Pomiar ruchu płyt w tektonice płyt
Michele D'Amico supersky77 / Getty Images
Płyty litosferyczne to sekcje skorupy ziemskiej i górnego płaszcza, które poruszają się – bardzo powoli – nad dolnym płaszczem poniżej. Naukowcy wiedzą, że te płyty poruszają się z dwóch różnych linii dowodowych – geodezyjnej i geologicznej – które pozwalają im prześledzić ich ruchy wstecz w czasie geologicznym.
Ruch płyty geodezyjnej
Geodezja, nauka o pomiarach kształtu i pozycji Ziemi, umożliwia pomiar ruchu płyt bezpośrednio za pomocą GPS , globalny system pozycjonowania. Ta sieć satelitów jest bardziej stabilna niż powierzchnia Ziemi, więc kiedy cały kontynent porusza się gdzieś o kilka centymetrów rocznie, GPS może to stwierdzić. Im dłużej te informacje są rejestrowane, tym dokładniejsze stają się, aw wielu częściach świata liczby są już dość precyzyjne.
Kolejną rzeczą, jaką może pokazać GPS, są ruchy tektoniczne w ciągu talerze. Jedno założenie za Płyty tektoniczne jest to, że litosfera jest sztywna, i rzeczywiście jest to nadal rozsądne i użyteczne założenie. Ale części talerzy są w porównaniu z nimi miękkie, jak na przykład Wyżyna Tybetańska i zachodnioamerykańskie pasy górskie. Dane GPS pomagają oddzielić bloki, które poruszają się niezależnie, nawet jeśli tylko o kilka milimetrów rocznie. W Stanach Zjednoczonych w ten sposób wyróżniono mikropłytki Sierra Nevada i Baja California.
Ruch płyty geologicznej: obecny
Trzy różne metody geologiczne pomagają określić trajektorie płyt: paleomagnetyczna, geometryczna i sejsmiczna. Metoda paleomagnetyczna opiera się na ziemskim polu magnetycznym.
Podczas każdej erupcji wulkanu minerały zawierające żelazo (głównie magnetyt) zostają namagnesowane przez dominujące pole, gdy się ochładzają. Kierunek, w którym są namagnesowane, wskazuje na najbliższy biegun magnetyczny. Ponieważ litosfera oceaniczna tworzy się w sposób ciągły przez wulkanizm na rozszerzających się grzbietach, cała płyta oceaniczna nosi spójną sygnaturę magnetyczną. Kiedy pole magnetyczne Ziemi zmienia kierunek, co dzieje się z powodów nie do końca zrozumiałych, nowa skała przyjmuje odwrotną sygnaturę. W ten sposób większość dna morskiego ma pasiasty wzór namagnesowania, jak gdyby była to kartka papieru wyłaniająca się z faksu (tylko jest symetryczna w poprzek środka rozprzestrzeniania się). Różnice w namagnesowaniu są niewielkie, ale czułe magnetometry na statkach i samolotach mogą je wykryć.
Ostatnie odwrócenie pola magnetycznego miało miejsce 781 000 lat temu, więc mapowanie tego odwrócenia daje naukowcom dobre pojęcie o ruchach płyt w najnowszej geologicznej przeszłości.
Metoda geometryczna daje naukowcom kierunek rozlewania zgodny z prędkością rozlewania. Opiera się na błędach transformacji wzdłuż grzbiety śródoceaniczne . Jeśli spojrzysz na rozpościerający się grzbiet na mapie, ma on wzór stopni składający się z segmentów pod kątem prostym. Jeśli segmenty rozpościerające są stopnicami, przekształceniami są podstopnice, które je łączą. Dokładnie zmierzone transformacje te ujawniają kierunki rozprzestrzeniania się. Dzięki prędkościom i kierunkom płyt masz prędkości, które można umieścić w równaniach. Te prędkości ładnie pasują do pomiarów GPS.
Metody sejsmiczne wykorzystują mechanizmy ogniskowe trzęsień ziemi w celu wykrycia orientacji usterek. Chociaż mniej dokładne niż mapowanie i geometria paleomagnetyczna, metody te są przydatne do pomiaru ruchów płyt w częściach kuli ziemskiej, które nie są dobrze zmapowane i mają mniej stacji GPS.
Ruch płyt geologicznych: przeszłość
Naukowcy mogą na kilka sposobów rozszerzyć pomiary w przeszłości geologicznej. Najprostszym z nich jest rozszerzenie map paleomagnetycznych płyt oceanicznych poza centra rozprzestrzeniania się. Mapy magnetyczne dna morskiego przekładają się precyzyjnie na mapy wieku. Mapy te pokazują również, w jaki sposób płyty zmieniały prędkość, gdy zderzenia powodowały ich przegrupowanie.
Niestety dno morskie jest stosunkowo młode, ma nie więcej niż około 200 milionów lat, ponieważ ostatecznie znika pod innymi płytami w wyniku subdukcji. W miarę jak naukowcy zaglądają głębiej w przeszłość, muszą w coraz większym stopniu polegać na paleomagnetyzmie w skałach kontynentalnych. W miarę jak ruchy płyt obracały kontynenty, starożytne skały obracały się wraz z nimi, a tam, gdzie ich minerały kiedyś wskazywały na północ, teraz wskazują gdzie indziej, w kierunku „pozornych biegunów”. Kiedy narysujesz te pozorne bieguny na mapie, wydaje się, że oddalają się od prawdziwej północy, gdy wieki skalne cofają się w czasie. W rzeczywistości „północ” się nie zmienia (zazwyczaj), a wędrujące paleopole opowiadają historię wędrówek po kontynentach.
Razem, wymienione powyżej metody umożliwiają stworzenie zintegrowanej osi czasu ruchu płyt litosferycznych, tektonicznego dziennika podróży, który płynnie prowadzi do teraźniejszości.