Článek
Naše planeta Země je dynamický, neustále se měnící systém. Kontinenty se pomalu pohybují, dochází k zemětřesením, sopečným erupcím, vznikají pohoří a hlubokooceánské příkopy. Všechny tyto jevy jsou poháněny procesem zvaným desková tektonika – pohybem obrovských litosférických desek, které tvoří vnější obal Země. Klíčovou součástí deskové tektoniky je subdukce.
Subdukce je proces, při kterém se jedna litosférická deska zabořuje pod druhou a klesá do žhavého zemského pláště. Je to jako obrovská geologická „recyklační linka“, která vrací materiál z povrchu zpět do nitra planety. Subdukce je zodpovědná za většinu sopečné činnosti na Zemi (sopečné oblouky nad subdukčními zónami, např. Pacifický "ohnivý kruh"), za nejsilnější zemětřesení a za formování některých nejvýraznějších krajinných prvků. Je to v podstatě jeden z hlavních „motorů“, který pohání pohyb desek a formuje tvář naší planety.
Velká záhada: Jak subdukce VŮBEC začíná?
Navzdory zásadní roli subdukce existovala dlouho jedna velká geologická záhada: Jak subdukce vůbec začíná? Představte si dvě obrovské, rigidní (tuhé) litosférické desky, které se vedle sebe nebo proti sobě pohybují. Aby se jedna deska začala zabořovat pod druhou, musí se ohnout směrem dolů a překonat obrovské síly – tuhost samotné desky, tření podél hranice a odpor podložního pláště. Je to jako snažit se zlomit a potopit do země obrovskou, těžkou betonovou desku jen tím, že ji postrkujete z boku.
Tradičně se předpokládalo, že subdukce může začít buď na místech, kde desky už mají nějakou inherentní slabost (např. velmi stará oceánská kůra, která se stala hustší a má tendenci klesat), nebo že je „nastartována“ nějakou vnější silou, například změnou pohybu desek v důsledku jiných subdukčních zón nebo prouděním v plášti. Ale vysvětlit, jak subdukce může spontánně (sama od sebe) začít na relativně „klidné“ hranici desek, jako je například transformní zlom (kde desky jen kloužou vedle sebe) nebo pasivní okraj kontinentu (jako je třeba východní pobřeží USA, kde se kontinentální kůra plynule mění v oceánskou bez aktivního pohybu), bylo pro geology velkým hlavolamem.
Počítačové modely odhalují skrytý mechanismus
Nedávný výzkum týmu geofyziků, včetně R. D. Nofa, T. W. Beckera, L. Gassmöllera a J. B. Naliboffa, přinesl pomocí pokročilého numerického modelování (počítačových simulací) nový pohled na tuto záhadu. Vědci vytvořili realistické simulace chování litosférických desek a podložního pláště, zohledňující složité vlastnosti hornin při vysokých tlacích a teplotách a různé síly působící na hranici desek.
Jejich modely ukázaly, že spontánní začátek subdukce je skutečně možný i na místech, kde není žádný silný vnější tlak, ale vyžaduje to kombinaci dvou klíčových lokálních podmínek:
- Předem dané lokalizované slabé zóny: Na hranici desek už musí existovat oblasti, kde je litosféra oslabená. Může jít například o staré oceánské zlomy, zóny fraktur nebo jiné strukturní nehomogenity, které tvoří "šev" nebo slabší linii v rigidní desce.
- Významný ohřev smykem (shear heating): Když se litosférické desky na takovémto slabém místě třou a kloužou kolem sebe (což se děje například na transformních zlomech), vzniká v důsledku tření velké množství tepla. Toto teplo má klíčovou vlastnost: změkčuje okolní horninu.
Zpětná vazba, která spustí zaboření
Modely ukázaly, že tyto dva faktory fungují ve vzájemné pozitivní zpětné vazbě, která může spustit proces subdukce:
- Desky se na slabém místě třou a kloužou.
- Tření generuje teplo (shear heating).
- Teplo změkčuje oslabenou horninu v zóně.
- Změkčená hornina se stává poddajnější a umožňuje koncentrovanější deformaci a klouzání právě v této úzké zóně.
- Koncentrovanější klouzání generuje ještě více tření a tepla.
- Více tepla změkčuje horninu ještě více.
Tento samoposilující se cyklus změkčování a koncentrované deformace nakonec oslabí hranici desek natolik, že se jedna deska začne skutečně ohýbat a klesat pod druhou – subdukce je iniciována! Mechanismus ukázal, jak lze překonat počáteční tuhost a tření pouze pomocí lokálních podmínek a tepla generovaného samotným pohybem desek.
Význam objevu pro pochopení Země
Toto zjištění je mimořádně významné pro naše chápání Země:
- Poskytuje věrohodné a elegantní vysvětlení pro to, jak mohly vznikat subdukční zóny v různých geologických prostředích v průběhu miliard let, a to i bez nutnosti velkého vnějšího "strčení".
- Pomáhá rekonstruovat geologickou historii Země a pochopit, jak se desková tektonika vyvíjela a jak vznikaly nové subdukční zóny formující kontinenty a oceánské pánve.
- Poskytuje nový rámec pro interpretaci geologických pozorování na místech na Zemi, která nesou známky možného začátku subdukce v minulosti.
- Přispívá k hlubšímu pochopení základních sil a procesů, které pohánějí deskovou tektoniku, hlavní motor dynamiky naší planety.
Propojení s naším světem: Dynamika Země, kde žijeme
Pro nás, kteří žijeme na povrchu planety, byť třeba zde ve Znojmě daleko od nejbližších aktivních sopek nebo hlavních zlomů, jsou tyto fundamentální geologické procesy neviditelné v reálném čase. Probíhají na škálách milionů let a v hloubkách desítek a stovek kilometrů. Ale jsou to právě ony, včetně procesu subdukce a jejího začátku, které formovaly a nadále formují Zemi, na které žijeme. Stojí za vznikem pohoří, za přerozdělováním hmoty v plášti a nakonec i za geologickými riziky, jako jsou zemětřesení a vulkanismus, které ovlivňují životy miliard lidí jinde ve světě.
Výzkum ukazuje, že i proces tak zásadní a energeticky náročný, jako je začátek subdukce, může být spuštěn „sám od sebe“ díky kombinaci předem daných slabostí a tepla generovaného třením. Je to krásná ukázka složitosti a důvtipu přírodních procesů, které neustále přetvářejí naši planetu.
