Tak działa strefa subdukcji. Skorupa oceaniczna, powstała w strefach grzbietów śródoceanicznych, zanurza się pod inną skorupę oceaniczną lub pod kontynent (źródło: Wikimedia Commons).
Dna oceaniczne niszczone są w tak zwanych strefach subdukcji, gdzie ulegają podsuwaniu pod inną skorupę oceaniczną lub kontynentalną. Naukowcy wciąż zastanawiają się nad tym, kiedy pojawiły się pierwsze strefy subdukcji?
Zgodnie z zasadą aktualizmu geologicznego teraźniejszość jest kluczem do przeszłości. Ale nasuwa się pytanie: do jak dalekiej przeszłości? Jak dawne dzieje Ziemi można wytłumaczyć za pomocą dzisiejszych procesów, w tym subdukcji?
Geolodzy są dzisiaj pewni, że wędrówka kontynentów we współczesnym kształcie, z niszczeniem dna oceanicznego w strefach subdukcyjnych, musiała rozpocząć się miliardy lat temu. Czy jednak procesy te działały na samym początku dziejów naszej planety, we wczesnym archaiku, czyli około 4 miliardy lat temu?
Kontynenty dużo starsze od stref subdukcji
Nie mamy wątpliwości, że mniej więcej 3,9 mld lat temu zaczęła powstawać skorupa kontynentalna, która zachowała się do dzisiaj. Jej fragmenty znaleziono w rejonie Grenlandii.
Nie oznacza to jednak, że już wówczas dna oceaniczne były niszczone na krawędziach pierwszych kontynentów. Co więcej, nowe badania coraz wyraźniej wskazują, że strefy subdukcji nie pojawiły się razem z najstarszą skorupą kontynentalną.
Najważniejsze argumenty przemawiające przeciwko istnieniu zjawiska subdukcji około 3,5 do 4 mld lat temu można streścić następująco:
- pierwotny płaszcz ziemski był bardziej gorący i aktywny niż współcześnie; a zatem chłodna materia skorupy oceanicznej nie mogła być pogrążana na duże głębokości, nie ulegając przy tym natychmiastowemu przetopieniu; strefy subdukcji, o ile wówczas istniały, musiały być o wiele płytsze niż współcześnie,
- brakuje skał liczących sobie 3,5 mld lat i przeobrażonych w warunkach wysokich temperatur oraz ciśnień, związanych z subdukcją; takie skały to między innymi eklogity oraz granulity,
- brakuje bardzo stałych skał podobnych do tych, które współcześnie powstają w rejonach pogrążania się skorupy oceanicznej – na przykład tak zwanych adakitów, boninitów oraz sanukitoidów,
- najstarsze skały ziemskie (z rejonu Grenlandii) powstały prawdopodobnie na stosunkowo niewielkich głębokościach; to wyklucza ich związek ze strefami subdukcji,
- obecność komatytów – ultrazasadowych skał wylewnych – w najstarszych kompleksach skalnych; skały te powstały w warunkach bardzo gorącego i aktywnego płaszcza, a zatem stanowią argument przemawiający przeciwko istnieniu głębokiej subdukcji,
- najstarsze skały budujące kontynenty powstały z przetopienia pogrubionej skorupy oceanicznej, tworząc początkowo łuki wyspowe; nie miały one natomiast związku ze strefami subdukcji.
Analizując wszystkie te argumenty należy pamiętać, że brak skał związanych z podsuwaniem den oceanicznych pod kontynenty może okazać się mylący. Zapis kopalny sprzed 3,5 mld lat jest bardzo niekompletny. Fakt braku ewidentnych wskaźników stref subdukcji może jedynie oznaczać, że zostały one całkowicie zniszczone podczas długich dziejów naszej planety.
Tak wygląda komatyt – skała magmowa wylewna, która powstawała w czasie, gdy nie najprawdopodobniej nie istniały jeszcze strefy subdukcji we współczesnym kształcie. Na zdjęciu komatyt z pasma zieleńcowego Abitibi w Kanadzie.
Naukowcy badający procesy zachodzące na młodej Ziemi podkreślają jednak, że pojawienie się zjawiska subdukcji we wczesnych dziejach naszej planety było utrudnione. Wskazuje na to między innymi wspomniana duża aktywność płaszcza ziemskiego, który uniemożliwiał głębokie pogrążanie chłodnej skorupy budującej dna oceaniczne. Wygląda więc na to, że w pierwszych etapach rozwoju Ziemi strefy subdukcji nie istniały, lub wyglądały zupełnie inaczej niż współcześnie.
Kiedy pojawiły się strefy subdukcji?
Skoro początkowo zjawiska subdukcji nie było, to kiedy zaczęło ono po raz pierwszy kształtować oblicze naszej planety? Naukowcy wciąż nie potrafią wskazać konkretnego momentu.
Wiele wskazuje jednak na to, że strefy subdukcji zaczęły działać około 3 mld lat temu. Od tego momentu globalna tektonika przypominała już współczesną, rządzoną poprzez ruch kier litosfery.
Współczesna strefa subdukcji. Wielu naukowców uważa, że strefy takie zaczęły powstawać około 3 miliardy lat temu (rysunek: Służba Geologiczna USA i William Crochot).
Jakie argumenty wskazują to, że strefy subdukcji pojawiły się w późnym archaiku, około 3 mld lat temu?
- pojawienie się licznych eklogitów, granulitów oraz sanukitoidów, przy jednoczesnym zaniku komatytów; do zmiany tej doszło mniej więcej 3 mld lat temu; najprawdopodobniej była ona związana z zapoczątkowaniem tektoniki kier litosfery we współczesnym wydaniu,
- niektórzy z naukowców postulują, że tempo przyrostu skorupy kontynentalnej uległo zastanawiającemu spowolnieniu mniej więcej 3 mld lat temu (Dhuime et al., 2012); trudno wyjaśnić to zjawisko, jednak jest możliwe, że był to efekt dużych zmian geotektonicznych, polegających właśnie na uaktywnieniu się subdukcji,
- współczesne procesy geologiczne pozwalają na objaśnianie zjawisk geologicznych nie dalej niż 3,2 mld lat wstecz (Næraa et al., 2012); sugeruje to, że wcześniej nie istniała globalna tektonika zbliżona do dzisiejszej.
Lista przesłanek takich jak wymienione powyżej stale się wydłuża. Niewykluczone więc, że już niedługo uda się uzyskać spójny obraz rozwoju ziemskiej tektoniki w archaiku.
Bardzo trudne będzie jednak odnalezienie śladów najstarszej strefy subdukcji. W trakcie miliardów lat historii Ziemi niemal na pewno zostały one doszczętnie zniszczone. Nadziei na wyjaśnienie zagadki powstania zjawiska subdukcji należy upatrywać raczej w badaniach geochemicznych, wykonanych między innymi na potrzeby dwóch zacytowanych wcześniej prac. To subtelne zmiany w geochemii najstarszych skał ziemskich mogą nam pokazać, kiedy i w jaki sposób rozpoczęła się wędrówka kontynentów w postaci zbliżonej do współczesnej.
Cytowania:
B. Dhuime et al., 2012. A Change in the Geodynamics of Continental Growth 3 Billion Years Ago. Science 335, 6074, 1334-1336.
T. Næraa et al., 2012. Hafnium isotope evidence for a transition in the dynamics of continental growth 3.2 Gyr ago. Nature 485, 627-630.
