Pacyficzny pierścień ognia - dobre i złe strony wulkanizmu.

Pacyficzny pierścień ognia (źr. Wikipedia).

Pacyficzny pierścień ognia (strefa sejsmiczna i wulkaniczna otaczająca Pacyfik) kojarzy się głównie z katastrofami naturalnymi: trzęsieniami ziemi oraz erupcjami wulkanów. Tymczasem istnienie takiej ogromnej struktury geologicznej może mieć także korzyści, co pokazał już jeden przykład z dalekich dziejów Ziemi.

Współcześnie pierścień ognia otacza Ocean Spokojny, ciągnąc się od Nowej Zelandii, poprzez rowy oceaniczne zachodniego Pacyfiku, obrzeża Indonezji, Filipiny, Japonię, Kamczatkę, Aleuty, aż po liczące kilka tysięcy kilometrów zachodnie wybrzeża Ameryki Północnej, Środkowej i Południowej. Całość to prawie 40 tysięcy kilometrów rowów oceanicznych, wysp wulkanicznych i silnie sejsmicznych krawędzi kier litosferycznych. Zdarza się tutaj zdecydowana większość wszystkich trzęsień ziemi notowanych obecnie na całym świecie, a także większość erupcji wulkanicznych.

Pacyficzny pierścień ognia nie jest czymś unikalnym w dziejach Ziemi i nie będzie też istniał wiecznie. Podobna sytuacja geotektoniczna miała miejsce między innymi około 500 mln lat temu, w kambrze. Większość lądów wchodziło wówczas w skład jednego, wielkiego kontynentu – Gondwany. Wokół niego utworzył się ogromny pas łuków wyspowych, wysp wulkanicznych, rowów oceanicznych i basenów załukowych, przypominający swą konfiguracją rejon dzisiejszych wysp japońskich. Pas ten ciągnął się wzdłuż dzisiejszej północnej i zachodniej Afryki oraz współczesnej Ameryki Południowej. Podobna struktura tworzyła się także po przeciwległej stronie Gondwany, a jej ślady znaleziono we wschodniej Antarktydzie oraz w Australii.

Gondwana 550 mln lat temu - rekonstrukcja.

Układ kontynentów 550 mln lat temu. Widoczne dwa duże łuki (zębate linie), tworzące dawny odpowiednik dzisiejszego pacyficznego pierścienia ognia. Fragmenty dzisiejszego Dolnego Śląska wchodziły w skład łuku kadomskiego, widocznego u dołu rekonstrukcji. Gondwana została oznaczona żółtym kolorem (rys. Joseph Meert).

Z polskiego punktu widzenia bardziej interesujący jest pierwszy z pierścieni, obrzeżający Gondwanę wzdłuż Ameryki Południowej oraz Afryki. W rejonie tego pasa intensywnych zjawisk wulkanicznych i sejsmicznych znajdowały się wówczas fragmenty skorupy kontynentalnej, budujące dzisiaj podłoże całej południowo-zachodniej Polski (Sudetów i Dolnego Śląska). Zostały one przyłączone do Europy dopiero w późnym paleozoiku (karbonie), ponad 300 mln lat temu.

Zespół rowów oceanicznych oraz łuków wysp sprzed 500 mln lat przypominał zapewne pod względem sejsmiczności dzisiejszy pierścień ognia. Trzęsienia ziemi i wybuchy wulkanów były tam na porządku dziennym. To z tymi katastrofami kojarzą się dzisiaj obrzeża Pacyfiku. Okazuje się jednak, że pierścień ognia to nie tylko zagrożenie dla człowieka, ale także konkretne korzyści dla klimatu oraz biosfery.

Pierścień ognia i eksplozja życia

Istnienie pierścienia ognia otaczającego Gondwanę zbiega się w czasie z kambryjską eksplozją życia. Jest zatem prawdopodobne, że intensywna działalność wulkaniczna miała wpływ na pojawienie się w wodach oceanów olbrzymiej ilości zwierząt szkieletowych (wiele z grup, które wówczas powstały przetrwało zresztą do dziś). Jak do tego doszło? Duże ilości gazów cieplarnianych wyrzuconych do atmosfery ociepliły klimat na całej planecie. To mógł być jeden z czynników sprzyjających szybkiej ewolucji.

Drugi impuls stymulujący rozwój życia stanowiły prawdopodobnie zmiany chemizmu wód oceanicznych. One także – przynajmniej częściowo – były efektem działania gazów oraz płynów wulkanicznych, rozpuszczających się w wodach morskich.

Ze zmianami składu chemicznego musiały radzić sobie organizmy, co stanowiło dla nich spore wyzwanie, ale też przyspieszało ich ewolucję. Jednym z istotnych przystosowań było wytwarzanie twardego szkieletu, co z jednej strony pozwalało na pozbycie się zbędnych substancji (na przykład węglanu wapnia), a z drugiej otworzyło przed światem zwierzęcym nowe perspektywy. Trudno wyobrazić sobie bezszkieletowe formy życia podbijające lądy tak, jak uczyniły to gady i ssaki. Ich ekspansja była miliony lat późniejsza od opisywanych tutaj wydarzeń, ale także stanowiła jeden z dalekich skutków kambryjskiego przełomu.

Negatywne skutki wulkanizmu

Działalność wulkaniczna nie niosła ze sobą wyłącznie pozytywnych skutków. Dobrze o tym świadczą kolejne prace naukowców poszukujących związku wielkich wymierań – permskiego, triasowego i kredowego – z wielkimi wylewami bazaltowymi.

Zjawisko to widoczne jest także w przypadku kambryjskiej eksplozji życia. Gwałtowna ewolucja zwierząt morskich uległa zahamowaniu jeszcze w kambrze, a przyspieszyła ponownie w ordowiku, podczas tak zwanej wielkiej radiacji ordowickiej. Tyle tylko, że w ordowiku pas wielkich łuków wyspowych wokół Gondwany stracił na aktywności, o czym świadczą badania prowadzone na cyrkonach (odpornych minerałach powstających wraz ze skałami magmowymi). W piaskowcach powstających w wyniku niszczenia skał magmowych z łuków wysp ordowickich cyrkonów jest mniej niż kambryjskich (McKenzie et al., 2014). Oznacza to, że aktywność magmowa na obrzeżeniu Gondwany musiała ulec znacznej redukcji.

Zamarcie wielkiego pasa ognia wokół największego ówczesnego kontynentu wcale nie zaszkodziło morskim zwierzętom, co pokazała ordowicka radiacja życia. Początkowo nie wstrzymało jej nawet ochładzanie się klimatu w skali ogólnoświatowej, spowodowane zmniejszającą się dostawą gazów cieplarnianych. Dopiero w końcu ordowiku – na długo po wygaszeniu pierścienia ognia – gdy doszło do dużego zlodowacenia, świat organiczny zareagował na to wielkim wymieraniem. Było to pierwsze wielkie wymieranie w dziejach (nie licząc nieco mniejszego takiego epizodu w kambrze), zaliczane do grona pięciu największych katastrof w dziejach życia.

Mapa trzęsień ziemi.

Negatywne skutki pierścienia ognia. Mapa Amerykańskiej Służby Geologicznej pokazuje, że większość wielkich trzęsień ziemi (tu wykreślono zdarzenia z 30 dni) ma miejsce w obrzeżeniu Pacyfiku. Taką mapę można wygenerować tutaj.

Przykład kambryjskiej eksplozji życia oraz gondwańskiego pierścienia ognia dobrze pokazuje, jak skomplikowane relacje zachodzą pomiędzy erupcjami wulkanicznymi (i powstawaniem skał magmowych w ogólności), a rozwojem biosfery. Destrukcyjna działalność wulkanów, którą obserwujemy na co dzień, to tylko wierzchołek góry lodowej. Skutki wulkanizmu są o wiele bardziej złożone, a niektóre z nich – choć trudno sobie to na pierwszy rzut oka wyobrazić – mogą przynosić organizmom żywym, także ludziom, więcej pożytku niż szkody.

Możemy być pewni, że gdyby nie pacyficzny pierścień ognia, współczesny klimat byłby dla nas o wiele mniej przyjazny. Żyzne ziemie wulkaniczne również miały olbrzymi, pozytywny wpływ na rozwój wielu cywilizacji. Oczywiście nie zmienia to faktu, że erupcje wulkaniczne pozostają jednym z najbardziej niebezpiecznych zagrożeń naturalnych, jednak trzeba być świadomym korzyści, jakie życie odniosło dzięki dającym o sobie cały czas znać procesom działającym we wnętrzu naszej planety.

Cytowany artykuł:

McKenzie, N.R. et al. 2014. Plate tectonic influences on Neoproterozoic-early Paleozoic climate and animal evolution. Geology 42, 2, 127-130. DOI: 10.1130/G34962.1