Osoby czytające wydania polityki

„Polityka”. Największy tygodnik w Polsce.

Wiarygodność w czasach niepewności.

Subskrybuj z rabatem
Nauka

Ruszył ziemię

Historia wędrujących kontynentów

Pierwszy rysunek ukazujący mapę świata przed i po podziale kontynentów. Antonio Snider-Pelegrini. 1858 r. Pierwszy rysunek ukazujący mapę świata przed i po podziale kontynentów. Antonio Snider-Pelegrini. 1858 r. Antonio Snider-Pelegrini / Wikipedia
Wszystkie mapy są nieaktualne już w dniu ich powstania – kontynenty wędrują, morza i oceany, a nawet ich dno, zmieniają swój kształt, przemieszczają się bieguny magnetyczne. Dzieje się tak bez przerwy.
Alfred Wegener jako jeden z pierwszych dostrzegł, że wschodnie wybrzeże Ameryki Południowej pasuje idealnie do przeciwległego wybrzeża Afryki.Corbis Alfred Wegener jako jeden z pierwszych dostrzegł, że wschodnie wybrzeże Ameryki Południowej pasuje idealnie do przeciwległego wybrzeża Afryki.

Na początku ubiegłego wieku wyobraźnią ludzi interesujących się budową Ziemi rządziły dwie cieszące się dużym powodzeniem teorie. Ta pierwsza dowodziła, że lądy i morza mają na kuli ziemskiej swoje stałe miejsca – są tam, gdzie były od zawsze. Druga tłumaczyła, skąd się wzięły na powierzchni globu zmarszczki zwane górami: Ziemia od momentu powstania cały czas stygnie; stygnąc, kurczy się, przez co jej zewnętrzna powłoka marszczy się jak skórka jabłka.

Ale w połowie ubiegłego wieku naukami o Ziemi w sposób wręcz absolutny zawładnęła teoria tektoniki płyt. Nie jest ona budowlą, która powstała w jeden dzień, na wzór konstrukcji z lanego betonu. Wznoszono ją stopniowo z cegieł, które – żeby już trzymać się tego budowlanego porównania – były wytwarzane w różnych cegielniach i bardzo różniły się kształtem, wielkością, fakturą. Ale mniej więcej 50 lat temu kilku architektów znalazło klucz do ich dopasowania. W krótkim czasie wznieśli kompletną, dobrze przemyślaną budowlę. Poszło im łatwo, bo fundament był od lat gotowy.

Obietnica

Początek tej historii sięga 1910 r., gdy pewnego grudniowego wieczoru do drzwi skromnego domu w Marburgu, niewielkim uniwersyteckim mieście w Hesji, zapukał posłaniec. Doręczył prezent bożonarodzeniowy od przyjaciela dla młodego naukowca. Alfred Wegener – tak nazywał się odbiorca – natychmiast zabrał się do wertowania zbioru map, jakim był Allgemeiner Handatlas, świeżo opracowany przez znanego wydawcę Richarda Andree’a. Wzrok obdarowanego zatrzymał się na mapie Oceanu Atlantyckiego, odmiennej od tych, które znał do tej pory. Wkrótce Alfred pisał w liście do swojej narzeczonej Else, córki wybitnego meteorologa Wladimira Köppena: „Czyż wschodnie wybrzeże Ameryki Południowej nie pasuje dokładnie do przeciwległego wybrzeża zachodniej Afryki, tak jakby kiedyś tworzyły jedną całość? Muszę pójść śladem tej idei”.

Dotrzymał obietnicy, choć jego kariera naukowa toczyła się trochę dziwacznym torem. Syn pastora, urodzony w 1880 r. w Berlinie, studiował astronomię (doktorat), zawodowo zajmował się meteorologią, ale jego nazwisko kojarzy się jednoznacznie z geologią. Zginął śmiercią glacjologa wśród lodów Grenlandii (1930 r.). Niedawno minęło 100 lat od momentu, gdy 6 stycznia 1912 r. pojawił się z wykładem na dorocznym spotkaniu Niemieckiego Towarzystwa Geologicznego we Frankfurcie nad Menem. Zapoczątkował rewolucję w naukach o Ziemi. Dziś wielu uczonych stawia Alfreda Wegenera w jednym szeregu z Kopernikiem, Galileuszem, Newtonem, Darwinem.

Co tak zafrapowało młodego naukowca w atlasie Andree’a? Nie chodziło tylko o dopasowanie kontynentów, nawiasem mówiąc, dostrzegane już wcześniej przez wielu. Atlas po raz pierwszy prezentował wyniki pionierskich pomiarów głębokości oceanu dokonanych podczas rejsu brytyjskiego statku badawczego „Challenger”. Oko Wegenera dostrzegło, że konfiguracja szelfów obu kontynentów na głębokości 200 m jeszcze precyzyjniej podkreśla zbieżność. Nie jest to więc tylko podobieństwo linii brzegowej, ale niejako fundamentów lądów. Jedynym wytłumaczeniem, jakie przychodziło mu do głowy, było to, że kontynenty odsunęły się od siebie wzdłuż rozległego pęknięcia.

Gdyby z takim tylko pomysłem wystąpił na forum Niemieckiego Towarzystwa Geologicznego, zapewne zostałby wyśmiany. Wegener jednak w ciągu minionego roku zebrał sporo dowodów na potwierdzenie swojej hipotezy. Nie były to, co prawda, dowody na ruch kontynentów – nie dysponował przecież satelitami ani GPS. Nie był też w stanie wskazać siły napędowej tego ruchu – tomografii sejsmicznej nikt nie potrafił sobie nawet wyobrazić.

Kilka miesięcy wcześniej natknął się jednak przypadkowo w bibliotece uniwersyteckiej na opracowanie na temat rozmieszczenia skamieniałych szczątków pewnych gadów, wymarłych pod koniec ery paleozoicznej. Zastanawiające było to, że identyczne opisywano zarówno te z Brazylii, jak i południowej Afryki. A przecież świat zwierzęcy i roślinny znacząco różni się po obu stronach Atlantyku, bo różne były drogi ewolucji na oddzielonych od siebie lądach. A tymczasem brazylijski Mesosaurus sprzed 270 mln lat niczym nie różnił się od afrykańskiego. Przepłynął Atlantyk?

Ówczesna nauka miała na to odpowiedź – w przeszłości istniały pomosty lądowe łączące kontynenty. Niestety, nie potrafiła odpowiedzieć, ani gdzie przebiegały, ani co się z nimi stało. Tymczasem Wegener wskazał także na dowody geologiczne – pewne stare formacje skalne, występujące na kontynencie amerykańskim, znajdowały swoje idealne przedłużenie po drugiej stronie oceanu. Frankfurckie wystąpienie Wegenera zostało przyjęte z życzliwym zainteresowaniem, jednak raczej jako ciekawostka.

Pangea

W ciągu trzech następnych lat zgromadził Wegener wiele kolejnych dowodów i zawarł je w wydanym w 1915 r. dziele „Die Entstehung der Kontinente und Ozeane” (O pochodzeniu kontynentów i oceanów). Kilkakrotnie wznawiane i za każdym razem uzupełniane, mimo sceptycyzmu wielu środowisk, przedstawiało już w całościowej formie teorię dryfu kontynentów. Zyskał też Wegener ważnego sojusznika dla swoich poglądów – Alex L. du Toit, geolog południowoafrykański, też dostrzegał wiele śladów wskazujących, że w przeszłości mapa świata musiała wyglądać inaczej.

Do dowodów natury paleontologicznej i geologicznej doszły także paleoklimatyczne. To właśnie du Toit zauważył dziwne rozmieszczenie kopalnych moren polodowcowych, zwanych tyllitami, pochodzących z odległych epok. Znalazł je w południowej Afryce, ale identyczne występują także na Madagaskarze, w Australii, na Tasmanii, Antarktydzie i w Indiach. Wyciągnął stąd wniosek, że lądy te musiały przed 234–300 mln lat tworzyć całość, w dodatku ląd ten powinien znajdować się wówczas w rejonie bieguna południowego. Wegener ostatecznie doszedł do wniosku, i zawarł to w swoim dziele, że wszystkie lądy tworzyły kiedyś jeden kontynent, który nazwał Pangeą. Zaczął się on rozpadać w erze mezozoicznej, mniej więcej przed 250 mln lat. Koncepcja Wegenera tłumaczyła też w przejrzysty sposób powstawanie gór na kuli ziemskiej – przemieszczające się, sztywne i twarde masy kontynentalne niejako zdrapują osady morskie u swojego czoła, fałdują je i wypiętrzają. Wyraźnie to widać u zachodnich wybrzeży obu Ameryk na przykładzie Kordylierów.

Kolejne dowody paleoklimatyczne wypracował Wegener wraz ze swym teściem Wladimirem Köppenem. Analizowali położenie stref klimatycznych w dawnych epokach w stosunku do bieguna południowego. Najistotniejszych informacji dostarczyły badania rozmieszczenia złóż węgla, o których wiadomo, że tworzyły się w warunkach klimatu tropikalnego. Jak na dłoni było widać, że albo przemieszczały się, i to po bardzo zawiłych trajektoriach, bieguny ziemskie, albo wędrowały kontynenty. Problem można było rozwiązać jedynie przyjmując znaczące przemieszczenia kontynentów.

Bajeczka?

Jednak na wszystkich wykładach i konferencjach, dotyczących koncepcji Wegenera, jak refren powracało pytanie o mechanizm ruchu kontynentów. Wegener miał na to oczywiście odpowiedź, ale sam zapewne nie był do końca przekonany, że jest to mocny argument, skoro przyznawał, iż „Newton teorii dryfu jeszcze się nie narodził”. Dokonawszy pewnej ważnej konstatacji, że powierzchnia Ziemi ma jakby dwa poziomy – kontynentalny i położony ok. 4 km niżej oceaniczny – uznał, że kontynenty to jakby lżejsze tratwy (sial), popychane po podścielającej, gęstszej warstwie (sima). Sugerował, że skorupa ziemska może mieć konsystencję zbliżoną do smoły, która pod stałym, umiarkowanym naciskiem stopniowo się odkształca, a kontynenty mogą się ślizgać po tym podłożu. O ile pod tym względem intuicja nie całkiem go zawiodła (dziś też uznaje się, że istnieje taka warstwa Ziemi o szczególnych, plastycznych właściwościach), o tyle wyjaśnienie w sprawie sił poruszających owe lądowe tratwy było całkowicie błędne i zostało szybko podważone. Wegener przyjmował działanie sił pływowych, wytwarzanych przez Księżyc, oraz siły odbiegunowej, będącej efektem odśrodkowym, związanym z obrotem Ziemi.

Szczególnie krytycznie wobec teorii dryfu nastawieni byli uczeni anglojęzyczni, a w Stanach Zjednoczonych, podczas seminarium Amerykańskiego Stowarzyszenia Geologów Naftowych w 1928 r., koncepcja Wegenera została wręcz wdeptana w ziemię. Jeden z najbardziej wytrwałych krytyków Bailey Willis napisał potem artykuł zatytułowany „Continental drift: Eine Märchen” (Wędrówka kontynentów: bajeczka). Merytorycznie zaś rozprawił się z Wegenerem jeden z najwybitniejszych ówczesnych geofizyków brytyjskich Harold Jeffreys z uniwersytetu w Cambridge. W swojej publikacji z 1928 r. przedstawił obliczenia, które jednoznacznie wykazały, iż siły zaproponowane przez Wegenera są o wiele za małe, żeby były zdolne do demolowania powierzchni planety. Pod adresem Wegenera padały ze strony amerykańskich geologów najgorsze epitety: dyletant, ignorant, agitator. Trzeba przyznać Wegenerowi, że przyjmował tę surową krytykę spokojnie i z wyrozumiałością.

Po nagłej śmierci Wegenera podczas wyprawy na Grenlandię w 1930 r. teorii dryfu już nikt nie bronił, zainteresowanie nią wygasało. Złożono ją do lamusa w momencie, gdy na horyzoncie pojawiły się nowe koncepcje, związane z burzliwie rozwijającą się nauką o promieniotwórczości.

Koncepcja Wegenera odrodziła się po wielu latach, rewolucjonizując nauki o Ziemi. Jak to często w nauce bywa – na drodze dziwnych przypadków i niespodziewanych odkryć – owych cegiełek, które w pewnym momencie wręcz same zaczynają się układać w całość.

Cegiełki

Oto rok po śmierci Wegenera angielski geofizyk Artur Holmes, zafascynowany nowymi horyzontami, jakie przed światem otworzyło odkrycie naturalnej promieniotwórczości, zasugerował, że we wnętrzu Ziemi muszą tworzyć się prądy konwekcyjne, przenoszące ciepło od jądra planety ku jej skorupie. Konsekwencją wskazaną przez Holmesa byłoby powstawanie znaczących naprężeń w skorupie ziemskiej, jej rozdzieranie, pękanie i przemieszczanie mas skalnych na powierzchni. Czyli wędrówka kontynentów.

Porucznik Harry Hess, w cywilu geolog z uniwersytetu w Princeton, w czasie II wojny światowej jako dowódca frachtowca „Cape Johnson” na Pacyfiku zlecał w każdej dogodnej chwili uruchamianie echosondy. Odkrył kilkadziesiąt (potem doliczono się ich kilkaset) dziwnych gór podmorskich o płaskich szczytach. Zastanawiając się nad ich genezą, doszedł do wniosku, że są to dawne atole koralowe, których wzrost został zahamowany wskutek zbyt szybkiego pogrążania się w oceanie. Ale odpowiedzialności za to nie ponoszą bynajmniej ruchy pionowe skorupy ziemskiej, lecz – jak twierdził – ruchy poziome dna morskiego. Odkrył więc wędrówkę nie kontynentów, lecz dna morskiego.

Inne zajęcie miał w czasie wojny brytyjski fizyk Patrick Blackett, późniejszy laureat Nagrody Nobla. Konstruował przyrządy do wykrywania min magnetycznych. Te bardzo czułe urządzenia wykorzystano potem do badania tzw. naturalnej magnetyzacji szczątkowej. Tą nazwą geofizycy określają zachowane w niektórych skałach ślady kierunku pola magnetycznego w czasie powstawania tych skał. Z badań wynikało, że bieguny magnetyczne Ziemi nieustannie zmieniały swoje położenie. Albo, i taki był wniosek końcowy, wędrowały skały, czyli kontynenty.

Przy okazji dokonano jeszcze jednej zdumiewającej obserwacji – niektóre próbki skał wyraźnie dowodziły, że biegun magnetyczny północny zamienił się miejscami z południowym. Wydawało się to niedorzecznością. Gdy jednak napotkano w skałach ślad przebiegu takiego procesu krok po kroku, sprawa została przesądzona. Odkrycie tego zjawiska przyczyniło się kilkanaście lat później do dobitnego potwierdzenia teorii tektoniki płyt, a zwłaszcza jej zasadniczego elementu mówiącego o ekspansji (rozrastaniu się) dna oceanicznego. Ale żeby dowód mógł być użyty, znowu potrzebna była grupa maniaków, którzy latami sondowali dno oceanów i mórz, kreśląc jego ukształtowanie i pobierając próbki budujących je skał.

Zaczęło się to w 1858 r. od pierwszego podejścia do położenia podmorskiego kabla transatlantyckiego. Przy okazji stwierdzono, że ocean wcale nie jest najgłębszy pośrodku. Wprost przeciwnie, mniej więcej w połowie drogi między Europą a Ameryką wznoszą się na dnie oceanu spore góry. Przez prawie sto lat gromadzono wszelkie dane pomiarowe dotyczące batymetrii oceanów, by wreszcie w latach 50. ubiegłego wieku, za sprawą Marie Tharp i Bruce’a Heezena, naukowców z bardzo zasłużonego dla geologii morza Obserwatorium Geologicznego Lamont-Doherty na Columbia University, mogła powstać mapa ukazująca podwodną rzeźbę Ziemi.

Góry odkryte na północnym Atlantyku okazały się fragmentem grzbietu, który przedłużał się na Atlantyk Południowy. Niezwykłe było to, że ciągnął się dalej między Afryką i Antarktydą i wchodził na Ocean Indyjski. Wkrótce okazało się, że grzbiety śródoceaniczne tworzą system globalny opasujący całą Ziemię.

Jednocześnie odkryto kolejną niezwykłą cechę tych gór – wzdłuż całego systemu, w osi grzbietu, ciągnie się olbrzymia rozpadlina o głębokości 1800 m i szerokości od kilkunastu do kilkudziesięciu kilometrów. Gdy na mapę grzbietów nałożono powstałą wcześniej mapę epicentrów trzęsień ziemi, stało się jasne, że grzbiety ze swoją centralną rozpadliną, nazwaną ryftem, nie są takim sobie zwykłym rysem krajobrazowym dna morskiego, lecz mają ścisły związek z procesami dynamicznymi zachodzącymi w głębi Ziemi. Wkrótce okazało się, że grzbiety te są czymś w rodzaju linearnego wulkanu – z centralnej rozpadliny wydobywają się bez przerwy lawy bazaltowe i nieustannie rozsuwają się na boki, robiąc miejsce nowym wylewom. Odkryto miejsce, gdzie rodzi się skorupa ziemska.

Synteza

Pierwszy z hipotezą tłumaczącą sens tych odkryć wystartował w 1960 r. Bruce Heezen ze wspomnianego Obserwatorium Geologicznego Lamon-Doherty. Był to raczej falstart. Heezen uznał bowiem, że doliny ryftowe, te gigantyczne pęknięcia w skorupie ziemskiej, świadczą o tym, że Ziemia „pęka w szwach”, a przyczyną jest stały, powolny wzrost średnicy planety. W tym ujęciu wędrówka kontynentów, rzeczywiście oddalających się od siebie, odbywałaby się raczej w pionie.

Dwa lata później dwaj uczeni, Robert Dietz ze Scripps Institution of Oceanography i Harry H. Hess z Princeton University, niemal jednocześnie wystąpili z hipotezą ekspansji dna oceanicznego. Zgodnie z nią nie trzeba było się odwoływać do puchnięcia całej planety. Owszem, nowe skały skorupy ziemskiej nieustannie rodzą się w strefach ryftowych, ale jest też miejsce, gdzie umierają – wciągane są z powrotem w głąb płaszcza ziemskiego. Tym miejscem są rowy oceaniczne. Dno oceaniczne stale się w ten sposób odmładza (potwierdza to wiek pobieranych próbek) i jednocześnie pełni funkcję przenośnika taśmowego przenoszącego kontynenty. Nowa koncepcja rzeczywiście elegancko łączyła w całość takie kwestie, jak obecność prądów konwekcyjnych we wnętrzu planety, powstanie i wędrówkę kontynentów, rozmieszczenie stref wulkanicznych i sejsmicznych, powstawanie gór, występowanie pewnych charakterystycznych skał i minerałów.

Dowodu, który uwiarygodnił hipotezę Dietza i Hessa, dostarczyły badania nad magnetyzmem ziemskim, a konkretnie odkryte przed laty zjawisko okresowego zamieniania się miejscami biegunów magnetycznych Ziemi. Było oczywiste, że okresy kierunków normalnych i odwrotnych, tzw. epoki paleomagnetyczne, musiały się zapisać w nowo powstających skałach symetrycznie po obu stronach grzbietów śródoceanicznych. Potwierdzili to Fred Vine i Drummond Matthews z Cambridge University. Ostatecznie w drugiej połowie lat 60. nowa tektonika globalna przyjęła swoją dojrzałą postać. Kanadyjski geolog J.T. Wilson wprowadził pojęcie płyt litosfery, a społeczność geologów nazwała nową koncepcję teorią tektoniki płyt.

Najlepszym potwierdzeniem poprawności każdej teorii jest sprawdzenie jej przewidywań. Teoria tektoniki płyt umożliwia nie tylko rekonstrukcję dawnego położenia kontynentów, ale kreśli też mapę przyszłego świata. Czy ta prognoza się sprawdzi? Ocenią to nasi potomkowie, jeśli wyłowią z orbity wokółziemskiej – wówczas już w charakterze znaleziska archeologicznego – satelitę LAGEOS (Laser Geodynamic Satellite) i zapoznają się z oryginalnym listem, umieszczonym tam w 1976 r. przez Carla Sagana – znanego amerykańskiego astronoma i pisarza. Tabliczka z nierdzewnej stali przedstawia w postaci map układ ziemskich kontynentów u schyłku ery paleozoicznej, współcześnie oraz prognozę wyglądu powierzchni Ziemi, gdy żywot satelity będzie dobiegał końca. Odpowiedź na nasze pytanie otrzymamy więc już za… 10 mln lat. Na tyle bowiem ocenia się czas życia LAGEOS na orbicie.

Polityka 14.2012 (2853) z dnia 04.04.2012; Nauka; s. 80
Oryginalny tytuł tekstu: "Ruszył ziemię"
Reklama

Czytaj także

null
Kraj

Przelewy już zatrzymane, prokuratorzy są na tropie. Jak odzyskać pieniądze wyprowadzone przez prawicę?

Maszyna ruszyła. Każdy dzień przynosi nowe doniesienia o skali nieprawidłowości w Funduszu Sprawiedliwości Zbigniewa Ziobry, ale właśnie ruszyły realne rozliczenia, w finale pozwalające odebrać nienależnie pobrane publiczne pieniądze. Minister sprawiedliwości Adam Bodnar powołał zespół prokuratorów do zbadania wydatków Funduszu Sprawiedliwości.

Violetta Krasnowska
06.02.2024
Reklama

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną