Curs 3: FORMAREA CONTINENTELOR ŞI A OCEANELOR

Această problemă a preocupat mulţi oameni de ştiinţă, iar ipotezele cu privire la formarea continentelor şi oceanelor s-au diversificat şi modificat odată cu dezvoltarea cunoştinţelor despre Pământ.
Până la începutul anilor 60 ai secolului XX, cea mai răspândită explicaţie a distribuţiei uscatului şi apei oceanelor a fost translaţia continentelor.

3.1.1. IPOTEZA TRANSLAŢIEI CONTINENTELOR (DERIVA CONTINENTELOR SAU DRIFTUL CONTINENTAL)

Este atribuită lui Alfred Wegener (formulată în 1912 şi publicată într-un volum în 1915), însă unele idei în acest sens au fost emise încă din secolul trecut. Wegener a plecat de la existenţa unui continent unic numit Pangea, înconjurat de apele Oceanului Panthalassa; partea nordică a uscaturilor continentale a fost numită Laurasia, iar cea sudică Gondwana (fig.3.1.). În mezozoic, datorită forţei centrifuge şi puterii de atracţie a Lunii şi Soarelui, Pangea s-a fragmentat în mai multe blocuri. Acestea fiind mai uşoare deoarece erau constituite din Sial, au “alunecat” pe Sima în sens invers faţă de mişcarea de rotaţie (s-au deplasat spre vest), fiind supuse concomitent şi unei deplasări dinspre poli spre Ecuator.
În viziunea sa, translaţia necontenită a continentelor este exprimată de distribuţia actuală a uscatului şi apelor oceanice. Ea a contribuit, de asemenea, la formarea lanţurilor muntoase şi a altor caracteristici majore ale suprafeţei Pământului. Scindarea ar fi început în jurasic, în zona australă actuală, prin deschiderea Oceanului Atlantic şi Indian şi s-a accentuat în perioadele următoare prin alunecarea divergentă a blocurilor de uscat. Americile s-au îndepărtat de Europa şi Africa, lăsând în urmă Oceanul Atlantic, iar în lungul ţărmurilor lor vestice impactul cu fundamentul pacific a generat puternicul lanţ al Munţilor Stâncoşi şi Anzi. În estul Africii, fragmentarea a început prin separarea Madagascarului şi a Indiei - aceasta din urmă deplasându-se spre nord, a strivit depozitele de mică adâncime ale Mării Tethys, generând sistemul muntos himalayan. Australia şi Noua Zeelandă s-au mişcat mai întâi spre est şi apoi spre nord, lăsând în urmă Antarctica ş.a.m.d.
Acestea ar fi, în rezumat, evenimentele majore ale complicatului proces de translaţie al continentelor. În sprijinul acestei teorii, Wegener şi adepţii săi au adus argumente de natură morfologică, geologică, paleontologică, cât şi biogeografică, paleoclimatică şi chiar geodezică - deşi acestea din urmă mai puţin convingătoare.
 Wegener avea să fundamenteze teoria translaţiei continentelor plecând de la analogia ţărmurilor atlantice ale Americii de Sud şi Africii: "Prima idee a translaţiei continentelor - scria Wegener - mi-a încolţit în minte în 1910. Privind harta globului am fost puternic frapat de concordanţa coastelor atlantice..."; de asemenea s-a obsrvat că mai toate uscaturile au terminaţii răsucite în sensul invers al translaţiei continentelor, ca urmare a întârzierii mişcării, căci, cu cât o masă de uscat este mai masivă, cu atât şi deplasarea sa este mai intensă. De aceea, Ţara de Foc, Florida, Ţara lui Graham - care din punct de vedere structural reprezintă o continuare a Anzilor - au capetele îndreptate spre est, iar extremităţile Noii Zeelande, ale insulelor japoneze ş.a. sunt orientate spre vest.
 Dovezile geologice aveau în vedere asemănările structurale ale unor teritorii din estul şi vestul Oceanului Atlantic. De exemplu, continuarea structurilor caledonice ale Scandinaviei în Terra Nova şi Canada, mai precis faptul că "gresia roşie devoniană", caracteristică unei bune părţi a Europei Occidentale, se regăseşte şi în unele zone ale Americii de Nord; asemănarea platoului gnaisic, necutat, african, cu cel brazilian etc. De altfel, se făcea apel şi la alte similitudini dintre Africa de Sud şi Madagascar, dintre India şi Australia.
 Deosebit de convingătoare erau argumentele paleontologice şi biogeografice. Acestea erau bazate pe asemănarea resturilor de faună fosilă (îndeosebi până în triasic, pentru că apoi să apară şi deosebiri), fapt care demonstrează provenienţa continentelor actuale dintr-un bloc unic - Pangea. În această privinţă, menţionăm că s-a descoperit în Antarctica scheletul unei reptile mici (Lystrosaurus) cunoscută şi în formaţiunile geologice vechi din sudul Africii. Ca o continuare directă a aspectelor paleotologice sunt şi cele floristice care, de asemenea, pledează pentru existenţa Gondwanei şi a Laurasiei (de exemplu, feriga fosilă Glossopteris care a fost găsită în America de Sud, Africa, India, Australia). Unii naturalişti explicau similitidinile de floră şi faună între diferite continente prin existenţa unor "punţi" continentale foarte late care s-au scufundat. Însă de mai bine de un veac era clar pentru geofizicieni că astfel de poduri continentale uriaşe nu puteau să dispară fără urme.
 Demne de reţinut sunt şi dovezile paleoclimatice, precum: existenţa tilitelor permiene în partea sudică a Americii, Africii, Australiei şi Indiei, care demonstrează că toate acestea erau grupate în jurul polului sudic acoperit de o calotă glaciară unică. La fel, repartiţia actuală a depozitelor cu floră carboniferă îşi are originea într-o regiune intertropicală comună din Pangea.
Noutatea, îndrăzneala şi originalitatea teoriei derivei continentelor a declanşat criticii vehemente încă din primii ani de la apariţia sa - accentuate, poate şi de faptul că Wegener nici nu era geolog, ci meteorolog.
Printre criticile aduse pot fi enumerate: îmbinarea continentelor nu se face decât aproximativ sau uneori deloc; simultaneitatea glaciaţiunilor vechi poate fi explicată şi prin curenţi oceanici foarte reci; distanţa dintre Europa şi America variază, în plus sau în minus, după punctele în care se efectuează măsurătorile. Între obiecţiile cele mai importante au fost cele de ordin mecanic. Forţele invocate erau mult mai modeste pentru a produce translaţia continentelor şi pentru a determina formarea lanţurilor muntoase de tipul celui andin – pe scurt nu a putut să demonstreze care ar fi motorul de mişcare al plăcilor continentale.



Fig. 3.1. Deriva continentelor după Wegener.

La acestea s-au adăugat şi alte contraargumente, mai mult sau mai puţin convingătoare dar, din păcate, autorul nu a mai putut răspunde adversarilor săi. În anul 1930, în timpul unei expediţii în care căuta noi dovezi în favoarea driftului continental şi-a găsit moartea eroică, de martir al ştiinţei, în gheţurile veşnice ale Groenlandei. Reactualizarea, în ultimile decenii, a ideilor privind deriva continentelor se datorează celor mai recente rezultate din domeniul geofizicii confirmând astfel mişcările de translaţie intuite de Wegener care, la timpul său, nu a avut la îndemână nici mijloacele tehnice de astăzi, nici bogăţia ideilor şi datelor ştiinţifice actuale.

3.1.2. TECTONICA GLOBALĂ

Cea mai modernă teorie care explică structura scoarţei terestre, evoluţia paleogeografică îndepărtată şi megarelieful suprafeţei Pământului este cea a tectonicii plăcilor sau a tectonicii globale. Este vorba, de fapt, de un ansamblu de concepţii, cu următoarele componente:
• teoria expansiunii fundurilor oceanice, enunţată în 1962, care explică apariţia, constituţia şi evoluţia scoarţei bazaltice;
• teoria plăcilor litosferice, elaborată în 1968, care ne oferă argumente asupra relaţiilor dintre scoarţa continentală şi oceanică, precum şi despre raporturile lor cu mantaua de dedesubt;
• teoria derivei continentelor, imaginată de Wegener (1912), care explică originea, dinamica şi configuraţia uscatului.

3.1.2.1. TEORIA EXPANSIUNII FUNDURILOR OCEANICE

Datele oferite de către gravimetria marină, seismica marină, de către sondelor ultrasonice, de termometria marină şi prin prelucrea miilor de probe luate de pe fundul oceanelor, au stat la baza unei ipoteze care a fost emisă simultan de doi oameni de ştiinţă americani, Henri Hess şi Robert Dietz. Articolele (History of Ocean Basins, respectiv Continent and Ocean Basin Evolution by Spreading of the Sea Floor) au fost date spre publicare la sfârşitul anului 1960 şi au apărut în 1962, respectiv 1961.

Fig. 3.2. Dinamica fundurilor oceanice. Litosfera creată în zonele de expansiune este consumată în cele de compresie (Bleahu, 1983).

În esenţă noua teorie expusă de Dietz şi Hess poate fi exprimată astfel: mantaua este animată de o mişcare de convecţie ce se realizează prin mai multe celule. Pe ramura ascendentă a unei celule materialul incandescent iese la suprafaţă în rifturile medio-oceanice unde se consolidează generând fundul oceanic. Faţă de rift fundul oceanului suferă o mişcare divergentă, simetrică şi cu viteză egală, determinată de ramura orizontală a celulei de convecţie, până la ramura descendentă. Aceasta antrenează fundul oceanului în fose unde este absorbită, topită şi reîncorporată în manta. În această viziune dinamică, fundurile oceanice sunt nişte covoare rulante ce iau naştere necontenit pe creasta dorsalelor (care reprezintă zone de acreţie) şi care dispar în fose (zone de consumare) (fig. 3.2.). Fundurile oceanice au o viaţă "efemeră", de cel mult 400 - 600 milioane de ani. Aceasta explică de ce pe fundurile oceanice există o pătură subţire de sedimente şi acestea sunt relativ recente (nu depăşesc jurasicul). Mişcarea de deplasare a fundului oceanic este atestată şi de munţii submarini de tip guyot care reprezintă vechi vulcani, ce au erupt odată în zona riftului, ajungând până deasupra suprafeţei apei, dar care, prin alunecarea odată cu fundul oceanic, au coborât la nivelul acesteia, când au fost retezaţi de abraziune, pentru a ajunge apoi sub ea.
Teoria astfel formulată, şi care a fost denumită de Dietz sea-floor spreading (expansiunea fundului oceanic) a fost argumentată cu noile dovezi din domeniul geofizicii submarine. Totuşi, expansiunea fundurilor oceanice a fost primită, în momentul lansării ei, cu destul scepticism, fiind considerată o ipoteză geotectonică în plus, ca atâtea altele.

Fig. 3.3. Localizarea arealului exemplificat (A); Benzi magnetizate diferit (negru - anomalii pozitive, alb - anomalii negative) în lungul dorsalei Reykjanes, din sud-vestul Islandei (B); Ilustrarea schematică a conceptului expansiunii fundului oceanic cu ajutorul datelor de paleomagnetism - succesiuni de anomalii de maxim şi de minim, perfect corelabile cu scara inversiunii polarităţii magnetice (C).
(după Heirtzler, 1966, din Summerfield, 1997)

Pentru a se impune erau necesare dovezi noi, pe cât posibil cuantificabile, care să permită o tratare matematică. Primele dovezi de acest fel le-a adus paleomagnetismul. Cu mult timp înainte se observase că rocile magmatice şi sedimentare odată formate achiziţionează o magnetizare permanentă care se păstrează da-a lungul perioadelor geologice: este vorba despre aşa-numitul magnetism remanent sau paleomagnetism. Însă în anumite cazuri se constatase o inversiune a câmpului magnetic înregistrat de roci. După mai multe studii s-a ajuns la concluzia că polaritatea nu reflectă o calitate a rocilor ci a câmpului magnetic al Pământului, câmp care a prezentat în istoria geologică polarităţi diferite. S-a convenit să se denumească "polaritate normală" (sau zone de maxim) cea corespunzătoare câmpului actual şi "polaritate inversă" (zone de minim) opusul câmpului actual. În 1963 Vine şi Matthews ajung la următoarea concluzie: prin răcire (sub punctul Curie - 450 - 500°C) lavele care ieşeau prin rift se magnetizau conform câmpului din acel moment, înregistrând pe rând alternanţele de polaritate sau o dispoziţie sub formă de "zebră" (fig.3.3.). O dovadă în acest sens ar fi perfectul paralelism al fâşiilor de intensitate magnetică diferită atât între ele cât şi cu riftul în lungul căruia se dispun de o parte şi de alta. Interpretarea lui Vine şi Matthews venea să confirme, astfel, conceptul expansiunii fundului oceanic.

3.1.2.2. TEORIA PLĂCILOR LITOSFERICE

Consideraţiile de bază ale conceptului au ca punct de plecare faptul că scoarţa oceanică este din punct de vedere geologic tânără (sub 200 milioane ani) şi se află în continuă formare, precum şi observaţia că litosfera nu este unitară, ci fragmentată în plăci şi microplăci. În continuare vom prezenta succint, în ordine cronologică, cele mai importante contribuţii care au condus la fundamentarea conceptului plăcilor litosferice.
Fig. 3.4. Macro şi microplăcile terestre şi cinematica lor
(compilaţie după Dewey, 1976; McKenzie , Richter, 1976 şi 1979; Hamilton, 1979; Grasu, 1997):
1 - zone de subducţie; 2 - dorsale şi falii transformante; 3 - limite incerte de plăci; 4,1 - viteze de mişcare a plăcilor (cm/an).

În 1968 apar trei lucrări fundamentale care, împreună cu cele enunţate, au pus bazele unei noi teorii:
• Prima dintre ele se datorează lui W. Morgan care a împărţit suprafaţa Pământului în circa 20 de blocuri crustale care sunt separate între ele prin trei forme structurale: rifturi, în care printr-o mişcare divergentă plăcile se îndepărtează şi ia naştere fundul oceanic; fose, în care plăcile se apropie într-o mişcare convergentă, una dintre plăci fiind consumată prin alunecarea sub cealaltă; falii transformante, în lungul cărora nici nu este formată nici nu este distrusă scoarţa oceanică, şi în lungul cărora blocurile alunecă unul faţă de celălalt. Cele mai importante plăci sunt (macroplăcile): eurasiatică, africană, australiană, indiană, pacifică, nord-americană, sud-americană, antarctică. De dimensiuni mijlocii sunt plăcile: Nazca - din sud-estul Oceanului Pacific; central-americană sau a Caraibelor; Cocos, situată la nord de placa Nazca; Gorda, în nord-estul Pacificului; Fiji, Solomon, Bismark şi filipineză, în vestul Oceanului Pacific; indiană, arabă etc. În categoria microplăcilor sunt incluse: placa anatoliană, levantină, ioniană, adriatică, egeeană etc. Prin această delimitare se constată că există plăci care conţin atât porţiuni continentale cât şi porţiuni oceanice (de exemplu, Placa africană cuprinde continentul Africa, jumătate din Oceanul Atlantic şi jumătate din Oceanul Indian), plăci care cuprind exclusiv zone oceanice (de exemplu Placa est-pacifică) sau plăci aproape exclusiv continentale (de exemplu Placa arabă).
• A doua lucrare importantă care a pus bazele tectonicii plăcilor este cea a lui Le Pichon în care încercă prima descriere globală a dinamicii plăcilor ce acoperă suprafaţa Pământului pe baza unui calcul de geometrie pe o sferă.
• A treia lucrare fundamentală pentru tectonica plăcilor este creaţia a trei seismologi, Isaks, Oliver şi Sykes. Un prim fapt important în contribuţia lor a fost definirea mai precisă a plăcilor. Ei presupun plăcile formate din litosferă în sensul cunoscut şi astăzi. Al doilea merit al lucrării este acela de a fi stabilit legătura dintre seisme şi marginile de placă. Astfel, în zonele de expansiune şi pe faliile transformante iau naştere numai cutremure de mică adâncime, în timp ce în zonele de compresiune seismele iau naştere la toate adâncimile, de la suprafaţă până la 700 km. În zonele de compresiune, şi mai ales în faţa arcurilor insulare unde se află o fosă, cutremurele iau naştere pe suprafeţele înclinate cunoscute de mai multă vreme sub numele de plan Benioff (planul pe care se întâlnesc două plăci litosferice, cu înclinare de 45 - 55°, una care se subduce în astenosferă şi alta care încalecă peste prima; pe acest plan se formează principalele focare de cutremure) în lungul cărora o placă litosferică alunecă în astenosferă (procesul de alunecare va fi denumit un an mai târziu subducţie).
Pe baza analizei complexe a unui mare număr de cutremure din zonele oceanice şi din faţa arcurilor insulare, cei trei seismologi au reuşit să prezinte o hartă a vectorilor de mişcare rezultaţi din studiul mecanismelor de focar. Era o confirmare a teoriei expansiunii oceanelor, însă astfel de confirmări aveau să se tot adauge ducând la conturarea a ceia ce denumiseră cei trei pentru prima dată şi anume tectonica globală.

3.1.2.3. RAPORTURI GEODINAMICE ÎNTRE PLĂCILE LITOSFERICE

În lungul celor două mari sisteme oceanice - dorsale şi fose - au loc procese geodinamice majore ale plăcilor litosferice: de expansiune sau distensiune şi de compresiune şi consumare în zona foselor (fig.2.17.). În acest contex există patru tipuri de limite sau margini de plăci:
o margini divergente - cu formare de scoarţă nouă şi îndepărtarea unei plăci de cealaltă. Mişcarea aceasta de îndepărtare de zona de acreţie este relativ rapidă, atingând 2 cm/an, de fiecare parte, în Oceanul Atlantic şi 5 - 6 cm/an în Oceanul Pacific, iar în cazul plăcii Nazca, din sud-estul Pacificului, deplasarea este de 8 - 9 cm/an. Între cele mai cunoscute zone de expansiune se numără cea medio-atlantică, dorsala din Oceanul Arctic, dorsala dintre Antarctica şi Africa, continuată cu cea din Oceanul Indian (Dorsala Carlsberg), dorsalele din estul şi sudul Oceanului Pacific, secţionate de numeroase falii transformate.

Fig. 3.5. Plăcile şi tensiunile tectonice (Dietz, 1972, din Grasu, 1997).

o marginile convergente apar în cazul apropierii a două plăci, producându-se subducţia uneia dintre ele, finalizată prin coliziune. Placa subdusă suferă o reducere dimensională, o scurtare, determinând totodată îngroşări, cutări, încălecări ale materialul continental care rămâne la suprafaţă. Marile zone de compresiune, la scara globului, corespund marilor lanţuri montane tinere (lanţul alpin, lanţul himalayan, lanţul andin etc.). În această categorie putem avea mai multe situaţii: coliziune între o placă oceanică şi una continentală (de exemplu, Placa Nazca sub Placa Americii de Sud cu un ritm de 10 - 11 cm/an); coliziunea a două plăci oceanice (Placa Filipinelor sub placa Pacificului - rezultă arcuri insulare); coliziune continent-continent (Placa indiană cu placa euroasiatică).
o margini transformante (sau margini de falii transformante) apar acolo unde două plăci alunecă orizontal una faţă de cealaltă. Cele mai multe falii transformante sunt pe fundul oceanului. Un exemplu clasic de alunecare laterală (culisare) îl constituie Falia San Andreas între placa Pacificului şi placa Americii de Nord.
o zone de margini de plăci (plate-boundary zones) - în anumite regiuni marginile nu pot fi identificate precis, între două plăci existând mai multe microplăci (cazul plăcii africane şi celei euroasiatice în zona Mediteranei).
Pe lângă studiile şi cercetările de mare amploare, făcute în diferite regiuni ale uscatului şi domeniului oceanic, aspectele logice şi geometrice, criteriile de evaluare cantitativă şi calculele matematice de mare precizie au permis întocmirea de modele şi aprofundarea cunoştinţelor în condiţii de laborator. Pe această bază s-a reuşit să se stabilească chiar şi perpectiva evoluţiei plăcilor.
Astfel, se consideră că în următoarele 50 milioane de ani, Oceanul Atlantic şi cel Indian îşi vor mări suprafeţele datorită funcţionării dorsalelor mediane şi lipsei unor zone de subducţie. Oceanul Pacific se va reduce deoarece are o dorsală activă, asimetrică, în S-SE şi două zone de subducţie foarte extinse (sub continentul american şi în tot lungul marginilor insulare ale Asiei). Translaţia plăcii africane şi a microplăcilor turcă şi egeică va duce la micşorarea suprafeţei Mării Mediteraneene, iar prin activitatea riftului din Marea Roşie placa arabă va fi împinsă spre E-NE şi se va lipi de placa asiatică prin dispariţia Golfului Piersic. Deoarece masivul bloc african masiv este înconjurat din trei părţi de zone de expansiune, fără nici o zonă de subducţie în adâncurile scoarţei sale s-au format numeroase puncte fierbinţi care preced fragmentarea. În acest context, demn de remarcat este faptul că din totalul de 122 puncte (pungi) fierbinţi (hot-spots-uri) cunoscute pe Terra (53 pe fundul oceanelor şi 69 pe continente), Africa deţine 25, iar pe cel mai important dintre ele a apărut deja un sistem de fracturi în “Y” (marile grabene) cu caractere tipice de tensiune. Se pare că şi Gondwana, înainte de dezmembrare era un continent staţionar, cu vulcanism activ şi că, după ce s-a rupt în mai multe plăci pe toate fragmentele rezultate vulcanismul a încetat.
America de Nord se va separa de America de Sud prin extinderea spre vest a fosei Puerto Rico care se va uni cu fosa Americii Centrale. California se va separa de America de Nord şi va fi împinsă spre fosa din faţa arcului insular al Aleutinelor. În Africa se va accentua funcţionarea marelui rift, care va fi invadat de ape oceanice. Istmul Suez va dispărea. În Europa, Golful Gasconiei va înainta pe la nord de Munţii Pirinei, încât Peninsula Iberică va fi legată de Franţa doar printr-un istm îngust.