku zimnej wojny. Płyty składają się z litosfery.

W latach 50. i wczesnych 60. naukowcy zakładali sieci sejsmografów, aby sprawdzić, czy wrogie narody testują bomby atomowe. Te sejsmografy rejestrowały również wszystkie trzęsienia ziemi na całej planecie. Zapisy sejsmiczne mogły być wykorzystane do zlokalizowania epicentrum trzęsienia ziemi, czyli punktu na powierzchni Ziemi bezpośrednio nad miejscem, w którym występuje trzęsienie ziemi.

Epicentra trzęsień ziemi wyznaczają płyty. Grzbiety śródoceaniczne, rowy i duże uskoki wyznaczają krawędzie płyt i to właśnie tam występują trzęsienia ziemi (rysunek 1).

Litosfera jest podzielona na kilkanaście płyt głównych i kilka płyt mniejszych (rysunek 2). Krawędzie płyt można wyznaczyć, łącząc kropki oznaczające epicentra trzęsień ziemi. Pojedyncza płyta może być zbudowana w całości z litosfery oceanicznej lub w całości z litosfery kontynentalnej, ale prawie wszystkie płyty są zbudowane z kombinacji obu tych elementów.

Ruchy płyt nad powierzchnią Ziemi określa się mianem tektoniki płyt. Płyty przesuwają się w tempie kilku centymetrów rocznie, mniej więcej w takim samym tempie, w jakim rosną paznokcie.

Jak przesuwają się płyty

Jeśli rozprzestrzenianie się dna morskiego napędza płyty, co napędza rozprzestrzenianie się dna morskiego? Wyobraź sobie dwie komórki konwekcyjne obok siebie w płaszczu, podobne do tych na rysunku 3.

1. Ciepły płaszcz z dwóch sąsiednich komórek unosi się na osi grzbietu, tworząc nową skorupę oceaniczną.
2. Górna kończyna komórki konwekcyjnej oddala się poziomo od grzbietu, podobnie jak nowe dno morskie.
3. Zewnętrzne kończyny komórek konwekcyjnych zagłębiają się w głębszy płaszcz, wciągając również skorupę oceaniczną. Dzieje się to w głębokich rowach morskich.
4. Materiał opada do rdzenia i porusza się poziomo.
5. Materiał nagrzewa się i dociera do strefy, w której ponownie się wznosi.

Sprawdź tę animację konwekcji płaszcza i obejrzyj ten film:

Granice płyt

Granice płyt to krawędzie, na których spotykają się dwie płyty. Większość działań geologicznych, w tym wybuchy wulkanów, trzęsienia ziemi i tworzenie się gór, ma miejsce na granicach płyt. Jak dwie płyty mogą się poruszać względem siebie?

• Rozbieżne granice płyt: dwie płyty oddalają się od siebie.
• Zbieżne granice płyt: dwie płyty zbliżają się do siebie.
• Przekształcanie granic płyt: dwie płyty prześlizgują się obok siebie.

Rodzaj granicy płyt i rodzaj skorupy ziemskiej występującej po każdej stronie granicy określa rodzaj aktywności geologicznej, jaką można tam znaleźć.

Dywergencyjne granice płyt

Płyty oddalają się od siebie na grzbietach śródoceanicznych, gdzie tworzy się nowe dno morskie. Pomiędzy dwoma płytami znajduje się dolina ryftowa. Płynąca na powierzchni lawa stygnie szybko, stając się bazaltem, ale głębiej w skorupie magma stygnie wolniej, tworząc gabro. Tak więc cały system grzbietów składa się ze skał iglastych, które są albo ekstruzywne albo intruzywne. Trzęsienia ziemi są częste na grzbietach śródoceanicznych, ponieważ ruch magmy i skorupy oceanicznej powoduje wstrząsy skorupy. Zdecydowana większość grzbietów śródoceanicznych znajduje się głęboko pod powierzchnią morza (rysunek 4).

Sprawdź te animacje:

• Dywergencyjna granica płyt na grzbiecie śródoceanicznym
• Dywergencyjna granica płyt

Czy dywergencyjne granice płyt mogą występować w obrębie kontynentu? Jakie są tego skutki? Rozdarcie nieciągłe (rys. 5), magma podnosi się pod kontynentem, powodując, że staje się on cieńszy, pęka i w końcu rozdziela się. W pustce wybucha nowa skorupa oceaniczna, tworząc ocean między kontynentami.

Konwergencyjne granice płyt

Gdy dwie płyty się zbiegają, wynik zależy od rodzaju litosfery, z której są zbudowane. Niezależnie od tego, zderzenie ze sobą dwóch ogromnych płyt litosfery powoduje powstawanie magmy i trzęsienia ziemi.

Ocean-kontynent

Gdy skorupa oceaniczna zbiega się ze skorupą kontynentalną, gęstsza płyta oceaniczna zagłębia się pod płytę kontynentalną. Proces ten, zwany subdukcją, zachodzi w rowach oceanicznych (rys. 6). Cały ten region znany jest jako strefa subdukcji. W strefach subdukcji występuje wiele intensywnych trzęsień ziemi i erupcji wulkanicznych. Płyta subdukująca powoduje topnienie płaszcza. Magma wznosi się i wybucha, tworząc wulkany. Te przybrzeżne góry wulkaniczne znajdują się w linii nad płytą subdukcyjną (rys. 7). Wulkany te znane są jako łuk kontynentalny.

Ruchy skorupy ziemskiej i magmy powodują trzęsienia ziemi. Spójrz na tę mapę epicentrów trzęsień ziemi w strefach subdukcji. Ta animacja pokazuje związek między subdukcją litosfery i tworzeniem łuku wulkanicznego.

Wulkany północno-wschodniej Kalifornii – Lassen Peak, Mount Shasta i wulkan Medicine Lake – wraz z resztą Gór Kaskadowych na północnym zachodzie Pacyfiku są wynikiem subdukcji płyty Juan de Fuca pod płytą północnoamerykańską (ryc. 8). Płyta Juan de Fuca jest tworzona przez rozprzestrzenianie się dna morskiego tuż pod powierzchnią morza na grzbiecie Juan de Fuca.

Jeśli magma w łuku kontynentalnym jest felsowa, może być zbyt lepka (gruba), aby przejść przez skorupę. Magma będzie stygła powoli tworząc granit lub granodioryt. Te duże bryły intruzywnych skał iglastych nazywane są batolitami, które mogą kiedyś zostać wypiętrzone, tworząc pasmo górskie (ryc. 9).

Ocean-Ocean

Gdy dwie płyty oceaniczne zbiegają się, starsza, gęstsza płyta będzie subdukować do płaszcza. Rów oceaniczny oznacza miejsce, w którym płyta jest spychana w dół do płaszcza. Linia wulkanów, która wyrasta na górnej płycie oceanicznej to łuk wyspowy. Czy uważasz, że trzęsienia ziemi są częste w tych regionach (rysunek 10)?

Sprawdź tę animację granicy płyt ocean-kontynent.

Kontynent-kontynent

Płyty kontynentalne są zbyt wyporne, by ulegać subdukcji. Co się dzieje z materiałem kontynentalnym, gdy się zderzają? Ponieważ nie ma on dokąd pójść, tylko w górę, powstają jedne z największych na świecie łańcuchów górskich (rys. 11). Magma nie może przeniknąć przez tę grubą skorupę, więc nie ma wulkanów, choć magma pozostaje w skorupie. Skały metamorficzne są powszechne z powodu naprężeń, jakim poddawana jest skorupa kontynentalna. Przy ogromnych płytach skorupy rozbijających się o siebie, kolizje kontynent-kontynent powodują liczne i duże trzęsienia ziemi.

Sprawdź tę krótką animację kolizji Płyty Indyjskiej z Płytą Euroazjatycką.

Zobacz animację przedstawiającą wznoszenie się Himalajów.

Góry Appalachów są pozostałością dużego pasma górskiego, które powstało, gdy Ameryka Północna wbiła się w Eurazję około 250 milionów lat temu.

Granice płyt przejściowych

Granice płyt transformacji są postrzegane jako uskoki transformacyjne, gdzie dwie płyty przesuwają się obok siebie w przeciwnych kierunkach. Uskok transformacyjny na kontynentach powoduje potężne trzęsienia ziemi (rys. 12).

Kalifornia jest bardzo aktywna geologicznie. Jakie są trzy główne granice płyt w Kalifornii lub w jej pobliżu (rysunek 13)?

1. Granica płyt transformacyjnych między płytą pacyficzną i północnoamerykańską tworzy uskok San Andreas, najbardziej znany na świecie uskok transformacyjny.
2. Tuż przy brzegu rozbieżna granica płyt, grzbiet Juan de Fuca, tworzy płytę Juan de Fuca.
3. Zbieżna granica płyt między płytą oceaniczną Juan de Fuca a płytą kontynentalną Ameryki Północnej tworzy wulkany Kaskady.

Krótki przegląd trzech typów granic płyt i struktur, które się tam znajdują, jest przedmiotem tego bezsłownego filmu.

Zmieniająca się powierzchnia Ziemi

Geolodzy wiedzą, że Wegener miał rację, ponieważ ruchy kontynentów wyjaśniają tak wiele na temat geologii, którą widzimy. Większość aktywności geologicznej, którą widzimy dziś na naszej planecie, wynika z interakcji ruchomych płyt.

Na mapie Ameryki Północnej (rysunek 14), gdzie znajdują się pasma górskie? Korzystając z tego, czego nauczyłeś się o tektonice płyt, spróbuj odpowiedzieć na następujące pytania:

1. Jakie jest pochodzenie geologiczne Pasma Kaskad? Kaskady to łańcuch wulkanów w północno-zachodniej części Pacyfiku. Nie są one oznaczone na schemacie, ale leżą pomiędzy Sierra Nevada i Coastal Range.
2. Jakie jest pochodzenie geologiczne Sierra Nevada? (Podpowiedź: Góry te są zbudowane z intruzji granitowych.)
3. Jakie jest pochodzenie geologiczne Appalachów wzdłuż wschodnich Stanów Zjednoczonych?

Pamiętaj, że Wegener użył podobieństwa gór po zachodniej i wschodniej stronie Atlantyku jako dowodu na swoją hipotezę dryfu kontynentalnego. Appalachy powstały na zbieżnej granicy płyt, jak Pangaea się razem (rysunek 15).

Przed Pangaea się razem, kontynenty były oddzielone przez ocean, gdzie Atlantyk jest teraz. Ocean protoatlantycki kurczył się wraz z rozwojem oceanu pacyficznego. Obecnie Pacyfik kurczy się, a Atlantyk rośnie. Ten cykl superkontynentalny jest odpowiedzialny za większość cech geologicznych, które widzimy, i wiele innych, których już dawno nie ma (rysunek 16).

Ta animacja pokazuje ruch kontynentów w ciągu ostatnich 600 milionów lat, począwszy od rozpadu Rodinii.

Podsumowanie

• Płyty litosfery poruszają się z powodu prądów konwekcyjnych w płaszczu. Jeden rodzaj ruchu jest wytwarzany przez rozprzestrzenianie się dna morskiego.
• Granice płyt mogą być zlokalizowane przez wyznaczenie epicentrów trzęsień ziemi.
• Płyty oddziałują na siebie na trzech typach granic płyt: rozbieżnych, zbieżnych i transformacyjnych.
• Większość aktywności geologicznej Ziemi ma miejsce na granicach płyt.
• Na granicy rozbieżnej aktywność wulkaniczna wytwarza grzbiet śródoceaniczny i małe trzęsienia ziemi.
• Na granicy zbieżnej z co najmniej jedną płytą oceaniczną powstaje rów oceaniczny, łańcuch wulkanów i wiele trzęsień ziemi.
• Na granicy zbieżnej, gdzie obie płyty są kontynentalne, rosną łańcuchy górskie i często występują trzęsienia ziemi.
• Na granicy transformacji znajduje się uskok transformacyjny i występują potężne trzęsienia ziemi, ale nie ma wulkanów.
• Procesy działające w długich okresach czasu tworzą cechy geograficzne Ziemi.

Rozwój teorii

Zgodnie z innymi wcześniejszymi i współczesnymi propozycjami, w 1912 roku meteorolog Alfred Wegener wyczerpująco opisał to, co nazwał dryfem kontynentalnym, rozwiniętym w jego książce z 1915 roku Pochodzenie kontynentów i oceanów, i rozpoczęła się naukowa debata, która zakończy się pięćdziesiąt lat później teorią tektoniki płyt. Wychodząc od idei (wyrażonej również przez jego poprzedników), że obecne kontynenty tworzyły kiedyś jedną masę lądową (nazwaną później Pangeą), która dryfowała, uwalniając w ten sposób kontynenty z płaszcza Ziemi i porównując je do „gór lodowych” z granitu o niskiej gęstości, pływających na morzu gęstszego bazaltu.

Supporting dowody dla idei pochodziły z dove-tailing kontury Ameryki Południowej na wschodnim wybrzeżu i Afryki na zachodnim wybrzeżu, a od dopasowania formacji skalnych wzdłuż tych krawędzi. Potwierdzenie ich wcześniejszej przyległości pochodziło również od kopalnych roślin Glossopteris i Gangamopteris oraz terapsydów, czyli ssakopodobnych gadów Lystrosaurus, szeroko rozpowszechnionych w Ameryce Południowej, Afryce, Antarktyce, Indiach i Australii. Dowody na takie dawne połączenie tych kontynentów były patentem dla geologów pracujących na południowej półkuli. Południowoafrykańczyk Alex du Toit zebrał masę takich informacji w swojej publikacji z 1937 r. Our Wandering Continents, i poszedł dalej niż Wegener w uznaniu silnych związków między fragmentami Gondwany.

Ale bez szczegółowych dowodów i siły wystarczającej do napędzania ruchu, teoria ta nie była ogólnie akceptowana: Ziemia może mieć stałą skorupę i płaszcz oraz płynne jądro, ale wydawało się, że nie ma sposobu, aby części skorupy mogły się poruszać. Wybitni naukowcy, tacy jak Harold Jeffreys i Charles Schuchert, byli zdecydowanymi krytykami dryfu kontynentalnego.

Pomimo wielu sprzeciwów, pogląd o dryfie kontynentalnym zyskał poparcie i rozpoczęła się ożywiona debata między „drifterami” lub „mobilistami” (zwolennikami teorii) a „fiksacjonistami” (przeciwnikami). W latach 20-tych, 30-tych i 40-tych XX wieku ci pierwsi osiągnęli ważne kamienie milowe, proponując, że prądy konwekcyjne mogły napędzać ruchy płyt, a rozprzestrzenianie się mogło zachodzić pod powierzchnią morza w skorupie oceanicznej. Koncepcje zbliżone do elementów włączonych obecnie do tektoniki płyt zostały zaproponowane przez geofizyków i geologów (zarówno fiksacjonistów, jak i mobilistów), takich jak Vening-Meinesz, Holmes i Umbgrove.

Jeden z pierwszych dowodów geofizycznych, który został wykorzystany do poparcia ruchu płyt litosferycznych, pochodził z paleomagnetyzmu. Opiera się to na fakcie, że skały w różnym wieku wykazują zmienny kierunek pola magnetycznego, co potwierdzają badania prowadzone od połowy dziewiętnastego wieku. Bieguny magnetyczny północny i południowy odwracają się w czasie, a także, co szczególnie ważne w badaniach paleotektonicznych, względne położenie magnetycznego bieguna północnego zmienia się w czasie. Początkowo, w pierwszej połowie XX wieku, to ostatnie zjawisko tłumaczono wprowadzając coś, co nazywano „wędrówką polarną” (zob. pozorna wędrówka polarna), tzn. zakładano, że położenie bieguna północnego zmieniało się w czasie. Alternatywnym wyjaśnieniem było jednak to, że kontynenty poruszały się (przesuwały i obracały) w stosunku do bieguna północnego, a każdy kontynent w rzeczywistości pokazuje swoją własną „ścieżkę wędrówki polarnej”. Pod koniec lat 50. dwukrotnie z powodzeniem wykazano, że dane te mogą świadczyć o ważności dryfu kontynentów: przez Keitha Runcorna w pracy z 1956 r. i przez Warrena Careya na sympozjum, które odbyło się w marcu 1956 r.

Drugi dowód na poparcie dryfu kontynentalnego pochodził w późnych latach pięćdziesiątych i wczesnych sześćdziesiątych z danych o batymetrii dna głębokich oceanów i naturze skorupy oceanicznej, takich jak własności magnetyczne, oraz, bardziej ogólnie, z rozwoju geologii morskiej, która dała dowód na związek rozprzestrzeniania się dna morskiego wzdłuż grzbietów śródoceanicznych i odwrócenia pola magnetycznego, opublikowany w latach 1959-1963 przez Heezena, Dietza, Hessa, Masona, Vine’a & Matthewsa i Morleya.

Równoczesne postępy we wczesnych technikach obrazowania sejsmicznego w i wokół stref Wadati-Benioffa wzdłuż rowów ograniczających wiele marginesów kontynentalnych, wraz z wieloma innymi obserwacjami geofizycznymi (np. grawimetrycznymi) i geologicznymi, pokazały, jak skorupa oceaniczna może znikać w płaszczu, zapewniając mechanizm równoważący rozszerzanie się basenów oceanicznych ze skracaniem się wzdłuż ich brzegów.

Wszystkie te dowody, zarówno z dna oceanu, jak i z brzegów kontynentów, sprawiły, że około 1965 roku stało się jasne, że dryf kontynentów jest możliwy i narodziła się teoria tektoniki płyt, która została zdefiniowana w serii prac w latach 1965-1967, z całą jej niezwykłą mocą wyjaśniającą i predykcyjną. Teoria ta zrewolucjonizowała nauki o Ziemi, wyjaśniając różnorodne zjawiska geologiczne i ich implikacje w innych badaniach, takich jak paleogeografia i paleobiologia.

Dryf kontynentalny

Pod koniec XIX i na początku XX wieku geolodzy zakładali, że główne cechy Ziemi są stałe, a większość cech geologicznych, takich jak rozwój basenów i pasm górskich, można wyjaśnić pionowym ruchem skorupy ziemskiej, opisanym w tak zwanej teorii geosynklinalnej. Ogólnie rzecz biorąc, zostało to umieszczone w kontekście kurczenia się planety Ziemi z powodu utraty ciepła w ciągu stosunkowo krótkiego czasu geologicznego.

Już w 1596 roku zauważono, że przeciwległe wybrzeża Oceanu Atlantyckiego – a dokładniej krawędzie szelfów kontynentalnych – mają podobne kształty i wydaje się, że kiedyś do siebie pasowały.

Od tego czasu zaproponowano wiele teorii wyjaśniających tę pozorną komplementarność, ale założenie istnienia stałej Ziemi sprawiło, że te różne propozycje były trudne do zaakceptowania. co wywołałoby prawdziwą rewolucję w myśleniu. Głębokim skutkiem rozprzestrzeniania się dna morskiego jest to, że wzdłuż grzbietów oceanicznych nieustannie powstawała i nadal powstaje nowa skorupa. Dlatego Heezen opowiedział się za tzw. hipotezą „rozszerzającej się Ziemi” S. Warrena Careya (patrz wyżej). Pozostawało więc pytanie: w jaki sposób nowa skorupa może być stale dodawana wzdłuż grzbietów oceanicznych bez zwiększania rozmiarów Ziemi? W rzeczywistości pytanie to zostało już rozwiązane przez wielu naukowców w latach czterdziestych i pięćdziesiątych, takich jak Arthur Holmes, Vening-Meinesz, Coates i wielu innych: Skorupa w nadmiarze znikała wzdłuż tak zwanych rowów oceanicznych, gdzie następowała tak zwana „subdukcja”. Dlatego też, kiedy różni naukowcy we wczesnych latach sześćdziesiątych zaczęli rozumować na podstawie dostępnych im danych dotyczących dna oceanicznego, kawałki teorii szybko ułożyły się w całość.

Kwestia ta szczególnie zaintrygowała Harry’ego Hammonda Hessa, geologa z Uniwersytetu Princeton i kontradmirała rezerwy marynarki wojennej, oraz Roberta S. Dietza, naukowca z U.S. Coast and Geodetic Survey, który po raz pierwszy ukuł termin seafloor spreading. Dietz i Hess (ten pierwszy opublikował ten sam pomysł rok wcześniej w Nature, ale pierwszeństwo należy do Hessa, który już w 1960 roku rozpowszechnił nieopublikowany rękopis swojego artykułu z 1962 roku) należeli do małej garstki, która naprawdę rozumiała szerokie implikacje rozprzestrzeniania się dna morskiego i to, jak ostatecznie zgodzi się ono z niekonwencjonalnymi i nieakceptowanymi wówczas ideami dryfu kontynentów oraz eleganckimi i mobilistycznymi modelami zaproponowanymi przez wcześniejszych pracowników, takich jak Holmes.

W tym samym roku, Robert R. Coats z U.S. Geological Survey opisał główne cechy subdukcji łuku wyspowego na Wyspach Aleuckich. Jego artykuł, choć mało zauważony (a nawet wyśmiewany) w tamtym czasie, został od tego czasu nazwany „przełomowym” i „prekursorskim”. W rzeczywistości pokazuje ona, że praca europejskich naukowców nad łukami wysp i pasami górskimi, wykonywana i publikowana w latach 30. do 50. była stosowana i doceniana również w Stanach Zjednoczonych.

Jeśli skorupa ziemska rozszerzała się wzdłuż grzbietów oceanicznych, Hess i Dietz rozumowali podobnie jak Holmes i inni przed nimi, to musi się kurczyć gdzie indziej. Hess podążył za Heezenem, sugerując, że nowa skorupa oceaniczna stale rozprzestrzenia się z dala od grzbietów w ruchu przypominającym przenośnik taśmowy. A wykorzystując opracowane wcześniej koncepcje mobilistyczne, doszedł do prawidłowego wniosku, że wiele milionów lat później skorupa oceaniczna w końcu opada wzdłuż brzegów kontynentów, gdzie powstają rowy oceaniczne – bardzo głębokie, wąskie kaniony – np. wzdłuż krawędzi basenu Oceanu Spokojnego. Ważnym krokiem, jakiego dokonał Hess, było uznanie prądów konwekcyjnych za siłę napędową tego procesu, dochodząc do tych samych wniosków, do jakich Holmes doszedł kilkadziesiąt lat wcześniej, z tą tylko różnicą, że rozrzedzanie skorupy oceanicznej odbywało się przy użyciu Heezenowskiego mechanizmu rozprzestrzeniania się wzdłuż grzbietów. Hess doszedł więc do wniosku, że Ocean Atlantycki rozszerza się, podczas gdy Ocean Spokojny kurczy się. W miarę jak stara skorupa oceaniczna jest „zużywana” w rowach (podobnie jak Holmes i inni, uważał on, że dzieje się to przez pogrubianie litosfery kontynentalnej, a nie, jak się obecnie rozumie, przez podcięcie na większą skalę samej skorupy oceanicznej do płaszcza), nowa magma wznosi się i wybucha wzdłuż grzbietów, tworząc nową skorupę. W efekcie baseny oceaniczne są nieustannie poddawane „recyklingowi”, przy czym tworzenie nowej skorupy i niszczenie starej litosfery oceanicznej zachodzi jednocześnie. Tak więc nowe koncepcje mobilistyczne zgrabnie wyjaśniały, dlaczego Ziemia nie powiększa się wraz z rozprzestrzenianiem się dna morskiego, dlaczego na dnie oceanu gromadzi się tak mało osadów i dlaczego skały oceaniczne są znacznie młodsze od kontynentalnych.

Paskowanie magnetyczne

Począwszy od lat 50-tych XX wieku, naukowcy tacy jak Victor Vacquier, używając instrumentów magnetycznych (magnetometrów) zaadaptowanych z urządzeń lotniczych opracowanych podczas II wojny światowej do wykrywania łodzi podwodnych, zaczęli rozpoznawać dziwne zmiany magnetyczne na dnie oceanu. Odkrycie to, choć niespodziewane, nie było całkowicie zaskakujące, ponieważ wiadomo było, że bazalt – bogata w żelazo, wulkaniczna skała tworząca dno oceanu – zawiera silnie magnetyczny minerał (magnetyt) i może lokalnie zniekształcać odczyty kompasu. To zniekształcenie zostało zauważone przez islandzkich żeglarzy już pod koniec osiemnastego wieku. Co ważniejsze, ponieważ obecność magnetytu nadaje bazaltowi mierzalne właściwości magnetyczne, te nowo odkryte zmiany magnetyczne dostarczyły kolejnego środka do badania dna głębokiego oceanu. Kiedy nowo uformowana skała stygnie, takie materiały magnetyczne zarejestrowały pole magnetyczne Ziemi w tym czasie.

W miarę jak w latach pięćdziesiątych mapowano coraz większą powierzchnię dna morskiego, okazało się, że zmiany magnetyczne nie są przypadkowe lub występują pojedynczo, ale zamiast tego ujawniły rozpoznawalne wzory. Kiedy te magnetyczne wzory zostały odwzorowane na szerokim obszarze, dno oceanu pokazało wzór przypominający zebrę: jeden pas o normalnej biegunowości i sąsiedni pas o odwróconej biegunowości. Ogólny wzór, zdefiniowany przez te naprzemienne pasma normalnie i odwrotnie spolaryzowanych skał, stał się znany jako prążkowanie magnetyczne i został opublikowany przez Rona G. Masona i współpracowników w 1961 roku, którzy nie znaleźli jednak wyjaśnienia dla tych danych w kategoriach rozprzestrzeniania się dna morskiego, jak Vine, Matthews i Morley kilka lat później.

Odkrycie prążkowania magnetycznego wymagało wyjaśnienia. We wczesnych latach 60. naukowcy tacy jak Heezen, Hess i Dietz zaczęli teoretyzować, że grzbiety śródoceaniczne oznaczają strukturalnie słabe strefy, w których dno oceanu było rozrywane na dwie części wzdłuż grzbietu grzbietu (patrz poprzedni akapit). Nowa magma z głębi Ziemi łatwo podnosi się przez te słabe strefy i ostatecznie wybucha wzdłuż grzbietu grzbietu, tworząc nową skorupę oceaniczną. Proces ten, początkowo określany jako „hipoteza taśmociągu”, a później nazwany rozprzestrzenianiem się dna morskiego, działający przez wiele milionów lat nadal tworzy nowe dno oceaniczne w całym liczącym 50 000 km systemie grzbietów śródoceanicznych.

Tylko cztery lata po tym, jak mapy z „wzorem zebry” pasków magnetycznych zostały opublikowane, związek między rozprzestrzenianiem się dna morskiego a tymi wzorami został prawidłowo umieszczony, niezależnie przez Lawrence’a Morleya, oraz przez Freda Vine’a i Drummonda Matthewsa, w 1963 roku, obecnie nazywany hipotezą Vine’a-Matthewsa-Morleya. Hipoteza ta związana te wzory do geomagnetycznych odwróceń i był wspierany przez kilka linii dowodów:

1. pasy są symetryczne wokół grzbietów grzbietów śródoceanicznych; na grzbiecie lub w jego pobliżu skały są bardzo młode i stają się stopniowo starsze z dala od grzbietu grzbietu;
2. najmłodsze skały na grzbiecie grzbietu zawsze mają obecną (normalną) polaryzację;
3. pasy skał równoległych do grzbietu grzbietu zmieniają polaryzację magnetyczną (normalna-odwrócona-normalna itd.), co sugeruje, że powstały one podczas różnych epok dokumentujących (znane już z niezależnych badań) normalne i odwrotne epizody ziemskiego pola magnetycznego.

Wyjaśniając zarówno przypominające zebrę paski magnetyczne, jak i budowę systemu grzbietów śródoceanicznych, hipoteza rozprzestrzeniania się dna morskiego (SFS) szybko zyskała zwolenników i stanowiła kolejny duży postęp w rozwoju teorii płytowo-tektonicznej. Co więcej, skorupa oceaniczna zaczęła być doceniana jako naturalny „zapis na taśmie” historii odwróceń geomagnetycznego pola magnetycznego Ziemi (GMFR). Obecnie szeroko zakrojone badania poświęcone są kalibracji wzorców normalnych odwróceń w skorupie oceanicznej z jednej strony i znanych skal czasowych pochodzących z datowania warstw bazaltowych w sekwencjach sedymentacyjnych (magnetostratygrafia) z drugiej, w celu uzyskania szacunkowych danych na temat tempa rozprzestrzeniania się Ziemi w przeszłości i rekonstrukcji płyt.

Definicja i udoskonalenie teorii

Po tych wszystkich rozważaniach Tektonika Płyt (lub, jak ją początkowo nazywano, „Nowa Tektonika Globalna”) została szybko zaakceptowana w świecie naukowym i powstały liczne prace definiujące jej koncepcje:

• W 1965 r. Tuzo Wilson, który od samego początku był propagatorem hipotezy rozprzestrzeniania się dna morskiego i dryfu kontynentalnego, dodał do modelu koncepcję uskoków transformacyjnych, uzupełniając w ten sposób klasy typów uskoków niezbędnych do urzeczywistnienia ruchliwości płyt na kuli ziemskiej.
• W 1965 roku w Royal Society of London odbyło się sympozjum na temat dryfu kontynentalnego, które należy uznać za oficjalny początek akceptacji tektoniki płyt przez społeczność naukową, a którego abstrakty wydano jako Blacket, Bullard & Runcorn (1965). Na tym sympozjum Edward Bullard i współpracownicy pokazali za pomocą obliczeń komputerowych, jak kontynenty po obu stronach Atlantyku najlepiej pasowałyby do zamknięcia oceanu, co stało się znane jako słynne „dopasowanie Bullarda”.
• W 1966 roku Wilson opublikował pracę, która odnosiła się do poprzednich rekonstrukcji tektonicznych płyt, wprowadzając pojęcie tego, co jest obecnie znane jako „Cykl Wilsona.”
• W 1967 roku, na spotkaniu Amerykańskiej Unii Geofizycznej, W. Jason Morgan zaproponował, że powierzchnia Ziemi składa się z 12 sztywnych płyt, które poruszają się względem siebie.
• W tym samym roku McKenzie i Parker niezależnie przedstawili model podobny do modelu Morgana, używając translacji i rotacji na sferze do zdefiniowania ruchów płyt.

Sprawdź swoje zrozumienie

Odpowiedz na poniższe pytanie(a), aby sprawdzić, jak dobrze rozumiesz tematy poruszone w poprzedniej części. Ten krótki quiz nie wlicza się do oceny z zajęć i można go powtórzyć nieograniczoną liczbę razy.

Użyj tego quizu, aby sprawdzić swoje zrozumienie i zdecydować, czy (1) studiować dalej poprzedni rozdział, czy (2) przejść do następnego rozdziału.