Co jest wewnątrz Ziemi?

Odkrywanie warstw

Gdybyś mógł przeciąć Ziemię na pół, zobaczyłbyś cztery główne warstwy:

Skorupa ziemska — najbardziej zewnętrzna warstwa. Jest cienka — proporcjonalnie cieńsza niż skórka jabłka. Skorupa oceaniczna ma zaledwie około 7 km grubości. Skorupa kontynentalna średnio 35 km. To brzmi jak dużo, ale Ziemia ma 12 742 km średnicy.

Płaszcz — pod skorupą, o grubości około 2 900 km. Składa się z gorącej, gęstej skały. Górna część płaszcza jest częściowo stopiona i płynie bardzo powoli — jak gęsty miód podgrzewany na kuchence. Ta płynąca warstwa nazywa się astenosferą.

Jądro zewnętrzne — warstwa ciekłego żelaza i niklu, o grubości około 2 200 km. Jest tak gorąca (4 500–5 500°C), że metal jest stopiony. Ten płynący metal generuje pole magnetyczne Ziemi.

Jądro wewnętrzne — stała kula z żelaza i niklu w samym centrum, o promieniu około 1 220 km. To najgorętsza część Ziemi — ponad 5 400°C, gorętsza niż powierzchnia Słońca.

Pęknięta skorupa

Popękana skorupka jajka

Skorupa ziemska nie jest jedną ciągłą powłoką. Jest podzielona na około 15 głównych płyt tektonicznych (i wiele mniejszych), które pasują do siebie jak popękana skorupka jajka.

Te płyty nie są cienkie — obejmują skorupę i najwyższą część płaszcza, razem nazywane litosferą. Litosfera jest sztywna, ma 70–150 km grubości i unosi się na miększej, częściowo stopionej astenosferze pod nią.

Niektóre płyty niosą kontynenty (płyty kontynentalne). Niektóre niosą dno oceanu (płyty oceaniczne). Wiele niesie jedno i drugie.

Największa płyta to Płyta Pacyficzna, która jest prawie całkowicie oceaniczna. Prawdopodobnie siedzisz na Płycie Północnoamerykańskiej, która rozciąga się od Grzbietu Śródatlantyckiego aż do zachodniego wybrzeża Stanów Zjednoczonych.

Co wprawia je w ruch?

Konwekcja: silnik

Głęboko w płaszczu skała w pobliżu jądra jest niezwykle gorąca. Gorąca skała jest mniej gęsta, więc unosi się. Gdy zbliża się do powierzchni, stygnie, staje się gęstsza i opada z powrotem. Tworzy to powolny, kolisty przepływ zwany prądem konwekcyjnym.

Pomyśl o garnku wody podgrzewanym na kuchence: woda na dole nagrzewa się, unosi, stygnie na powierzchni i opada. Płaszcz robi to samo — tyle że ze skałą, i niesamowicie powoli.

Te prądy konwekcyjne ciągną płyty tektoniczne ze sobą jak przedmioty unoszące się na powoli poruszającej się taśmie transportowej.

Proces jest powolny — płyty przesuwają się od 2 do 15 centymetrów rocznie — ale w ciągu milionów lat przekształca to całą powierzchnię planety.

Trzy rodzaje granic

Gdzie płyty się spotykają

Najbardziej dramatyczna geologia na Ziemi dzieje się tam, gdzie płyty się spotykają — na ich granicach. Są trzy rodzaje:

Granice rozbieżne (dywergentne) — płyty oddalają się od siebie. Magma wypływa z płaszcza, wypełniając lukę i tworząc nową skorupę. Grzbiet Śródatlantycki to granica rozbieżna biegnąca środkiem Oceanu Atlantyckiego. Islandia leży dokładnie na niej — można dosłownie stanąć na granicy między Płytą Północnoamerykańską a Płytą Eurazjatycką.

Granice zbieżne (konwergentne) — płyty poruszają się ku sobie. Gdy płyta oceaniczna spotyka się z płytą kontynentalną, gęstsza płyta oceaniczna zanurza się pod nią w procesie zwanym subdukcją. Gdy zderzają się dwie płyty kontynentalne, żadna nie ulega subdukcji — marszczą się ku górze, tworząc łańcuchy górskie. Himalaje powstały w ten sposób, gdy Płyta Indyjska zderzyła się z Płytą Eurazjatycką.

Granice transformacyjne — płyty przesuwają się obok siebie poziomo. Uskok San Andreas w Kalifornii to granica transformacyjna, gdzie Płyta Pacyficzna i Płyta Północnoamerykańska ocierają się o siebie. Powoduje to częste trzęsienia ziemi.

Rosnące góry

Himalaje: zderzenie w zwolnionym tempie

Około 50 milionów lat temu Płyta Indyjska — która pędziła na północ z geologicznie dużą prędkością — zderzyła się z Płytą Eurazjatycką.

Żadna z płyt nie mogła ulec subdukcji pod drugą, ponieważ obie były skorupą kontynentalną — grubą, pływającą i zbyt lekką, by zatonąć.

Więc skorupa się pomarszczyła, wygięła i została wypchnięta do góry. Zderzenie stworzyło Himalaje, w tym Mount Everest — najwyższy punkt na Ziemi, 8 849 metrów.

A zderzenie nie jest zakończone. Płyta Indyjska wciąż wciska się w Azję z prędkością około 1 centymetra rocznie, a Himalaje wciąż rosną.

Pacyficzny Pierścień Ognia

Gdzie uderza katastrofa

Jeśli naniesiesz na mapę każde większe trzęsienie ziemi i erupcję wulkanu, natychmiast wyłoni się wzorzec: skupiają się wzdłuż granic płyt.

Najbardziej dramatycznym przykładem jest Pacyficzny Pierścień Ognia — pas w kształcie podkowy wokół Oceanu Spokojnego, gdzie Płyta Pacyficzna spotyka się z kilkoma innymi płytami. Około 75% aktywnych wulkanów świata i 90% trzęsień ziemi na świecie występuje wzdłuż Pierścienia Ognia.

To nie jest zbieg okoliczności. Trzęsienia ziemi zdarzają się, gdy płyty nagle przesuwają się obok siebie, uwalniając nagromadzone naprężenia. Wulkany tworzą się tam, gdzie magma znajduje drogę na powierzchnię — często w strefach subdukcji, gdzie tonąca płyta topi się, a stopiona skała unosi się ku górze.

Skala Richtera mierzy magnitudę trzęsienia ziemi — uwolnioną energię. Każdy wzrost o jedną pełną liczbę oznacza około 32 razy więcej energii. Trzęsienie ziemi o magnitudzie 7 uwalnia około 1000 razy więcej energii niż trzęsienie o magnitudzie 5.

Dlaczego na granicach?

Łączenie faktów

Wnętrze płyty tektonicznej jest względnie stabilne. Skała jest solidna, płyta porusza się jako jedna całość i nie ma powodu, by skorupa pękała lub topiła się.

Ale na granicach płyty ocierają się o siebie, rozchodzą lub zderzają. Tam właśnie naprężenia się narastają, skorupa pęka, a magma znajduje drogi ucieczki.

Pomyśl o tym jak o tafli szkła: środek jest mocny, ale krawędzie i narożniki to miejsca, gdzie tworzą się pęknięcia.

Skąd to wiemy?

Dowody są wszędzie

Wegener zaproponował dryfowanie kontynentów w 1912 roku, ale nie potrafił wyjaśnić mechanizmu. Współczesne dowody wielokrotnie potwierdziły jego rację:

Rozmieszczenie skamieniałości — identyczne skamieniałości Mesosaurusa (słodkowodnego gada) znajduje się zarówno w Brazylii, jak i w Afryce Zachodniej, ale nigdzie indziej. Nie mógł przepłynąć Atlantyku. Kontynenty musiały być połączone.

Pasujące typy skał — łańcuchy górskie w Szkocji idealnie pokrywają się z Appalachami we wschodniej części Stanów Zjednoczonych, gdy ponownie złożysz kontynenty razem. Te same skały, ten sam wiek, ta sama formacja — oddzielone oceanem.

Rysy lodowcowe — starożytne ślady lodowcowe znalezione w Afryce, Indiach, Ameryce Południowej i Australii wskazują na jedną czapę lodową wyśrodkowaną na Antarktydzie — dokładnie tam, gdzie te kontynenty znajdowały się w Pangei.

Pomiary GPS — dziś możemy mierzyć ruch płyt bezpośrednio za pomocą satelitów GPS. Ameryka Północna oddala się od Europy z prędkością około 2,5 cm rocznie. Możemy obserwować to w czasie rzeczywistym.

Przyszłość Ziemi

Dokąd zmierzamy?

Jeśli płyty będą się poruszać z obecną prędkością, geolodzy mogą przewidzieć, gdzie będą kontynenty w przyszłości.

Za około 250 milionów lat kontynenty mają ponownie zderzyć się w nowy superkontynent. Naukowcy nadali mu różne nazwy — Pangaea Ultima, Amasia lub Novopangaea — w zależności od używanego modelu.

Ocean Atlantycki zamknie się. Afryka połączy się z Europą. Australia przesuwa się na północ w kierunku Azji Południowo-Wschodniej.

To już się wcześniej zdarzało. Pangea nie była pierwszym superkontynentem — było ich kilka, sięgających miliardów lat wstecz. Cykl rozdzielania i ponownego łączenia trwa około 400–500 milionów lat. Geolodzy nazywają go cyklem superkontynentów.

Co zapamiętasz?

Szerszy obraz

Ziemia nie jest statyczna. To dynamiczna, kłębiąca się planeta — cienka skorupa unosząca się na morzu powoli poruszającej się skały.

Wszystko jest połączone: prądy konwekcyjne napędzają ruch płyt; granice płyt produkują trzęsienia ziemi, wulkany i góry; dowody zapisane są w skamieniałościach, skałach i danych GPS.

Alfred Wegener dostrzegł elementy układanki sto lat temu. Świat potrzebował dziesięcioleci, by to zrozumieć. Dziś tektonika płyt jest jednym z najpotężniejszych narzędzi w całej nauce — wyjaśnia wszystko, od tego, dlaczego Japonia ma trzęsienia ziemi, po to, dlaczego na szczytach gór można znaleźć muszle.