Jak erozja tworzy góry

Zrozumienie, w jaki sposób zjawiska tektoniczne, erozja i czynniki klimatyczne,

wspó∏dzia∏ajàc ze sobà, kszta∏tujà góry, pomaga wyjaÊniç histori´ Ziemi

Nicholas Pinter i Mark T. Brandon

G

óry sà znacznie bardziej monu-
mentalne ni˝ wszystkie dzie∏a
ludzkie razem wzi´te, a cha-

rakterystycznà cechà wysokich gór sà
elementy wyrzeêbione z wi´kszà pre-
cyzjà ni˝ ornamenty pa∏aców baroko-
wych. Najwy˝szy szczyt Êwiata, Mount
Everest w Himalajach, ma wysokoÊç
8848 m, czyli 15 razy wi´kszà ni˝ jaka-
kolwiek budowla powsta∏a na po-
wierzchni Ziemi. Wspania∏a rzeêba gór-
ska budzi groz´ oraz inspiruje artystów
i poszukiwaczy przygód od zarania
dziejów ludzkoÊci.

Najnowsze badania skierowa∏y uwa-

g´ naukowców na wiele nie znanych
jeszcze i wa˝nych czynników, które
wp∏ywajà na kszta∏towanie wspania∏ych
form, jakimi sà góry. Okazuje si´, ˝e
w powstawaniu gór biorà udzia∏ nie tyl-
ko ruchy wielkich p∏yt tektonicznych bu-
dujàce skorup´ ziemskà, ale równie˝ kli-
mat i zwiàzana z nim erozja. Interakcje
procesów tektonicznych z klimatem

i erozjà majà ogromny wp∏yw na wyso-
koÊç oraz kszta∏t gór. OkreÊlajà tak˝e czas
potrzebny do powstania lub zniszczenia
∏aƒcuchów górskich. Wydaje si´ zaska-
kujàce, ˝e rzeêba górska w takim samym
stopniu zale˝y od destrukcyjnych si∏ ero-
zji jak od budujàcej, twórczej si∏y tektoni-
ki. Obecnie, po 100 latach postrzegania
erozji jako s∏abszej siostry tektoniki, geo-
lodzy przyznajà, ˝e poÊród innych czyn-
ników kszta∏tujàcych rzeêb´ powierzchni
Ziemi erozja odgrywa najwa˝niejszà ro-
l´. KtóryÊ z uczestników jednej z grup
badawczych powiedzia∏: „by∏oby zabaw-
ne, gdyby góry zawdzi´cza∏y swà moc
rytmicznym uderzeniom drobnych kro-
pelek wody”.

Ze wzgl´du na funkcj´, którà przypi-

suje si´ powstawaniu gór w ewolucji
naszej planety, najnowsze odkrycia ma-
jà znaczàce implikacje w naukach o Zie-
mi. Równiny, doliny, a szczególnie ∏aƒ-
cuchy górskie wyjawiajà doÊwiadczo-
nemu geologowi zarys dziejów plane-

ty w ciàgu setek milio-

nów lat. W rozle-

g∏ej historii Zie-

mi ∏aƒcuchy

górskie wskazujà na miejsca, gdzie pro-
cesy geologiczne zachodzàce pod sko-
rupà ziemskà lub w niej, na przyk∏ad
kolizje p∏yt, dêwign´∏y powierzchnio-
we warstwy skalne. Z tego wzgl´du gó-
ry najlepiej obrazujà pot´g´ dzia∏ania
si∏ tektonicznych oraz skal´ czasowà,
w której zachodzà te procesy.

Ostatni model powstawania gór jest

oparty na szczegó∏owej analizie ich ge-
nezy. Jednym z pierwszych wspó∏cze-
snych modeli przedstawiajàcych ten
proces by∏ tzw. cykl geograficzny, opi-
sany w 1899 roku. Model ten prezento-
wa∏ hipotetyczny cykl rozwoju ∏aƒcu-
chów górskich od gwa∏townego wy-
pi´trzania spowodowanego krótko-
trwa∏ym, ale silnym dêwigni´ciem tek-
tonicznym, do przechodzenia w „sta-
roÊç” wywo∏anà powolnà, stale za-
chodzàcà erozjà. Pi´kno i logika cyklu
geograficznego powodowa∏y, ˝e przez
ca∏y wiek geolodzy nie zauwa˝ali jego
wyraênych ograniczeƒ.

W latach szeÊçdziesiàtych, w wyniku

rewolucji w poglàdach na tektonik´ p∏yt,
powstawanie gór wyjaÊniono poziomymi
ruchami wielkich bloków litosfery – re-
latywnie ch∏odnych i kruchych fragmen-

tów skorupy ziemskiej. Zgodnie z tà

koncepcjà wewn´trzna energia

cieplna kszta∏tuje rzeêb´ po-

wierzchni Ziemi poprzez

kompresj´, nagrzewanie

i kruszenie litosfery.

WSPANIA¸A dolina w kanadyjskich Górach
Skalistych powsta∏a w wyniku dzia∏ania lodow-
ca – pot´˝nego czynnika erozji – podczas ostat-
niej epoki lodowcowej.

GruboÊç litosfery jest zmienna: od 100 km
i mniej pod dnem oceanów do 200 km
i wi´cej na kontynentach. Sk∏ada si´ ona
z wielu p∏yt, które przemieszczajà si´
wzgl´dem siebie poruszane przez ciep∏o
p∏ynàce z wn´trza Ziemi. Dzi´ki temu
ruchowi zachodzi wi´kszoÊç zjawisk
i procesów w przyrodzie, takich jak trz´-
sienia Ziemi, powstawanie basenów ocea-
nicznych i ∏aƒcuchów górskich.

Badacze Ziemi nie odrzucili ca∏kowi-

cie teorii, ˝e tektonika p∏yt jest si∏à
kszta∏tujàcà góry, ale w ciàgu ostatnich
dziesi´cioleci doszli do wniosku, ˝e po-
wstawanie gór nie jest wynikiem jedy-
nie procesów tektonicznych. Góry na-
le˝y traktowaç raczej jako koƒcowy
produkt wspó∏dzia∏ania erozji i klimatu,
uzupe∏niajàcych zjawiska tektoniczne,
z którymi sà silnie skorelowane.

Tektonika p∏yt stale jest uwa˝ana za

najwa˝niejszy czynnik odpowiedzialny
za rozmieszczenie ∏aƒcuchów górskich.
Wypi´trzanie gór wyjaÊnia si´ nadal ja-
ko wynik przechodzenia goràcej masy
skalnej z wn´trza Ziemi do górnej cz´-
Êci litosfery. Grubsza i gor´tsza skorupa
ziemska (która jest górnà warstwà lito-
sfery) ulega wynoszeniu, tworzàc góry,
poniewa˝ jako masa skalna mniej g´sta
ni˝ pó∏plastyczna powierzchnia p∏asz-
cza Ziemi, po której p∏ywa, przemiesz-
cza si´ wy˝ej. Tektonika p∏yt bierze
udzia∏ w pogrubianiu skorupy ziem-
skiej zarówno poprzez konwergencj´
zachodzàcà pomi´dzy sàsiednimi p∏y-
tami, jak i wyp∏yw goràcej magmy (sto-
pionych ska∏).

Subdukcja czy kolizja

Konwergencja p∏yt tektonicznych

przebiega w ogólnym zarysie w dwo-
jaki sposób. Pierwszy z nich polega na
tym, ˝e jedna z p∏yt wsuwa si´ pod dru-
gà (proces subdukcji), wnikajàc w
p∏aszcz Ziemi. P∏yta, która le˝y wy˝ej,
staje si´ grubsza. Przyczynà jest kom-
presja oraz systematyczne zwi´kszanie

si´ iloÊci magmy pochodzàcej z topnie-
nia w wysokiej temperaturze wsuwajà-
cej si´ p∏yty. W ten w∏aÊnie sposób po-
wsta∏y pasma górskie otaczajàce Ocean
Spokojny. Obecnie sà one strefami ak-
tywnymi sejsmicznie, tzw. wieƒcem
ognia. Drugi sposób polega na kolizji
p∏yt z obszarami kontynentów, kiedy
˝adna z p∏yt nie wnika w p∏aszcz Zie-
mi. Wówczas ca∏a masa skalna, dodana
na skutek kolizji, bierze udzia∏ w po-
wstawaniu masywów górskich. Kolizja
tego rodzaju przyczyni∏a si´ do stwo-
rzenia takich wspania∏ych zespo∏ów
form jak Wy˝yna Tybetaƒska i Himala-
je, gdzie znajduje si´ 10 najwy˝szych
szczytów Êwiata.

Czynnikiem powstawania gór sà tak-

˝e wyp∏ywy goràcej magmy z wn´trza
Ziemi na powierzchni´, na przyk∏ad
podczas dzia∏alnoÊci wulkanicznej. Naj-
d∏u˝sze ∏aƒcuchy górskie na Ziemi –
grzbiety Êródoceaniczne – sà wynikiem
wyp∏ywów magmy z miejsc, gdzie sà-
siadujàce p∏yty litosfery si´ rozsuwajà,
tworzàc nowà skorup´ pod powierzch-
nià oceanów. ¸aƒcuchy takie biegnà
przez Atlantyk, wschodni Pacyfik oraz
Ocean Indyjski, przypominajàc swym
rysunkiem szwy na pi∏ce do baseballu.
Jeden tylko Grzbiet Ârodkowoatlantyc-
ki ma ponad 15 000 km d∏ugoÊci, wzno-
szàc si´ do 4000 m ponad równiny abi-
salnych g∏´bi dna Atlantyku. Wysoka
temperatura pochodzàca z wyp∏ywu go-
ràcej magmy mo˝e si´ przyczyniç do
wynoszenia du˝ych obszarów równie˝
na làdzie, poniewa˝ zmniejsza ona g´-
stoÊç skorupy ziemskiej, a tym samym
u∏atwia utrzymywanie jej na powierzch-
ni pó∏plastycznego p∏aszcza Ziemi.

Ostatnio pojawi∏a si´ nowa koncepcja

powstawania gór. Uwzgl´dnia ona rol´
zjawisk tektonicznych na równi z proce-
sami klimatycznymi i zwiàza-
nà z nimi erozjà, traktu-
jàc te trzy procesy jako
elementy

tego samego systemu rzeêbotwórczego.
Oparta jest na analizie zwiàzków stale
zachodzàcych pomi´dzy tymi procesa-
mi. Czynniki erozyjne powodujà roz-
drabnianie pod∏o˝a skalnego i usuwanie
ze stoków osadów, które nast´pnie trans-
portujà rzeki. Zró˝nicowanie intensyw-
noÊci dzia∏ania czynników erozji – ru-
chów masowych, pr´dkoÊci wody, wia-
tru oraz aktywnoÊci lodowców – zale˝y
od klimatu danego regionu, nachylenia
stoków oraz rodzaju ska∏ znajdujàcych
si´ na powierzchni lub pod nià.

Klimat w istotny sposób wp∏ywa na

zjawiska erozji. Od jego cech zale˝y Êre-
dnie tempo ubywania materia∏u z kraj-
obrazu. Wzrost wilgotnoÊci w zasadzie
wzmaga tempo erozji, ale wp∏ywa te˝
na bujniejszy rozwój roÊlinnoÊci, która
chroni powierzchni´ przed erozjà. Góry
znajdujàce si´ w wysokich szeroko-
Êciach geograficznych (klimat subpolar-
ny i polarny) w mniejszym stopniu sà
zagro˝one erozjà, cz´Êciowo z powodu
niskiej wilgotnoÊci powietrza. Jedno-
czeÊnie ujemna temperatura stale panu-
jàca za kr´giem polarnym sprawia, ˝e
ska∏y pod∏o˝a sà trwale zamarzni´te i
pokryte làdolodem, który je chroni przed
niszczeniem, jak to si´ dzieje na Gren-
landii i Antarktydzie. Lodowce górskie
natomiast niezwykle intensywnie nisz-
czà ska∏y dolin, którymi sp∏ywajà. Przy-
k∏adem sà doliny w Alpach oraz w Sier-
ra Nevada w Kalifornii. Ten typ lo-
dowców jest prawdopodobnie jednym
z najsilniejszych czynników erozji.

Mo˝na odnaleêç wiele innych przy-

k∏adów wyst´powania powiàzaƒ pomi´-
dzy erozjà, klimatem a rzeêbà terenu.
¸aƒcuchy górskie przyczyniajà si´ do
podnoszenia mas powietrza przemiesz-
czajàcego si´ nad nimi, powodujàc w ten
sposób wzrost opadów na stokach do-

RICHARD SISK

Panoramic Images

wietrznych. Zjawisko to, okreÊlane cz´-
sto jako orograficzne, jest tak˝e odpowie-
dzialne za tzw. cieƒ opadowy, który
przyczynia si´ do powstawania pustyƒ
po zawietrznej stronie wielu ∏aƒcuchów
górskich [zdj´cie na nast´pnej stronie]. Na
tempo erozji wp∏ywa tak˝e wysokoÊç
nad poziomem morza. WartoÊç Êredniej
rocznej temperatury spada wraz z wy-
sokoÊcià. Wy˝sze partie gór w nieznacz-
nym stopniu pokrywa wi´c roÊlinnoÊç
i tym samym sà one bardziej nara˝one
na erozj´ lodowcowà. W klimatach
umiarkowanych tempo erozji jest pro-
porcjonalne do Êredniego nachylenia sto-
ków. Dzia∏anie si∏y grawitacji oraz pro-
cesy zwiàzane ze sp∏ywem wód sà
silniejsze na bardziej stromych stokach.
Wszystkie te czynniki wskazujà, ˝e ka˝-
de pasmo górskie wp∏ywa na swój w∏a-
sny klimat, im wy˝ej – jest on wilgotniej-
szy i zimniejszy, co powoduje inten-
sywniejszà erozj´.

Opisane powy˝ej zwiàzki dobrze ob-

razujà potrzeb´ podejÊcia systemowe-
go do analizy zjawisk zachodzàcych
w ∏aƒcuchach górskich. Aby zrozumieç
funkcjonowanie systemu, niezb´dne jest
poznanie jego elementów oraz ich ko-
relacji. Zwiàzki te majà tak du˝e zna-
czenie, ˝e proste, nieskomplikowane
dane wejÊciowe prowadzà do zadzi-
wiajàco z∏o˝onych wyników. Komplek-
sowoÊç obejmuje sprz´˝enia zwrotne –
stabilizujàcych lub destabilizujàcych
procesów zachodzàcych w systemie. W
prostym przyk∏adzie, opisanym wy˝ej,
wielkoÊcià wynikowà systemu jest
wysokoÊç ∏aƒcucha górskiego, a proce-
sem wejÊciowym – erozja. Wraz z wy-
pi´trzaniem gór tempo erozji roÊnie,

zmniejszajàc tempo wynoszenia
masywu górskiego. Ten rodzaj
sprz´˝enia zwrotnego, który
poprzez hamowanie wzrostu
wartoÊci wyjÊciowej, jakà jest
wysokoÊç gór, zmniejsza war-
toÊç wejÊciowà – erozj´, okre-
Êlamy jako ujemne sprz´˝enie
zwrotne. Dodatnie zaÊ daje
wynik odwrotny – przyspiesza
ka˝dà zmian´ systemu. Powsta-
wanie cienia opadowego jest
przyk∏adem dodatniego sprz´-
˝enia zwrotnego; zahamowana
erozja pozwala ∏aƒcuchom gór-
skim na ich wi´ksze wypi´trza-
nie. Utworzenie wysoko po∏o-

˝onej ponad poziomem morza
Wy˝yny Tybetaƒskiej ma zwià-
zek z cieniem opadowym na
pó∏noc od Himalajów [ramka na
stronach 58 i 59].

Koncepcja sprz´˝eƒ zwrot-

nych jest zasadniczà cz´Êcià
nowego sposobu wyjaÊniania

powstawania gór oraz okreÊlania zwiàz-
ków ich genezy ze zjawiskami global-
nymi. Dotychczas opisano lub sugero-
wano istnienie ró˝nych typów sprz´˝eƒ
zwrotnych. SpoÊród poglàdów wy∏ania-
jàcych si´ na podstawie badaƒ tych
zwiàzków najmniej oczekiwanymi sà
te, które uznajà wp∏yw procesów zacho-
dzàcych na powierzchni Ziemi (takich
jak klimat czy erozja) na procesy tekto-
niczne przebiegajàce g∏´boko pod jej po-
wierzchnià (i na odwrót).

WyjaÊnieniem jest izostazja

Jedno z istotniejszych sprz´˝eƒ zwrot-

nych przejawia si´ w postaci zjawiska
izostazji. Polega ona na zdolnoÊci utrzy-
mywania si´ skorupy ziemskiej na g´st-
szym, pó∏p∏ynnym p∏aszczu ziemskim
zalegajàcym ni˝ej, po którym p∏ywa.
¸aƒcuch górski, jak ka˝da struktura fi-
zyczna, aby utrzymaç si´ w pozycji pio-
nowej, musi byç podpierany. Okazuje

si´, ˝e podpora ta istnieje dzi´ki wspó∏-
dzia∏aniu skorupy ziemskiej i izostazji.
Pod wznoszàcymi si´ w gór´ szczyta-
mi ka˝dego ∏aƒcucha górskiego znajdu-
jà si´ p∏ywajàce „korzenie”, które wni-
kajà w p∏aszcz ziemski. Analogià mogà
byç góry lodowe. Poniewa˝ g´stoÊç lo-
du wynosi oko∏o 90% g´stoÊci wody,
masa góry lodowej widoczna na po-
wierzchni jest równowa˝ona przez dzie-
wi´ciokrotnie wi´kszà mas´ lodu znaj-
dujàcà si´ poni˝ej linii wody. G´stoÊç
skorupy kontynentalnej wynosi oko∏o
80–85% g´stoÊci zalegajàcego ni˝ej
p∏aszcza. Szczyty o wysokoÊci kilku ki-
lometrów utrzymujà si´ w pionie, gdy˝
korzenie skorupy ziemskiej si´gajà dzie-
siàtków kilometrów w g∏àb.

Izostazja jest kluczowym mechani-

zmem, który wià˝e wewn´trznà tekto-
nicznà ewolucj´ gór z ich zewn´trznym
geomorfologicznym rozwojem. Kiedy
procesy erozji usuwajà z powierzchni
zwietrzelin´ skalnà, izostazja powodu-
je wyniesienie masywu górskiego, któ-
ry zast´puje 80% usuni´tej masy skal-
nej. Dêwiganie izostatyczne wyjaÊnia
wiele zjawisk b´dàcych zagadkà, zanim
badacze w pe∏ni docenili rol´ tego ro-
dzaju sprz´˝enia zwrotnego w powsta-
waniu gór.

Przeprowadzane z du˝à dok∏adnoÊcià

pomiary wzd∏u˝ atlantyckiego wybrze-
˝a Stanów Zjednoczonych wykaza∏y na
przyk∏ad, ˝e powierzchnia làdu podno-
si si´ w tempie od kilku milimetrów do
kilku centymetrów w ciàgu stulecia. By-
∏o to zagadkowe zjawisko, poniewa˝ Ap-
palachy le˝à w g∏´bi p∏yty pó∏nocno-
amerykaƒskiej, gdzie nie ma strefy
konwergencji p∏yt odpowiedzialnej za
dêwiganie. W zwiàzku z tym niektórzy
geolodzy przypuszczali, i˝ wyniki ba-
daƒ muszà byç b∏´dne. Stosujàc jednak
wspó∏czesny tok rozumowania, dêwiga-
nie mo˝e byç cz´Êciowo lub ca∏kowicie
zwiàzane z izostatycznym równowa˝e-
niem skutków erozji, szczególnie na wy-
soko po∏o˝onych obszarach górskich

56 Â

WIAT

N

AUKI

Czerwiec 1997

HIMALAJE i WY˚YNA TYBETA¡SKA na zdj´ciu
satelitarnym sà dobrze widocznymi bia∏ymi pasma-
mi na pó∏noc i pó∏nocny wschód od Pó∏wyspu In-
dyjskiego. Pasma ciàgnàce si´ wzd∏u˝ po∏udniowej
granicy pokrytego Êniegiem obszaru to Himalaje.
U∏o˝enie ich Êwiadczy o wielkiej kolizji, która nastà-
pi∏a 50 mln lat temu, kiedy to p∏yta indyjska zde-
rzy∏a si´ z p∏ytà euroazjatyckà.

OROGRAFIA jest przeszkodà na drodze w´drujàcych pràdów powietrza. Przyczynia si´ do
ich wznoszenia oraz wzrostu opadów nad grzbietami i po dowietrznej stronie stoków. W przy-
padku gór po∏o˝onych wzd∏u˝ wybrze˝a, kiedy wiatry przybierajà kierunek od làdu, prze-
ciwnie do kierunku subdukcji, erozja wzmaga si´ na stokach od strony làdu, ods∏aniajàc

THE GEOSPHERE PROJECT/TOM VAN SANT, INC.

LAURIE GRACE; èRÓD¸O: Sean Willet, Christopher Beaumont, Philippe Fullsack,

Geology

, vol. 21, nr 4, IV 1993.

PRZEWA˚AJÑCY KIERUNEK WIATRÓW

PRZEWA˚AJÑCY KIERUNEK WIATRÓW

EROZJA

EROZJA

SUBDUKCJA

SUBDUKCJA

a

b

w Appalachach. Erozja – najwi´ksza
w dnach koryt górskich rzek – ma nie-
zwykle istotne znaczenie, mo˝e bowiem
spowodowaç dêwigni´cie szczytów gór-
skich do wysokoÊci wi´kszej ni˝ ta
sprzed rozpocz´cia procesu. Pomimo
usuwania ze stoków zwietrzeliny i gro-
madzenia si´ jej w dolinach rzek, dêwi-
ganie jest mo˝liwe, poniewa˝ równo-
waga izostatyczna wynosi ca∏y masyw
górski wraz z dolinami i szczytami.

Chocia˝ izostazja podtrzymuje góry

przez miliony lat, krajobrazy pozbawio-
ne tektonicznego dêwigania ostatecznie
poddajà si´ dzia∏aniu erozji. Wiele prac
wskazuje na to, ˝e olbrzymie powierzch-
nie Australii sà przyk∏adem bardzo sta-
rych, zanikajàcych krajobrazów. Obszary,
które przez setki milionów lat nie podle-
ga∏y tektonicznemu dêwiganiu, teraz
znajdujà si´ najwy˝ej kilkaset metrów
nad poziomem morza. Tempo ich wyno-
szenia pozostaje jedynie w zgodzie z izo-
statycznym równowa˝eniem erozji. W
aktywnych tektonicznie górach, Himala-
jach czy Alpach, wyniki pomiarów pod-
noszenia si´ gór odzwierciedlajà skutki
zarówno wynoszàcych si∏ tektonicznych,
jak i izostatycznego dêwigania uwarun-
kowanego tempem erozji. Wspó∏czesne
informacje o tempie wznoszenia gór i ich
niszczenia dajà podstawy do przypusz-
czeƒ, ˝e du˝o wielkich masywów gór-
skich pojawia∏o si´ i znika∏o podczas geo-
logicznej historii Ziemi.

Niezwyk∏e czasy tektoniczne?

Wewn´trzna budowa gór, tak˝e sta-

rych ∏aƒcuchów, które powsta∏y i zosta-
∏y zniszczone w zamierzch∏ych czasach,
pozostawia wiele Êladów w zapisie geo-
logicznym. Sà to pokrywy lawowe, in-
truzje magmy, obecnoÊç ska∏, które swe-
go czasu wy∏oni∏y si´ z g∏´bi Ziemi,
grube warstwy utworów osadowych,
które nagromadzi∏y si´ w obni˝eniach
terenu, a tak˝e skamienia∏oÊci roÊlin ˝y-
jàcych tylko na du˝ych wysokoÊciach.

Analizujàc tego rodzaju przekazy z wie-
lu ró˝nych okresów geologicznych,
naukowcy mogà wyciàgaç wnioski o za-
si´gu gór wyst´pujàcych w przesz∏oÊci,
dostarczajàc w ten sposób informacji na
temat historii rozwoju naszej planety.

Dostrzegajàc relatywnà obfitoÊç utwo-

rów osadowych, aktywnoÊç plutonicz-
nà i inne potencjalne oznaki powstawa-
nia gór, geolodzy dochodzà do wniosku,
˝e ostatnie 40 mln lat cechuje anomalna
fala aktywnoÊci tektonicznej i wypi´trza-
nia gór. Na ten sam czas geologiczny
przypadajà tak˝e znaczne zmiany w kli-
macie Ziemi – wielkie ozi´bienie, które
spowodowa∏o, ˝e obszary Grenlandii czy
Antarktydy, znajdujàce si´ dawniej w kli-
macie umiarkowanym i pokryte roÊlin-
noÊcià, zosta∏y przykryte làdolodami.
Kulminacjà tego och∏odzenia w ciàgu
ostatnich 2 mln lat by∏y lodowce pokry-
wajàce Ameryk´ Pó∏nocnà i Europ´.
W zwiàzku z tymi wydarzeniami istnie-
jà dwie przeciwstawne teorie dotyczàce
powstawania gór i zmian klimatu w cià-
gu ostatnich 40 mln lat: albo wypi´trza-
nie gór przyczynia si´ do zmian klimatu,
albo zmiany klimatu pociàgajà za sobà
wypi´trzanie gór.

Pierwsza z tych dwóch teorii utrzy-

muje, ˝e pot´˝ne i szeroko rozprzestrze-
nione procesy górotwórcze och∏adzajà
Ziemi´ na skutek sprz´˝enia zwrotne-

go pomi´dzy górami a klimatem. Wy-
daje si´ na przyk∏ad, ˝e lodowce sà sa-
mogenerujàce. Te, które ju˝ istniejà, po-
wodujà wzrost w∏asnego wspó∏czyn-
nika odbicia (albedo), obni˝ajàc w ten
sposób temperatur´ powierzchni, co
sprzyja akumulacji lodu. Wypi´trzanie
wielkich masywów górskich, powszech-
ne w ciàgu ostatnich 40 mln lat, mog∏o
si´ przyczyniç do zwi´kszenia po-
wierzchni lodowców górskich, a tym
samym do podniesienia wartoÊci albedo
ca∏ej planety. Znajdujàcy si´ w atmo-
sferze dwutlenek w´gla stanowiç mo˝e
kolejny czynnik sprz´˝enia zwrotnego.
Jedno z wyjaÊnieƒ zak∏ada, ˝e powsta-
wanie gór zmienia ziemskà cyrkulacj´
opadów atmosferycznych, zwi´kszajàc
tempo rozk∏adu ska∏ spowodowanego
rozpuszczaniem i wietrzeniem chemicz-
nym. Zgodnie z tà hipotezà szybsze pro-
cesy wietrzenia usuwajà dwutlenek w´-
gla z atmosfery, zmniejszajàc efekt
cieplarniany, i w ten sposób wp∏ywajà
na och∏odzenie klimatu ziemskiego.

Byç mo˝e, zmiana klimatu , która na-

stàpi∏a w ciàgu ostatnich 40 mln lat by∏a
znaczna i niezale˝na. Wed∏ug tej teorii
zmiany klimatu dostarczajà geologicz-
nych dowodów, dotychczas interpreto-
wanych b∏´dnie jako przyspieszone po-
wstawanie gór. Wielu klimatologów
uwa˝a, ˝e to w´drówka kontynentów
spowodowa∏a och∏odzenie klimatu
ziemskiego, zmieni∏a rozk∏ad po-
wierzchni mórz i kontynentów w sto-
sunku do szerokoÊci geograficznych,
a tak˝e uk∏ad pràdów morskich – g∏ów-
nego mechanizmu ziemskiego utrzy-
mujàcego równowag´ bilansu cieplnego
pomi´dzy równikiem a biegunami
[patrz: Wallace S. Broecker, „Chaotycz-
ny klimat”; Âwiat Nauki, styczeƒ 1996].

W jaki sposób zmiana klimatu mog∏a

wp∏ywaç na powstawanie gór? Poprzez
izostatyczne wznoszenie. Zgodnie z tà
interpretacjà globalne och∏odzenie wzma-
ga zjawiska erozji w górach, a szczególnie
w dnach dolin rzecznych i lodowcowych.
Wp∏ywa wi´c na wynoszenie szczytów

Â

WIAT

N

AUKI

Czerwiec 1997 57

najg∏´bsze i najbardziej zmienione ska∏y tego obszaru (a). Je˝eli kierunek wiatru jest zgodny
z kierunkiem subdukcji, erozja ods∏ania ska∏y wybrze˝a, ca∏kowicie eksponujàc na powierz-
chni le˝àce g∏´biej starsze ska∏y (b). W tym przypadku zbocza od strony làdu znajdujà si´ w su-
chym „cieniu opadowym” jak pustynia le˝àca na wschód od Sierra Nevada (na zdj´ciu).

WZNOSZENIE IZOSTATYCZNE jest wynikiem zdolnoÊci utrzymywania si´ góry na
bardziej g´stym, pó∏p∏ynnym p∏aszczu (na rysunku niewidoczny), po którego powierz-
chni „p∏ywa”. Erozja prowadzi do wypi´trzania skorupy ziemskiej, nacisk znacznych mas
osadów akumulowanych u podnó˝a powoduje zaÊ obni˝anie.

EROZJA

LAURIE GRACE

GERALD FRENCH

Panoramic Images

górskich w zwiàzku z zachowaniem izo-
statycznej równowagi.

Niejasny zwiàzek przyczynowo-skut-

kowy pomi´dzy klimatem a powstawa-
niem gór og∏oszono jako geologiczny
paradoks, rywalizujàcy ze znanym pro-
blemem „jajo czy kura”. Trudna do jed-
noznacznego okreÊlenia przyczynowoÊç
jest powszechna w przypadku sprz´˝eƒ
zwrotnych. Geolodzy mogà wi´c nie
wiedzieç, co zainicjowa∏o zmiany kli-
matu i rzeêby w ciàgu przesz∏ych
40 mln lat, rozumiejà jednak, ˝e ró˝ne
rodzaje sprz´˝eƒ zwrotnych pot´gujà
te zmiany, a tektonika, klimat oraz pro-
cesy erozji musia∏y wspó∏dzia∏aç przy
tworzeniu geologicznych dowodów od-
najdowanych dzisiaj.

Si∏a erozji

Poznanie wielu rodzajów sprz´˝eƒ

zwrotnych w systemie powstawania gór
wyjaÊnia, ˝e erozja nie tylko kszta∏tuje
górskà rzeêb´, ale ma tak˝e wp∏yw na
procesy tektoniczne zachodzàce g∏´bo-
ko w skorupie ziemskiej. Podstawowym
czynnikiem ograniczajàcym wypi´trza-
nie gór jest si∏a grawitacji. W zwiàzku
z tym erozja, zmniejszajàc ci´˝ar ∏aƒcu-
cha górskiego, istotnie przyspiesza tek-
toniczne procesy zachodzàce pod ∏aƒ-
cuchami górskimi. Z tego wzgl´du
procesy erozyjne mogà byç uwa˝ane za
„zasysajàce” skorup´ ziemskà do góry,
do postaci ∏aƒcuchów górskich. Tym

sposobem erozja wyraênie oddzia∏uje
na ska∏y oraz deformacje skorupy ziem-
skiej w górach i pod nimi.

Rodzaje ska∏ na powierzchni gór sà

w pewnym stopniu determinowane kli-
matem regionu oraz tempem i typem
erozji. Erozja wp∏ywa zarówno na rzeê-
b´ terenu, jak i na sk∏ad oraz struktur´
gór. Metamorfizm ska∏ (zmiany zacho-
dzàce na skutek ciÊnienia i temperatury)
oraz tworzenie wielu minera∏ów ska∏o-
twórczych sà zale˝ne od zmian ciÊnienia
i temperatury wraz z g∏´bokoÊcià. Po-
zornie ma∏o znaczàce lokalne cechy kli-
matu oraz zwiàzane z nim czynniki ero-
zji, takie jak pr´dkoÊç wiatru, wywo∏ane
niewielkimi ró˝nicami szerokoÊci geo-
graficznych, mogà powa˝nie wp∏ynàç
na zmiany termiczne Êrodowiska wie-
trzenia, a tym samym rodzaj ska∏ osa-
dowych powstajàcych w czasie istnie-
nia i ewolucji ∏aƒcucha górskiego.

Modele komputerowe pozwoli∏y w

ostatnich latach przeanalizowaç wp∏yw
przewa˝ajàcego kierunku wiatrów oraz
rzeêby terenu na rozmieszczenie zró˝ni-
cowanych stref ska∏ metamorficznych
w ∏aƒcuchach górskich. W przypadku
gór powsta∏ych w strefach subdukcji
kierunek wiatru zgodny z kierunkiem
zachodzàcej subdukcji przyczynia si´
do zwi´kszenia opadu atmosferycznego
po morskiej stronie gór, to jest od stro-
ny p∏yty podlegajàcej subdukcji. Prze-
obra˝anie i ods∏anianie ska∏ znajdujà-
cych si´ pod powierzchnià skorupy jest

wówczas szybsze. Z drugiej strony, je-
˝eli kierunek przewa˝ajàcych wiatrów
jest przeciwny do kierunku subdukcji,
wzmo˝ona erozja zachodzi po tej stronie
gór, która jest zwrócona w stron´ làdu.
W tym przypadku ods∏anianie ska∏
g∏´binowych jest ograniczone do we-
wn´trznej, làdowej cz´Êci masywu.

Badanie zniszczonych rdzeni wielu

starych ∏aƒcuchów górskich wykaza∏o,
˝e Êlady zwiàzku pomi´dzy rzeêbà i kie-
runkiem wiatrów pozostajà wyraêne
w rozk∏adzie ska∏, które powsta∏y
wzd∏u˝ ∏aƒcucha górskiego w wyniku
erozji zale˝nej od klimatu. Âlady te mo-
gà przetrwaç nawet 2 mld lat po usta-
niu tektonicznej aktywnoÊci gór.

Trzy etapy rozwoju

Coraz wi´ksza liczba dowodów na

wypi´trzanie tektoniczne oraz dzia∏anie
erozji w podobnym tempie i skali czaso-
wej sk∏oni∏a wielu naukowców do uzna-
nia, ˝e pewne ∏aƒcuchy górskie osiàgn´-
∏y ustabilizowany stan rzeêby. W takiej
sytuacji wielkoÊç, a tak˝e charakter rzeê-
by masywu górskiego mogà pozostaç
trwa∏e przez setki tysi´cy i miliony lat,
zmieniajàc si´ niewiele lub wcale, ponie-
wa˝ tempo erozji jest zgodne z tempem
izostatycznego wynoszenia.

Z obecnie istniejàcych masywów gór-

skich na Ziemi niewiele mo˝na zaliczyç
do takich, które uzyska∏y stan równowa-
gi, wiele jednak osiàgn´∏o taki stan w pew-

58 Â

WIAT

N

AUKI

Czerwiec 1997

Himalaje i Appalachy

H

imalaje i Appalachy nale˝à do najwspanialszych ziemskich ∏aƒ-
cuchów górskich. Oba powsta∏y na skutek kolizji p∏yt litosfery,

ale sà tak ró˝ne, jak ró˝ne mogà byç ∏aƒcuchy górskie. Porównanie
tych dwóch pasm górskich jest dobrà ilustracjà zasad nowego, uj´-
tego w sposób systemowy, poglàdu na powstawanie gór.

Rozciàgajàce si´ na pó∏noc od Pó∏wyspu Indyjskiego i na po∏udnie

od Tybetu pasmo Himalajów o d∏ugoÊci 2500 km jest królem ∏aƒcu-
chów górskich. Znajdujà si´ tam najwy˝sze szczyty Êwiata, z Mount
Everestem osiàgajàcym 8848 m n.p.m. Himalaje i le˝àca na pó∏noc
od nich w po∏udniowo-zachodnich Chinach Wy˝yna Tybetaƒska ma-
jà najwi´kszà na Êwiecie górskà mas´ skalnà. Masyw ten jest praw-
dopodobnie najwy˝szy i najwi´kszy, jaki istnia∏ na Ziemi w ciàgu
ostatniego miliarda lat. JednoczeÊnie p∏askowy˝ Tybetu móg∏by spra-
wiaç wra˝enie nisko po∏o˝onej pustynnej równiny, gdyby nie trudno-
Êci z oddychaniem spowodowane wysokoÊcià. Wy˝yna Tybetaƒska
to najwi´kszy jednolity obszar na kuli ziemskiej po∏o˝ony powy˝ej
5000 m n.p.m.; jego rozmiary mo˝na przyrównaç do po∏owy po-
wierzchni Stanów Zjednoczonych.

Rzeêba tych terenów, bardzo urozmaicona i groêna, powsta∏a w cià-

gu ostatnich 50 mln lat w wyniku kolizji p∏yt indyjskiej i euroazjatyckiej.
Proces ten rozpoczà∏ zgniatanie tych p∏yt i przyczyni∏ si´ do powsta-
nia wielkich uskoków w skorupie ziemskiej, wpychajàcych p∏yt´ in-
dyjskà pod po∏udniowà cz´Êç p∏yty euroazjatyckiej. Przed kolizjà pó∏-
wysep przesuwa∏ si´ w kierunku pó∏nocnym od 15 do 20 cm rocznie,
po niej zaÊ oko∏o 5 cm. Spowolnienie tego ruchu nie zdumiewa tak bar-

dzo jak fakt, ˝e przez ostatnie 40–50 mln lat p∏yta ciàgle wciska si´
w po∏udniowà kraw´dê p∏yty euroazjatyckiej ze sta∏à pr´dkoÊcià oko-
∏o 5 cm rocznie. Szacuje si´, ˝e pó∏wysep przesunà∏ si´ na pó∏noc
o 2000 km. GruboÊç skorupy ziemskiej w tym rejonie podwoi∏a si´, a to
spowodowa∏o wypi´trzenie Himalajów i Wy˝yny Tybetaƒskiej. Napór
na powstajàce Himalaje przesunà∏ tak˝e na wschód i po∏udniowy
wschód ogromne powierzchnie Indochin i wschodnich Chin.

Budowa Himalajów i Wy˝yny Tybetaƒskiej obrazuje wiele zasad

sprz´˝enia zwrotnego w procesie powstawania gór. Wynoszenie p∏a-

APPALACHY i HIMALAJE powsta∏y dzi´ki tym samym procesom
geologicznym, ale w odst´pie mniej wi´cej 250 mln lat. Erozja trwajà-
ca znacznie d∏u˝ej w Appalachach (z lewej) nada∏a tym górom mniej

CLYDE H. SMITH

Peter Arnold, Inc.

nym okresie historii swego rozwoju. Od
swojego powstania ∏aƒcuchy górskie prze-
chodzà trzy wyraêne etapy rozwoju. Etap
pierwszy – wypi´trzania – rozpoczyna si´
w momencie konwergencji p∏yt litosfery,
co powoduje pogrubienie skorupy ziem-
skiej i uwypuklenie rzeêby terenu. Pod-
czas tego etapu tempo dêwigania prze-
wy˝sza tempo erozji. Jednak˝e wraz ze
zwi´kszaniem wysokoÊci gór erozja jest
coraz gwa∏towniejsza. W zale˝noÊci od
rozmiarów ∏aƒcucha górskiego oraz cech
lokalnego klimatu dêwiganie mo˝e trwaç
do czasu, gdy erozja lub wynoszàce si∏y
skorupy ziemskiej ograniczà dalsze wy-
pi´trzanie. Rozpoczyna si´ wtedy drugi
etap rozwoju gór – etap równowagi. Trwa
on dopóty, dopóki tempo wynoszenia gór
oraz tempo niszczenia ich pozostajà takie

same. Kiedy dêwiganie staje si´ wolniej-
sze i zaczyna dominowaç erozja, rozpo-
czyna si´ ostatni etap rozwoju gór. Po-
wolnemu i d∏ugotrwa∏emu niszczeniu
podlegajà wszystkie górskie szczyty.
Przedstawiony cykl mogà zak∏óciç zda-
rzenia tektoniczne lub czynniki klimatycz-
ne, a tak˝e sprz´˝enia zwrotne zachodzà-
ce mi´dzy nimi a erozjà.

Wydaje si´, ˝e nowy model obrazu-

jàcy ewolucj´ ∏aƒcuchów górskich b´-
dzie w takim samym stopniu rewolu-
cyjny jak trzy dekady temu tektonika
p∏yt – kierunek wyjaÊniajàcy rozmiesz-
czenie trz´sieƒ ziemi, zjawisk wulka-
nicznych, wyst´powanie skamienia∏o-
Êci oraz ró˝nych rodzajów ska∏ i
minera∏ów. Nowe podejÊcie do genezy
gór podobnie wyjaÊnia, w jaki sposób

si∏y tektoniki, cechy klimatu ziemskiego
oraz rzeêba terenu wspó∏dzia∏ajà w two-
rzeniu jednego z najwspanialszych kra-
jobrazów Ziemi. Model ten równie˝ wy-
jaÊnia zjawiska, które od dawna fascy-
nowa∏y geologów. Symulacje kompu-
terowe uwzgl´dniajàce wiele zasadni-
czych prawid∏owoÊci bardzo dobrze ob-
razujà wyniki wspó∏dzia∏ania z∏o˝onej
tektoniki gór, zmiennoÊci klimatycznej
oraz innych uwarunkowaƒ geologicz-
nych. Dalsze prace przyczynià si´ do
lepszego poznania, w jaki sposób wspa-
nia∏e górskie ∏aƒcuchy powstajà, ewo-
luujà i zanikajà, a tak˝e jakie majà zna-
czenie w kszta∏towaniu klimatu i tek-
toniki naszej planety.

T∏umaczy∏a

Anna O∏dak

Â

WIAT

N

AUKI

Czerwiec 1997 59

skowy˝u, oko∏o 8 mln lat temu, w widoczny sposób zmieni∏o klimat.
Monsuny, czyli sezonowe wiatry niosàce du˝e opady w po∏udniowej
Azji, przybra∏y na sile. Deszcze wzmog∏y zaÊ erozj´ w Himalajach, któ-
ra w rzece Indus i rzekach sp∏ywajàcych do Zatoki Bengalskiej zwi´k-
szy∏a zawartoÊç zawiesiny a˝ 13-krotnie. Monsuny przyczyni∏y si´
bez wàtpienia do wydêwigni´cia Himalajów, wi´ksza erozja w tym
regionie wyzwoli∏a równowa˝àcà reakcj´ izostazji (zdolnoÊci utrzy-
mywania cia∏ na powierzchni). W tym samym czasie po∏o˝ona po
pó∏nocnej stronie ∏aƒcucha gór Wy˝yna Tybetaƒska podlega∏a znacz-

nie mniejszym zmianom, poniewa˝ znajduje si´ w cieniu opadowym
Himalajów, a wi´ksze rzeki nie wytworzy∏y sobie t´dy dróg odp∏ywu.

Wspó∏czeÊnie Appalachy sà mniej efektowne ni˝ Himalaje, jednak

oba pasma powsta∏y w wyniku dzia∏ania takich samych sprz´˝eƒ
zwrotnych. Zasadniczà ró˝nicà jest wiek. Himalaje liczà sobie oko∏o
50 mln lat, podczas gdy g∏ówne wypi´trzenie Appalachów wystàpi∏o
250–350 mln lat temu.

Z punktu widzenia aktywnoÊci procesów geologicznych wschodnie

wybrze˝e Ameryki Pó∏nocnej jest obecnie spokojnà cz´Êcià kontynen-
tu. Jednak˝e przez 200 mln lat by∏o to aktywne miejsce powstawania gór.
Setki milionów lat wczeÊniej p∏yta znajdujàca si´ pod ówczesnym Oce-
anem Atlantyckim ulega∏a subdukcji pod wschodnie wybrze˝e Amery-
ki Pó∏nocnej. Podczas stopniowego znikania prawdopodobnie trzy mniej-
sze masy làdowe (∏uki wysp podobnych do dzisiejszych wysp japoƒskich)
uderzy∏y w p∏yt´ kontynentu.

Proces powstawania gór nasili∏ si´ jednak póêniej, gdy nastàpi∏a koli-

zja p∏yty afrykaƒskiej i amerykaƒskiej. Powsta∏y wówczas pierwotne Ap-
palachy, których szerokoÊç wynosi∏a prawdopodobnie od 250 do 350 km,
a Êrednia wysokoÊç 3500–4500 m. Jedno z opracowaƒ naukowych do-
wodzi, ˝e procesy erozyjne dzia∏ajàce przez 270 mln lat usun´∏y z po-
wierzchni Appalachów materia∏ skalny o mià˝szoÊci 4500–7500 m.
(Fakt ten nie oznacza, ˝e góry by∏y od 4500 do 7500 m wy˝sze; wy-
pi´trzanie izostatyczne, o którym by∏a ju˝ mowa, stopniowo dêwiga∏o
∏aƒcuch, odpowiadajàc na erozj´). Przesz∏o 200 mln lat temu, kiedy
Ameryka Pó∏nocna zacz´∏a odsuwaç si´ od Afryki i powstawa∏ Ocean
Atlantycki, drugorz´dne wydarzenia geologiczne mog∏y pociàgaç za
sobà mniejsze wypi´trzenia, ale erozja nadal by∏a g∏ównym czynnikiem
kszta∏tujàcym ten ∏aƒcuch górski.

ostre kszta∏ty ni˝ w Himalajach (z prawej), stale wypi´trzanych przez
silne procesy tektoniczne. Himalaje prawdopodobnie sà najwy˝szym
masywem, jaki powsta∏ na Ziemi w ciàgu ostatniego miliarda lat.

GALEN ROWELL

Mountain Light

Informacja o autorach

NICHOLAS PINTER i MARK T. BRANDON rozpo-

cz´li wspó∏prac´ w Yale University w ramach nowo

wy∏aniajàcej si´ dyscypliny – czynnej tektoniki – kie-

runku k∏adàcego nacisk na zwiàzki zachodzàce po-

mi´dzy procesami tektonicznym a rzeêbà terenu. Pin-

ter po uzyskaniu stopnia doktora odby∏ tam sta˝

naukowy, obecnie zaÊ jest profesorem w Southern Il-

linois University w Carbondale. Jego badania koncen-

trujà si´ na rzeêbie obszarów podlegajàcych zmianom

tektonicznym, szczególnie w strefach wyst´powania

uskoków zagro˝onych trz´sieniami ziemi. Brandon

zajmuje si´ tektonikà i geologià strukturalnà jako

profesor w Yale University. Jego badania, prowadzo-

ne w stanie Waszyngton, na Kamczatce i na Nowej

Zelandii, obejmujà analiz´ zwiàzków pomi´dzy wzno-

szeniem tektonicznym a erozjà w strefach subdukcji

i kolizji, które prowadzà do powstawania gór.

Literatura uzupe∏niajàca

WN¢TRZE ZIEMI KSZTA¸TUJE JEJ POWIERZCHNI¢

. Czachowski L., Teisseyre R.; Wiedza Po-

wszechna, Warszawa 1981.

LANDFORM DEVELOPMENT BY TECTONICS AND DENUDATION

. T. Yoshikawa, w: Themes in

Geomorphology. Red. A. Pitty. Croom Helm, 1985.

TEKTONIKA A FORMY KRAJOBRAZU

. Ollier C. Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa

1987.

EROSIONAL CONTROL OF ACTIVE COMPRESSIONAL OROGENS

. C. Beaumont, P. Fullsack i J. Ha-

milton, w: Thrust Tectonics. Red. K. R. McClay. Chapman and Hall, 1992.

„LONG-TERM” LAND SURFACE PROCESSES: EROSION, TECTONICS AND CLIMATE HISTORY IN MOUN-

TAIN BELTS

. B. L. Isaacs, w: TERRA-1: Understanding the Terrestrial Environment: The

Role of Earth Observations from Space. Red. P. M. Mather. Taylor and Francis, 1992.

TECTONIC FORCING OF LATE CENOZOIC CLIMATE

. R. E. Raymo, W. F. Ruddiman, Nature, vol.

359, nr 6391, ss. 117-122, 10 IX 1992.

HOW FLAT IS TIBET?

E. Fielding, B. Isacks, M. Barazangi i C. Duncan, Geology, vol. 22,

nr 2, ss. 163-167, II 1994.

MEGAGEOMORPHOLOGY

. E. A. Keller i N. Pinter, w: Active Tectonics: Earthquakes, Uplift

and Landscape. Prentice Hall, 1996.