Nauka o Zemi
Teoretická část
Litosféra - Astenosféra
Desková tektonika je vědní disciplína zabývající se dynamickým vývojem litosférických
desek v návaznosti na procesy probíhající v zemském plášti. Studuje vzájemný pohyb
litosférických desek, rychlost jejich pohybu při kontinentálním driftu po astenosféře,
geologické procesy probíhající na jejich okrajích a s tím spojené doprovodné jevy jako je
horotvorná činnost, vulkanizmus, zemětřesení atd.
Opírá se o teorii konceptu kontinentálního driftu, jejíž základy položil ve 20. letech 20.
století německý geolog Alfréd Wegener. Jako první přišel s myšlenkou, že na počátku
existoval jeden superkontinent – Pangea, který se v důsledku pohybu litosférických desek
rozpadl na dnešní kontinenty. Svoji hypotézu založil na pozorování výskytu stejných
fosílií na území Afriky a jižní Ameriky, dále na paleo-topografických a klimatologických
poznatcích, naznačující spojení těchto dvou kontinentů v historii Země. Nicméně
dostatečně nevysvětlil příčinu kontinentálního driftu. Proto nebyla tato teorie přijata
všemi vědci. Musely být předloženy další důkazy. Do té doby se geologové domnívaly, že
hlavní útvary na Zemi jsou pozičně statické a že většina geologických těles, jako
například horská pásma, mohou být vysvětlena vertikálním pohybem zemské kůry -
geosynklinální teorie.
Alfred Wegener
Významný předěl pro přijetí teorie pohybu litosférických desek přišel s objevením různé orientace magnetického pole v
horninách různého stáří a se studiem hlubokého oceánského dna. Magnetické páskování hornin, projevující se
symetrickými, paralelními pruhy o stejné orientaci tvořící mořské dno na obou stranách od středooceánského hřbetu,
bylo dostatečným důkazem, aby se následně teorie deskové tektoniky v druhé části 60. let 20. století stala všeobecně
uznávanou teorií. Tato revoluční teorie pozměnila vědy o Zemi, vysvětlila celou řadu různorodých geologických fenoménů
a pomohla vysvětlit dnešní biogeografické rozšíření různých forem života se společnými předky.
Litosféra je pevný obal Země tvořený zemskou kůrou a nejsvrchnějšími
vrstvami vnějšího zemského pláště (obr. 3-1). Skládá se z oddělených a snadno
rozlišitelných litosférických desek, které „plavou“ na viskoelastické až plastické vrstvě
zemského pláště - astenosféře. Rozdíl mezi litosférou a astenosférou je především ve
fyzikálně mechanických vlastnostech (v reologických vlastnostech) hornin a způsobu
přenosu tepla (obr. 3-2). Litosféra je chladnější a pevnější vrstva s konduktivním přenosem
tepla (obr. 2-32). Astenosféra je teplejší (cca 1400 °C), hustější (3,5 g/cm3 viz obr. 2-34),
plastičtější s konvekčním přenosem tepla (obr. 3-5).
Obr. 3-1: Schema mocnosti litosféry a astenosféry pod oceány a kontinenty.
Obr. 3-2: Rozdělení geosfér Země podle reologie hornin a chemického složení.
Na základě studia seismických P a S vln bylo zjištěno, že astenosféra výrazně
snižuje rychlost šíření těchto vln (nizkorychlostní zóna). To ukazuje na duktilnější
charakter materiálu a tedy horniny v astenosféře jsou natavené – snáze tečou.
V tomto polotekutém stavu jsou udržovány vlivem vysokého tlaku a teploty. Po
roztavených horninách (magmatu) litosférické desky kloužou rychlostí několika
cm/rok. Tento pohyb, kdy pevnější a lehčí litosférické desky kloužou po hustější
polotekuté astenosféře, označujeme jako kontinentální drift. Rychlost pohybu je
obvykle udávána v rozsahu 10 až 40 mm/rok. Největší rychlost 160 mm/rok je
zjištěna u desky Nasca (obr. 3-26).
Mocnost litosféry
Stejně jako u zemské kůry je mocnost litosférických desek závislá na jejím
typu. Rozlišujeme litosférické desky:
•
oceánské;
•
pevninské.
Oceánská deska, jež je tvořena hlavně křemík a hořčík (proto označení „sima“ viz obr. 2-13), je obvykle mocná 70-100 km. V místech vzniku oceánské kůry (na
středooceánských hřbetech) může být velmi tenká 2 – 6 km. Dále od středooceánského hřbetu její mocnost vlivem ztráty tepla narůstá. V subdukčních oblastech, kde dochází
k zániku kůry může dosahovat mocnosti až 100 km (obr. 3-1).
Kontinentální deska, tvořena především křemíkem a hliníkem (proto „sial“), má průměrnou mocnost okolo 150 km. Tato hodnota je závislá na typu té které části
kontinentu. Zda se jedná o pánve, stabilní kratóny nebo horstva, kde bývá nejmocnější (až 200 km).
Litosférické desky
Obr. 3-3: Vulkanická činnost a zemětřesení jsou především vázána na okraje litosférických
(tektonických) desek. Velikost trojúhelníků vyjadřuje intenzitu těchto dějů.
Litosféra jako pevný obal Země je rozlámána na různě velké tektonické desky, které se
vůči sobě neustále pohybují, díky driftu po plastické astenosféře. Místa, kde se dvě desky
setkávají, se nazývají „desková rozhraní“. Na tato místa jsou vázány geologické události
jako jsou intenzivní zemětřesení, vulkanická činnost, deformace okrajů litosférických desek
při horotvorné činnosti, rozestupování dvou desek v oblastech riftů nebo středo-oceánských
hřbetů (obr. 3-3). Většina aktivních sopek na Zemi se nachází v okolí deskových rozhraní
okolo Pacifické desky. Tato oblast je známa pod názvem Ohnivý kruh (obr. 3-3).
Tektonické desky mohou být tvořeny kontinentální, přechodnou či oceánskou kůrou.
Mnohé desky jsou tvořeny všemi druhy. Například Africkou desku tvoří kontinent Afrika s
kontinentální kůrou, která na okrajích plynule přechází přes přechodnou kůru do oceánské
kůry. Tento pozvolný přechod označujeme za pasivní okraj kontinentu. V závislosti na
definici litosférické desky se na Zemi nachází 8 velkých tektonických desek (tab. 3-1, obr.
3-4) a mnoho menších desek (většinou se udává počet 15).
Tab. 3-1: Označení základních litosférických desek.
Řídící síly pohybu litosférických desek
Obr. 3-4: Vymezení jednotlivých litosférických desek.
Obr. 3-5: Schéma znázorňující pohyb konvekčních proudů v zemském
plášti (červené šipky) a pohyb litosférických desek (bílé šipky).
Na otázku „Jaké jsou hlavní řídící síly podmiňující pohyb litosférických desek?“, neexistuje jednotný
názor. Obecně vědecká veřejnost pokládá za nejdůležitější hybnou složku konvekční proudy. Nicméně existují
i jiné síly, které taktéž podmiňují kontinentální drift. Vedou se ovšem spory o podílu jednotlivých sil na
celkovém pohybu desek.
K plášťové konvekci dochází v důsledku rozdílů v hustotě a teplotě plášťových hmot (obr. 3-5). Plášťová
konvekce se projevuje v pohybu tektonických desek jako kombinace tahu, sestupného nasávání v subdukčních
zónách a variace topografie a hustoty kůry, což vede k rozdílům gravitační síly působící na Zemi. Princip
koloběhu plášťové hmoty si zjednodušeně můžeme přirovnat k ohřevu vody v hrnci (obr. 3-6). Podobný
koloběh funguje i v zemském plášti.
Teplejší plášťová hmota vystupuje pod divergentní hranici k povrchu Země (rozpínání – pohyb sousedních
litosférických desek od sebe). Zde malá část magmatu vystoupí na povrch. Konvekční proudy se stáčí pod
litosférické desky. Dochází k postupnému přenosu tepla z pláště do litosféry. Směrem k subdukčním zónám
postupně klesá teplotní rozdíl v konvekčních proudech i teplota litosféry, což vede k nárůstu její mocnosti.
V subdukčních zónách chladnější konvekční proudy sestupují do hlubších částí pláště (obr. 3-3). Začíná se
projevovat tzv. „trench suction“ (nasávání desky), kdy chladná a mocná litosférická deska je nasávána do
subdukční zóny. V hlubších částech pláště se postupně litosféra roztaví.
Obr. 3-6: Schéma přirovnávající pohyb konvekčních proudů k pohybu vody v hrnci při ohřevu.
Při výstupu teplejšího materiálu v konvektivní buňce
dochází pod divergentními hranicemi k vyklenutí
astenosféry. Někteří vědci považují tento rozdíl ve výšce
vůči okolí za další hybnou složku - tzv. gravitační
skluz/sliding. Při tomto gravitačním skluzu především
oceánské desky sklouzávají po vyklenuté astenosféře
směrem k subdukčním hranicím. Navíc vlivem chladnutí
desky směrem od divergentní hranice narůstá mocnost a
hustota oceánské desky, což vede k zanořování do pláště
ve snaze kompenzovat vyšší zatížení.
Za další hybnou složku považují tzv. bazální tření, kdy
v důsledku konvektivních proudů proudících pod
litosférou směrem k subdukční hranici, dochází k unášení
litosférických desek (obr. 3-5). Vlivem tření se energie
konvekčního proudu přenáší do astenosféry, která část
hybné složky předá litosféře. Současně jsou desky
„nasávány“ v subdukčních zónách vlivem sestupných
proudů konvektivní buňky.
Obr. 3-7: Schéma odsunu dvou oceánských desek výstupem
nového magmatu v oblasti středooceánského hřbetu.
Mezi významné síly řídící na některých místech planety kontinentální drift je tzv. „ridge-push“. Jak název
napovídá, deska je tlačena od středu riftu (místa vzniku nové oceánské kůry) dalšími výlevy magmatu (obr. 3-7).
Nové magma se dere k povrchu a působí na čela obou odsouvaných desek jako klín.
V současnosti většina vědců považuje bazální tření, gravitační skluz či „ridge-push“ za málo průkazné. Spíše se
přiklánějí k názoru, že pohyb celé desky je způsoben její vahou v subdukční zóně. Studená ponořující se
(subdukující) deska je mocnější a těžší než okolní plášťový materiál, a proto klesá. Stahuje tak do subdukční zóny
celou desku. Dnešní modely pohybu litosférických desek naznačují, že další významnou úlohu hraje tzv. „trench
suction“ (nasávání desky), který se odehrává v plášti nad subdukující deskou.
Jak bylo uvedeno výše, stále se vedou spory o to, jaký je poměr jednotlivých uvedených sil a jak působí na
pohyb desek. Je evidentní, že poměr těchto sil bude různý v různých místech planety. Pro každou litosférickou
desku lze předpokládat jiný poměr sil. Nicméně konvektivní proudění stále zůstává hlavní hybnou složkou pohybu
litosférických desek.
Obr. 3-8: Schéma znázorňující výstup konvekčních proudů.
Existují dvě hloubkové úrovně kde dochází k výstupu konvekčních proudů (obr. 3-8). Jedna je na
rozhraní vnějšího jádra a spodního pláště v hloubce 2900 km. Mezi těžkým tekutým vnějším jádrem a
pevnějším lehčím spodním pláštěm je výrazná hustotní nehomogenita. Další hustotní nehomogenity se
nacházejí v hloubkách kolem 700 km. Zde hustější, ale teplejší hmota ležící pod lehčím chladnějším
materiálem se snaží vystoupit vzhůru. Rozdíl v teplotě stoupajícího konvekčního proudu vůči okolnímu
plášťovému materiálu může být až několik stovek stupňů (obr. 3-8). Vysoce zahřátý materiál má nižší
viskozitu a snadněji prostupuje okolním materiálem k povrchu.
Podobně vznikají pod litosférou horké skvrny „Hot-spots“. Jejich
existence je spojena s výstupy horkého plášťového materiálu tzv.
chocholy nebo pera (obr. 3-8) nad nestabilními diskontinuitami. Pokud
má vzestupný teplý proud dostatečnou intenzitu, může způsobit
vyklenutí litosféry a její protavení.
Místa vzestupných konvekčních proudů
Vzájemný pohyb litosférických desek
Obr. 3-10: Schéma vzájemného pohybu
litosférických desek: A) divergentní
rozhraní; B) konvergentní rozhraní;
C) transformní rozhraní.
Od dob vzniku zemské kůry existovaly na Zemi různé kontinenty, které se v důsledku vzájemného pohybu litosférických desek různě
rozpadaly nebo spojovaly v různě velké kontinenty až superkontinenty. Neustále se tak měnila podoba naší planety. Nejznámějším
superkontinentem byla Pangea, která se nejprve rozpadla na Laurasii (skládající se ze Severní Ameriky a Eurasie) a Gondwanu
(skládající se ze zbylých kontinentů). Ty se dále rozpadaly na dílčí kontinenty, aby se spojily s jinými, až vzniklo dnešní rozložení
kontinentů. Tato pozice ovšem není věčná. Podoba Země se stále dynamicky vyvíjí, i když z lidského pohledu chápání času to je velmi
pomalý proces.
Na Zemi existují tři základní druhy vzájemného pohybu litosférických desek:
desky se vzdaluji – divergentní rozhraní (obr. 3-10a);
desky se přibližují – konvergentní rozhraní (obr. 3-10b);
desky se pohybují vedle sebe – transformní rozhraní (obr. 3-10c).
Divergentní rozhraní
Divergentní rozhraní se nalézá tam, kde se dvě desky vzájemně pohybují od sebe.
Rozeznáváme dva základní typy těchto rozhraní:
kontinentální rift;
středooceánský hřbet.
Kontinentální rift
Při pozvolném vzdalování desek, vzniká stále širší a hlubší příkopová propadlina. Tato morfologická deprese se stává místem
sladkovodní sedimentace (obr. 3-11b). Vznikají zde jezera, ve kterých se nejdříve ukládá hrubější a transportem méně opracovaný
materiál z okrajových bloků desky. Jak se desky vzdalují, materiál je transportován z větší vzdálenosti, a tedy je opracovanější a
postupně se zmenšuje jeho zrnitost. Pokud se příkopová propadlina spojí s mořem a její dno je pod úrovní moře, dochází k nástupu
moře do příkopové propadliny a k postupné změně sedimentace sladkovodní na mořskou (obr. 3-11c). Se vzdalujícími se okraji desek
dno příkopové propadliny stále více poklesává a mořská mělkovodní sedimentace se postupně mění na hlubokomořskou (obr. 3-11d).
Celý proces je stále doprovázen významnou vulkanickou a zemětřesnou činností. Pokud jsou již oba okraje desek tak vzájemně
vzdálené, že magma v ose riftu již neprostupuje přes dílčí bloky kontinentální kůry, začne se vytvářet oceánský hřbet s typickou
oceánskou kůrou (obr. 3-11d).
Obr. 3-11: Schéma znázorňující ve fázích vznik a vývoj kontinentálního riftu až po
vznik středooceánského hřbetu.
Vlivem vyšší teploty konvergentního proudu dochází
ze spod litosférické desky k odtavování její spodní části a
tedy k snižování její mocnosti (obr. 3-11a). Magma se
přes méně mocnou desku a pomocí zón oslabení
horninového masivu (hluboko založených zlomových zón)
dostává na povrch.
Obr. 3-12: Mladé riftové údolí jehož
průběh není kolmý na směr pohybu desek.
Do volného prostoru sjíždějí horninové
bloky omezené systémem přibližně
paralelních zlomů, které jsou navzájem
propojené zlomy šikmými.
Zintenzivňuje se vulkanická a zemětřesná činnost.
Bazální magma prostupující vzhůru přes kontinentální
kůru způsobí její tzv. provaření (obr. 3-11b). Mění se
charakter a složení kontinentální kůry. Postupně vzniká
přechodná zemská kůra s charakteristickou andezitovou
vrstvou.
V současnosti můžeme tyto děje pozorovat například na území východní Afriky, kde vzniká velká riftová propadlina (obr. 3-13).
V budoucnu zde vznikne zřejmě nový oceán. Somálský poloostrov s územím východní Afriky se oddělí od zbylého Afrického kontinentu.
Středooceánský hřbet
Obr. 3-13: Reliéf Země. Červená čárkovaná linie vyznačuje
průběh východoafrického riftového systému. Modrá čárkovaná
linie vyznačuje průběh středoatlantického hřbetu. Všiměte si
přeruření průběhu středoatlantického hřbetu trnasformními
zónami.
Obr. 3-14: Vrcholová část středooceánského hřbetu mezi
evropskou a americkou deskou. Pouze zde na Islandu
(Bingvellir) vystupuje hřbet nad úroveň moře.
Středooceánské hřbety jsou dlouhá podmořská pásemná pohoří, kde dochází k výstupu konvekčních proudů a
odsouvání litosférických desek od sebe. Jsou to místa vzniku nové oceánské kůry. Magma prostupuje přes hluboké
zlomové zóny k povrchu kde tuhne. Tento proces je provázen významnou zemětřesnou aktivitou.
Celková délka všech oceánských hřbetů je přibližně 60 000 km. Přitom středoatlantický hřbet s délkou kolem
10 000 km je nejdelší (obr. 3-13). Hřbety vystupují do výšky 1 - 4 km nad okolní hlubokomořské dno. Vyjmečně
vystupují až nad hladinu viz. Island (obr. 3-14). Šířka celého podmořského hřbetu dosahuje až stovek kilometrů
(300 - 2 000 km). Hřbet je v příčném řezu tvořen vrcholovou částí, od které sestupují na obě strany svahy, na
kterých nacházíme četná riftová údolí s hloubkou až 2 km a šířkou 20 - 40 km. Vrcholové části oceánských hřbetů
jsou tvořeny systémem hrástí a příkopů (obr. 3-15). U rychle se odsunujících desek (až 10 cm/rok) je centrální
část vyklenuta směrem vzhůru. U pomalu se odsunujících desek (několik cm/rok) centrální část připomíná
příkopovou propadlinu ve tvaru písmene V.
Rychlost rozšiřování oceánského dna není v celé
délce hřbetu stejná. Rozdílná rychlost odsunu dílčích
částí desek je kompenzována na transformních
rozhraních, která přetínají přibližně kolmo oceánské
hřbety (obr. 3-13, 3-18).
Transformní rozhraní
Transformní rozhraní nacházíme mezi dvěmi deskami
nebo dvěmi dílčími částmi jedné desky, které se pohybují
vedle sebe. Jsou to oblasti, kde nová zemská kůra
nevzniká ani nezaniká. Rozhraní je tvořeno mnoha
přibližně paralelními transformními zlomovými zónami,
na kterých dochází k prokluzu desek vůči sobě. Tato
činnost je doprovázena významnou zemětřesnou
aktivitou. Relativní pohyb dvou pohybujících se desek
může být buď dextrální (pravostranný z pohledu
pozorovatele) či sinistrální (levostranný z pohledu
pozorovatele). Typickým příkladem takovéhoto
transformního zlomu je San Andreas v Kalifornii, který je
dextrální (obr. 3-16). Na středooceánských hřbetech
nacházíme jiný typ transformních zlomů. Tyto zlomové
zóny příčně přerušují a odsazují průběh
středooceánských hřbetů. Jak již bylo zmíněno výše,
kompenzují rozdílnou rychlost rozpínání oceánského dna
mezi dílčími částmi oceánské desky. Dílčí části jedné
desky se pohybují stejným směrem, ale různě rychle.
Zato dílčí části dvou protilehlých desek kloužou vedle
sebe (obr. 3-17).
Obr. 3-17: Schéma znázorňující transformní zónu porušující oceánský hřbet.
Obr. 3-16: Zlom San Andreas v
Kalifornii, příklad transformní zóny.
Konvergentní rozhraní
Konvergentní rozhraní je místem, kde se dvě litosférické desky přibližují. Dochází k zániku
litosféry podsouvající se desky za doprovodu intenzivní zemětřesné a vulkanické činnosti.
Relativně chladná podsouvající se deska (subdukovaná) sestupuje šikmo pod podsouvanou desku
(subdukující) do teplých plášťových hmot. S narůstající hloubkou vzrůstá teplota i tlak.
Podsouvající se deska se pozvolna zahřívá. Rychlost prohřátí desky na teplotu okolního plášťového
materiálu je menší než rychlost vlastní subdukce. Vzniká tak výrazná anomálie teplotního
gradientu, pomocí které lze vysledovat úklon subdukční zóny (obr. 3-19). Když teplota
subdukované desky dosáhne bodu tavení hornin, dojde k uvolnění těchto tavenin - magmatu,
které prostupuje přes čelo podsunuté desky k povrchu. Spodní částí litosféry subdukující desky
prostupuje magma v důsledku rozdílné hustoty a teploty. Postup magmatu se zpomalí pod
zemskou kůrou, kde se začne kumulovat (obr. 3-20). Další pohyb magmatu blíž k povrchu (do
hloubek 10 – 2 km) postupuje přes horniny relativně v pevném stavu. V zemské kůře se magma
kumuluje v magmatických krbech. Odtud k povrchu se dostává pomocí zón oslabení horninového
masivu (zlomy, puklinové systémy, atd.). Na povrch vystupuje magma při vulkanické činnosti.
Obr. 3-9: Schéma vzniku horké skvrny a následných vulkanických ostrovů.
Na povrchu se tento „Hot-spot“ projevuje výraznou bazální vulkanickou činností (obr. 3-9). Vznikají sopečné ostrovy (například Havajské ostrovy), které jsou seřazeny za
sebou ve směru pohybu litosférické desky.
Obr. 3-19: Scháma subdukční zóny s anomálií teplotního gradientu (sleduj
průběh izoterm).
Obr. 3-20: Scháma čelní části subdukční zóny.
Vlastní vulkanická činnost je doprovázena četnými zemětřeseními.
Převážná část zemětřesení v subdukčních zónách ovšem souvisí s uvolněním
napětí při pohybu a zanořování subdukované desky a s deformacemi čela
subdukující desky. Subdukovaná deska na styku se subdukující deskou (styk je
morfologicky dokumentovatelný hlubokomořským příkopem) je nucena se
ohnout, čímž vzniká obrovské napětí, které se uvolní jako četná mělká
zemětřesení (obr. 3-21). Mělká zemětřesení nacházíme také na čele
podsouvané desky, která jako radlice buldozeru "seškrabává" svrchní část
subdukované desky. Dochází k výrazným deformacím doprovázených
zmíněným zemětřesením. Materiál se před čelem hromadí, deformuje a
částečně metamorfuje. Tuto oblast před čelem desky označujeme jako
prizmatický klín nebo také prizmu.
Obr. 3-21: Scháma znázorňující pozice hypocenter zemětřesení v
subdukční zóně.
Středně hluboká a hluboká zemětřesení
jsou již výlučně vázána na subdukční plochu.
Souvisí s uvolněním napětí při prokluzu mezi
deskami a jejich deformacemi. Pomocí
sledování seismických zemětřesných vln na
Zemi (viz kapitola 2. seismické metody) lze
určit hypocentra těchto zemětřesení.
Prostorovým zobrazením všech těchto
hypocenter získáme představu o průběhu a
úklonu subdukční plochy (obr. 3-22).
Obr. 3-22: 3D model subdukční plochy
vytvořený na základě pozic zjištěných
hypocenter zemětřesení. Všiměte si, že
subdukční plocha má proměnlivý úklon i
průběh.
Rozlišujeme tři typy konvergentních rozhraní:
•
podsouvání oceánské desky pod oceánskou - vznik
ostrovních oblouků (obr. 3-23, 3-24b);
•
podsouvání oceánské desky pod kontinentální (obr.
3-19, 3-20, 3-21, 3-23, 3-24a);
•
kolize dvou kontinentálních desek - vznik
pásemných horstev (obr. 3-24c, 3-25).
Obr. 3-23: Scháma znázorňující divergentní rozhraní a konvergentní rozhraní oceánská-oceánská deska a
oceánská-kontinentální deska.
První dva typy jsou si velmi podobné a princip procesu byl popsán výše. Zaměříme se proto na poslední
třetí typ. Kolize dvou kontinentálních desek se nejčastěji vyvine z druhého typu, kdy je při subdukci
pohlcena celá oceánská deska, jež je pasivně spojena s druhým kontinentem. Příkladem může být kolize
mezi Indickou a Euroasijsou deskou, která vedla k vyvrásnění Hymaláje.
Obr. 3-25: Schéma znázorňující postup kolize dvou kontinentů.
A) Kontinenty se přibližují a uzavírá se oceánský sedimentační prostor;
B) Oceán ustoupil a dochází k vyvrásnění sedimentů uložených mezi kontinenty;
C) Vyklenutím horstva, vytváří se příkrovová stavba, zavlečená granitová vrstva subdukované
desky způsobuje vztlak a horstvo se zvedá.
Rychlost pohybu litosférických desek
Obr. 3-26: Rychlost pohybu litosférických desek na jednotlivých rozhraních.
Rychlost pohybu litosférických desek (obr. 3-26) se zjišťuje
pomocí GPS stanic a satelitního pozorování. Zjištěné vektory
vzájemných pohybů litosférických desek jsou výslednicí všech sil,
které na konkrétní část desky působí. Jejich velikost odráží rozdíly
ve složení desek, jejich topografie a typu rozhraní. Bylo například
zjištěno, že rychlost pohybu u subdukující se desky je větší než u
desku nesubdukované. Souvisí to pravděpodobně s nasáváním desky
do subdukční zóny. U nesubdukované desky tato síla nepůsobí.
Na počátku se v moři mezi přibližujícími se kontinenty
hromadí sedimenty denudované z obou kontinentů (obr. 3-25a).
Subdukující kontinent seškrabává před svým čelem tyto
sedimenty. Ve chvíli, kdy se kontinenty přiblíží natolik, že se
začne vyklenovat prizmatický klín mezi čely obou kontinentů,
začne moře ustupovat.
Obr. 3-24: Scháma konvergentních rozhraní. A) styk oceánská-
kontinentální deska; B) styk oceánská-oceánská deska;
C) styk
kontinentální-kontinentální deska.
Nahromaděné sedimenty v prizmatickém klínu jsou výrazně deformovány
a vyklenuty jako mezi radlicemi dvou proti sobě jedoucích buldozerů (obr. 3-
25b). Celý proces je doprovázen intenzivním zemětřesením. Současně stále
pokračuje proces subdukce oceánské desky tak, jak byl již výše popsán. Po
určitém čase je celá oceánská deska subdukována a do subdukce se dostává
přední část podsouvající se kontinentální desky (obr. 3-25c). Do pláště se tak
zanořuje i granitová vrstva zemské kůry, která je mnohem lehčí než okolní
plášťový materiál (viz kapitola 2). To vede ke vztlaku přední části
subdukované desky a k vyklenutí celého horstva. Vlastní subdukce zaniká ve
chvíli, kdy vztlakové síly překonají síly subdukční.
Obr. 3-27: Schematické znázornění horizontálních pohybů podle zlomu
San Andreas. Během zemětřesení (označených písmeny) nastává
intenzivní epizodický posun, mezi nimiž jsou období klidu.
Z hlediska dlouhodobého průměru se jeví pohyb mezi litosférickými deskami kontinuální. Z lidského
pohledu chápání času se pohyb odehrává v epizodách, které přicházejí nahodile (obr. 3-27).
Může se uvolnit pozvolna, ovšem častěji se uvolňuje náhle v podobě většího pohybu a mnohem intenzivnějšího zemětřesení. Pokud známe
rychlosti a směry pohybu jednotlivých desek, známe stáří vzniklých pásemných pohoří, máme informace o vzniku různých typů hornin na Zemi a
disponujeme informacemi z paleoradiometrie, paleomagnetiky a paleontologie, můžeme provést rekonstrukci pohybu litosférických desek v období
celého fanerozoika. Tuto rekonstrukci lze využít nejen pro určení pozice desek v minulosti, ale i pro odhad budoucích pohybů desek.
Kontinentální rifty nebo také příkopové propadliny jsou místa, kde dochází
k rozpadu kontinentu. V zemské kůře vzniká příkopová struktura poklesového
charakteru, s délkou několika set až tisíců kilometrů a šířkou od několika do
stovek kilometrů. Proces rozpadu kontinentální desky na dvě nové je
doprovázen významnou vulkanickou a zemětřesnou aktivitou. Na obou
stranách riftu vzniká pasivní okraj kontinentu, kdy kontinentální kůra plynule
přechází přes přechodnou kůru do oceánské kůry (obr. 3-11D).
Proces rozpadu kontinentu začíná ve chvíli, kdy pod kontinentální deskou
začne dlouhodobě vystupovat konvergentní proud plášťových hmot, který
v první fázi vyklene desku směrem vzhůru (obr. 3-11A). Dojde k rozpraskání
křehké desky a ke vzniku podélných velmi strmých a hluboko založených
zlomových zón, které oba okraje nově vznikajících desek rozdělí na systém
dílčích bloků (obr. 3-12). Tyto hluboko založené zlomové zóny jsou tvořeny
systémem mnoha paralelních zlomů různého rozsahu. Mezi sebou jsou
propojeny šikmými zlomy, které omezují dílčí horninové bloky. V důsledku
gravitace a odsunu desek od sebe začnou do volného prostoru mezi deskami
z obou stran postupně sjíždí vyčleněné horninové bloky (obr. 3-11b). Vzniká
velmi hluboká příkopová propadlina.
Tvar příkopové propadliny není vždy osově symetrický. Postupně
zaklesnuté bloky (jakési schody) nemusí být vytvořeny na obou stranách riftu.
Taktéž osa riftu nemusí být kolmá na směr pohybu desek (obr. 3-12).
Důkazy pohybu litosférických desek
Mezi nejvýznamnější důkazy pohybu litosférických desek patří:
vlastní pohyb desek zjištěný pomocí GPS a satelitního pozorování;
paleomagnetika – magnetické páskování;
radiometrická pozorování;
seismická pozorování;
paleontologické důkazy;
morfologie povrchu Země.
Obr. 3-28: Schematické znázornění
magnetického páskování v oblasti středo-
oceánského hřbetu.
Pohyb desek byl vysvětlen výše v podkapitole “Řídicí síly pohybu” a “Rychlost
pohybu”. Zaměříme se tedy na geofyzikální důkazy - magnetické páskování,
radiometrická a seismická pozorování.
Magnetické páskování bylo částečně vysvětleno v kapitole 2 - magnetické pole
Země. Magnetické pole Země se v čase mění (obr. 2-29). Občas dochází k jeho
přepólování. Tento jev v sobě zaznamenávají sedimentárni i vyvřelé horniny (obr. 2-
30). Částice těchto hornin (ať krystaly u vyvřelých hornin nebo zrna u sedimentárních
hornin) obsahující feromagnetické látky se při pozvolném tuhnutí magmatu (u
vyvřelých hornin) nebo sedimentaci v klidném prostředí (u sedimentárních hornin)
natáčejí do aktuálního severojižního magnetického směru, stejně jako magnetické
střelky kompasů.
Sledováním reverzní a normální polarity u hornin v oblasti středooceánských hřbetů bylo zjištěno, že na oceánském dně lze vypozorovat paralelní pásy bazických hornin,
běžících rovnoběžné s osou hřbetu, u kterých se střídá normální a reverzní polarita (obr. 3-28). Toto střídání odpovídá změně magnetické polarity Země.
Seismická pozorování vycházejí ze studia hypocenter jednotlivých zemětřesení - princip byl vysvětlen v kapitole 2 -
seismické metody. Pomocí takto zjištěných hypocenter lze vymodelovat průběh jednotlivých subdukčních zón (obr. 3-22).
Při pohledu na světovou mapu zemětřesení vidíme, že většina zemětřesení je vázána na aktivní okraje litosférických
desek (obr.3-3).
Obr. 3-30: Schematické znázornění pásů různě starých
hornin kolem středooceánského hřbetu.
Radiometrická pozorování
přináší důkaz o rozšiřování
oceánského dna také v podobě pásů.
Ovšem zde se jedná o pásy různě
starých hornin. Absolutním datováním
byly zjištěny stejně staré pásy hornin
na obou stranách střeooceánského
hřbetu. Nejmladší horniny
nacházíme ve středu oceánského
hřbetu, kde horniny vznikají a
nejstarší horniny v nejvzdálenějších
částech oceánského dna od
středooceánského hřbetu viz
Atlantický hřbet. Současně tyto
horniny uávají období vzniku
konkrétního riftového systému (obr.
3-30).
Obr. 3-31: Schéma znázorňující rozšíření vybraných
živočišných a rostlinných druhů v minulosti na Zemi.
Obr. 3-32: Světový riftový systém. Červeně jsou zobrazeny nejmladší horniny na
středooceánských hřbetech, modře pak nejstarší horniny.
Paleontologické důkazy vycházejí
z nálezů stejných zkamenělin
živočichů a rostlin na různých
kontinentech (obr. 3-31). Jedná se o
zkameněliny druhů, kteří nemohly
překonat současné vzdálenosti mezi
kontinenty po vodě. Pokud se výskyty
vybraných zkamenělin živočichů, které
žily ve stejné době, složí dohromady k
sobě (obr. 3-31) zjistíme, že
kontinenty vytvářej jeden celek.
Morfologie povrchu Země, tedy existence riftových oblastí, středooceánských hřbetů, hlubokomořských příkopů,
ostrovních oblouků, pásemných pohoří atd. jsou vlastním důkazem vývoje zemské litosféry, který je spojen s pohybem
litosférických desek. Podrobný reliéf planety byl vytvořen v souvislosti s rozvojem techniky. Až podrobným mapováním
reliéfu oceánského dna (obr. 3-32) a družicovým snímkováním Země bylo možno vytvořit celou mapu povrchu Země. Bylo
tak možno studovat v širších souvislostech popisované děje.
Pro člověka je nejoptimálnější, když se nahromaděná energie uvolňuje
pozvolna (pohyb je malý, ale častý). Pokud dojde z nějakého důvodu k
zablokování pohybu, napětí mezi deskami začne narůstat.
Obr. 3-18: Schéma středooceánského hřbetu s detailem
vrcholové části - ryftové údolí s vulkanickou a mělkou
zemětřesnou aktivitou (modré body).
Obr. 3-15: Vrcholová centrální část oceánského hřbetu
připomínající riftové údolí. Nahoře středoatlantský
hřbet u Azorských ostrovů; rozpínání je poměrně
pomalé. Dole východopacifický hřbet poblíž Mexika;
rozpínání je rychlejší, schází údolí v ose hřbetu.