Ruchy lądotwórcze. Izostazja.

Powierzchnia skorupy ziemskiej podlega nieustannym przeobrażeniom, których tempo jest różne i zależy od tego, pod wpływem jakich procesów i zjawisk zachodzi. Największą skalę osiągają orogenezy (ruchy górotwórcze), które polegają na fałdowaniu i wypiętrzaniu mas skalnych. Efekty tych ruchów można obserwować praktycznie na każdym kontynencie. Ruchom tym towarzyszą zwykle trzęsienia ziemi. Istnieją również ruchy zaznaczające się jedynie niewielkimi i zwykle powolnymi przemieszczeniami pionowymi lub (rzadziej) poziomymi. Ich przebieg, poza tektoniką płyt litosfery, determinują także inne czynniki -zarówno endogeniczne, jak i egzogeniczne. Czułym wskaźnikiem aktywności ruchów pionowych są zmiany linii brzegowej. Obniżenie jakiegoś fragmentu skorupy ziemskiej prowadzi do rozszerzenia zasięgu morza (transgresji). Natomiast ruchy wznoszące charakteryzują się ograniczeniem wymiarów i głębokości akwenów morskich - zwłaszcza przybrzeżnych. Zjawisko te nazywa się „regresją morza”. Należy jednak mieć świadomość, że transgresje i regresje morskie mogą być spowodowane także zmianą objętości wody zmagazynowanej we Wszechoceanie, czego przykładem może być cykliczne zjawisko w plejstocenie, polegające na wielokrotnym uwięzieniu ogromnych ilości wody w formie lądolodów. Wymiernych danych o szybkości zarówno przemieszczeń pionowych, jak i poziomych dostarczają lądowe i satelitarne pomiary geodezyjne. Ruchy pionowe nie powodują zwykle większych deformacji tektonicznych, czyli nie mają tak naprawdę wpływu na wewnętrzną strukturę skorupy ziemskiej. Najczęściej powstają tylko łagodne fałdy oraz uskoki. Ruchy izostatyczne mogą nawet generować trzęsienia ziemi, jak np. wstrząsy w Rosji i w Polsce 21 września 2004 r.

        Najbardziej wyraziste ruchy pionowe można zaobserwować na terenach leżących w zasięgu ostatniego zlodowacenia. Obszary północnej Kanady i Półwyspu Skandynawskiego podniosły się w ciągu ostatnich kilkunastu tysięcy lat o kilkaset metrów, o czym świadczą stare terasy brzegowe, a także dawne osady rybackie, które teraz położone są w głębi lądu. Do podobnych wniosków prowadzi analiza budowy wielu atoli koralowych na Pacyfiku. Koralowce mogą się rozwijać jedynie w płytkich, dobrze przewietrzanych i naświetlonych wodach. Natrafienie na rafę koralową o grubości kilkuset metrów jednoznacznie dowodzi, że obszar ulegał stopniowemu obniżaniu, gdyż koralowce giną na głębokościach przekraczających kilkadziesiąt metrów. Nawet w literaturze można spotkać liczne przykłady opisujące, świadczące o zmianach linii brzegowej w czasach historycznych, a najbardziej znanymi z nich są te, pochodzące z basenu Morza Śródziemnego. Jednym ze słynnych przykładów wpływu transgresji i regresji na tereny przybrzeżne są kolumny Świątyni Serapisa pod Neapolem, które zostały wzniesione ok. 100 lat p.n.e. Świątynia ta została wybudowana nad brzegiem morza. Wraz z czasem poziom ląd obniżył się (lub też poziom morza się podniósł – w każdym razie dało to identyczny skutek) i kolumny świątyni zostały zatopione w wodzie. Małże żyjące w tamtych wodach (skałotocze) wydrążyły w tych kolumnach otwory, które teraz, po ponownym podniesieniu się lądu (lub jak kto woli - obniżeniu poziomu wody), są doskonałym dowodem na to, że ruchy pionowe ziemi następowały w tamtym obszarze.

        Długotrwałe i powolne pionowe ruchy płyt litosfery (lub ich fragmentów), nie wywołu-jące znacznych deformacji skorupy ziemskiej, nazywane są ruchami lądotwórczymi (epejrogenicznymi). Pod tym pojęciem kryją się zarówno ruchy wznoszące o rzeczywiście lądotwórczym oddziaływaniu, jak też obniżające, które prowadzą do dokładnie odwrotnych skutków. Głównymi przyczynami występowania ruchów lądotwórczych są: przemieszczanie się magmy w podłożu litosfery, zmiany stanu skupienia materii na granicy astenosfery i litosfery, zmiany objętości podłoża kontynentów uwarunkowane głównie temperaturą oraz poziome naciski - takie same, jak odpowiedzialne za tektonikę płyt litosfery. Ruchy obniżające stwierdzono m.in. na wybrzeżu Holandii i Zatoki Gdańskiej w Polsce, zaś ruchy wznoszące na wybrzeżu Morza Śródziemnego w okolicach Neapolu i w Mombasie na wybrzeżu Oceanu Indyjskiego.

Rys.1. Schemat ilustrujący działanie prawa wyporności;
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/3/3a/Buoyancy.jpg
Dostęp 16 listopada 2007

        Natomiast izostazja jako stan równowagi między skorupą ziemską a płaszczem Ziemi, jest kolejnym podstawowym pojęciem pomagającym zrozumieć naturę ruchów sko rupy ziemskiej. Ruchy izostatyczne polegają na dążeniu do osiągnięcia równowagi przez płyty "pływające" na plastycznym materiale astenosfery i są kontrolowane przez nic innego jak siła wyporności której podstawowe założenia sformułował Archimedes, który jak mówi legenda po wejściu do wanny i doznaniu olśnienia wybiegł nago na ulicę krzycząc „Eureka!”.
Istnieją trzy różne modele zasad, które są używane do opisywania ruchów izostatycznych:

-Model Airy-Heiskanena – gdzie różnice wysokości topograficznych są determinowane przez różnice w grubości skorupy ziemskiej,
-Model Pratt-Hayforda – gdzie róznice wysokości topograficznych uzyskiwane są poprzez lateralne zmiany w gęstości skał,
-Model Veining Meinesza – gdzie skorupa ziemska zachowuje się jak elastyczny talerz i rozkłada topograficzny ładunek na szerszy region

        Izostazja jest przyczyną ruchów epejrogenicznych, będących reakcją na obciążanie i odciążanie powierzchni skorupy. Obciążenie może być spowodowane rozwojem zlodowacenia kontynentalnego lub sedymentacją grubych serii skał osadowych w strefie płytkomorskiej. W miarę gromadzenia się lodu lub osadów płyta stopniowo staje się coraz cięższa i powoli zanurza się w astenosferze. Odciążenie może natomiast być wywołane topnieniem lodowca lub erozją skał i prowadzi do stopniowego wynurzania się płyty. Ruch ten utrzymuje się bardzo długo po ustąpieniu czynnika, który go wywołał, np. podnoszenie tarczy bałtyckiej (fennoskandzkiej) trwa nieustannie do dziś, mimo że lądolód ustąpił ponad 10 tysięcy lat temu. Wyraźne ruchy pozytywne spowodowane wycofaniem się lodu obserwuje się obecnie w Skandynawii, Ameryce Północnej, na Wyspach Brytyjskich i Grenlandii. W przeszłości miały one z pewnością większy zasięg, o czym świadczą terasy morskie i inne formy strefy przybrzeżnej wysoko wzniesione ponad dzisiejszymi wybrzeżami.

Ryc. 2. Izostatyczne podniesienie się Skandynawii po ustąpieniu ostatniego zlodowacenia (P Czubla, E. Papińska „Geografia fizyczna.”; Warszawa 2005. Wydawnictwo Szkolne PWN); str. 116

        Szczególny przypadkiem jest kontynent antarktyczny, na którym do dziś utrzymuje się lądolód o grubości dochodzącej nawet do prawie 4 tysięcy metrów. Tak duże obciążenie spowodowało obniżenie się Antarktydy na około 200-300 metrów. Wartość tę najłatwiej określić w kontekście głębokości, na której znajduje się szelf. Normalnie sięga on do około 200 metrów poniżej poziomu morza. Wokół Antarktydy stwierdzono jego występowanie na głębokości aż 400 do 500 metrów.
           
           W obrębie skorupy ziemskiej istnieją fragmenty niezwykle stabilne, które nie podlegają żadnym ruchom oprócz ruchów epejrogenicznych. Obszary takie nazywane są obszarami anorogenicznymi. Współcześnie uważa się jednak, że stabilność ta jest tylko przejściowa i jeśli pod skorupą ziemską zaczną działać odpowiednie siły, to dziś anorogeniczne obszary mogą stać się bardzo aktywne tektonicznie.

        Pionowe ruchy litosfery przyczyniły się do powstania grubych serii skał osadowych wykorzystywanych obecnie gospodarczo. Dobrym przykładem są złoża węgla kamiennego i brunatnego, które bez zaistnienia ruchów obniżających mogłyby osiągnąć miąższość co najwyżej kilku metrów. To samo dotyczy niektórych wapieni i innych skał. Współczesne ruchy obniżające wpływają najczęściej negatywnie na gospodarkę, gdyż powodują zalewanie obszarów nadbrzeżnych. Dla zapobieżenia utraty gruntów niezbędne jest podejmowanie kosztownych zabiegów odwadniających - włącznie z budową wałów ziemnych i odpom-powywaniem nadmiaru wody. Prace takie prowadzone są na wielką skalę w Holandii i w mniejszym wymiarze na Żuławach w Polsce.

        Ruchy wznoszące uniosły blisko powierzchni złoża surowców utworzone i leżące pier-wotnie na dużej głębokości. Przy udziale erozji złoża te zostały odsłonięte i stały się dostępne dla człowieka. Pozytywne skutki przynosi także wynurzanie dna morskiego, co rozszerza obszar stojący do dyspozycji ludności, do zamieszkania. Jednocześnie jednak utrudniony staje się dostęp do portów, co w wielu przypadkach zmusza do pogłębiania torów wodnych, a nawet przekopywania kanałów.

        Epejrogeneza i izostazja to procesy bardzo powolne, ale to one w znacznym stopniu rządzą przemieszczaniem się materii skorupy ziemskiej. Mimo tego, że blok kontynentalny wydaje się być stabilnym i niezmiennym, to tak naprawdę znajduje się on w stanie permanentnej nierównowagi z pozostałymi, co prowadzi do ciągłych jego ruchów pionowych, aby osiągnąć stan równowagi. Dlatego procesy te były, są i będą zjawiskiem aktualnym, choć w codziennym życiu tak niezauważalnym.

BIBLIOGRAFIA:

• P Czubla, E. Papińska „Geografia fizyczna.”; Warszawa 2005. Wydawnictwo Szkolne PWN

• W. Mizerski „Historia naturalna: Geologia.”; Warszawa 1995. Wydawnictwo MUZA SA

• Watts, A.B. (2001) "Isostasy and Flexure of the Lithosphere" Cambridge University Press; fragment (http://www.earth.ox.ac.uk/~tony/watts/downloads/chap1_part.pdf dostęp 16.11.2007)

         STRONY INTERNETOWE:

• http://en.wikipedia.org/wiki/Isostasy (tłumaczenie własne) dostęp 17.11.2007

• http://en.wikipedia.org/wiki/Plate_tectonics (tłumaczenie własne) dostęp 17.11.2007