GEOLOGIA

Pytania w formie tzw. multitestu (0, 1, 2 lub wszystkie odpowiedzi poprawne lub złe; należy skreślić wszystkie złe i zostawić prawidłową) i pytań otwartych.

LITERATURA:

„Historia Ziemi” Steven M. Stanley, Wydawnictwo Naukowe PWN, 2002 (9-10 pierwszych rozdziałów !!!)

„Słownik geologii dynamicznej” W. Jaroszewski, I Marks & A. Radowski, Wydawnictwo Geologiczne, 1985

INTERNET:

www.geology.com

www.usgs.com

POWSTANIE ZIEMI

Powstanie Ziemi związane jest z powstaniem Układu Słonecznego, gdyż powstały mniej więcej w tym samym czasie. Ziemia jest tego samego czasu co spadające meteoryty, a wszystkie one mają ten sam zbliżony wiek (od 4,5 do 4,568 ± 0,003 Ga¹), co wiemy z badań metodą izotopową. Na czym ona polega?

Niektóre izotopy się rozpadają i czynią to wg stałej prędkości. To tzw. prędkość połowicznego rozpadu (prędkość, po której z izotopu zostanie tylko jego połowa). Na samym początku mierzymy wyjściową ilość izotopu, a następnie tę, która pozostała i za pomocą równania możemy dowiedzieć się, jaki jest czas rozpadu, czyli wiek danego izotopu, które zawierają meteoryty. Takie badania (tzw. radiometryczne) jednak nie są wolne od błędów, gdyż nic nie jesteśmy w stanie zmierzyć idealnie prócz rzeczy policzalnych, a izotopy (miliony poruszających się z olbrzymią prędkością atomów) do nich nie należą. Kiedyś błędy wynosiły 5-10% (ok. 60 mln lat), dziś wynoszą mniej niż 1% (ok. 3 mln lat). By wyeliminować jak największą ilość błędów, ilość izotopu liczy się do 200 razy, a następnie oblicza ich średnią i w ten sposób otrzymuje średni wiek.

Wiek Ziemi najłatwiej można by rozpoznać wyszukawszy najstarszej skały. Skała taka została odnaleziona na Grenlandii i liczy sobie 4,0 Ga. Jak to więc możliwe, że najstarsza skała ma zaledwie 4,0 mld lat, a Ziemia 4,5 mld lat? Wynika to z tego, że Ziemia to planeta dynamiczna. Skały, które na niej występują rozpadają się w zależności od temperatury. Przy schłodzeniu następuje system atomowy, który jest swoistym „zegarem”, odmierzającym wiek danej skały, który jesteśmy w stanie zbadać. Gdy jednak po schłodzeniu temp. znowu wzrośnie i ponownie spadnie, owe liczenie „zegara” zaczyna się od nowa. Nie ma takiej skały, która nie przechodziłaby tego procesu, który zachodzi także na powierzchni Ziemi w wyniku wietrzenia. Istnieją jednak na Ziemi pojedyncze minerały, które występują w młodszych od siebie samych skałach. To np. cyrkon, który jest bardzo, bardzo trwały. Będąc niegdyś w jakiejś skale przetrwał on, gdy sama skała stopiła się i później stał się częścią kolejnej skały itd. Cyrkon taki znajduje się w Australii i liczy sobie 4,2 Ga.

Najlepsze dla badań wieku Ziemi są te meteoryty, które niedawno spadły na naszą planetę, bo są prawie wcale nienaruszone i nie uległy żadnych przeobrażeniom, które mogłyby utrudniać określenie ich wieku.

Jak stare są pierwiastki, z których składa się Ziemi? Skoro Ziemia się z nich składa, to są od niej starsze, czy powstały razem z nią? Są różne koncepcje na ten temat. Niektóre pierwiastki powstają w dniu dzisiejszym, np. w wyniku rozpadu innych pierwiastków, ale zdecydowana większość z nich jest jednak starsza niż Ziemia. Dlaczego? W następstwie tzw. Wielkiego Wybuchu (The Bing Bang Theory) powstawały pierwiastki coraz to cięższe. Powstające Słońce składało się początkowo z wodoru i helu. Wraz z upływem czasu wodór przeobrażał się w hel, hel w węgiel, węgiel w tlen…, a gdy powstanie żelazo nastąpi wielka eksplozja, określana mianem supernowej (gwiazda wybucha). Wszystko to zależy od wielkości danej gwiazdy – im większa, tym więcej czasu do eksplozji. Słońce ma dziś ok. 4,5 mld lat i drugie tyle zostało mu do jego wybuchu. Wspomniana eksplozja wytwarza taką ilość energii, że energia Słońca od początku jego istnienia to zaledwie jej bardzo malutka cząstka. Energia ta wyzwala powstawanie pierwiastków cięższych od żelaza, a więc wszystkie inne, jakie znamy. Nie trudno dojść więc do stwierdzenia, że pierwiastki, z których m.in. składa się nasza Ziemia, to nic innego jak „śmieci eksplozji gwiazd”.

BUDOWA ZIEMI

Pojawienie się na Ziemi skorupy ziemskiej równoznaczne jest z pojawieniem się na niej skał i to wszystko miało miejsce 4,5 mld lat temu.

Ziemia składa się praktycznie z trzech części: jądra, płaszcza i skorupy ziemskiej.

Jądro – stanowi ok. 1/3 część wnętrza Ziemi. Jądro wewnętrzne jest ciałem stałym, a zewnętrze bardzo gęstą materią ciekłą. Składa się z żelaza i niklu. Skąd to wiemy? Żelazo jest ostatnim pierwiastkiem, który nie potrzebuje energii – to pierwiastek finalny, powstały przy wybuchu supernowej. Spadające meteoryty z kolei także składają się z żelaza i dodatkowo zawierają nikiel.

Skąd wiemy na jakiej głębokości znajduje się jądro? Prowadzi się badania eksperymentalne, ale nie w samym wnętrzu Ziemi, gdyż najgłębsze wiercenie dokonano na głębokość zaledwie (a promień Ziemi to ). Wiemy to dzięki falom

wytwarzanym podczas ruchów sejsmicznych – fale w pewnym momencie przestają się rozprzestrzeniać, gdyż docierają do tzw. granicy fazowej, która jest granicą między materią w różnych stanach skupienia.

Płaszcz – ma budowę powłokowa, która wcale nie jest taka jasna. Wyższa powłoka jest ciałem stałym i plastycznym, a dolna gęstą materią ciekłą. Dziś wiemy też, że materie te przemieszczają się nawzajem (kilka mm w ciągu kilku tysięcy lat). Odkrywcą tego był geofizyk polskiego pochodzenia Adam Dziewoński, nagrodzony Nagrodą Crafoorda (porównywaną do Nobla, którego nie przyznaje się naukom geograficznym).

Skorupa ziemska – nie jest do końca równoznaczna z pojęciem litosfery, gdyż tak naprawdę skorupa ziemska sama w sobie jest jedynie częścią litosfery (wraz z górną częścią płaszcza ziemskiego).

Skorupa den oceanicznych i skorupa kontynentalna nie są sobie równe, co ukazały badania pod koniec lat 70. Powierzchnia ziemi jest bowiem na ogół spłaszczona, a powierzchnia den oceanicznych przypomina powierzchnię jakby poprzecinaną ostrzem noża. Ma to związek z tym, że procesy zachodzące pod wodą są inne od tych, które mają miejsce na lądzie (gdzie np. erozja wypłaszcza). Dna oceaniczne mają też totalnie inną budowę geologiczną.

SKORUPA KONTYNENTALNA

SKORUPA OCEANICZNA

- jest bardzo stara (mające najwięcej znaczenia części są wieku ponad 2 mld lat), - jest grubsza od oceanicznej (25-), - jej szerokość nie jest równomierna (najcieńsza w Europie, 24-kilometrowa w okolicach dolnego Renu), - im starsze skały ją tworzą, tym jest grubsza, - powstała przez magmatyzm, ale inny niż w przypadku skorupy oceanicznej (subdukcja), - posiada skomplikowaną strukturę i powstanie, - ma różnorodny skład: dolna część zbliża się do bazaltów, ale w sumie średnia zawartość skorupy to skład andezytowy, choć andezytów nie ma tak w ogóle. Najczęściej występuje granit i gnejs.

- jest bardzo młoda (liczy ok. 220-230 tys. lat), - jest cieńsza od kontynentalnej (7-), - przeważnie jest takiej samej szerokości, choć są nieliczne zgrubienia, - tworzy się poprzez procesy magmowe – pękająca skorupa oceaniczna uwalnia materię płaszcza ziemskiego, która zastyga i wypełnia pęknięcie skorupy; dzieje się tak na granicach płyt oceanu, - jej górna część składa się z bazaltów (gabry), - jest bardzo ważna, ponieważ mówi nam wiele o płaszczu ziemi, gdyż jest jego pochodną (powstaje z jego materii). Jak? Podczas pękania skorupa uwalnia materię płaszcza ziemskiego, która jest płynna (gęsta) i stopniowo zastyga, a stając się ciałem stałym tworzą się kryształki. Niektóre pierwiastki preferują stan stały, dlatego podczas zastygania będzie ich więcej niż innych, z którymi występują. Tak jest w przypadku tej materii. Jej skład ciągle się zmienia, bo niektóre pierwiastki lubią stan stały (przechodzą do skorupy), a inne zostają w płynie (materii płaszcza).

Brzegi kontynentalne:

1. pasywne – nie zachodzi żadna interakcja między skorupą oceaniczną i kontynentalną (brak subdukcji),

2. aktywne – skorupa oceaniczna podchodzi pod kontynentalną (subdukcja).

Jak określać wiek tych skorup?

Wieki skorup oceanicznych są na mapach oznaczane wg kolorów okresów, w których powstały. Np. Atlantyk jest dość symetryczny, jeśli chodzi o jego budowę, a jego północna część formować się zaczęła w kredzie.

Oceany otwierają się do pewnego czasu, a następnie części najstarsze (najbardziej odległe od rowu) kruszą się na tyle, na ile są wciąż plastyczne i zapadają w głąb.

Tempo odsuwania się oceanów to od 0 do 10 cm na rok. Owe odsuwania powodują, że kontynenty także się od siebie odsuwają. Maksymalne ruchy kontynentów osiągnęły szybkość ponad 20 cm na rok – to Indie, nacierające na Himalaje. Pewne rzeczy możemy zmierzyć, ale pewne nie, bo nie ma stałego punktu odniesienia, który byłby nieruchomy i z którego coś by się mierzyło (na Ziemi wszystko się porusza). Dopiero satelity mogły uwiecznić owe ruchy – wszystko przesuwa się w prawo (na wschód), Europa szybciej od obu Ameryk (Północna z kolei szybciej niż Południowa o ok. 1 cm/rok).

Najstarsza skorupa kontynentalna jest na Australii i Grenlandii, a najmłodsze w Kordylierach, Andach, w strefie dawnych ruchów orogenezy alpejskiej czy na wschodniej Syberii.

Jak jednak określać wiek tych skał?

W średniowieczu wierzono, że to Bóg stworzył wszystko w 7 dni, a ci, którzy próbowali pytać o więcej byli paleni. Dopiero w XVI wieku zaczęto badać to na szersza skalę. Nicolaus Steno (Stensen) na dworze we Florencji oglądał skały osadowe i napisał książkę, w której stwierdził, że skały twarde kiedyś były miękkie (np. piaskowiec kiedyś był piaskiem). Na podstawie swoich obserwacji stworzył trzy zasady:

1. superpozycji – warstwy leżące wyżej są młodsze od tych, na których leżą,

2. pierwotnej horyzontalności – początkowo wszystkie warstwy powstawały poziomo, dopiero potem się fałdowały,

3. ciągłości obocznej – warstwy były ciągłe, nie tworzyły się jedna obok drugiej takiej samej, a przedzielone były czymś innym. To była jedna warstwa, a to, co je ostatecznie przecięło jest od tej warstwy młodsze.

Do lat 80.-90. XIX wieku myślano, że Ziemia jest całkiem młoda (kilka tys. lat). Lord Kelwin chciał obliczyć wiek Ziemi za pomocą przypuszczenia: gdyby Ziemia na samym początku była jak lawa, to ile czasu musiałoby minąć, by wystygła? Otrzymał wynik 30-40 tys. lat, więc o wiele większy, niż dotychczas funkcjonował i to wywołało olbrzymi szok. Zaledwie 100 lat później znów zaczęły pojawiać się głosy, że Ziemia musi być jednak jeszcze starsza. Przełom nastąpił za sprawą Marii Skłodowskiej-Curie, która odkryła, że procesy rozpadu trwają niekiedy miliony lat, więc Ziemia też ma nie tysiące, a miliony lat! Dopiero w latach 50. XX wieku (za pomocą pierwszych spektrometrów masowych, które liczyły atomy) wykazano, że wiek Ziemi to w rzeczywistości MILIARDY lat albo i więcej.

Te „prześciganie się” w formułowaniu prawdopodobnego wieku Ziemi nosi nazwę tzw. „dating game”.

Skąd wiadomo kiedy zaczął się i kiedy skończył się np. dewon? Czas jest bowiem jedną z najbardziej trudnych rzeczy do określenia. Można go mierzyć na dwa główne sposoby, czyli poprzez:

1. datowanie bezwzględne – wyróżniamy tu:

• geochronologię – mierzenie czasu odbywa się na zasadzie połowicznego rozkładu izotopów i uzyskujemy wiek w mln latach, ale zawsze obarczone jest to jakimś błędem. Im większy bowiem czas, tym większe prawdopodobieństwo popełnienia błędu w jego określaniu. Dziś zakres błędu to mniej niż 1%.

• geochronometrię – także mierzymy czas w latach, ale metodą, która pozwala nam raczej na określenie zakresu trwania, a nie konkretnie początku i końca. To np. określanie wieku drzew na podstawie ściętego pnia i słoi czy jezior na podstawie ilości osadów (jedna laminowana warstwa osadu- tzw. warwa – odpowiada 1 rokowi). Tą metodą możemy określić zakres wiekowy w przybliżeniu nawet do 1 roku.

1. datowanie względne – wyróżniamy tu:

   • biostratygrafię – od niej w ogóle rozpoczęło się określanie wieku. W 1815 r. William Smith podczas kopania rowów melioracyjnych zauważył, że w różnych miejscach i w różnych skałach (ale zawsze pochodzenia osadowego) występują te same skamieniałości (amonity). W ten sposób zaczęto określać czas za pomocą konkretnych gatunków występujących w krótkim okresie Ziemi.

Następnie nastały czasy, kiedy zaczęto obie te metody ze sobą korelować, co jednak okazało się trudne, ponieważ minerały, których wiek można mierzyć metodą bezwzględną występują jedynie w skałach magmowych lub metamorficznych, a nie w osadowych, które są podstawą metody względnej (istnieje jedynie jeden taki minerał, który wpasowuje się w ramy metody względnej jak i bezwzględnej). Umówiono się wiec, że jeden każdy kolejny okres rozpoczyna się w momencie pojawienia się na Ziemi konkretnego gatunku.

TEKTONIKA PŁYT

Skorupa ziemska składa się z kilkunastu odrębnych płyt, a nasza wiedza o nich rozwinęła się w latach 70. Wcześniej nie mieliśmy pojęcia o tym, co dzieje się w głębi oceanów. Najpierw pojawiały się różne hipotezy dotyczące teorii tektoniki płyt, a już w l. 90. nikt temu nie zaprzeczał.

Jak powstała mapa z naniesionymi płytami? Alfred Wegener, który zajmował się strefami polarnymi, w 1912 roku powiedział coś, co trudno mu było poprzeć argumentami – zauważył, że zarysy kontynentów do siebie pasują i gdyby je wszystkie połączyć, to byłyby niczym puzzle. Doszedł więc do wniosku, że niegdyś wszystkie kontynenty tworzyły jeden wielki, który potem się rozpadł. Wówczas dysponowano danymi geologicznymi z okresu triasu, które ukazywały, że triasowa fauna i flora (tu zwłaszcza rośliny paprociowe glossopteris) występowała na każdym z dzisiejszych kontynentów, i choć pyłki roślin mogły być przenoszone przez wiatr, to w pojedynkę się nie rozmnażały i niemożliwe jest, by zwierzęta także przedostawały się przez morza i oceany na inne lądy. Świat jednak nie do końca wierzył stwierdzeniu Wegnera, gdyż nie można było nijak uzasadnić tego, że kontynenty w ogóle są w stanie się poruszać. Przekonano się o tym dopiero po ok. 80 latach.

Dziś istnieje kilkanaście płyt, a granice między nimi biegną albo po strefach subdukcji albo po ryftach. Zbudowane SA zaś albo z samych płyt oceanicznych (jak np. płyta pacyficzna) lub zarówno z części płyt oceanicznych i kontynentalnych. Zdarza się, że płyty się kruszą i w ten sposób powstają odłamki zwane terrnarami.

Płyty tektoniczne: euroazjatycka, australijska, filipińska, północnoamerykańska, pacyficzna, Juan de Fuca, kokosowa, Nazca, karaibska, południowoamerykańska, Scotia, antarktyczna, afrykańska, arabska, indyjska.

Wszystkie płyty wykonują jakiś ruch, robią się większe lub mniejsze i kierują się ku wschodowi (kilka cm w ciągu roku). Niektóre płyty powodują pogrążanie lub podnoszenie się pewnych terenów. Np. delty rzek pogrążają się, gdyż to tam rzeki magazynują swój osad, z kolei Skandynawia podnosi się (nawet do w ciągu roku) powodu topnienia lodowców.

Płyty powstają w tzw. ryftingu (rozsuwania kontynentów) lub poprzez ich pękanie. Następuje to w wyniku ruchów materii płaszcza ziemskiego i jej napór od dołu. Kierując się ku górze (niewiadomo dlaczego wykonuje ten ruch), materia ulega topnieniu, a jej objętość zwiększa się i następuje pękanie kontynentów.

KOLIZJE PŁYT (KOMPRESJE)

To ruchy rzędu kliku cm:

2. konwergencja – płyty na siebie nacierają,

3. dywergencja – płyty się od siebie rozsuwają.

Istnieją 3 sytuacje kolizji płyt:

• koliduje skorupa kontynentalna z kontynentalną – efektem takich kolizji są góry, które powstają właśnie tylko na skutek kolizji dwóch płyt kontynentalnych. Co się wtedy dzieje? To zależy od samego zderzenia i tego, czy skorupy tylko się po sobie otrą czy dojdzie do subdukcji. Sama subdukcja jest możliwa tylko do pewnego momentu., gdyż subdukującej skorupie nie wystarczy sił na ciągłe subdukowanie. Gdy do tego doszło, to skorupa, pod którą subdukuje inna musi mieć siłę unosić się ku górze. W ten sposób nasuwająca się od góry płyta utworzyła na powierzchni Ziemi „stos” o wysokości równej swojej grubości. (ok. 60 km). Następnie podlega on erozji, która z czasem zniszczy cały „stos” i w ten sposób na powierzchni znów ukarze się fragment płyty, która dotychczas subdukowała. Tak też oto na powierzchni znajdują się skały, które powstają wcześniej w głębi Ziemi (granity, gnejsy itp.).

Kiedy jedna skorupa nasuwa się na drugą, wtedy już wcześniej tworzy się pewne załamanie (obniżenie), tzw. zapadlisko.

• koliduje skorupa oceaniczna z kontynentalną – najczęściej to oceaniczna sudbukuje pod kontynentalną. Dlaczego nie na odwrót? Bo oceaniczna jest cięższa, a kontynentalna lżejsza (lżejsza wypiera się ku górze). MA na to wpływ też wiek skorupy oceanicznej – tak, gdzie zachodzi do subdukcji są najstarsze fragmenty, posiadające osady o pewnej wadze, które dodatkowo obciążają skorupę oceaniczną. Poza tym tworzą się załamania trochę wcześniej niż w miejscu subdukcji. Osady nawarstwiają się, tworząc niesamowitą miąższość także obciążającą skorupę oceaniczną. Dzieje się to wszystko na tyle szybko, że subdukująca, stara i zimna skorupa oceaniczna nawet nie zdąży się nagrzać, gdy wciska się pod bardzo gorącą skorupę kontynentalną, gdyż ma niesamowitą prędkość. Rozgrzewa się dopiero na znacznej głębokości i tam rozpuszcza.

Jak więc tworzą się na miejscach kolizji wulkany? Niegdyś myślano, że skorupa oceaniczna topi się od razu po wciśnięciu się pod kontynentalną i jej płynna materia tworzy wulkany. Tak naprawdę jednak wnętrze wulkanu to nie stopiona skorupa oceaniczna, tylko stopiony płaszcz ziemski. Topi się on bowiem przy zetknięciu z tą starą i zimną skorupą oceaniczną. Wszystko to podbudza dodatkowo morska woda, wchłonięta wraz ze skorupą – to ona kontrakcie z płaszczem obniża jego temperaturę topnienia, płaszcz się topi, płynna materia jest lżejsza i kieruje się w górę i właśnie tak tworzą się wulkany. Skorupa oceaniczna zawiera jednak bazalty i gabro, płaszcz ziemski także tworzą bazalty, więc jak to możliwe, że z wulkanów wypływają andezyty? Dlatego, że bazaltowa materia stopionego płaszcza idąc ku górze wzbogaca się w większą ilość krzemionki ze skorupy kontynentalnej i bazalt (skała zasadowa) przekształca się w andezyt (skała kwaśna).

• koliduje skorupa oceaniczna z oceaniczną – dlaczego jedna skorupa oceaniczna wchodzi pod drugą? Dlatego, że gdzieś przy brzegu oceanu najstarsze fragmenty skorupy pękają i jeden z kawałków subdukuje. Im starsze fragmenty, tym łatwiej podatne na pękanie, gdyż młodsze wciąż jeszcze się ciągną. Sytuacje takie mają miejsce np. w Japonii. Tam też powstają wyspy wulkaniczne, zbudowane ze skał zasadowych, gdyż nigdzie nie ma możliwości wzbogacić się w krzemionkę, która występuje w skorupie kontynentalnej, a nie oceanicznej.

Dzisiejsza subdukcja to nie ta sama, to kiedyś – wtedy cała skorupa była cieplejsza i zaraz do subdukcji warstwa wciskająca się topiła się szybciej i nie tworzyły się wulkany andezytowi, tylko bazaltowe. Poza tym strefy kolizyjne generują trzęsienia Ziemi.

Gdzie występują strefy wulkaniczne: na wschodnim wybrzeżu obu Ameryk, na Islandii, w południowej Europie, na Półwyspie Somalijskim, w Indonezji i Malezji, Japonii, na Oceanii, a także na wielu miejscach na wszystkich oceanach. To wszystko są jednak wulkany powierzchniowe, a powstają również oceaniczne, gdyż tam ryft też się rozsuwa i powstają wulkany.

Dzisiejszy wulkanizm europejski jest pochodną tworzenia się Alp, ale rzadko kiedy wulkany występują wewnątrz kontynentu, poza bliską bliskością miejsca kolizji. Jak więc powstały? Podczas powstawania Alp wytworzyła się taka siła, która spowodowała mniejsze pęknięcia wewnątrz skorupy.

Istnieje jednak jeszcze coś, po powoduje powstanie wulkanów, a nie jest w ogóle związane z miejscami pęknięć skorup. To zw. „gorące punkty” (hot spots). Niektóre z nich są ulokowane blisko granic skorup, a niektóre zupełnie gdzieś indziej.

Czym są te „gorące punkty”? To obszary, gdzie pod ciśnieniem wydobywa się ciepło w pionowym strumieniu. Jest ono intensywne i przemieszcza się ku górze, gdzie ulega zmniejszeniu ciśnienia, a materia płaszcza topi się, oddając własne ciepło na zewnątrz (także ku górze). Naturą tych punktów jest to, że mają one swoją stałą pozycję (do ok. 50 mln lat) i choć skorupy ponad nimi się przesuwają, one pozostają niezmienne i tworzą w ten sposób łańcuchy wulkanów. Dzięki datowaniu skał powstałych w tak wulkanów można obliczyć tempo przesuwania się skorup. Przykładem powstałych tak łańcuchów wulkanicznych są np. Hawaje. Wraz z przesuwaniem się skorup wulkany powstałe najwcześniej subdukują w pewnych miejscach (hawajskie pod Kamczatkę). Samym Hawajom też to grozi lub zatopienie. Jest jednak coś, co trzyma Hawaje na powierzchni – rafy koralowe. Teren się pogrąża w oceanie, a rafy nie potrafią przetrwać na głębokości, dlatego za każdym obniżeniem „dorastają” do powierzchni. W tzw. punkcie Darwina koralowce przestają rosnąć i tworzyć rafy, gdyż nie są już w stanie tego robić i obumierają.

Gdzie zlokalizowane są „gorące punkty”: Yellowstone, Islandia, Galapagos, Wyspy Kanaryjskie, środek Sahary etc.

Jak długo działają: nie dłużej niż 100 mln lat (najstarszy „gorący punkt” to hawajski).

Jak powstają atole?

Atole to okręgi rafy koralowej. Jak powstają? Przez zatopienie wulkanów. Najpierw rafa rośnie, otaczając wyspę wulkaniczną, a gdy wulkan się obniża, rafy próbują nie dotrzeć do punktu Darwina, dlatego chcą dorosnąć do powierzchni i udaje im się to. Wulkan wciąż się zanurza, a rafowa otoczka pozostaje na powierzchni, tworząc atole.

TEKTONIKA

W Kanionie Kolorado można obejrzeć piękny przykład poziomej warstwowości skał osadowych. Często jednak warstwy te ulegają deformacji. Wyróżniamy dwa rodzaje deformacji:

1. deformacje ciągłe (fałdowania) – są „odpowiedzią” warstw na nacisk dwustronny; może dotyczyć nie tylko skał osadowych, ale także magmowych czy metamorficznych,

2. deformacje nieciągłe (uskoki) – skały pękają pod naciskiem

• przesuwcze – dwa kawałki litosfery przesuwają się w stosunku do siebie nawzajem, będąc tzw. skrzydłem

• zrzutowe (normalne) – skrzydła przemieszczają się w pionie (skrzydło wiszące i zrzucone). Owe opadanie i unoszenie spowodowane jest rozciąganiem płyt (tensja). Uskok ten może sprawić, że w wierceniach można nie dotrzeć do pewnych warstw.

• zrzutowe (odwrócone) – związane ze ściskaniem (kompresją). Uskok ten może powodować, że w wierceniach niektóre warstwy mogą się powtarzać.

• nasunięcia (płaszczowiny) – jedna warstwa nasuwa się na drugą, a w wyniku wietrzenia niektóre jej części zostają usunięte (pustki w środku to tzw. okna tektoniczne, a pozostałości w postaci takich „placków” to czapki tektoniczne).

W Polsce rowy tektoniczne biegną poprzecznie od Krakowa czy w Kudowie.

Uskoki transformacyjne

Nie są one ani uskokami przesuwczymi ani zrzutowymi. Jak powstają? Dotyczą one tylko granicz między skorupami oceanicznymi, które się rozjeżdżają i z wyglądu przypominają nacięcia nożem w poprzek granic. Jak powstają? Gdy otwiera się ocean, powstaje granica owego otwierania na pewnej długości segmentu i tylko na jego szerokości tworzą się nowe warstwy, a starsze przesuwają ku brzegom – inne, poza tym segmentem, pozostają bez zmian. Każdy segment rozsuwa się osobno. Uskoki transformacyjne mają swój punkt początku i to je odróżnia od uskoków przesuwczych i zrzutowych. Ich nazwa pochodzi od tego, że – patrząc na ich ruch – przenoszą (transformują) kawałki granicy.

Amerykanin Wilson w latach 70. dostrzegł pewną prawidłowość Ziemi na przestrzeni 2 mld lat. Gdy pęka kontynent, tworzy się ocean, który wraz z biegiem lat staje się coraz szerszy, by w końcu jego starsze brzegi się kruszyły i ulegały subdukcji pod skorupę kontynentalną. Jest to tzw. cykl Wilsona. Ruchy skorup to średnio zaledwie kilka cm w ciągu roku, ale było jedno duże odstępstwo w przeciągu ostatnich 2 mld lat – ruch Indii w kierunku Azji. Indie pierwotnie znajdowały się na półkuli południowej, a dotarły do Azji w ciągu 71 mln lat, więc szły z prędkością do 26 cm w ciągu roku (!), a następnie uległy subdukcji i w ten sposób powstały Himalaje (stosunek erozji i wypiętrzania się Himalai to 1:1).

DAWNE (SUPER)KONTYNENTY

Skąd wiadomo, że jakiś dzisiejszy kontynent na półkuli północnej znajdował się kiedyś na półkuli południowej? Zdarza się bowiem, że maleńki kawałek skorupy oceanicznej z okresu syluru znajduje się w skorupie kontynentalnej na północy, a odkryto go na południu. Wtedy powstają domysły, że kontynent ten musiał kiedyś też być na południu. Ale jak to udowodnić? Przez:

1. badania paleomagnetyczne – kiedyś pole magnetyczne było odwrotnie niż dziś i sprawiało ono, że kryształy minerałów z domieszką żelaza ustawiały się zgodnie z tym polem w konkretnym kierunku (pod warunkiem, że powstała już skała nie została ponownie podgrzana, bo wtedy minerały na nowo się magnetyzują, a wtedy już pole mogło być ciut gdzie indziej). Gdy dziś wytniemy kawałek skały zawierającej takie minerały, to za pomocą urządzenia i kierunku tych minerałów możemy określić, że kiedyś biegun był tu (to tu są skierowane minerały), potem tu, tu i tu i miało to miejsce w takich i takich okresach (to też wiemy, badając wiek skał). W ten sposób też możemy określić szerokość geograficzną (tylko szerokość), na jakiej znajdowały się te minerały wcześniej, a wraz z nimi kontynenty, na których owe minerały powstały. Tak więc wiemy, gdzie kiedyś dany kontynent czy jego część się znajdowała wcześniej, ale nie wiemy, czy położony był bardziej za wschodzie czy na zachodzie;

2. wiek minerałów – dzięki minerałom można datować skały, ale tez pojedyncze minerały. Jeśli wiadomo, że pewien minerał znajdował się w jednym konkretnym miejscu, ale znaleziono go w zupełnie innym, to znak, że musiał tu jakoś dotrzeć, ale jak? To tworzy tezę, że kiedyś te dwa kontynenty, na których są te minerały musiały być blisko siebie lub były jednością, ale się podzieliły. Pomaga w tym także fauna, która występuje (lub występowała w przeszłości) tylko na jednym i drugim kontynencie, a która nie miała możliwości dostać się na inny ląd żadną drogą, ale jednak występuje i tu i tu. Gdy więc pomocna nas jest w tym fauna, mówimy wówczas o biogeografii.

Istnieją domysły, że za ok. 250 mln lat na świecie znów powstanie jeden superkontynent, ale teza ta powstała na podstawie założeń, że obecny dryft będzie wciąż taki sam (np. Australia ciągle będzie się przesuwać na północ itp.), ale nie ma podstaw, że tak rzeczywiście będzie. Wiadomo jednak, że wcześniej czy później jeden superkontynent powstanie (kontynenty składają się z małych elementów, które tworzą całe kontynenty, więc jeśli mówimy o kontynencie z uwzględnieniem tych elementów, to wtedy używamy nazwy terrany). Najbardziej możliwe jest, że w przyszłości zachodni fragment Antarktydy odpadnie od niej, a ona sama będzie kierować się w górę, a Ocean Indyjski w ten sposób zamknie się w dużej części. Ten mający powstać kontynent nie ma oczywiście jeszcze swojej nazwy. Tak samo dzisiejsza Europa czy Afryka nie zawsze miały taka nazwę, kiedyś znajdowały się w zupełnie innych miejscach i były częścią zupełnie czegoś innego. Tworzyły kontynenty, których dziś już nie ma, ale których nazw wciąż używa się w paleontologii.

Ok. 2 mld lat temu istniał na świecie jeden superkontynent. Skąd to wiadomo? Gdyż coś, co było na jednym kontynencie jest (lub było) kontynuowane na wszystkich innych, a to mówi nam, że kiedyś musiały być one wszystkie połączone. Ten kontynent to RODINIA i znajdował się na południu. Na podstawie skał bazaltowych wiemy z kolei, że pierwsze jej pękanie nastąpiło 1,4 mld lat temu, a drugie 750 mln lat temu i w ich wyniku wyodrębniły się trzy części (LAURENTIA, SIBERIA, BALTICA) i pozostała resztka Rodinii, która już nosiła jednak inną nazwę: GONDWANA. Wszystkie te cztery części wciąż znajdowały się na południu. Laurencja to pierwotna Ameryka Północna, Siberia to pierwotna Syberia, a Baltica to pierwotna Skandynawia. Tym samym powstały też oceany: Laurencję i Gondwanę rozdzielał IAPETUS, a Siberię i Balticę MORZE TORNQUISTA.

W późnym ordowiku od Gondwany odrywają się jej brzegi i powstaje mikrokontynent o nazwie AVALONIA. W wyniku kolizji Avalonii i Balticii powstaje namiastka dzisiejszej Europy. Ocean między tym nowopowstałym tworem i Gondwana nosił nazwę RHEIC. Pod koniec syluru nastąpiła kolizja Laurenii, Avalonii i Baltici oraz niebezpośrednio Syberii i tak wytworzył się kaledoński łańcuch górski (góry Kaledonidy) i tym samym zamknął się Iapetus, a połączone Laurazja oraz Baltica i Avalonia utworzyły EURAMERIKĘ. Ona z kolei w dewonie zderzyła się z pradawną częścią Afryki i skutkiem tego było zamknięcie się znajdującego się między nimi oceanu Rheic, a to z kolei spowodowało kolejny orogen, tzw. orogen waryscyński (hercyński) w karbonie, w wyniku którego powstały Waryscydy (Hercynidy), a wśród nich m.in. Sudety oraz ich przedpole.

W permie otwiera się nowy ocean, we wschodniej części Azji, tzw. PALEOTETYDA. Gdy ocean ten zmniejszył się, nosił nazwę OCEANU TETYDY, a resztę wód określało się mianem PANTALASSIA. Wtedy także na świecie istniał superkontynent - PANGEA, która w jurze środkowej łamie się i powstaje wówczas Północny Atlantyk i Karaiby.

Na początku kredy Ocean Tetydy powiększa się, a od gondwańskiej części Pangei odrywają się współczesne Indie i kierują się na północ. Tym samym otwiera się Południowy Atlantyk i Ocean Indyjski. Ocean Tetydy zamyka się, gdy Indie docierają do Azji i wówczas powstaje kolejny orogen zwany orogenem alpejskim, w wyniku którego powstają Alpy i Himalaje.

EUROPA

We wschodniej części naszego kontynentu występuje tzw. Wschodnia Platforma Europejska, która ma inną skorupę od części zachodniej. Różnica polega na grubości (część zachodnia to ok. , a wschodnia to ok. 40-) oraz tym, że skorupa wschodnia jest chłodniejsza, a zachodnia cieplejsza (efektem tego jest występowanie różnych uzdrowisk na zachodzie Europy, czyli na cieplejszej skorupie, co wynika z tamtejszej aktywności postwulkanicznej). Część wschodnią i zachodnią rozdziela linia Tesseyre'a i Tornquista (biegnie ona skosem przez nasz kraj), a po obu jej stronach leży strefa Tesseyre'a i Tornquista, czyli zgrubienie skorup przy ich granicy na szerokości ok. .

Europa powstała z połączenia Laurezji (Szkocja + kawałek Norwegii), Gondwany (na zachód od linii T.-T.) i Baltici (na wschód od linii T.-T.). Nasz kraj więc leży po połowie na Gondwanie i Balticii, ale są pewne kwestie sporne. Otóż po zachodniej stronie znajdują się Łysogóry, Masyw Górnego Śląska czy Małopolska, co do których nie ma pewności, czy należą do Gondwany czy nawet do Balticii. Skąd ta niepewność? Stąd, że w Łysogórach odkryto trylobity, występujące także w Amazonii, a więc w kompletnie innej części świata, a Małopolska charakteryzuje się też odmienną fauną, która wskazuje na to, że był tam zupełnie inny klimat niż na reszcie lądu.

Aby rozwiązać ten problem, sięgnięto po minerały (konkretnie po najtrwalsze cyrkony) i zbadano ich wiek, by przekonać się, czy jest taki sam czy inny. W piaskowcach Małopolski, Górnego Śląska i Łysogór oraz wschodniej Europy odkryto cyrkony zupełnie innego wieku - jedynie Łysogóry miały najmniej najmniejszą różnorodność, gdyż były minerały zaledwie z 3 skali czasowych. Okazało się, że cyrkony w Małopolsce odpowiadają tym w Amazonii (tak jak wspomniane wcześniej trylobity), więc wysnuto tezę, że Małopolska kiedyś była małym okruchem między Balticą i Gondwaną (tuż przy współczesnej Ameryce Południowej), a następnie przesunęła się ku Gondwanie. Tak oto ta część ma pochodzenie gondwańskie, choć wcześniej znajdowała się bliżej Baltici.

DLACZEGO UMIERAJĄ RAFY KORALOWE?

Rafy koralowe to budowle organiczne, największe (obok ludzkich miast) i oprócz nich widoczne z kosmosu. Powstają na szelfach (czyli do głębokości 120-, bo o tyle obniżył się poziom morza po ostatnim zlodowaceniu), gdzie gromadzi się piasek, mogą tworzyć atole. Największa rafa znajduje się na szelfie australijskim, który jest bardzo płytki (ok. ), a na jego brzegu występuje ok. 2 tys. raf, które tworzą jakby barierę wokół Australii. Rafy powstają w wodach ciepłych, a więc na Pacyfiku i Karaibach, przy wybrzeżu Afryki. Są przywiązane do pewnej strefy, ale jeszcze bardziej do temperatury, która nie może być niższa niż . Tempo ich wzrostu mierzy się w milimetrach na rok.

Do połowy lat 90. sądzono, że rafy występują wyłącznie w wodach płytkich i ciepłych, ale znajdowano też takie, które rosły głębiej (, , ) wokół Norwegii i Anglii. To rafy, które występują jedynie punktowo, a ich zróżnicowanie gatunkowe jest bardzo niewielkie (przykładem może być Lophelia Petrusa), a z kolei w wodach płytkich na głębokości może występować kilkaset gatunków koralowców.

Rafy koralowe nazywa się też „lasami tropikalnymi oceanów”, ”oazami na pustyni” czy „podwodnymi ogrodami”, ale najbardziej pasuje do nich to drugie określenie, gdyż zadziwiającą cechą koralowców jest to, że żyją one tam, gdzie jest najmniejsza ilość planktonu, a więc największa sterylność wód. Takie wody zaś nie mają niemal żadnych składników odżywczych, więc nie powinno tam występować życie, a jednak koralowce tam żyją. Jak to możliwe? Rafy zabija fosfor i azot, w które są bogate składniki odżywcze, dlatego występują tam, gdzie ich nie ma. W badaniach próbowano sztucznie wprowadzić plankton do wód, w których występują rafy i wówczas na koralowcach zaczynało rosnąc mnóstwo glonów i rafy umierały.

Co więc jedzą rafy, że mimo wszystko żyją tam, gdzie nie ma żadnych warunków do życia? Są one mistrzami symbiozy – na czułkach koralowców żyją pojedyncze komórki glonów (tylko jeden gatunek na wszystkich rafach na całym świecie), które są samożywne, a rafy to organizmy cudzożywne. Wydalają one CO₂, amoniak, fosfor i azot, a wszystko to potrzebują glony, by się pożywić (fotosynteza), a wydalają z kolei potrzebny koralowcom O₂ oraz aminokwasy i glicerol (cukier). Gdy komórka glona jest na koralowcu, to za pomocą enzymów koralowców może pozbyć się glicerolu akurat wtedy, gdy rafa go potrzebuje. To wspaniały przykład syntezy tych dwóch organizmów. Ale fotosynteza glonów może zachodzić tylko w dzień, gdyż do tego procesu potrzeba energii. Dlatego koralowce pną się w stronę powierzchni, by glony przy świetle mogły prowadzić swoją fotosyntezę. Gdy rafy wyjdą na powierzchnię (np. w skutek obniżenia się poziomu wody), to przystosowują się do tych nowych warunków i wszystko jest dobrze, póki nie zacznie padać deszcz. Koralowce zawierają węglan wapnia, a woda deszczowa go nie ma i przy kontakcie z kroplami deszczu ów węglan wapnia się rozpuszcza, a wraz z nim koralowce. Co jednak dzieje się w nocy? Koralowce próbują wyłapać jakieś resztki z wody, by się posilić, a raczej to, co pozostanie z planktonu, który obumiera i opada niżej.

Najlepsze warunki dla koralowców to temp. 25-, zasolenie wód 25-35‰. Koralowce nie lubią, gdy do wód, w których żyją dochodzi jakikolwiek materiał, dlatego nie powstają np. w deltach rzek. Gdy z kolei wzrasta temperatura i będzie ona w końcu wyższa niż ta, w której lubują się rafy, to one obumierają i następuje tzw. ługowanie raf (pozostają jedynie białe, sterczące szkielety). Niektóre jednak próbują walczyć i na początek pozbywają się swoich glonów z siebie, ale koniec końców i tak przegrywają.

Koralowce zabijają także działania człowieka, a głównie spuszczenie ścieków do wód, w których one występują. Ścieki zawierają fosfor i azot, więc tworzy się tam idealne środowisko dla glonów, które rosną o wiele szybciej od koralowców, a gdy glony obrosną koralowce, to wtedy tamte obumierają. Płytkie wody, w których rosną rafy też są dla nich niebezpieczne, gdyż o wiele bezpieczniej jest na sporej głębokości. Rafy są bardzo wrażliwe na wahania poziomu wód – gdy poziom się podnosi, to one też kierują się ku górze, ale gdy poziom wody spada, to są bezradne i zagraża im wysuszenie lub deszcz. Podczas ostatniego obniżenia poziomu wód po ostatnim zlodowaceniu o 120- sprawiło, że ówczesne rafy uległy zaniknięciu.

Zastanawiając jest w związku z tym to, że główny lądolód skandynawski i kanadyjski stopił się ok. 10 tys. lat temu, a trwający do dziś rozrost raf w Australii rozpoczął się dopiero 8 tys. lat temu. Było to związane z tym, że po glacjale woda miała trochę inny skład, który nie sprzyjał rozwinięciu się raf- lodowce zawierały nanosy (resztki gleb itp.), zawierające fosfor i azot i po rozpuszczeniu się lodowca wody też miały w sobie te związki, dlatego rafy pojawiły się nie od razu, a z pewnym opóźnieniem.

Wzrost całej rafy nie równa się wzrostowi pojedynczych jej koralowców. Koralowce mogą rosnąć i rosnąć, ale nagle fale mogą je oderwać i porwać, więc koniec końców rafa nie zmienia swojej wielkości (ok. 70% koralowców jest „urywanych” z raf). Mimo wszystko tempo rośnięcia raf jest większe od tempa obniżania się chłodzącej się skorupy. Dlaczego więc rafy, które mogą zawsze wygrać z czynnikami, które im nie są korzystne, koniec końców się niekiedy „topią” w toni wodnej? Wszystko zależy od tego, jaka jest odległość między rafami i powierzchnią oceanu – jeśli jest ona w granicach 10-, to wszystko jest w porządku, ale gdy jest większa, to rafy nie nadążają piąć się w górę i obumierają. Wpływa na to też pewna rozgwiazda, która trawi rosnąca rafę, która nie może w ten sposób wyrównać poziomu i umiera.

Zabójczy wpływ na rafy ma też nieobecność pewnego gatunku jeżowców o nazwie diadema, które żywią się glonami o nazwie krasnorosty, które porastają rafy koralowe. Gdy nie ma tych jeżowców, nie ma kto czyścić raf i one w walce z glonami przegrywają. Jednak jeżowce te nie zawsze jedzą owe krasnorosty – przestają w chwili, gdy glony osiągną pewne rozmiary, gdyż wtedy jest w nich więcej pewnych toksyn, które źle działają na jeżowce, dlatego one już ich potem nie jedzą. Tak oto obumarło ok. 80% raf koralowych na Karaibach.

Turystyka i sporty wodne czy rabunkowe połowy ryb też źle wpływają na rafy, gdyż pewien gatunek ryb (papuzie) skubie koralowce, czyszcząc je jednocześnie z glonów, tak więc jego połowy również zabijają koralowce, które przegrywają walkę z glonami. Warto wspomnieć też o rozwijającym się budownictwie na wybrzeżach – nie posiada ono oczyszczalni ścieków, dlatego wszystko wędruje do morza, a znajdujący się z tym fosfor i azot zabija koralowce.

EWOLUCJA ATMOSFERY

Atmosfera nie zmienia się od 500 mln lat. Skąd to wiadomo? Z obserwacji różnych organizmów zwierzęcych – są one przystosowane głównie jedynie do 21% zawartości tlenu w powietrzu i tylko niewielka ilość z nich może żyć przy mniejszej zawartości tlenu, a jego ilość nie zmienia się od tak, dlatego współczesny stan atmosfery musi być taki od dawna.

Skąd w ogóle wzięła się atmosfera? Stygnąca Ziemia musiała mieć tzw. główną fazę (magmową), a magma owa pochodzi z płaszcza. Owa magma podczas stygnięcia wydzielała gazy, które stworzyły atmosferę, która więc na dobrą sprawę pochodzi od płaszcza. Posiadała wówczas bardzo dużo CO₂, a bardzo mało wodoru i azotu, a tlenu nie było w ogóle. Wiadomo to z minerałów, które kiedyś istniały, ale dziś (w warunkach tlenowych) nie istnieją i nie mogą powstać. Dotyczy to skał klastycznych, które tworzyły się na powierzchni Ziemi i występowały od 4500 mln do 2500 mld lat temu. Wszystkie skały zawierały żelazo, które nie rdzewiało, bo nie było tlenu, ale w pewnym momencie pojawiły się skały czerwone, a ich kolor wskazywał na to, że żelazo w nich uległo utlenieniu – to tzw. BIF (ang. banded-iron formation). Tak więc wtedy już na świecie musiał znajdować się tlen. W dzisiejszych czasach skały jednak bielicowieją, a czerwoną barwę zachowują jedynie na kontynencie afrykańskim. Jest tam inne pH wody (powyżej 7%, więc krzemionka się rozpuszcza i pozostaje czerwona barwa) niż u nas, gdzie krzemionka nie ulega rozpuszczeniu. Z biegiem czasu uległa zmniejszeniu ilość CO₂ na Ziemi, a spowodowane jest to powstawaniem w tamtym okresie skał osadowych – powstawały twory węglanowe, a żeby powstać, musiał być potrzebny CO₂, który zostawał pobierany.

Jak jednak na Ziemi pojawił się tlen? Gdy pojawiły się BIF, pojawiły się również pierwsze ślady życia, tzw. stromatolity, czyli rosnące maty glonowe, których dziś już nie ma, gdyż sporo gatunków pojawiających się później się nimi żywiło. Były to sinice, posiadające chlorofil i wykorzystujące do pożywiania się fotosyntezę, więc koniec końców wydalały niepotrzebny im tlen. Z początku tego tlenu było mało, wie potrzeba było wielu, wielu lat, by cokolwiek się w atmosferze zmieniło (stromatolity istniały od 3500 mln lat, a tlen pojawił się ok. 2000 mln lat temu). Dzisiejszą wartość 21% tlen osiągnął w którymś momencie w paleozoiku i wówczas pojawiły się pierwsze organizmy tkankowe prokariotyczne (bez jąder komórkowych).

CZY ŻYCIE POWSTAŁO TU NA ZIEMI CZY W KOSMOSIE?

Najprawdopodobniej życie powstało na Ziemi. Spadające meteoryty zawierają w sobie węgiel, który jest też na Ziemi, ale tu występuje i , z czego żywe organizmy preferują , którego jest więcej. Na meteorytach z kolei znajduje się więcej . Kolejna różnica jest widoczna w aminokwasach – nasze aminokwasy są lewoskrętne, a na meteorytach występują zarówno lewoskrętne jak i prawoskrętne.

Naukowcy (głównie chemicy) zastanawiają się nad powstaniem życia. Dużo pisano o tym w latach 50. i myślano, czy pierwsze komórki żywe mogły powstać z chemii organicznej i dokonał tego Stanley Miller. Wypełnił kolbę takimi gazami wulkanicznymi jak amoniak (NH₃), metan (CH₄), wodór i para wodna. Para wodna skropliła się, budowały się połączenia chemiczne i powstały aminokwasy – takie, jakie posiadają wszystkie żywe organizmy. Miller tym samym udowodnił też, że życie rzeczywiście mogło i powstało na Ziemi, gdyż było w stanie utworzyć się z tego, co wówczas na niej było. Był to jednak zaledwie pierwszy krok – jak teraz z tych aminokwasów utworzyć organizmy? Tego nie udowodniono, ale są różne teorie. Jedna z nich mówi, że był to przypadek, że sfera aminokwasów wchłonęła coś innego i powstało coś nowego, co jednak nie posiadało jąder komórkowych (organizmy z jądrami komórkowymi pojawiły się dużo później).

Ewolucja form żywych

Wraz z upływem lat pojawiały się organizmy o coraz bardziej skomplikowanej budowie. Zwierzęta są cudzożywne, a więc zależne od swojego pożywienia, lecz nie można zapominać o roślinach, które leżą u podstaw łańcucha pokarmowego.

Pierwsze formy roślinne pojawiły się w prekambrze i są to glony, żyjące przez 2 mld lat. Miały one bardzo prostą budowę i żyły w morzu i dopiero w ordowiku pojawiły się bardziej skomplikowane. W sylurze natomiast pojawiły się formy lądowe. Był to wielki moment w ewolucji, gdyż coś, co było przystosowane do życia wodnego pojawiło się na powierzchni, a by tak się stało, musiały w nich zajść jakieś zmiany, by móc się dostosować do zupełnie odmiennych warunków. Było to trudne, gdyż rośliny w morzu miały pod dostatkiem wody, a na lądzie nie, tak płytkowodne glony, gdy poziom wód się obniżał obumierały, a gdy przybierał, to odradzały się na nowo. Być może w pewnym momencie coś w nich uległo zmianie i przystosowały się do życia w pełni na lądzie.

Tak więc pierwsze formy lądowe (np. Rhynia) pojawiły się w sylurze i były małymi roślinami lądowymi bez wtórnego przyrostu grubości (jakie grube urosły, takie były zawsze) i w pobliżu zbiorników wodnych. Często duże glony tworzyły „podmorskie lasy”. Po pojawieniu się tych roślin stopniowo pojawiały się kolejne i rozwój ich na lądzie był bardzo szybki. Pierwsze rośliny, które zupełnie odeszły od wody to małe paprocie, choć one i tak jej potrzebowały. Pierwsze drzewa natomiast pojawiły się dopiero ok. 80 mln lat po wyjściu roślin na ląd (w środkowym dewonie) i pierwotnie wyglądały ubogo, gdyż głównie były to większe paprocie, ale pod koniec dewonu istniały już lasy Archeopterisu (to wciąż paprocie, ale już formy drzewiaste) o kilkunastu metrach wysokości. Zaczęły się one trochę inaczej rozmnażać. W dewonie w osadach morskich było dużo substancji organicznych, a to ma związek z pierwszymi lasami, gdyż rośliny dotąd rosły na skale, a teraz powstawały już gleby o typie humusu. Humus ten nie był bardzo stabilny, spływał do morza, a tam sprawiał, że dochodziło do eutrofii (przesycenia składnikami odżywczymi) i pojawił się plankton, będący rośliną, więc w procesie fotosyntezy wydalał tlen, który konsumowały bakterie, powstałe z opadającego martwego planktonu.

W karbonie rozkwitły olbrzymie lasy i wówczas też miał miejsce wielki rozwój roślinności pod wpływem różnorodności – pojawiły się głównie skrzypy, widłaki i paprocie. Wtedy też pojawiły się pierwsze nasiona, a w permie natomiast masowo rośliny iglaste, które tym dominowały nad resztą, że nie potrzebowały do rozrodu wody, gdyż były wiatropylne.

Kolejny przełom miał miejsce w środkowej kredzie, kiedy to nastąpił szybki i bujny rozwój kwiatów. Posiadały one organy zarówno męskie jak i żeńskie (pyłek i zarodnia). Wówczas m.in. powstała istniejąca do dziś magnolia. Pojawił się jednak pewien problem – gdy pewien organizm ma oba organy rozrodcze, to nie rozmnaża się z innymi, tylko sam ze sobą i tym samym nie dochodzi do mieszkania się genów i powstaje ciągle identyczny kwiat. Takie populacje prędzej czy później wyginą. W późniejszych czasach, kiedy pojawiły się na świeci owady, to pomogły one w przenoszeniu pyłków na zarodnię innych kwiatów.

Często jednak ewolucja nie jest jednotorowa – nie zawsze kieruje się do przodu i dzieje się coś nowego u wszystkich. Idealnym przykładem mogą tu być trawy, które pojawiły się dużo później, bo w na przełomie kredy i trzeciorzędu (eocenu). Te pierwsze trawy były małe i miały na dodatek kwiatki, więc – jak łatwo się domyślić – rozmnażały się samodzielnie, mając oba organy rozrodcze. Jednak w eocenie nagle nastąpił gwałtowny rozwój traw i wszystko wokół było nimi zarośnięte, a same trawy przeszły na wiatropylność, a więc jakby cofały się w rozwoju. Dzięki temu mogły tworzyć się duże ich ilości i na wielkich obszarach. Poza tym trawy nauczyły się czegoś, czego inne rośliny nie znają, a mianowicie lepiej rosną po ich ścięciu, a zapoczątkowały to pierwsze kopytne, które odżywały się trawą. Tym samym zwierzęta te stymulowały jakby owe trawy do bujniejszego wzrostu. Wraz z rozwojem lat niektóre gatunki traw zupełnie straciły swoje kwiaty.

Obecnie istnieją organizmy cudzo- i samożywne (lub częściowo takie i takie, np. koralowce). Pierwsze organizmy tkankowe (tzw. Ediacara) nie posiadały szkieletu i wyglądały jak dzisiejsze meduzy (parzydełkowce). Tak myślano do lat 90., kiedy to odkryto, że ta grupa różni się od innych zwierząt czy też roślin i zaczęto zastanawiać się, czy czasem nie jest to jakaś inna forma życia, która kiedyś istniała, ale nie dotrwała do dzisiejszych czasów. Organizmy te żyły w ostatnich 150 mln lat prekambru i nazywa się je Vendobionta (vent - prekambr). Różnica polegała na tym, że wszystkie królestwo zwierząt charakteryzowało się symetrią dwuboczną, a Vendobionta miały zupełnie inną, tzw. symetrię radialną. Jest ona podobna do symetrii fraktalnej paproci – wciąż jest jeden i ten sam schemat, ale w mniejszych skalach (malutkie liście przypominają pomniejszone duże). Okazało się, że Vendobionta (z małymi wyjątkami) także posiadają tę symetrię fraktalną, ale nie można ich zaliczyć ani do królestwa zwierząt ani roślin. Nie ma też dowodów na to, że nagle coś się w nich zmieniło i powstała jednak symetria dwuboczna – organizmy wymarły.

EWOLUCJA WÓD MORSKICH

Od dawna rozprawiano na temat tego, czy woda istniała od zawsze i czy zawsze była taka sama jak dziś i udowodniono, że nie. W 1899 roku fizyk Joly zastanawiał się nad tym, że skoro dziś średnie zasolenie wody morskiej wynosi ok. 35‰, to ile jest soli w jednym litrze wody? Policzył wszystko jak tylko mógł i otrzymał wynik, że w wodach morskich jest 50*10¹⁸ kg soli. Skąd ta sól w morzu? Z kontynentów, kiedy to przywędrowuje do oceanów w wodach rzecznych, które – mimo że słodkie – zawierają w sobie także nieco soli. Rocznie do oceanu dostaje się ok. 500*10⁹ kg soli. Joly za pomocą tych danych i założeniu, że na samym początku istnienia Ziemi zasolenie wynosiło 0‰ zdołał obliczyć wiek Ziemi na 100 mln lat, lecz dziś wiadomo, że się mylił.

Procent pokrycia skorupy kontynentalnej przez wody morskie to ok. 5%, ale wcześniej było to o wiele więcej, gdyż poziom wód był wyższy i zalewał większą część lądu. Ilość wody zmniejszała się w wyniku kolejnych zlodowaceń, a po ostatnim poziom wód obniżył się o ok. 120 metrów.

Jak zmieniało się zasolenie? Stopniowo się ono zmniejszało – w kambrze wynosiło ok. 40‰, a dziś ok. 35‰. Wpływ miało na to tworzenie się w morzu minerałów, które powstając pobierały część wody morskiej.

Jak powstała sól w stanie stałym? Krystalizuje się ona podczas wysychania zatok. Sól w Wieliczce tak właśnie powstała – kiedyś na naszych terenach było morze. Ówczesna sól pochodzi z kredy i mezozoiku, a nasze zasoby także z permu. Sól kredowa to taka, której się nigdzie nie eksploatuje, gdyż znajduje się głęboko na Atlantyku, kilka metrów pod jego dnem. Z kolei na dnie Morza Śródziemnego znajduje się sól trzeciorzędowa (neogen), a powstała dlatego, że ok. 1 mln lat temu morze to wyschło, ale już ok. 800 tys. lat temu ponownie zapełniło się wodą.

---

1. „Ga” to miliardy lat, „Ma” to miliony lat.↩