Geologie světa

Chceme-li poznat geologickou stavbu naší planety, musíme se nejdříve seznámit s termíny a s procesy, které se podílejí na stavbě naší planety. Vysvětlíme si to na vývoji myšlenek, pomocí kterých si geologové vysvětlovali geologickou stavbu naší planety. Nové myšlenky vždy vznikají pokládáním si těch správných otázek. Jedna z prvních důležitých otázek souvisela s nejvyšším pásemným pohořím na Zemi. Vrcholky Himalájí se místy tyčí do výšky více než osmi kilometrů nad zemským povrchem. Jak je možné, že na těchto vrcholcích hor můžeme najít vápence, tedy horniny, které vznikaly v mělkých mořích?  Geologové si to ještě na počátku 20. století vysvětlovali tak, že se Země při svém vývoji postupně ochlazovala a vysoušela (od doby svého vzniku byla neustále vystavena slunečnímu svitu), že se Země smršťovala a jeho povrch se zvrásnil podobně, jako povrch přezrálého jablka. Domnívali se, že tento proces je dnes již zastaven, a že Země je statická. Tato myšlenka byla všeobecně přijata. 

Alfred Wegener, významný německý meteorolog, astronom a také geolog, přišel kolem roku 1912 s myšlenkou, že se kontinenty v průběhu zemského vývoje pohybovaly. Povšiml si, že východní okraj Jižní Ameriky a západní okraj Afriky do sebe dokonale zapadají. Že pokud podobně spojí též Severní Ameriku a Evropu, pásemná pohoří na sebe krásně navážou. Že fosilie některých druhů zvířat a rostlin se vyskytují v horninách Jižní Ameriky, Afriky, Indie, Antarktidy i Austrálie, tedy že tyto kontinenty musely být spolu v minulosti spojeny. Velmi dobře rozuměl klimatu. Našel důkazy o tom, že jižní Afrika a Indie byly dříve zaledněny, což nebylo možné vysvětlit jinak, než že se kontinenty dříve nacházely v jiné zeměpisné šířce. Že uhelné sloje, které se utvářejí v tropickém klimatu kolem rovníku, se dnes nacházejí i ve vysokých zeměpisných šířkách v Severní Americe, Evropě i Asii a dobře na sebe navazují. Nalezl působivé množství důkazů a při svých expedicích na severní pól neustále pátral po důkazech nových, což se mu nakonec v roce 1930 stalo osudným. Za celou dobu svého života se nesetkal s uznáním. Revoluční myšlenka kontinentálního driftu zůstala dlouho zapomenuta.

Současná mapa tektonických desek, šipky naznačují směr jejich pohybu. Právě na jejich hranicích dnes pozorujeme aktivní vulkanismus a pozoruhodně dobře se také kryjí s epicentry zemětřesení.

Před první světovou válkou nebyl důvod se domnívat, že by oceánské desky nebyly ploché. První válečné lodě vyzbrojené sonarem však zjistily, že oceánské dno je morfologicky velmi rozmanité, a že místy může být srovnáváno s nejdelšími pohořími na kontinentech. Jedním z největších překvapení byl objev horského hřbetu uprostřed Atlantského oceánu, který se tyčil do výšky jednoho až dvou kilometrů. Podobné horské hřbety byly nalezeny i v dalších oceánech. Všechny měly jedno společné - byly vedeny rovnoběžně s okraji okolních kontinentů. V roce 1962 vyšla publikace (Hess 1962), ve které geolog Harry Hess vysvětloval vznik středooceánských horských hřbetů pomocí podmořského magmatismu. Výstup magmatu měl oceánské desky od sebe odsouvat k hlubokým příkopům (subdukčním zónám) na okrajích kontinentů, kde se oceánské dno nořilo pod mohutnou kontinentální kůru. Hess nabídl nový pohled na to jak se mohla zemská kůra pohybovat. Bylo však potřeba tuto myšlenku podpořit dalšími důkazy. 

Ve stejném roce kdy vyšla Hessova práce publikovalo americké námořnictvo zprávu o magnetometrii oceánského dna. Během druhé světové války za sebou válečné lodě táhly magnetometry, které pátraly po nepřátelských ponorkách. Magnetometry odhalily něco velmi zvláštního. Horniny oceánského dna jsou tvořena bazaltem, který často obsahuje magnetit. Krystaly magnetitu si během krystalizace zachovávají orientaci podle aktuálního magnetického pole. Když vědci tato data prozkoumali, byli schopni z nich odvodit velmi zvláštní chování zemského magnetické pole v daleké minulosti. Zemské magnetické pole se v minulosti nesčetněkrát překlopilo a měnila se též jeho intenzita. Oceánská kůra tak v sobě nese dokumentaci o intenzitě a směru magnetického pole v době, kdy láva vychladla a utvořil se z ní bazalt. Podle těchto dat se pak podařilo odvodit, že oceánská kůra vzniká ve středooceánských hřbetech a symetricky se posouvá na obě strany. 

Znázornění stáří oceánské kůry (červená nejmladší, modrá nejstarší - stará až 180 milionů let).
Oceánská kůra je destruována v subdukčních zónách, vzácně může být zachována na kontinentu v podobě ofiolitu.

Z informací obsažených v oceánské kůře si nyní můžeme odvodit, že onou hnací silou, která s kontinenty pohybuje, je vulkanismus na středooceánských hřbetech. Myšlenka kontinentálního driftu byla přijata teprve po těchto objevech na dně oceánů. V dnešní době moderních technologií jsme schopni pohyb a vzájemné vztahy mezi tektonickými deskami přímo měřit. Pohybují se rychlostí jednoho až deseti centimetrů za rok (v závislosti na místě, kde budeme rychlost měřit). Zjistili jsme rovněž, že vrcholky Himalájí stále rostou a to rychlostí asi jednoho centimetru za rok. A vápence na jejich vrcholcích jsou již pouze reliktem velmi starého mělkého moře, jehož dno bylo vyvrásněno do výšky osmi kilometrů v důsledku kolize indické a asijské desky před asi 40 miliony lety. Wegener měl tedy pravdu. Kontinenty se skutečně pohybují a to díky litosférickým deskám, se kterými jsou pevně spojeny. Zemský povrch se neustále vyvíjí, podobně jako věda, která jej zkoumá.

nová desková tektonika a Wilsonův cyklus. 

By 1968, J. Tuzo Wilson had identified three basic elements of geodynamics: plate tectonics, mantle plumes of deep origin, and the Wilson Cycle of ocean opening and closing,

Kontinentální litosféra je v současnosti rozptýlena do mnoha větších či menších kontinentů. Je však doloženo, že v určitých časových intervalech geologické minulosti byla kontinentální litosféra seskupena do obřích superkontinentů, obecně nazývaných Pangea. Zbytek zemského povrchu tvořil ve stejných intervalech obří superoceán obecně nazývaný Panthalassa. Opakované seskupování kontinentální hmoty do superkontinentů je způsobeno Wilsonovým cyklem. Jeho etapy zahrnují rifting a rozpad superkontinentu, etapu mladých oceánů ohraničených pasivními okraji, etapu starých oceánů se subdukčními zónami a etapu kontinentálních kolizí vedoucí ke vzniku nového superkontinentu. Kompletní jeden Wilsonův cyklus trvá v průměru několik set milionů let. S jediným kontinentem, Pangeou, se evidentně setkáváme např. v nejsvrchnějším proterozoiku a dále během permu a triasu.

Většina kontinentální kůry, která dnes utváří kratony kontinentů (tedy jejich pevný základ), byla vytvořena již v době před 2,5 miliardami let. Od té doby sice kontinentální kůra stále vzniká, ale ne již v takovém tempu jako kdysi. Kratony vystupují na povrch jen na některých místech, kterým se říká štíty (například baltický štít). Většina kratonů je dnes překryta mladšími sedimenty a utváří platformy. 

Akreční orogén je označení pro taková pásemná pohoří, která nevznikla kolizí kontinentů, ale akrecí teránů nad místy, kde probíhá subdukce oceánské kůry. Právě díky akreci mikrokontinentů, ostrovních oblouků apod. kontinenty rostou. Terán je označení pro část kontinentální kůry, která je nově součástí jiné tektonické desky, než na které vznikla. Akreční orogény dnes najdeme na mnoha místech na Zemi, lemují například kontinentální kůru v okolí pacifické desky. Podobné oblasti bychom našli i na okraji mnohem starších oceánských desek v různých obdobích vývoje Země.

Rekonstrukce vývoje kontinentální kůry od archaika (před 3,3 miliardami let) po současnosti.
Upozornění: toto video trvá celkem 5 minut.

https://csmgeo.csm.jmu.edu/geollab/fichter/wilson/PTRC.html

evolving cycle of rocks

The Wilson Cycle is the simplest tectonic model we have of how the Earth works and dissipates its interior energy. It may not seem that simple, but in fact the Wilson Cycle leaves out most of the details, complications and exceptions which exist. But if we could we would like an even simpler model, one that quintessentially summarizes what is true about the earth.

Fichter, L. S. (1996) 

Doporučená literatura

• Egger, A. E. (2003): Origins of Plate Tectonic Theory. Visionlearning Vol. EAS-1, 1.
• https://www.visionlearning.com/en/library/Earth-Science/6/Origins-of-Plate-Tectonic-Theory/65
• Fichter, L. S. (1996): Tectonic Rock Cycles: Journal of Geoscience Education, Vol. 44, pp 134-148.
• https://csmgeo.csm.jmu.edu/geollab/fichter/wilson/PTRC.html
• Hess, H. H. (1962): History Of Ocean Basins - in: Engel, A. E. J., James, H. L., & Leonard, B. F. (eds). Petrologic Studies: A volume in honor of A. F. Buddington. Boulder, CO, Geological Society of America, 599-620.
• Wegener, A. (1924): The origin of continents and oceans (Entstehung der Kontinente und Ozeane). Methuen & Co.
• Wilson, J. T. (1968): Static or mobile earth: the current scientific revolution. Proc. Am. Philos. Soc. 112, 5, 309-20.