Minęło już kilkaset lat, odkąd Kopernik odkrył, że Ziemia kręci się wokół Słońca. Natomiast pierwszym, który dał dowody na kulistość naszej planety był już Arystoteles, przedstawiając swoje hipotezy w IV w. p.n.e. Ostatnie dwieście lat przyniosło znaczy rozwój badań geologicznych, które zaczęły dowodzić kolejnym elementarnym procesom zachodzącym na Ziemi. Teoria tektoniki płyt mająca swoje podwaliny już w XIX wieku została potwierdzona empirycznie w 60. XX wieku, kiedy odkryto strefy spreadingu na dnie oceanicznym.
Dzisiaj wydaje się, że tektonika płyt stała się tak oczywistym faktem, że nikt jej nie podważa. Rzadko wspomina się o alternatywnej wizji wnętrza Ziemi. Hipoteza ekspansji naszej planety posiada niewielu zwolenników. Do niedawna przyjmowano, że tylko trzy ośrodki badawcze na świecie zajmują się tym zagadnieniem, w tym jeden we… Wrocławiu. Prof. Jan Koziar jest najbardziej znanym w Polsce popularyzatorem hipotezy ekspandującej Ziemi.
Czytaj też: Wnętrze Ziemi inne niż się wydawało? W płaszczu odkryto nowy minerał, którego nikt się nie spodziewał!
Hipoteza ekspandującej Ziemi – na czym polega?
Zwolennicy tej hipotezy twierdzą, że Ziemia nieustannie się powiększa. W skali roku promień ziemski wydłuża się o 2,6 cm. Zatem ponad 200 mln lat temu nasza planeta powinna być rozmiarów Merkurego. Podstawowym założeniem ekspansji Ziemi jest to, że przyrost skorupy ziemskiej w strefach spreadingu nie jest wcale kompensowany w strefach subdukcji.
Wśród wielu argumentów opowiadających się za tym, że Ziemia ekspanduje, jest to, że najstarsze fragmenty skorupy oceanicznej pochodzą tylko z epoki jury. Ponadto twierdzi się, że Afryka i Antarktyda są otoczone tylko strefami spreadingu, czyli nie istnieje żadna siła, która by równoważyła zwiększanie się skorupy ziemskiej w tym miejscu, a więc kontynenty te muszą się powiększać.
Hipoteza oczywiście posiada wiele braków i przede wszystkim nie wyjaśnia, na jakiej podstawie Ziemia miałaby zwiększać swoją objętość. Tłumaczy się to poniekąd nadtapianiem stałej materii we wnętrzu planety i przemianą fazy stałej w ciekłą o większej objętości. Jednakże ten i wiele innych argumentów ekspandystów nie zdołały przekonać większości naukowców na świecie. Teoria tektoniki płyt jest uważaną za najbardziej prawdziwą i najlepiej tłumaczącą ruchy procesy endogeniczne.
Teoria tektoniki płyt zakłada, że litosfera (skorupa ziemska i górny płaszcz) składa się kier, które poruszają się i wzajemnie na siebie oddziałują, oddalając się od siebie lub zderzając. Wskutek ich ruchów dochodzi do powstawania orogenów (grzbietów górskich) czy stref aktywnych wulkanicznie, np. Pacyficznego Pierścienia Ognia.
Żeby lepiej zrozumieć to, jak działa Ziemia i procesy zachodzące na jej powierzchni, poznajmy, w jaki sposób zbudowane jest jej wnętrze. Chociaż jeszcze żadnej ekspedycji nie udało się dowiercić na wieleset kilometrów w głąb planety (i raczej się nie uda), to dzięki badaniom rozchodzenia się fal sejsmicznych przy trzęsieniach ziemi wiemy już co nieco.
Czytaj też: Ziemia dosłownie “płonie”. Ostatnie 8 lat najgorętsze w historii ludzkości
Tajemnice wnętrza Ziemi – odkryjmy, jak zbudowany jest środek naszej planety
Najbardziej zewnętrzną warstwę stanowi skorupa ziemska. O niej wiadomo najwięcej. Pod pokrywą osadową znajdują się dwa typy skorupy – kontynentalna i oceaniczna. Pierwsza jest lżejsza, grubsza i starsza od oceaniczne oraz buduje obszar lądowy i szelfy kontynentalne. Skorupa ziemska jest najcieńsza w pobliżu stref spreadingu (rozszerzania się) – jej miąższość może wynosić tylko 5 kilometrów. Natomiast skorupa jest najgrubsza pod sfałdowanymi orogenami i tak jest na Wyżynie Tybetańskiej i Himalajach, które są obszarem wsuwania się jednej płyty kontynentalnej pod drugą. Miąższość skorupy sięga tutaj aż 80 kilometrów.
Poniżej skorupy ziemskiej znajduje się płaszcz, który zaczyna się poniżej tzw. strefy Moho, czyli obszaru we wnętrzu Ziemi, gdzie odnotowuje się charakterystyczny skok fal sejsmicznych. Płaszcz Ziemi stanowi aż 70 proc. objętości Ziemi i sięga do głębokości 2900 kilometrów. Tak wielka masa nie jest oczywiście jednolita. Wyróżnia się płaszcz górny i dolny, a granica między nimi przebiega na głębokości około 400-650 kilometrów. Procesy zachodzące w płaszczu mają silny wpływ na ruchy skorupy ziemskiej czy przenoszenie ciepła z najgłębszych warstw Ziemi.
Czytaj też: Ten minerał nie miał prawa zostać odkryty. Mamy pierwszy w historii okaz kryształu z płaszcza Ziemi
W płaszczu ziemskim ciśnienie jest tak ogromne (milion razy większe od ciśnienia atmosferycznego), a temperatury przekraczają 1000 stopni, że jego masę budują minerały, których nie spotkamy w skałach bliżej powierzchni. Bridgmanit, krzemian magnezu i żelaza o strukturze perowskitu, uznawany jest za główny składnik dolnego płaszcza ziemi i tym samym za najbardziej pospolity minerał na Ziemi. Paradoksalnie nie mamy żadnej jego próbki (z małym wyjątkiem) pochodzącej z wnętrza planety, ponieważ występuje on tylko w strefach ekstremalnych ciśnień i temperatury zbliżonych do tych, jakie pojawiają się podczas uderzeń meteorytów.
Na głębokości 2900 kilometrów znajduje się nieciągłość Gutenberga, która oddziela płaszcz od jądra Ziemi. Obserwuje się tutaj zanik fal poprzecznych, spowolnienie fal podłużnych i skokowy wzrost gęstości materii. Jądro również dzieli się na dwie jednostki – wewnętrzne i zewnętrzne. Zasadniczą różnicą jest to, że są w różnym stanie skupienia. Jądro zewnętrzne jest płynne. Temperatura w nim wynosi 5500-6500 stopni – stop niklowo-żelazowy wykazuje przewodność elektryczną. Ponadto materia tutaj ulega nieustannym ruchom konwekcyjnym, co może mieć związek z powstawaniem w tym miejscu pola magnetycznego Ziemi.
Poniżej jądra zewnętrznego znajduje się najgłębsza, najgorętsza, najgęstsza i najtwardsza część naszej planety – jądro wewnętrzne. Przypuszcza się, że jest ono swoistą kulą żelaza z niewielką domieszką innych pierwiastków. Ciśnienie tutaj wynosi 13,5 miliona atmosfer. Promień jądra wewnętrznego jest o długości 1250 kilometrów.
Czytaj też: Jakie są najrzadsze minerały na świecie? Niektóre z nich znajdziemy nawet na południu Polski
Po co nam poznawać tajemnice wnętrza Ziemi?
Wiedza o budowie wewnętrznej jest cenna nie tylko dla zrozumienia procesów geologicznych na naszej planecie, ale również na innych obiektach kosmicznych. Drogą analogii, rozumiejąc zjawiska zachodzące w płaszczu czy jądrze, możemy dedukować, w jaki sposób powstają i ewoluują inne planety. Dzięki temu łatwiej jest również naukowcom szukać „drugiej Ziemi”.