Dryf kontynentalny - Continental drift

Dryf kontynentalny to hipoteza, że kontynenty Ziemi przemieszczały się względem siebie w czasie geologicznym, przez co wydaje się, że „dryfowały” po dnie oceanu. Spekulacje, że kontynenty mogły „dryfować” zostały po raz pierwszy wysunięte przez Abrahama Orteliusa w 1596 roku. Koncepcja ta została niezależnie iw pełni rozwinięta przez Alfreda Wegenera w 1912 roku, ale jego hipoteza została przez wielu odrzucona z powodu braku jakiegokolwiek mechanizmu motywacyjnego. Arthur Holmes zaproponował później konwekcję płaszcza dla tego mechanizmu. Od tego czasu idea dryfu kontynentalnego została włączona do nauki o tektonice płyt, który bada ruch kontynentów podczas ich przemieszczania się po płytach litosfery Ziemi .

Historia

Wczesna historia

Abraham Ortelius ( Ortelius 1596 ), Theodor Christoph Lilienthal (1756), Alexander von Humboldt (1801 i 1845), Antonio Snider-Pellegrini ( Snider-Pellegrini 1858 ) i inni zauważyli wcześniej, że kształty kontynentów po przeciwnych stronach Atlantyku Ocean (przede wszystkim Afryka i Ameryka Południowa) wydają się do siebie pasować. WJ Kious tak opisał myśli Orteliusa:

Abraham Ortelius w swoim dziele Thesaurus Geographicus ... zasugerował, że Ameryki zostały "oderwane od Europy i Afryki ... przez trzęsienia ziemi i powodzie" i powiedział: "Ślady pęknięcia ujawniają się, jeśli ktoś przedstawi mapę świata i dokładnie rozpatruje wybrzeża trzech [kontynentów]”.

W 1889 r. Alfred Russel Wallace zauważył: „Wcześniej było bardzo powszechne przekonanie, nawet wśród geologów, że wspaniałe cechy powierzchni Ziemi, nie mniej niż te mniejsze, podlegają ciągłym zmianom i że w trakcie poznania czas geologiczny kontynenty i wielkie oceany raz po raz zamieniały się miejscami”. Cytuje on wypowiedź Charlesa Lyella : „Kontynenty, chociaż trwałe dla całych epok geologicznych, z biegiem wieków całkowicie zmieniają swoją pozycję”. i twierdzi, że pierwszym, który podał w wątpliwość to James Dwight Dana w 1849 roku.

Ilustracja Antonio Snidera-Pellegriniego o zamkniętym i otwartym Oceanie Atlantyckim (1858)

W swoim Podręczniku Geologii (1863) Dana napisał: „Kontynenty i oceany miały swój ogólny zarys lub formę zdefiniowaną w najwcześniejszym czasie. Zostało to udowodnione w odniesieniu do Ameryki Północnej z położenia i rozmieszczenia pierwszych pokładów dolnego syluru. , – te z epoki poczdamskiej . Fakty wskazują, że kontynent Ameryki Północnej miał swoją powierzchnię w pobliżu poziomu pływów, częściowo powyżej i częściowo poniżej (s. 196) i prawdopodobnie zostanie to udowodnione w czasach pierwotnych innych kontynentów. A jeśli zarysy kontynentów zostały wytyczone, wynika z tego, że zarysy oceanów były nie mniej takie". Dana miał ogromny wpływ w Ameryce – jego Podręcznik mineralogii jest wciąż w druku w poprawionej formie – a teoria stała się znana jako teoria trwałości .

Potwierdziły to badania dna morskiego przeprowadzone przez ekspedycję Challengera w latach 1872-1876, które wykazały, że wbrew oczekiwaniom szczątki lądowe sprowadzane przez rzeki do oceanu osadzają się stosunkowo blisko brzegu na tym, co jest obecnie znany jako szelf kontynentalny . Sugerowało to, że oceany były stałym elementem powierzchni Ziemi, a nie „zmieniały się miejscami” wraz z kontynentami.

Eduard Suess zaproponował superkontynent Gondwanę w 1885 i Ocean Tethys w 1893, zakładając most lądowy między obecnymi kontynentami zanurzony w formie geosynkliny , a John Perry napisał artykuł z 1895 roku, proponując, że wnętrze Ziemi jest płynne i nie zgadzając się z Lordem Kelvinem co do wieku ziemi.

Wegener i jego poprzednicy

Alfred Wegener

Poza wcześniejszymi spekulacjami wspomnianymi powyżej, pomysł, że kontynenty amerykańskie tworzyły kiedyś jeden ląd z Eurazją i Afryką, był postulowany przez kilku naukowców przed artykułem Alfreda Wegenera z 1912 roku. Chociaż teoria Wegenera powstała niezależnie i była bardziej kompletna niż teoria jego poprzedników, później Wegener przypisywał podobne idee wielu dawnym autorom: Franklin Coxworthy (w latach 1848-1890), Roberto Mantovani (w latach 1889-1909), William Henry Pickering ( 1907) i Franka Bursleya Taylora (1908).

Podobieństwo formacji geologicznych na południowym kontynencie doprowadziło Roberto Mantovaniego do przypuszczeń w latach 1889 i 1909, że wszystkie kontynenty zostały kiedyś połączone w superkontynent ; Wegener zauważył podobieństwo map Mantovaniego i jego własnych dawnych pozycji kontynentów południowych. W przypuszczeniu Mantovaniego ten kontynent pękł z powodu aktywności wulkanicznej spowodowanej rozszerzalnością termiczną , a nowe kontynenty oddaliły się od siebie z powodu dalszej ekspansji stref rozerwania, gdzie obecnie leżą oceany. To doprowadziło Mantovaniego do zaproponowania zdyskredytowanej obecnie teorii Rozszerzającej się Ziemi .

Dryf kontynentalny bez ekspansji został zaproponowany przez Franka Bursleya Taylora , który zasugerował w 1908 r. (opublikowany w 1910 r.), że kontynenty zostały przesunięte na swoje obecne pozycje w procesie „pełzania kontynentalnego”, później proponując mechanizm zwiększonych sił pływowych podczas wleczenia w okresie kredy skorupa w kierunku równika. Jako pierwszy zdał sobie sprawę, że jednym ze skutków ruchu kontynentów będzie powstawanie gór, przypisując powstanie Himalajów zderzeniu subkontynentu indyjskiego z Azją. Wegener powiedział, że ze wszystkich tych teorii, Taylor najbardziej przypomina jego własną. Przez pewien czas w połowie XX wieku teorię dryfu kontynentów nazywano „hipotezą Taylora-Wegenera”

Alfred Wegener po raz pierwszy przedstawił swoją hipotezę Niemieckiemu Towarzystwu Geologicznemu 6 stycznia 1912 roku. Jego hipoteza była taka, że ​​kontynenty utworzyły kiedyś jeden ląd, zwany Pangeą , zanim rozpadły się i przeniosły do ​​swoich obecnych lokalizacji.

Wegener jako pierwszy użył sformułowania „dryf kontynentalny” (1912, 1915) (po niemiecku „die Verschiebung der Kontinente” – przetłumaczony na angielski w 1922 r.) i formalnie opublikował hipotezę, że kontynenty w jakiś sposób „oddaliły się” od siebie. Chociaż przedstawił wiele dowodów na dryf kontynentów, nie był w stanie przedstawić przekonującego wyjaśnienia procesów fizycznych, które mogły spowodować ten dryf. Zasugerował, że kontynenty zostały rozerwane przez odśrodkową pseudosiłę ( Polflucht ) obrotu Ziemi lub przez niewielką składową precesji astronomicznej , ale obliczenia wykazały, że siła nie była wystarczająca. Polflucht hipoteza badano również przez Pawła Sophus Epsteina w 1920 roku i okazał się nieprawdopodobne.

Odrzucenie teorii Wegenera, lata 1910-1950

Teoria dryfu kontynentów, choć obecnie akceptowana, była odrzucana przez wiele lat, a dowody na jej korzyść uznano za niewystarczające. Jednym z problemów był brak wiarygodnej siły napędowej. Drugim problemem było to, że oszacowana przez Wegenera prędkość ruchu kontynentów, 250 cm/rok, była niewiarygodnie wysoka. (Obecnie przyjęta stawka za oddzielenie Ameryk od Europy i Afryki wynosi około 2,5 cm/rok). Co więcej, Wegener był traktowany mniej poważnie, ponieważ nie był geologiem. Nawet dzisiaj, szczegóły sił napędzających płyty są słabo poznane.

Brytyjski geolog Arthur Holmes opowiadał się za teorią dryfu kontynentalnego w czasach, gdy była ona głęboko niemodna. W 1931 zaproponował, że płaszcz Ziemi zawiera komórki konwekcyjne, które rozpraszają ciepło wytwarzane przez rozpad radioaktywny i przesuwają skorupę na powierzchni. Jego Principles of Physical Geology , zakończone rozdziałem o dryfowaniu kontynentów, zostały opublikowane w 1944 roku.

Mapy geologiczne z tamtych czasów pokazywały ogromne mosty lądowe rozciągające się na Oceanie Atlantyckim i Indyjskim, aby wyjaśnić podobieństwa fauny i flory oraz podziały kontynentu azjatyckiego w okresie permu, ale nie uwzględniały zlodowaceń w Indiach, Australii i Afryce Południowej.

Fixiści

Hans Stille i Leopold Kober sprzeciwili się idei dryfu kontynentów i pracowali nad „utrwalonym” modelem geosynkliny, w którym skurcz Ziemi odgrywa kluczową rolę w tworzeniu się orogenów . Innymi geologami, którzy sprzeciwiali się dryfowi kontynentalnemu, byli Bailey Willis , Charles Schuchert , Rollin Chamberlin i Walther Bucher. W 1939 roku we Frankfurcie odbyła się międzynarodowa konferencja geologiczna . Konferencja ta została zdominowana przez fiksistów, zwłaszcza że geolodzy specjalizujący się w tektonice byli wszyscy fiksistami, z wyjątkiem Willema van der Grachta. Krytyka dryfu kontynentów i mobilizacji była na konferencji obfita nie tylko ze strony tektoników, ale także z perspektywy sedymentologicznej (Nölke), paleontologicznej (Nölke), mechanicznej (Lehmann) i oceanograficznej ( Troll , Wüst ). Hans Cloos , organizator konferencji, był również fiksistą, który wraz z Trollem podzielał pogląd, że poza kontynentami Pacyfiku nie różniły się radykalnie od oceanów zachowaniem. Mobilistyczna teoria Emila Arganda dla orogenezy alpejskiej została skrytykowana przez Kurta Leuchsa. Nieliczni włóczędzy i mobiliziści na konferencji odwoływali się do biogeografii (Kirsch, Wittmann), paleoklimatologii ( Wegener, K ), paleontologii (Gerth) oraz pomiarów geodezyjnych (Wegener, K). F. Bernauer słusznie porównał Reykjanes w południowo-zachodniej Islandii z Grzbietem Śródatlantyckim , argumentując, że dno Oceanu Atlantyckiego rozszerza się, podobnie jak Reykjanes. Bernauer uważał, że to rozszerzenie przesunęło kontynenty tylko 100-200 km od siebie, co odpowiada przybliżonej szerokości strefy wulkanicznej na Islandii .

David Attenborough , który studiował na uniwersytecie w drugiej połowie lat czterdziestych, opowiedział o incydencie ilustrującym jego brak akceptacji: „Kiedyś zapytałem jednego z moich wykładowców, dlaczego nie mówi nam o dryfie kontynentalnym i powiedziano mi z szyderstwem, że gdybym mógł udowodnić, że istnieje siła, która może przenosić kontynenty, wtedy mógłby o tym pomyśleć.

Dopiero w 1953 r. — zaledwie pięć lat przed wprowadzeniem przez Careya teorii tektoniki płyt — teoria dryfu kontynentów została odrzucona przez fizyka Scheideggera z następujących powodów.

  • Po pierwsze, wykazano, że pływające masy na obracającej się geoidzie gromadzą się na równiku i tam pozostają. To wyjaśniałoby jeden, ale tylko jeden, epizod budowania gór między dowolną parą kontynentów; nie uwzględnił wcześniejszych epizodów orogenicznych .
  • Po drugie, masy swobodnie unoszące się w płynnym podłożu, jak góry lodowe w oceanie, powinny znajdować się w równowadze izostatycznej (w której siły grawitacji i wyporu są w równowadze). Jednak pomiary grawitacyjne wykazały, że wiele obszarów nie znajduje się w równowadze izostatycznej.
  • Po trzecie, pojawił się problem, dlaczego niektóre części powierzchni Ziemi (skorupa) musiały zestalić się, podczas gdy inne były jeszcze płynne. Różnorodne próby wyjaśnienia tego padły na inne trudności.

Droga do akceptacji

Od lat 30. do późnych lat 50. prace Vening-Meinesza , Holmesa, Umbgrove i wielu innych przedstawiały koncepcje, które były zbliżone lub prawie identyczne ze współczesną teorią tektoniki płyt. W szczególności angielski geolog Arthur Holmes zaproponował w 1920 r., że połączenia płyt mogą leżeć pod powierzchnią morza , aw 1928 r., że siłą napędową mogą być prądy konwekcyjne w płaszczu. Poglądy Holmesa były szczególnie ważne: w swoim bestsellerowym podręczniku Principles of Physical Geology zamieścił rozdział o dryfowaniu kontynentów, proponując, że płaszcz Ziemi zawiera komórki konwekcyjne, które rozpraszają radioaktywne ciepło i przemieszczają skorupę na powierzchni. Propozycja Holmesa rozwiązała zarzut nierównowagi fazowej (płyn leżący pod spodem nie uległ zestaleniu przez radioaktywne ogrzewanie z rdzenia). Jednak komunikacja naukowa w latach 30. i 40. została zahamowana przez wojnę , a teoria nadal wymagała pracy, aby uniknąć zarzutów dotyczących orogenezy i izostazy . Co gorsza, najbardziej realne formy teorii przewidywały istnienie granic komórek konwekcyjnych sięgających głęboko w ziemię, czego jeszcze nie zaobserwowano.

Skamieniałe wzory na kontynentach ( Gondwanaland )

W 1947 roku zespół naukowców kierowany przez Maurice'a Ewinga potwierdził istnienie wzrostu w środkowym Oceanie Atlantyckim i odkrył, że dno morskie pod osadami różniło się chemicznie i fizycznie od skorupy kontynentalnej. Gdy oceanografowie kontynuowali pomiary batymetrów w basenach oceanicznych, wykryto system grzbietów śródoceanicznych. Ważnym wnioskiem było to, że wzdłuż tego systemu tworzyło się nowe dno oceanu, co doprowadziło do koncepcji „ Wielkiego Globalnego Szczeliny ”.

Tymczasem naukowcy zaczęli rozpoznawać dziwne zmiany magnetyczne na dnie oceanu za pomocą urządzeń opracowanych podczas II wojny światowej do wykrywania okrętów podwodnych. W ciągu następnej dekady stawało się coraz bardziej jasne, że wzorce namagnesowania nie były anomaliami, jak początkowo sądzono. W serii artykułów z lat 1959-1963 Heezen, Dietz, Hess, Mason, Vine, Matthews i Morley wspólnie zdali sobie sprawę, że namagnesowanie dna oceanu utworzyło rozległe, podobne do zebry wzory: jeden pasek wykazywałby normalną biegunowość, a przylegający do niego pasek. paski odwrócona polaryzacja. Najlepszym wyjaśnieniem była „taśma przenośnika” lub hipoteza Vine-Matthews-Morley . Nowa magma z głębi Ziemi łatwo unosi się przez te słabe strefy i ostatecznie wybucha wzdłuż grzbietów, tworząc nową skorupę oceaniczną. Nowa skorupa jest namagnesowana przez ziemskie pole magnetyczne, które od czasu do czasu ulega odwróceniu . Powstawanie nowej skorupy powoduje rozsunięcie namagnesowanej skorupy, podobnie jak na taśmie przenośnika – stąd nazwa.

Bez praktycznych alternatyw wyjaśniających prążki geofizycy byli zmuszeni dojść do wniosku, że Holmes miał rację: szczeliny oceaniczne były miejscami nieustannej orogenezy na granicach komórek konwekcyjnych. W 1967 roku, zaledwie dwie dekady po odkryciu szczelin śródoceanicznych i dekadę po odkryciu prążkowania, tektonika płyt stała się aksjomatyczna dla współczesnej geofizyki.

Ponadto Marie Tharp we współpracy z Brucem Heezenem , który początkowo wyśmiewał obserwacje Tharp, że jej mapy potwierdzają teorię dryfu kontynentów, dostarczyła niezbędnego potwierdzenia, wykorzystując swoje umiejętności w zakresie kartografii i danych sejsmograficznych, aby potwierdzić teorię.

Współczesne dowody

Geofizykowi Jackowi Oliverowi przypisuje się dostarczenie dowodów sejsmologicznych wspierających tektonikę płyt, która obejmowała i wypierała dryf kontynentalny w artykule „Sejsmologia i nowa globalna tektonika”, opublikowanym w 1968 roku, wykorzystującym dane zebrane ze stacji sejsmologicznych, w tym tych, które założył na Południowym Pacyfiku . Współczesna teoria tektoniki płyt , udoskonalająca Wegenera, wyjaśnia, że ​​istnieją dwa rodzaje skorupy o różnym składzie: skorupa kontynentalna i skorupa oceaniczna , oba unoszące się nad znacznie głębszym „ plastikowym ” płaszczem. Skórka kontynentalna jest z natury lżejsza. W centrach rozprzestrzeniania się tworzy się skorupa oceaniczna , która wraz z subdukcją napędza układ płyt w sposób chaotyczny, powodując ciągłą orogenię i obszary nierównowagi izostatycznej.

Dowody na ruch kontynentów na płytach tektonicznych są obecnie obszerne. Podobne skamieniałości roślin i zwierząt znajdują się wokół wybrzeży różnych kontynentów, co sugeruje, że kiedyś były połączone. Jednym z przykładów są skamieliny Mesosaurusa , gada słodkowodnego przypominającego małego krokodyla, znalezionego zarówno w Brazylii, jak iw Afryce Południowej ; innym jest odkrycie skamieniałości gada lądowego Lystrosaurusa w skałach tego samego wieku w Afryce , Indiach i Antarktydzie . Istnieją również żywe dowody, a te same zwierzęta znajdują się na dwóch kontynentach. Niektóre rodziny dżdżownic (takie jak Ocnerodrilidae, Acanthodrilidae, Octochaetidae) występują w Ameryce Południowej i Afryce.

Szkielet mezozaura , MacGregor, 1908

Dopełniający się układ przeciwległych stron Ameryki Południowej i Afryki jest oczywisty, ale chwilowy zbieg okoliczności. Za miliony lat ciągnięcie płyt , wypychanie grzbietów i inne siły tektonofizyki jeszcze bardziej rozdzielą i obrócą te dwa kontynenty. To właśnie ta tymczasowa cecha zainspirowała Wegenera do zbadania tego, co zdefiniował jako dryf kontynentalny, chociaż nie dożył, by jego hipoteza została ogólnie zaakceptowana.

Powszechne rozmieszczenie permokarbonicznych osadów polodowcowych w Ameryce Południowej, Afryce, Madagaskarze, Arabii, Indiach, Antarktydzie i Australii było jednym z głównych dowodów na istnienie teorii dryfu kontynentów. Ciągłość lodowców, wywnioskowana ze zorientowanych prążków lodowcowych i osadów zwanych tillitami , sugerowała istnienie superkontynentu Gondwany , który stał się centralnym elementem koncepcji dryfu kontynentalnego. Prążki wskazywały na odpływ lodowcowy od równika w kierunku biegunów, w oparciu o aktualne pozycje i orientacje kontynentów, i wspierały ideę, że kontynenty południowe znajdowały się wcześniej w dramatycznie różnych lokalizacjach, które sąsiadowały ze sobą.

Zobacz też

Bibliografia

Źródła

Zewnętrzne linki