Doc. dr hab. Marek Lewandowski
Instytut Geofizyki PAN, Laboratorium Paleomagnetyzmu
01-452 Warszawa, ul. Ks. Janusza 64
(0-22) 6915764, fax: (0-22) 6915915
E-mail: lemar@igf.edu.pl

Paleogeografia paleozoiku w ujęciu paleomagnetyczno-paleoklimatycznym.

    Rekonstrukcje i mapy paleogeograficzne stanowią syntezę nauk o Ziemi i są o tyle ważne, o ile ważna jest wiedza o ewolucji naszej planety. Dzisiejszy rozkład kontynentów i oceanów jest efektem rozpadu megakontynentu Pangei (Rys. 1, rekonstrukcja 295 mln. lat), który zaczął się ok. 200 mln lat temu z końcem triasu i trwa do dziś. Historia rozpadu Pangei, będącego konsekwencją procesów rozrywania (ryftogenezy) skorupy kontynentalnej, została utrwalona w dnach nowopowstałych oceanów i jest odczytywana dziś przede wszystkim metodami magnetyzmu ziemskiego i stratygrafii, co umożliwia rekonstrukcję tego megakontynentu.

    Zbudowane ze skał bazaltowych dna oceaniczne są w znacznym stopniu wchłaniane w strefach subdukcji (rowach oceanicznych). Następstwem tego procesu jest kolizja bloków skorupy kontynentalnej i powstanie łańcucha orogenicznego. Wydaje się, że dno wszechświatowego oceanu (Panthalassy) otaczającego Pangeę zostało bez reszty skonsumowane w strefach subdukcji. Relikty starszych ofiolitów odnajdywane w orogenach paleozoicznych wskazują, że domeny oceaniczne istniały także przed mezozoikiem, a powstanie Pangei było skutkiem ich zamykania w strefach kolizji paleokontynentów. Rozczłonkowane, poddane procesom metamorfizmu i uwikłane w skomplikowane procesy tektoniczne, relikty ofiolitowe dostarczają zbyt skąpych informacji o wieku i paleogeografii macierzystych oceanów, prowadząc do gorących sporów na temat ich historii.

    O ile generalna paleogeografia mezozoiku i kenozoiku jest dość dobrze poznana, o tyle paleozoiczna historia wędrówki kontynentów najczęściej opisywana jest w postaci izolowanych epizodów, które często nie dają się wpisać w żaden logiczny scenariusz ewolucji skorupy ziemskiej. Przedstawione tutaj interpretacje paleogeograficzne, obejmujące okres od początku ordowiku po schyłek karbonu (485-295 mln. lat, patrz Rys. 1) tworzą spójny obraz rozwoju paleogeograficznego w tym okresie, który różni się w wielu aspektach (np. mniejsze prędkości kontynentów, stosunkowo wąskie oceany, przestrzenne relacje pomiędzy paleokontynentami) od rekonstrukcji innych autorów (np. Scotese i McKerrow, 1990, Van der Voo, 1993). W pracy wykorzystano dwie dziedzinowo odmienne metody: paleomagnetyczną i paleoklimatyczną. Pierwsza z nich umożliwia ilościowe określenia paleoszerokości bloku skorupowego oraz jego orientację względem paleobieguna poprzez badanie namagnesowania szczątkowego skał. Wykorzystano tu badania własne autora z zakresu paleomagnetyzmu (patrz Lewandowski, 1993, 1998). Metoda druga daje podobne możliwości, choć tylko jakościowe. Obie metody nie pozwalają na określenie paleodługości geograficznej, aczkolwiek w niektórych przypadkach metoda paleomagnetyczna umożliwia identyfikację równoleżnikowej składowej ruchu względnego pomiędzy blokami skorupowymi.

Wyniki badań paleomagnetycznych (źródła - patrz Lewandowski, 1998, Smethurst i in., 1998) zostały wykorzystane do określenia położenia kratonów północnoamerykańskiego (Laurencji), fennosarmackiego (Baltiki), germańsko-awalońsko-nowofunladzkiego (Awalonii), syberyjskiego oraz mniejszych bloków (terranów armorykańskiego, saksoturyńskiego, moldanubskiego i śląsko-morawskiego). Do rekonstrukcji położenia Gondwany wykorzystano dane paleoklimatyczne (Scotese i Barret, 1990) ze względu na znaczny rozrzut wyników badań paleomagnetycznych dla tego paleokontynentu (por. Van der Voo, 1993). Skala stratygraficzna Palmera (1983) posłużyła do kalibracji wiekowej biegunów paleomagnetycznych i paleoklimatycznych, zaś krzywe pozornej wędrówki biegunów dla danych paleomagnetycznych i paleoklimatycznych wykonano metodą splinów sześciennych przy użyciu programu komputerowego GMAP (Torsvik i Smethurst, 1994).

Za punkt wyjścia przyjęto dość szeroko akceptowaną rekonstrukcję Neumana (1984) dla dolnego ordowiku. Ze względu na ograniczenia metodologiczne, przyjęto dodatkowe założenie o możliwie najmniejszych prędkościach bloków skorupy i możliwie najmniejszych odległościach pomiędzy nimi. Starano się także utrzymać stałą prędkość bloków skorupowych opierając się na przekonaniu, że zmiany prędkości komórki konwekcyjnej w płaszczu, szczególnie w krótkim czasie, są trudne do wyjaśnienia z tektonofizycznego punktu widzenia. Mniejsze jednostki (zdefiniowane sensu lato) oznaczone są literami: AV- Awalonia, AR – Armoryka, S - blok saksoturyński, MC-M – blok Masywu Centralnego i Moldanubskiego, MS – jednostkę Morawsko-Śląską.

Jak wynika z przedstawionych rekonstrukcji, budowa geologiczna Europy na zachód od granicy kratonu fennosarmackiego (linii Tornquista-Teisseyre’a, T-T) została ukształtowana wskutek następujących po sobie kolizji mniejszych fragmentów skorupowych odrywanych od latyno-afrykańskiej krawędzi Gondwany. Ryftogeneza postępowała od zachodu na wschód, prowadząc do stopniowego rozbijania przed-ordowickiego orogenu Kadomidów oraz powstawania nowych domen oceanicznych (Rheic, MC-M) kosztem pochłanianych den starszych oceanów (Iapetus, Tornquist). Pierwszy oderwał się blok awaloński, którego ruch ku północy wzdłuż dzisiejszej linii T-T znalazł swój finał w kolizji z duńsko-polskim sektorem Baltiki (435 mln. lat). Wkrótce po zaniku oceanu Tornquista zamknięciu uległ Iapetus. Konsumpcja dna Iapetusa i kolizja Baltiki/Awaloni z Laurencją zaowocowała górskim łańcuchem Kaledonidów i powstaniem kontynentu Old Redu.

Na sekwencji migawek paleogeograficznych (Rys. 1) widać systematyczny dryft Baltiki od wysokich paleoszerokości na półkuli południowej w kierunku bieguna północnego, połączony z rotacją przeciwną do ruchu wskazówek zegara. Podobny ruch był udziałem Gondwany. Końcowa, hercyńska faza kolizji Gondwany z Old Redem miała prawoskrętnie-skośny charakter, co spowodowało znaczące ścięcia, rotacje i przesunięcia bloków na europejskim przedpolu kratonu fennosarmackiego (Lewandowski, 1993). Finałem kolizji jest powstanie Pangei, co świadczy o poprawności metod i danych użytych do jej rekonstrukcji.

Przedstawiony schemat paleozoicznej ewolucji skorupy Ziemi daje się weryfikować lub falsyfikować przy pomocy innych metod nauk o Ziemi. W odróżnieniu od niektórych wcześniejszych interpretacji, ocean Rheic dzielący Baltikę i Armorykę jest stosunkowo wąski, co lepiej wyjaśnia obserwacje paleontologiczne (np. Robardet i in., 1994). Równie niewielki jest młodszy od niego ocean MC-M. Jest to wniosek odmienny od innych interpretacji (np. Tait et al., 1997, Torsvik, 1998), określających pozycję Gondwany wyłącznie na podstawie danych paleomagnetycznych.

Rys. 1. Rekonstrukcja dryftu kontynentalnego w paleozoiku (ordowik-perm).

Bibliografia: