Koncepcja geosynklin

Odtwarzanie geologicznych dziejów Ziemi od wieków stanowiło jeden z kluczowych problemów badawczych. Już starożytni uczeni zwracali uwagę na odnajdywane w górach skamieniałe szczątki organizmów morskich. Aż do XIX wieku nie potrafiono jednak znaleźć naukowego uzasadnienia ich występowania na tak znacznych wysokościach i w dużych odległościach od współczesnych linii brzegowych.

Przełomowe okazały się badania amerykańskich geologów prowadzone w Appalachach. W 1. połowie XIX wieku James Hall zwrócił uwagę na znaczną grubość osadów budujących Appalachy w stosunku do terenów nieobjętych fałdowaniem. Na podstawie obserwacji i badań wysunął on teorię, że pasma górskie powstawały wskutek wypiętrzenia osadów gromadzonych pierwotnie w długich, wąskich i bardzo głębokich strefach dna oceanicznego. W 1873 roku James Dana zaproponował do opisu tych form określenie geosynklina. Współcześnie termin ten oznacza podłużne zagłębienia w skorupie ziemskiej (np. rowy oceaniczne, ale również części przybrzeżne oceanu), w których gromadziły się osady. Ze względu na głębokość sedymentacjisedymentacjasedymentacji powstające skały reprezentowały zarówno facjefacjafacje płytkowodne, np. rafowe, jak również głębokowodne. O głębokości powstawania osadów świadczyły również ich frakcjefrakcjafrakcje. Osady gruboziarniste są charakterystyczne dla akwenów płytszych, a drobniejsze dla głębszych.

Cały cykl rozwoju i przekształcenia geosynklin w górotwór składał się z kilku etapów i trwał kilkadziesiąt lub nawet kilkaset milionów lat. Duże znaczenie miały w nim subsydencjasubsydencjasubsydencja oraz kompresjasubsydencjakompresja.

R4P21myvHPI28

Schemat przedstawia cykl rozwoju i przekształceń geosynklin. Składa on się ze strzałek pokazujących kolejny etap cyklu. Pierwsza strzałka jest podpisana jako STADIUM POCZĄTKOWEJ SUBSYDENCJI, przechodzi w koleją strzałkę podpisaną STADIUM PRZEGŁĘBIENIA, dalej w następną z podpisem STADIUM PRZEDOROGENICZNE oraz w przedostatnią strzałkę z napisem STADIUM WCZESNOOROGENICZNE. Ostatnim etapem jest strzałka z podpisem WŁAŚCIWA FAZA OROGENICZNA.

Na początkowych etapach rozwoju geosynkliny następowało powolne obniżanie się dna basenu sedymentacyjnego położonego w pobliżu graniczących z płytami oceanicznymi krawędzi płyt kontynentalnych lub między płytami kontynentalnymi, połączone z jej rozciąganiem (tensją) i intensywnym dopływem materiału osadowego. Prowadziło to do powstawania sekwencji osadów i skał osadowych o dużych miąższościach. W wielu geosynklinach rozwijał się także silny wulkanizm podmorski powodujący występowanie zasadowych pokryw lawowych.

Przyjmuje się, że stopniowe obniżanie się dna basenu oceanicznego było spowodowane ruchami izostatycznymiruchy izostatyczneruchami izostatycznymi, głównie obciążaniem dna przez narastającą masę osadów oraz zmniejszaniem się objętości (kompakcji) gromadzących się osadów pod wpływem ciśnienia nadkładu. Niektórzy badacze łączyli jednak ten proces także z innymi czynnikami wewnętrznymi, np. ze zwiększeniem gęstości skał wywołanym przez zbieżne prądy konwekcyjne w astenosferze.

Po stadium głębokowodnej sedymentacji osadów i wulkanizmie w rozwoju geosynkliny zaznaczały się pierwsze ruchy tektoniczne. Geosynklina ulegała ściskaniu (kompresji), wskutek czego pojawiły się podwodne lub nadwodne grzbiety lub pasma wysp rozdzielające geosynklinę na mniejsze baseny. Ich części wyniesione ponad powierzchnię wody ulegały intensywnemu niszczeniu wskutek procesów zewnętrznych (erozja, wietrzenie), a powstające w ich efekcie osady gromadziły się w obniżeniach geosynkliny w postaci fliszufliszfliszu.

W kolejnej fazie rozwoju geosynkliny wskutek postępującej kompresji następowały ruchy orogeniczne powodujące fałdowanie i wypiętrzanie osadów oraz ich poziome przemieszczanie na znaczne odległości wzdłuż powierzchni nasunięć i uformowanie płaszczowin. Jednocześnie pojawiały się intruzje granitoidów i metamorficzne przekształcenia skał. Procesy te doprowadziły do likwidacji geosynkliny. Morze wypełniało jedynie rów przedgórski na przedpolu górotworu, w którym gromadziły się grube serie osadów. Na ostatnim etapie orogenezy nastąpiło ostateczne uformowanie się łańcucha górskiego i jego izostatyczne wydźwignięcie, którym to procesom towarzyszył aktywny wulkanizm.

R1Zi9fO8DdTiJ

Ilustracja przedstawia trzy etapy rozwoju geosynkliny. Zaprezentowany jest proces ściskania i zanikania basenu, na miejscu którego powstaje pofałdowana i wypiętrzona struktura.

Teoria oparta na geosynklinalnej genezie wszystkich orogenów funkcjonowała w naukach geologicznych aż do lat 60. XX wieku, kiedy została zastąpiona przez teorię tektoniki płyt. Ta ostatnia jest dzisiaj najczęściej uznawaną, chociaż coraz częściej wśród geologów podejmowane są próby syntezy obu teorii. Istnienie cyklu geosynklinalnego nie byłoby wówczas nadrzędnym, ale uzupełniającym elementem procesów górotwórczych.

Koncepcja terranów

Podobnym uzupełnieniem teorii tektoniki płyt jest hipoteza terranów tłumacząca ogromne zróżnicowanie budowy geologicznej i historii sąsiadujących jednostek tektonicznych. Podobnie jak teoria geosynklinalna, również ta idea zrodziła się w Ameryce Północnej, tym razem jednak jej podstawą były badania geologiczne Kordylierów.

Pierwsze założenia idei powstały w latach 70. i 80. XX wieku. Autorstwo koncepcji należy przypisać grupie geologów – byli to Peter Coney, David Jones i James Monger.

Terranami geolodzy określają fragmenty płyt litosfery, które mają jednorodną, ale także swoistą budowę geologiczną. Są one oddzielone od innych, podobnych jednostek wyraźną strefą nieciągłości, często wyznaczaną przez głęboko zakorzenione uskoki i strefy uskokowe, zwaną szwem tektonicznym. To właśnie ta widoczna nieciągłość tektoniczna oddzielająca je od obszarów sąsiadujących stanowi podstawę ich wyróżniania.

Terran może składać się ze skorupy oceanicznej, kontynentalnej lub ze skorupy łuku wyspowego. Terran oceaniczny zawiera grube pokłady bazaltów oraz pokrywę osadów morskich, np. wapieni, terran utworzony ze skorupy kontynentalnej jest zbudowany głównie ze skał magmowych i bogatych w krzemionkę skał osadowych, a terran oderwany z łuku wysp zawiera andezyty, granodioryty i szarogłazy.

R1UUGzUwIgIE5

Ilustracja przedstawia schemat przyłączania terranu do płyty kontynentalnej, który składa się z dwóch etapów. W pierwszym terran znajduje się w pewnej odległości od płyty kontynentalnej. Dzieli je woda. W drugim terran znajduje się już tuż obok płyty, pomiędzy nimi nie ma wody.

Rozmiary terranów mogą wynosić od kilku do kilkuset tysięcy kilometrów kwadratowych, a ich geneza jest zróżnicowana. Przykładem największych tego typu jednostek jest terran Lhasy w Tybecie, który ma ponad 2000 km długości, a jego szerokość przekracza miejscami 300 km.

Terrany powstały z odrębnych, nieulegających subdukcji odszczepionych bloków skorupy kontynentalnej, inne zaś oceanicznej. Przemieszczały się wskutek ruchów tektonicznych na znaczne odległości, sięgające setek, a nawet kilku tysięcy kilometrów. Budowały je kompleksy skał osadowych albo fragmenty łuków wysp lub płaskowyżów oceanicznych przemieszczających się w poprzek oceanu i ulegających silnemu spojeniu (akrecji) z istniejącym kratonemkratonkratonem. W trakcie ruchu mogły ulegać łączeniu w wyniku procesu amalgamacjiamalgamacjaamalgamacji i ponownemu rozrywaniu, a po dotarciu do krawędzi kontynentów „przyrastały” do nich, stając się ich integralną częścią i powiększając ich powierzchnię. Także po akrecji mogły one ulec wtórnemu rozczłonkowaniu i przemieszczeniu wzdłuż brzegów kontynentów, np. wskutek aktywności uskoków przesuwczych (np. San Andreas). Ten proces trwa cały czas i także dziś niektóre terrany są w nieustannym ruchu, przemieszczając się z prędkością od kilku milimetrów do kilku centymetrów na rok.

Fragmenty te, pochodzące z odległych miejsc Ziemi, określane są jako „terrany egzotyczne”. Stały się one składnikami wielu orogenów. Obszarem występowania bardzo licznych terranów jest przypacyficzna część Ameryki Północnej, w tym zachodnia część Kordylierów. W całości zbudowany z terranów przemieszczających się w obrębie skorupy oceanicznej Pacyfiku jest obszar Alaski. Obecnie wiadomo, że jedna czwarta terytorium Ameryki Północnej jest zbudowana z terranów. Występują one także na obszarze Polski.

Terrany mają inną historię geologiczną, różnią się więc od sąsiednich obszarów kontynentu, np. innym rodzajem skał osadowych i występującymi w nich skamieniałościami, wiekiem skał i ich cechami paleomagnetycznymi. Współcześnie rozpoznawane terrany wyróżnia się na granicach istniejących kratonów, czyli trwałych fragmentów litosfery ziemskiej, które od dłuższego czasu nie są poddane intensywnym procesom tektonicznym (powstawanie gór fałdowych lub łańcuchów wulkanicznych).

Rv70SWbR522nI

Ilustracja przedstawia płytę pacyficzną z narysowanymi białymi strzałkami, która wędruje w prawo pod płytę północnoamerykańską. Po lewej znajduje się Zatoka Alaska, a po prawej Góry Świętego Eliasza. Są tam również umieszczone białe strzałki skierowane w lewo i lekko do góry. Po prawej jest pomarańczowy obszar opisany jako Kraton. Obok niego na lewo są obszary oznaczone kolejno kolorem jasnopomarańczowym, jasnozielonym, zielonym i ciemnozielonym. Pierwszy to terran Yekutat 0–25 milionów lat. Drugi to terrany Prince William, Chugach 50–67 milionów lat. Trzeci to terrany Alexander, Peninsula, Wrangella 85–110 milionów lat. Czwarty to terran Yukon-Tanana 160–225 milionów lat.

R1Un62P9o1w0z

Ilustracja przedstawia mapę Polski z zaznaczonymi terranami. Na północy znajduje się pasmo magmowe Pomorze‑Blekinge (1,79–1,75 miliarda lat). Duży obszar w części środkowej i na wschodzie zajmuje Fennoskand, terran polsko‑litewski (1,85–1,80 miliarda lat). W jego górnej części znajduje się mazurski masyw plutoniczny (1,55–1,50 miliarda lat). Nieco niżej we wschodniej części znajduje się terran białorusko‑litewski (1,90–1,85 miliarda lat) oraz Sarmacja. W centralnej części mapy są dwa obszary oznaczone znakiem zapytania. W części zachodniej i środkowej znajduje się terran Holsztynu‑wschodniej Łaby. Nieco wyżej od niego jest terran południowy Jutlandii oraz strefa nasunięć kaledońskich Koszalin‑Chojnice. W części południowo‑zachodniej znajduje się zespół terranów waryscyjskich. Na południu jest terran Łysogór, terran Małopolski i terran Brunovistulil.

Słownik