Jak rosną kontynenty? Sprawdzają to badacze z krakowskiej AGH

Kontynenty stale się przemieszczają i zmieniają swoje kształty. Jak przypominają specjaliści z AGH, kiedyś ziemie współczesnej Ameryki Północnej i Grenlandii wchodziły w skład kontynentu Laurencja, a dzisiejsza północna Europa - kontynentu Baltica. Oddzielały je wody oceanu Japetus. Zdaniem naukowców zmieniło się to w sylurze - okresie geologicznym, który rozpoczął się około 443 miliony lat temu i trwał przez ponad 20 milionów lat. Mniej więcej wtedy te dwa kontynenty się zderzyły. Doszło do subdukcji - procesu, który zachodzi na styku płyt litosfery i polega na wciągnięciu jednej płyty litosfery pod drugą. Chociaż ten proces jest bardzo powolny, to gdy naprężenia stają się zbyt duże, może dojść do gwałtownego wyzwolenia energii, które skutkuje trzęsieniem ziemi.

Piętrzący się w wyniku zderzenia materiał skalny może z kolei prowadzić do powstawania łańcuchów górskich jak Góry Skandynawskie, czyli struktur geologicznych, których kształty wciąż są widoczne na terenie współczesnej Europy.

Dr Katarzyna Walczak była członkinią zespołu dr. Jarosława Majki, prof. AGH, który prowadził badania właśnie w tym rejonie. Co ciekawe, zamiast śladów pojedynczej subdukcji, naukowcy znajdowali tam ślady świadczące o kilku kolejnych, następujących po sobie etapach subdukcji.

- Zaczęliśmy się zastanawiać: dlaczego wszędzie widzimy ślady kilku etapów? Doszliśmy do wniosku, że być może ocean Japetus, który dzielił wtedy Balticę i Laurencję, wcale nie wyglądał tak, jak my sobie wyobrażamy dzisiejszy Ocean Atlantycki. Może to wyglądało bardziej tak, jakby wyobrazić sobie obszar między Australią a Azją? Tam mamy mnóstwo wysp związanych z wulkanizmem i łuków wyspowych powstających w strefach subdukcji - mówi dr Katarzyna Walczak.

Na korzyść teorii wysuniętej przez badaczy może świadczyć znalezienie na tych terenach zarówno zasadowych skał dna oceanicznego, jak i skał kwaśnych, które mogą wskazywać właśnie na obecność pomiędzy kontynentami łuków wyspowych albo mikrokontynentów.

Aby przekonać się, czy teoria jest słuszna, naukowcy postanowili przeprowadzić bardziej szczegółowe badania geologiczne rejonów prehistorycznego oceanu Japetus. Projekt pod nazwą "Jak rosną kontynenty? Kompleks płaszczowin Köli w Kaledonidach Skandynawskich jako naturalne laboratorium akrecji kontynentalnej" otrzymał finansowanie z Narodowego Centrum Nauki. Dr Katarzyna Walczak jest jego kierowniczką, a w skład zespołu wchodzą naukowcy z Katedry Mineralogii, Petrografii i Geochemii Wydziału Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska AGH oraz Wydziału Nauk o Ziemi i Kształtowania Środowiska Uniwersytetu Wrocławskiego.

- Przede wszystkim chcielibyśmy określić, w jakich środowiskach powstawały te skały, które zostały akretowane (czyli przyłączone) do kontynentu Baltici i w jakim okresie czasu one powstawały - mówi o głównych celach projektu jego kierowniczka. - Takim pytaniem, które narosło z poprzedniego projektu jest to, jak wyglądał ten ocean, i jakie procesy na nim zachodziły, że doprowadziły do powstawania tej nowej skorupy kontynentalnej. Interesuje nas też sam proces powstawania tych łuków – czy one były związane z subdukcją, czy to były jakieś stare fragmenty kontynentów albo mikrokontynenty.

Góry Skandynawskie, powstałe w wyniku zderzenia Laurencji i Baltici, mają genezę podobną do Himalajów i prawdopodobnie kiedyś przypominały te najwyższe obecnie góry także wyglądem. Przez miliony lat zdążyły już jednak wyerodować i obecnie są znacznie niższe. Dla badaczy to znaczące udogodnienie.

- Dzięki temu, że ten orogen jest wyerodowany, jest tak, jakby ktoś przekroił Himalaje i pozwolił nam zajrzeć do środka. Z geologicznego punktu widzenia dostęp do tych skał jest łatwy. Co więcej, Skandynawia, szczególnie północna, ma to do siebie, że tam szata roślinna jest na tyle skąpa, że te skały są w miarę dobrze odsłonięte. Nie musimy się ich doszukiwać ani się do nich dokopywać. Możemy tam pójść, pobrać próbkę, obejrzeć jak wyglądają relacje między poszczególnymi skałami. Natomiast dostęp do samych terenów często jest utrudniony, bo wiele z nich należy do Saamów - natywnych mieszkańców północnej Skandynawii, którzy wypasają tam renifery i niechętnie zapraszają obcych. Nie ma tam ścieżek ani dróg - często to praca w izolacji, daleko w górach - opowiada badaczka z AGH.

Wyprawa musi być szczegółowo zaplanowana z wyprzedzeniem także z innych względów. Obszar, z którego można pobrać próbki skał jest ogromny, a ilość próbek, które badacze będą mogli pozyskać - ograniczona. Skały, z których są pobierane, charakteryzują się dużą gęstością, dlatego zbiór nawet niewielkich próbek waży w sumie setki kilogramów. Aby zoptymalizować ich pobieranie i upewnić się, że jak najwięcej z nich okaże się użytecznych w odpowiedzi na postawione pytania, naukowcy jeszcze zanim wyruszą w teren, muszą dokładnie wiedzieć czego i gdzie będą szukać. Jak podkreślają, już przyszli im z dużą pomocą pracownicy Szwedzkiej Służby Geologicznej, którzy udostępnili polskim naukowcom mapy tego terenu sporządzane w latach 70. i 80. ubiegłego wieku, a także podzielili się doświadczeniami pracy w tym terenie.

Jak sugeruje tytuł projektu badawczego dr Katarzyny Walczak - kontynenty wciąż się zmieniają.

- "Nowe" skały kontynentów powstają głównie nad strefami subdukcji, gdzie cieńsza, gęstsza skorupa oceaniczna wnika z powrotem do wnętrza Ziemi, gdzie jest przetapiana, a powstała magma migruje w kierunku powierzchni tworząc skały magmowe. Procesy te możemy obserwować w łańcuchach wulkanicznych, zwanych "łukami wyspowymi". Kontynenty powiększają swoje rozmiary dzięki sukcesywnemu dołączaniu skał łukowych do swoich krawędzi, czyli procesowi zwanemu akrecją - tłumaczy naukowiec.

Część próbek skalnych pobranych w trakcie prac terenowych zostanie rozkruszona, zmielona i uśredniona, by zawierała elementy z całej skały. Na tak przygotowanej próbce zostaną przeprowadzone zarówno badania chemiczne, jak i badania izotopowe.

- To pozwoli nam odpowiedzieć na pytania dotyczące powstawania tej konkretnej skały. Zawartości poszczególnych pierwiastków budujących skałę, ale przede wszystkich pierwiastków śladowych, czyli tych których w skale jest naprawdę mało, są wskaźnikami środowiska tektonicznego, w jakim powstawała skała. Pozwolą nam odpowiedzieć np. na pytania jakie były źródła magmy z której powstawały, czy ich powstawanie było związane z kolizją kontynentalną, czy ich geneza związana jest ze środowiskami kontynentalnymi czy oceanicznymi - wymienia dr Walczak.

Badaczka zaznacza też: - Badania geochemiczne skał przyłączonych do Baltici były prowadzone głównie prawie 40 lat temu, a dotychczas wykonanych zostało niewiele zaawansowanych, nowoczesnych badań geochemicznych i izotopowych, mogących dostarczyć większej ilości szczegółów na temat źródeł skał magmowych i procesów, w których powstawały. Stąd planowane przez nas systematyczne zastosowanie takich metod w celu określenia czasu i środowiska powstawania terenów Japetusa oraz ich ewolucji i akrecji.

Zapisy na darmowe szczepienie przeciwko wirusowi HPV