Stav a vývoj vědeckého poznání v tématu Desková tektonika a Kontinentální drift

Na výše uvedené mapě (Obrázek 1) je nutné věnovat pozornost naznačeným pohybům tektonických desek vůči sobě navzájem (Tabulka 1).

Tabulka 1 Typy oblastí s dotykem tektonických desek

Zdroj: vlastní uspořádání z různých zdrojů

Posledním poznatkem, se kterým se seznámíme, je kontinentální drift (Obrázek 2). Z prakontinentu (anglicky supercontinent) Pangaea (Pangea) se v průběhu stovek milionů let nejdříve oddělily dva kontinenty – Laurasie a Gondwana. Docházelo k dalším pohybům, které směřovaly do dnešní polohy litosférických desek. Patrný je výrazný pohyb Indické desky směrem od Africké k Euroasijské (s důsledkem: vyvrásnění pohoří Himálaj). Dále je potřeba si všimnout toho, že před desítkami milionů let se střední Evropa nacházela blíže k rovníku, a to mělo vliv na přírodní podmínky (např. teplomilnější vegetace, tropické zvětrávání), které v té době panovaly v Evropě.

Obrázek 2 Kontinentální drift tektonických desek, poloha desek v geologickém období trias (cca před 150 mil. let, vlevo) a v geologickém období křída (cca před 65 mil. let, vpravo) 

Vývoj poznání deskové tektoniky a kontinentálního driftu

U zrodu teorie deskové tektoniky a kontinentální driftu stáli Alfred Wegener (1880–1930), meteorolog, a Frank Bursley Taylor (1860–1938), odborník na geologii Velkých kanadských jezer a na orogenezi. Oba se problematice věnovali nezávisle na sobě. Bylo to v době, kdy pro geology byl povrch Země nehybný a jen rozlámaný zlomy.

Wegener měl mezi geology jako ne-geolog velmi obtížnou pozici. Svou vědeckou kariéru začínal jako meteorolog. Německá reprezentativní práce od Gebhardta, Glasera, Radtkeho & Reubera (2011) zmiňuje Wegenera jak u regionálního a lokálního klimatu, tak v tematu geologického vývoje poznání v koncepci Deskové tektoniky (Plattentektonik, s. 364). 

S hypotézou kontinentálního driftu přišel Wegener v roce 1912, aniž by znal Taylorovu hypotézu, a vstoupil tím do „znalostního hájemství“ geologů, kteří jeho hypotézu jako hypotézu „neodborníka“ rezolutně odmítli. Kontinenty se podle tehdejšího diskursu nemohly pohybovat.

Wegener si všiml zvláštního souladu v geologických poměrech mezi východním pobřežím Jižní Ameriky a západním pobřežím Afriky. Následující Obrázek 3 ukazuje Wegenerovu mapu z roku 1929, ze které Wegener vycházel pro svou hypotézu. Již v dřívějších náčrtech si Wegener všímal shodného tvaru, shodných přírodních charakteristik (geologických vrstev a zkamenělin) na obou stranách Atlantského oceánu. Patrné je na obrázku také „pootočení“ kontinentu Jižní Ameriky, které je zvýrazněné v síti rovnoběžek a poledníků (srovnej s kontinentálním driftem na Obrázku 2).

Obrázek 3 Zvláštní soulad mezi východním pobřežím J. Ameriky a západním pobřežím Afriky, kterého si všiml Wegener

Taylorův odborný zájem směřoval do pohybu kontinentů. Zkoumal mělká místa v Atlantském oceánu mezi Afrikou a Jižní Amerikou. Předpokládal, že tyto kontinenty byly v minulosti spojeny. Také předpokládal, že kolize kontinentů mohla vyvrásnit pohoří. Studoval Skalnaté hory, Andy, Alpy a Himaláj. Kolem roku 1910 dospěl k názoru, že tyto hory by mohly být vytvořeny kvůli obrovskému laterálnímu (bočnímu) tlaku, který tato pohoří vyzvedl. Předpokládal, že kontinentální bloky se pohybují od pólů k rovníku a pohyb je vyvolaný rotací Země a slapovými silami Slunce a Měsíce. 

Taylorova mapa světa je zajímavá také umístěním Austrálie a východní Asie do středu mapy (viz Halam 1973, s. 5, Totten 1981, s. 217, dostupné ZDE). Taylorovi takové rozmístění umožňovalo vykreslit nejzajímavější oblasti – vyvrásňování Alpsko-Himálajské soustavy a naznačení Ohňového kruhu. Na mapě např. u Afriky Taylor nakreslil, že litosférická (tektonická) deska se skládá z pevninské a oceánské části (viz oblast u Madagaskaru). Ještě jednu věc je nutné zdůraznit. V době vzniku této mapy (cca 1910) se člověk teprve učil létat. Taylor neměl možnost „leteckého“ nebo dokonce „orbitálního“ nadhledu. Neměl ani možnost podmořského průzkumu, který začal nabírat na intenzitě od 50. let. O to více vynikne jeho imaginace.

Z Taylorovy mapy lze vyčíst, že velká masa pevniny v jeho představě se pohybuje od severu k jihu (k rovníku), na jižní polokouli od jihu k severu (k rovníku). Výraznou linií vzhledem k rotaci Země je rovník. 

Ukázali jsme si, že pro poznání deskové tektoniky a kontinentálního driftu měla zásadní vliv atlantská oblast mezi Afrikou a Jižní Amerikou, i když u Američana Taylora okrajově. V polovině 20. století pořád zůstávala zásadní otázka, kde se bere hybná síla, která pohybuje kontinenty, když to není ani rotace Země (v dominující míře) a nejsou to ani slapové pohyby, což vyloučili geofyzici. Všimněme si, že geologové se v první polovině 20. století více zaměřovali na zóny, kde se kontinenty stýkaly, kde docházelo ke kolizi. Na pohyb (kontinentální drift) se zaměřili později.

Pravděpodobně intenzita militantního využití Atlantského oceánu během 2. světové války (zásobovací spojovací konvoje, operační prostor nacistických ponorek mezi Severní Amerikou a Evropou) zintenzivnila zájem o tuto část Země. Reflexe tohoto zájmu se projevila i v geologickém poznání. S teorií deskové tektoniky jako první vystoupil americký geolog Harry H. Hess (1906–1969). Věnoval se výzkumu oceánského dna, zvláštně pak vzniku a pohybu nové (oceánské) kůry a zajímal se o ostrovní oblouky. Jako první předložil hypotézu, že proudění v zemském plášti je hnací silou pro jevy a procesy, které zkoumal. Své poznatky publikoval v průběhu 50. let 20. století. Vycházel z poznatků britského geologa Arthura Holmese (1890–1965), který již ve 30. letech studoval proudění v zemském plášti (v horní jeho části nazvané astenosféra) na základě mechaniky a termiky. Větší představu o studovaných jevech poskytuje Obrázek 4.

Obrázek 4 Hessův/Dietzův koncept rozšiřování mořského dna, asi kolem roku 1962

Khattak (2016) k Hessově představě (Obrázek 4) poznamenal, že Hessův základní koncept rozšiřování mořského dna je nepřesný, že se týká pouze pohybu zemské kůry. Hess nezahrnoval do své představy vliv zemského pláště. Patrné je to v jeho představě „pístového“ pohybu rozšiřujícího se mořského dna směrem do kontinentu. Výše uvedené schéma je podle Khattaka příliš zjednodušené.

Ovšem zdroj hybnosti je na schématu zřejmý, je to vnitřní síla Země (konvekční proud). Hess také v souladu s dnešními vědeckými poznatky prezentuje zónu subdukce (podsouvání oceánské části tektonické desky/kůry pod kontinentální část zemské kůry, na Obrázku 4 vpravo). „Pístovým tlačením“ kontinentu byl pravděpodobně Hess myšlenkově uvězněný v konceptu „laterálního tlaku“.

Jak to, že v některé části povrchu Země se oceánská kůra podsouvá (subdukce) a na jiném místě se nepodsouvá (tlačí kontinent)? To ještě zbývalo vědecky vysvětlit. Velmi názorně a pro další vzdělávání důležité jsou na Obrázku 4  červenými hvězdičkami označené oblasti zemětřesení.

Ve stejnou dobu jako Hess publikoval mapu světa tektonických desek americký odborník na oceánské dno Bruce Heezen (1924–1977). V jeho náčrtu (mapě světa) šlo o shrnutí dosavadních vědeckých poznatků a představ o tektonických deskách, o jejich hranicích a rozmístění. Svou mapou upozornil na fenomén středooceánských riftových údolí, který bylo potřeba dále zkoumat a zpřesnit. Heezenovu mapu světa se středooceánskými riftovými zónami je možné najít například in: Hallam 1973, s. 45. Znázornil v ní kromě středooceánských zón i hlubokomořské příkopy.

Heezen dál pracoval na poznatcích o oceánském dně spolu s další americkou odbornicí na oceánské dno kartografkou Marií Tharpovou (1920–2006). V roce 1977 spolu publikovali jako první na světě mapu oceánského dna, a zvláště pak Středoatlantského hřbetu (riftu). 

Obrázek 5 Marie Tharpová a Bruce Heezen

Jak píše Bizzarro (2001), po publikování mapy oceánského dna, založené na kartografické práci M. Tharpové, byl pro širší odbornou veřejnost objevený Atlantský rift. Toto zjištění  umožnilo následně přijmout teorie deskové tektoniky a kontinentálního driftu. Tharpová vytvořila první podrobnou mapu světa oceánského dna na základě sonarového měření. Mapa oceánského dna  se stala podle Bizzarra „ikonou moderní vědy“.

Na závěr odborných vědeckých poznatků v teoriích deskové tektoniky a kontinentálního driftu zbývá odpovědět na otázku: Co způsobuje pohyb tektonických desek?

Odpověď dosud není jednoznačná. Podle populárně vědeckého serveru reference.com/science jsou příčinami tři síly: konvekční proudy v plášti Země (viz Obrázek 4), gravitace a rotace Země kolem své osy. Nejvýznamnější (možná spíše nejvíce pozorovanou a poznávanou) silou jsou konvekční proudy. Tyto konvekční proudy přenášejí energii z pláště (astenosféry) prostřednictvím stoupajícího nového materiálu na povrch. Tam roztavený materiál (magma/láva) v oblasti riftu chladne a ve dvou směrech jsou tyto chladnoucí horniny odsouvány od místa vzniku. A zároveň odsouvají i staré horniny. Tyto horniny v místě vynoření vytvářejí vůči okolí vzedmutí. Gravitace pak následně snáší starší horniny do nižších poloh a posiluje tak pohyb tektonických desek. 

Naproti tomu v místě subdukce (viz Obrázek 4) dochází k podsouvání tektonických desek zemské kůry, v místě kolize při zanořování dochází k natavování hornin a ke „strhávání“ vody, která se tak dostává do hloubky do míst, kde je zdroj vulkanismu.  

V dalším textu se budeme zabývat transferem/zprostředkováním vědeckých poznatků do geografického vzdělávání.

Literatura a použité zdroje

BIZZARRO, D. Lamont-Doherty Earth Observatory Bestows Heritage Award on Marie Tharp, Pioneer of Modern Oceanography [online]. 2001. [cit. 2017-02-12]. Dostupné z: http://www.columbia.edu/cu/news/01/07/marieTharp.html.

COWAN, A. Plate Tectonics. The Changing Shape of the Earth [online]. 2013. [cit. 2017-02-12]. Dostupné z: http://nationalgeographic.org/media/plate-tectonics/.

GEBHARDT, H. Geographie. Physische Geographie und Humangeographie. Heidelberg: Spektrum Akademischer Verlag, 2011. 1328 s. ISBN 978-3-8274-2816-5.

GOVER, Brett; MCNAMARA, Margaret; NATUNEWICZ, Ann. Atlas of World Geography. USA: Rand McNally & Comp., 2003. 176 s. ISBN 0-528-17790-0.

GRIGORJEV, S. REPORT of Mr. S. Grigorjev, the Deputy of State Duma of Russian Federation, In the International Workshop on GMES project [online]. 2007. [cit. 2017-02-12]. Dostupné z: http://www.camera.it/eisc2007/files%5Citaliano%5Cworkshop%5CRELAZIONE_GRIGORIEV.pdf.

HALLAM, A. A Revolution in the Earth Science. From Continental Drift to Plate Tectonics. Oxford: Oxford University Press, 1973. 127 s. ISBN 0 19 858145 9.

KHATTAK, O. The Discovery of Sea-Floor Spreading [online]. 2016. [cit. 2017-02-12]. Dostupné z: http://geologylearn.blogspot.cz/2016/02/the-discovery-of-sea-floor-spreading.html.

8. Pioneers of plate tectonics [online]. 2012. [cit. 2017-02-12]. Dostupné z: https://www.geolsoc.org.uk/Plate-Tectonics/Chap1-Pioneers-of-Plate-Tectonics.

SANT, J. Wegener and Continental Drift Theory [online]. 2016. [cit. 2017-02-12]. Dostupné z: http://www.scientus.org/Wegener-Continental-Drift.html.

WEGENER, Alfred. Die Entstehung der Kontinente und Ozeane. Braunschweig: Druck und Verlag von Friedr. Vieweg & Sohn Akt.-Ge, 1929. 284 s.

TOTTEN, Stanley M. Frank B. Taylor, Plate Tectonics, and Continental Drift [online]. 1981. [cit. 2017-06-24]. Dostupné z: http://www.nagt-jge.org/doi/pdf/10.5408/0022-1368-29.5.212?code=gete-site.

MENARD, Henry W. Anatomy of an Expedition [online]. 1969. [cit. 2017-06-24]. Dostupné z: http://www.oac.cdlib.org/view?docId=kt5d5nb339&brand=oac4&doc.view=entire_text.