Badanie ziemskiego pola magnetycznego zapisanego w zapisie skalnym było ważnym kluczem w rekonstrukcji historii ruchów płyt. Widzieliśmy już, jak zapis magnetycznych odwróceń doprowadził do potwierdzenia hipotezy rozprzestrzeniania się dna morskiego. Koncepcja pozornych ścieżek wędrówki polarnej była pomocna w określaniu prędkości, kierunku i rotacji kontynentów.
Pozorna wędrówka polarna
Aby zilustrować ideę wędrówki polarnej, wyobraź sobie, że masz złożony wulkan na kontynencie, taki jak na poniższym szkicu. Zapewniam Cię, że szkic będzie lepiej zrozumiany, jeśli obejrzysz również screencast, w którym mówię podczas jego rysowania.
Szkic pozornej wędrówki biegunów
Click here for transcript
Aby zilustrować ścieżkę pozornej wędrówki biegunów, powiedzmy, że mamy tutaj Ziemię, która ma swoje bieguny w taki sposób, tak jak są one dzisiaj. Linie pola magnetycznego przebiegają w ten sposób. I powiedzmy, że mamy tu kontynent. Wygląda on tak. Na tym kontynencie znajduje się wulkan i jest to wulkan kompozytowy. Wulkan złożony wyrzuca z siebie lawę i stopniowo buduje zbocza górskie swoimi strumieniami lawy, tak jak tutaj. Oto lawa spływająca po tej stronie. Udajmy, że jesteśmy geologiem, pójdziemy na ten wulkan i pobierzemy kilka próbek z tych strumieni lawy. Zrobimy zbliżenie na te strumienie lawy tutaj. Najwyższa próbka przepływu lawy, nazwiemy ją tutaj zieloną. Pod tym zielonym znajduje się bardziej pomarańczowo-żółty strumień lawy, a pod nim ten najstarszy. Mamy magnetometr, więc możemy spróbować ustalić, w którą stronę biegła północ, kiedy te wszystkie strumienie lawy się formowały i stygły. Powiedzmy, że czerwony wskazuje w tym kierunku, a żółtawy wygląda tak. Zielona została uformowana podczas pola, tak jak dzisiaj, więc jej północ jest właśnie taka. Istnieją dwa możliwe wytłumaczenia, jak mogło do tego dojść. Narysujemy je tutaj. Wyjaśnienie 1 jest takie, że bieguny przesunęły się, a kontynent pozostał w tym samym miejscu. W takim przypadku mamy tutaj kontynent. Kiedy powstała najnowsza lawa, ta zielona, biegun znajdował się tutaj, gdzie jest dzisiaj. Ale kiedy ten wulkan tworzył żółtą lawę, biegun znajdował się w nieco innym miejscu. To było bardziej tutaj. Najstarszy przepływ lawy rejestruje biegun, który był bardziej w tym kierunku. W tym przypadku mamy do czynienia z czymś, co nazywamy pozorną ścieżką wędrówki polarnej. Z biegiem czasu, od tamtych czasów do chwili obecnej, biegun przesunął się w tym kierunku. Inną możliwością jest to, że kontynent przesunął się, a biegun pozostał w tym samym miejscu. W takim przypadku dzisiejszy zielony kontynent znajdowałby się tutaj. Gdy ta lawa zamarzła, wskazywała na północ w kierunku bieguna północnego. Kiedy ta żółta lawa się uformowała, jeśli biegun był w tym samym miejscu, to kontynent musiałby być gdzieś tutaj, ponieważ jego lawa zamarzła wskazując północ, ale potem z czasem, kiedy kontynent przesunął się na swoją obecną pozycję z lawą wciąż zamarzniętą na miejscu, wskazuje ona teraz w innym kierunku, który nie jest już tam, gdzie jest północ. Jeśli cofniemy się jeszcze dalej w czasie w kierunku czerwonej lawy, to kontynent musiał siedzieć w pozycji podobnej do tej. Kiedy lawa się uformowała, była skierowana na północ, potem, kiedy kontynent przeszedł przez ten obrót, lawa była już zastygła w miejscu, więc kierunek, w którym jest skierowana, nie jest w tym samym miejscu, w którym teraz jest północ. Możemy skonstruować ścieżkę – pozorną ścieżkę wędrówki, jeśli wolisz – kontynentu. Widzimy, że kontynent musiał przebiegać mniej więcej w ten sposób. To jest w przeciwnym kierunku niż ten, który skonstruowaliśmy wcześniej.
Ten wulkan wybucha od czasu do czasu, a kiedy jego lawa krzepnie i stygnie, zapisuje kierunek ziemskiego pola magnetycznego. Geolog uzbrojony w magnetometr mógłby pobierać próbki przez warstwy zastygłej lawy i w ten sposób śledzić kierunek i natężenie pola w czasie geologicznym zarejestrowanym przez ten wulkan. W rzeczywistości geolodzy to zrobili i odkryli, że kierunek bieguna północnego nie był nieruchomy w czasie, ale zamiast tego przesunął się dość znacznie. Istniały dwa możliwe wyjaśnienia tego zjawiska:
- Albo biegun był nieruchomy, a kontynent przesunął się w czasie, albo
- kontynent był nieruchomy, a biegun przesunął się w czasie.
Seafloor Spreading Saves the Day!
Przed przyjęciem tektoniki płyt większość geologów uważała, że biegun musiał się przesunąć. Jednak, gdy coraz więcej pomiarów dokonywano na różnych kontynentach, okazało się, że nie można pogodzić wszystkich różnych ścieżek wędrówki biegunów. Biegun nie mógł znajdować się w dwóch miejscach jednocześnie, a ponadto dna oceanów rejestrowały albo północ, albo południe, ale nie kierunki pomiędzy nimi. Jak więc lawy z tego samego wieku na różnych masach lądowych mogły pokazywać historyczne kierunki bieguna północnego w sposób odmienny od siebie? Po uznaniu rozprzestrzeniania się dna morskiego za realny mechanizm przesuwania litosfery, geolodzy zdali sobie sprawę, że te „pozorne ścieżki wędrówki biegunów” mogą być użyte do rekonstrukcji przeszłych ruchów kontynentów, przy założeniu, że biegun zawsze znajdował się mniej więcej w tym samym miejscu (z wyjątkiem okresów odwrócenia).
Obliczanie szerokości paleomagnetycznej
Przykład na moim bajecznym rysunku daje dość mglisty opis idei stojącej za wykorzystaniem danych paleomagnetycznych do rekonstrukcji dawnych pozycji kontynentów, ale jak to się właściwie robi? Używamy magnetometrów.
Kąt pomiędzy polem magnetycznym Ziemi a poziomem nazywany jest inklinacją magnetyczną. Ponieważ Ziemia jest okrągłym ciałem w polu dipolowym, inklinacja jest bezpośrednio zależna od szerokości geograficznej. W rzeczywistości tangens kąta inklinacji jest równy dwukrotności tangensa szerokości geograficznej, czyli szerokości geograficznej, na której znajdowała się trwale namagnesowana skała, gdy stała się namagnesowana. W związku z tym, znając swoją obecną lokalizację oraz odczyt magnetometryczny nachylenia interesującego nas obiektu geologicznego, np. strumienia bazaltu, można obliczyć szerokość magnetyczną w czasie jego formowania, porównać ją z obecną lokalizacją i określić, o ile stopni szerokości geograficznej przesunęła się obecna lokalizacja od czasu zastygnięcia skały.
.