Litosfera - budowa Ziemi i procesy

Litosfera to zewnętrzna, sztywna powłoka Ziemi, zbudowana ze skorupy ziemskiej oraz najwyższej, chłodnej części płaszcza. To właśnie ona tworzy płyty tektoniczne, na których leżą kontynenty i dna oceanów. Jej ruchy wyjaśniają powstawanie gór, wulkanów, trzęsień ziemi, rowów oceanicznych i wielu innych form powierzchni naszej planety.

Słowo litosfera pochodzi od greckiego lithos, czyli kamień. Nazwa dobrze oddaje jej charakter, bo chodzi o twardą, skalną część Ziemi, która zachowuje się inaczej niż głębiej położona astenosfera. W geografii litosfera jest ważna nie tylko jako warstwa budowy Ziemi. To także obszar, w którym zachodzą procesy kształtujące rzeźbę terenu, surowce mineralne, gleby i warunki życia człowieka.

Litosfera - co to jest

Litosfera to mechaniczna warstwa Ziemi, a więc wydziela się ją ze względu na właściwości fizyczne skał. Obejmuje skorupę ziemską i górną część płaszcza, która jest wystarczająco chłodna oraz sztywna, aby razem ze skorupą tworzyć płyty litosfery. Pod nią znajduje się astenosfera, czyli bardziej plastyczna część górnego płaszcza.

Ważne jest odróżnienie dwóch podziałów. Skorupa, płaszcz i jądro to podział chemiczny oraz ogólny opis budowy wnętrza Ziemi. Litosfera i astenosfera to podział mechaniczny, oparty na tym, czy skały są sztywne, kruche, czy zdolne do bardzo powolnego płynięcia w skali geologicznej.

Grubość litosfery nie jest wszędzie taka sama. Pod młodymi obszarami oceanicznymi może mieć kilkanaście kilometrów, a pod starymi, stabilnymi częściami kontynentów może przekraczać 200 km. Dlatego w podręcznikowym ujęciu najczęściej podaje się, że litosfera jest zewnętrzną, sztywną powłoką Ziemi, a jej dokładna grubość zależy od typu skorupy i wieku danego fragmentu płyty.

Budowa wnętrza Ziemi

Wnętrze Ziemi ma budowę warstwową. Najbliżej powierzchni znajduje się skorupa ziemska, pod nią płaszcz, a w centrum jądro. Granice tych warstw rozpoznaje się głównie dzięki falom sejsmicznym, ponieważ bezpośrednie obserwacje sięgają tylko bardzo płytkiej części skorupy.

Podane wartości są przybliżone, ponieważ grubość skorupy i litosfery zmienia się regionalnie. Inna jest pod oceanami, inna pod młodymi górami, a jeszcze inna pod starymi tarczami kontynentalnymi.

Skorupa kontynentalna a oceaniczna

Skorupa kontynentalna i oceaniczna różnią się grubością, gęstością, wiekiem oraz składem skał. Skorupa kontynentalna jest zazwyczaj grubsza, mniej gęsta i bardziej zróżnicowana. W jej budowie dużą rolę odgrywają skały bogate w krzemionkę, między innymi granity oraz skały metamorficzne i osadowe.

Skorupa oceaniczna jest cieńsza, zwykle ma około 6-7 km grubości, a jej skład jest bardziej bazaltowy. Powstaje głównie w strefach grzbietów śródoceanicznych, gdzie magma wydostaje się ku górze, zastyga i tworzy nowe fragmenty dna oceanicznego. Następnie taka skorupa przesuwa się wraz z płytą litosfery, a w strefach subdukcji może zanurzać się pod inną płytę i wracać do płaszcza.

Ta różnica tłumaczy, dlaczego kontynenty są trwalsze w skali geologicznej niż dna oceanów. Kontynentalna część litosfery jest lżejsza i trudniej ulega pogrążaniu w płaszczu, natomiast oceaniczna część litosfery jest gęstsza i częściej uczestniczy w subdukcji.

Płyty tektoniczne i dryf kontynentów

Litosfera nie tworzy jednolitej skorupy obejmującej całą Ziemię. Jest podzielona na płyty tektoniczne, nazywane też płytami litosferycznymi. Płyty te przesuwają się bardzo powoli po bardziej plastycznej astenosferze, zwykle z prędkością liczoną w centymetrach na rok.

Alfred Wegener na początku XX wieku zaproponował teorię dryfu kontynentów. Zauważył między innymi podobieństwo zarysów Ameryki Południowej i Afryki oraz zgodność niektórych skamieniałości i struktur geologicznych po obu stronach Atlantyku. Jego pomysł przez długi czas budził spory, ponieważ brakowało mechanizmu wyjaśniającego ruch kontynentów.

Współczesna teoria tektoniki płyt rozwinęła tę koncepcję. Nie przemieszczają się same kontynenty, lecz całe płyty litosfery, które mogą zawierać fragmenty kontynentów, dna oceaniczne albo oba typy skorupy jednocześnie. Granice płyt są miejscami szczególnie aktywnymi geologicznie. Tam płyty mogą się rozsuwać, zderzać albo przesuwać równolegle względem siebie.

Na granicach rozbieżnych powstaje nowa skorupa oceaniczna, na przykład w grzbietach śródoceanicznych. Na granicach zbieżnych jedna płyta może wsuwać się pod drugą, co prowadzi do subdukcji, powstawania rowów oceanicznych, łuków wulkanicznych i pasm górskich. Na granicach przesuwczych płyty przesuwają się wzdłuż uskoków, a nagłe uwolnienie naprężeń powoduje trzęsienia ziemi.

Procesy wewnętrzne (endogeniczne)

Procesy endogeniczne mają źródło we wnętrzu Ziemi. Są związane z energią cieplną planety, ruchem płyt litosfery, przemieszczaniem się magmy oraz naprężeniami w skałach. To one odpowiadają za największe formy rzeźby terenu, takie jak góry, baseny oceaniczne, rowy oceaniczne i wyżyny wulkaniczne.

Wulkanizm polega na wydostawaniu się magmy lub produktów jej odgazowania ku powierzchni. Najczęściej występuje przy granicach płyt, zwłaszcza w strefach subdukcji oraz na grzbietach śródoceanicznych. Może też pojawiać się wewnątrz płyt, w miejscach związanych z tak zwanymi plamami gorąca.

Trzęsienia ziemi powstają wtedy, gdy skały nagle pękają lub przesuwają się wzdłuż uskoku, a zgromadzona energia rozchodzi się w postaci fal sejsmicznych. Najwięcej trzęsień występuje przy granicach płyt, ponieważ tam naprężenia gromadzą się najczęściej i najszybciej. Ognisko trzęsienia znajduje się w głębi Ziemi, a punkt na powierzchni położony bezpośrednio nad nim to epicentrum.

Górotwórczość jest związana głównie ze zderzaniem się płyt. Gdy dwie płyty kontynentalne napierają na siebie, skały mogą być fałdowane, nasuwane i wypiętrzane. W ten sposób powstają wielkie pasma górskie. W strefach subdukcji góry mogą dodatkowo łączyć się z wulkanizmem, ponieważ zanurzająca się płyta sprzyja powstawaniu magmy.

Procesy zewnętrzne (egzogeniczne)

Procesy egzogeniczne zachodzą na powierzchni Ziemi lub bardzo blisko niej. Ich głównymi czynnikami są woda, wiatr, lód, zmiany temperatury, grawitacja oraz działalność organizmów. W przeciwieństwie do procesów endogenicznych nie budują one wielkich struktur od środka planety, lecz niszczą, transportują i osadzają materiał skalny.

Wietrzenie to rozpad i rozkład skał w miejscu ich występowania. Może być fizyczne, gdy skała pęka na mniejsze fragmenty, chemiczne, gdy zmienia się jej skład, albo biologiczne, gdy uczestniczą w nim korzenie roślin, mikroorganizmy lub zwierzęta. Wietrzenie przygotowuje materiał, który później może zostać przeniesiony przez wodę, wiatr albo lodowiec.

Erozja polega na niszczeniu podłoża i usuwaniu materiału przez czynniki zewnętrzne. Rzeka pogłębia dolinę, fale morskie podcinają brzeg, lodowiec żłobi podłoże, a wiatr wywiewa drobne cząstki z odsłoniętych powierzchni. Po transporcie materiał może zostać osadzony, tworząc na przykład delty, stożki napływowe, wydmy lub pokrywy lessowe.

Kras jest szczególnym typem procesów egzogenicznych. Zachodzi tam, gdzie woda rozpuszcza skały podatne na rozpuszczanie, zwłaszcza wapienie, dolomity, gipsy i sole. W krajobrazie krasowym powstają jaskinie, leje krasowe, wywierzyska, żłobki krasowe i podziemne korytarze. Proces krasowienia pokazuje, że litosfera jest stale przekształcana nie tylko przez gwałtowne zjawiska, ale też przez powolne działanie wody.

Pełny obraz powierzchni Ziemi wynika z równoczesnego działania obu grup procesów. Procesy wewnętrzne wypiętrzają, rozrywają i przebudowują litosferę, a procesy zewnętrzne ścierają wyniesienia, przenoszą osady i modelują szczegóły krajobrazu. Dlatego góry, doliny, wybrzeża i jaskinie są zapisem długiej współpracy energii wnętrza Ziemi z czynnikami działającymi na jej powierzchni.

Najczęstsze pytania (FAQ)