Ještě před nástupem Nové doby a s ní globální deskové tektoniky ing. Orlt zjistil nedostatečnou energii domnělého (pro nás neexistujícího) pohybu desek potřebnou pro naivní deskově tektonickou představu vztyčení pohoří

Věstník Ústředního ústavu geologického, 60, 2, 1985 109

Kolize litosférických bloků příčinou orogenezí?

RUDOLF ORLT

Úvod

Starší hypotézy o vzniku horských pásem (orogenezích), jejich příčinách a průběhu byly postupně zatlačeny stále vážnějšími námitkami: neodpovídaly zjištěným skutečnostem, zejména ale byly v rozporu se základními fyzikálními zákony. Byly proto hledány jiné výklady. V posledních desítkách let získala důvěru většiny geologů i mnoha geofyziků hypotéza „deskové tektoniky“, která hledá zdroje energie pro orogenetické děje v pozvolném pohybu litosférických desek. Posoudíme reálné možnosti tohoto výkladu z různých hledisek.

Energetická závislost

K vyvrásnění pohoří je třeba vykonat určitou přetvářnou práci. K tomu je nutno dodat určité kvantum energie. To by podle hypotézy mohla dodat jediné pohybová energie litosférické desky. Nepružnou srážkou s protější deskou se její pohybová energie proměnila v přetvářnou práci k deformaci hornin. Z principu o zachování energie je zřejmé, že vzájemná srážka nemohla vykonat o nic větší přetvářnou práci, než kolik jí poskytla vzájemná pohybová energie. Je-li výklad správný, musí být splněna základní fyzikální podmínka: pohybová energie bloku E — 1/2 m v2 musí být rovna přetvářné práci nutné k deformaci hornin v příslušná horská pásma. Vy-jádříme obojí veličiny v Nm — joulech (J) (kg m2s-2). Pohybová energie afrického bloku: při ploše (včetně šelfů) 40. 10b km2, tloušťce 50 km, měrné hmotnosti o 2800 kg/m3 je celková hmotnost bloku 5,6.1021 kg. Rychlost (v) můžeme vzít 3,15/rok — 3,15.10-2m , VA = 10 m s , takže pohybová energie bloku: 3,15.107 s EA - 1/2 m v2 A = 2,8 ■ 1021 ■ 10"18 - 2,8 ■ 103 Mm /J/. Celková přetvářná práce A potřebná k vytvoření pohoří bočním tlakem rovná se (nejméně): celková síla bočního tlaku X dráha této síly při stlačování hornin. Jinak, což je geometricky i mechanicky totéž, celkový deformovaný objem V (m3) X měrný tlak na deformovanou plochu p/N m~2/ : A = V. p. Protože nám jde jen o informativní (řádové) hodnoty, stačí počítat pouze s přibližně odhadnutý¬mi hlavními rozměry pohoří: Alpy: délka 900 km/9.105 m/ šířka 150 km/1,5.105 m/ výška střední 103 m, z čehož vychází objem deformované hmoty v A - 135.1012 m3. Boční měrný tlak musí nejméně přesahovat pevnost v tlaku hornin. Protože převážnou část zemské kůry tvoří žula a čedič, můžeme za pevnost dosadit p — 2.108 N/m2. Z toho vychází minimální deformační práce pro vytvoření alpského masívu: AA - 2,7.1022 J. Jak je zřejmé, je tato hodnota 1019krát větší (slovy: deset triliónkrát), než mohla poskytnout pohybová energie afrického bloku.

Pohybová energie indické desky a přetvářná práce k vyvrásnění Himálaje: v tomto případě vychází ještě větší nepoměr. Indický blok o ploše asi 4 ■ 106 km2, tloušťce 50 km a měrné hmotnosti p= 2 800 kg/m3 má hmot-nost 5,6. 1O20 kg. Jeho předpokládaná rychlost je asi 10 cm za rok. Podobným výpočtem jako v předchozím případě obdržíme jeho pohybovou energii 2,8.103 I, tj. stejnou jako pro africký blok. Porovnejme ji s deformační prací nutnou pro vytvoření masívu Himálaje o délce 2 500 km, prů-měrné šířce asi 300 km a střední výšce asi 3 000 m. Z toho vychází objem horského masívu VH = 2,25. . 1015 m3. Měrný tlak pro žulu a čedič je stejný, jak bylo dříve uvedeno, takže minimální potřebná přetvářná práce AH — 4,5.1023 J, tj. 1,6 102°krát více, než by byla pohybová energie indického bloku.

Unášení litosférických bloků konvekčními proudy

Kromě hypotézy o nárazové kolizi bloků byla navržena její alternativa: Nepřetržitým pomalým prouděním hmoty ve vnějším zemském plášti mají být litosférické bloky unášeny, a tak tlačeny na-vzájem proti sobě. Tím by se pozvolna zdvihala nová horská pásma. Mezi horní hranicí svrchního pláště a vlastní kůrou — litosférou — je viskózní vrstva — astenosféra, v níž se podstatně snižuje rychlost seizmických vln. Z toho se soudí, že část materiálu hornin po hranicích velkých krystalových zrn je již ve stavu počátečního tavení. V ní plovou vnitřní části krystalů o vyšší teplotě tání za daného tlaku. Tato část hmoty je tedy určující pro viskozitu vrstvy. Rozsah astenosféry určují seizmologové asi od hloubky 75 km do 150 km, tedy tloušťku vrstvy asi 75 km. Pomalý pohyb ve svrchním plášti může být přenášen na spodní plochu bloků jen touto viskózní vrstvou, ve které dochází k prokluzování. Síla, která může být takto přenesena, je dána smykovým napětím o, které je stejné v celé tloušťce vrstvy a je určeno jednoduchou závislostí: o — jtv/y. Zde y je součinitel vnitřního tření, zvaný dynamická viskozita, v je rozdíl rychlosti proudění mezi oběma krajními plochami vrstvy (horní a dolní) a y je tloušťka vrstvy. Síla přenášená smykovým napětím o je tedy tím větší, čím větší je součinitel vnitřního tření y, a naopak tím menší, čím menší je rozdíl rychlosti proudění ve vrstvě a čím větší je tloušťka vrstvy. Smykové napětí a vyjadřujeme v tomto vzorci v N/m2, rychlost v m/s a tloušťku vrstvy v m. Pak dynamická viskozita má fyzikální rozměr Ns/m2. Její hodnota v astenosféře je pravděpodobně asi taková jako hodnota skla změklého teplotou před počátkem tavení. Ve stupnici Englera ji můžeme odhadnout nejvýše na 1 000° E. Přepočtovými vztahy dostáváme, že 1 000° E — y = 42 N s/m2. Je to 42 000krát větší vnitřní tření než u vody, kde y = 10-3 Ns/m2. Předpokládejme, že pod africkým kontinentem by ve vnějším plášti tekl proud rychlostí ne několika centimetrů, ale 1 m za rok, pohyb pevninského bloku je proti tomu velmi pomalý, takže můžeme brát tuto rychlost jako rozdíl rychlostí mezi horní a dolní plochou v astenosféře — v — 1/3,15.107 m/s. Dosazením těchto hodnot do výše uvedeného vzorce dostáváme o — 18. . IO“12 N/m2. Při ploše afrického kontinentu (včetně šelfů) F — 40.1012 m2 je celý blok unášen silou F.o - 720 N. Nehledě k tomu, že tak pranepatrná síla by se zcela ztratila již bočním třením o sousedící bloky, počítejme, jakým měrným tlakem by působila volně plovoucí Afrika jen na svrchní vrstvy zemské kůry o tloušťce 20 km (které se asi podílejí na stavbě horských pásem) a v délce 2 000 km, tedy na plochu průřezu 4.101® m2. Měrný tlak p — 720 N/4.101<3 m2 — 1,8.10—12 N/m2, to je řádově stomiliónkrát méně než tlak mírného vánku na svislou plochu.

Deformace a morfologie litosférických desek

Vedle hledisek energetických, silových a pevnostních, která jsou nakonec rozhodující, je třeba posoudit hypotézu deskové tektoniky ještě z hlediska možných deformací, trhlin, jejich tvaru a průběhu — v případě, že by skutečně byly k dispozici síly (energie) dostatečné velikosti (tj. asi 1016 až 1018krát větší, než nyní snad existují), tak aby byly schopné způsobit deformaci na deskovém rozhraní. Litosférické desky jsou poměrně tenkostěnné plošné útvary (sférické), které by měly na sebe působit tak velikými silami, že by docházelo k jejich porušení trvalými deformacemi nebo trhlinami. To záleží na vlastnostech materiálu, jak dalece je plasticky tvárný nebo křehký. Podle některých domněnek by se také mohl podsouvat jeden deskový blok pod druhý, což však již zcela odporuje jak fyzikálním možnostem, tak pozorovaným skutečnostem.

Nejpravděpodobnější by byly smíšené případy, kdy by nejprve docházelo k plastickým deformacím a pak by vznikaly trhliny, které by se dále rozvíraly. Deformace by musely probíhat především v nejbližších pásmech po obou stranách styku stlačovaných desek. Bylo by to pěchování materiálu spojené s výškovým vrásněním a roztlačováním do stran. Později by vznikaly trhliny ve směrech největšího smykového napětí pod úhlem asi 45° ke směru hlavního tlakového napětí. To jsou obecně známé poznatky nauky o pevnosti a deformacích, používané i v geofyzice. Styková čára mezi evropským a africkým kontinentem by musela probíhat dnešním Středozemním mořem. Neshledáváme tam však ani na dosti podrobných mapách mořského dna žádné podobné útvary, které by mohly vzniknout tlakovou deformací. Naopak, Gibraltarská úžina je na v. straně uzavřena nedeformovaným půlkruhovým pohořím, proťatým jen úzkým sedlem průlivu. Ve v. oblasti Středomoří probíhá více než půlkruhové pásmo ostrovů, lemujících na J i na S Egejské moře, propojené horskými pásmy v Řecku. Zvlášť pozoruhodný je hlubokomořský příkop po vnější straně tohoto kruhového oblouku. Jmenované útvary by nikterak nemohly předpokládanou tlakovou deformaci přetrvat, dokonce už by z ní nemohly vzniknout. Tím méně by v hlubokém vnitrozemí, asi 1 000 km severněji odtud, mohly vyrůstat kruhové oblouky horských pásem Alp a Karpat A další zvídavá otázka: čím by byl evropský kontinent držen, či tlačen proti africkému bloku, aby mezi oběma mohly vůbec vzniknout ohromné síly, které by byly schopny vytvořit tlakovou deformací mohutná horská pásma?

Diskuse

Bylo by možno uvést ještě řadu dalších, touto hypotézou nezodpověditelných otázek. Uvedené výsledky by měly být náležitě přesvědčivé, aby ukázaly holou nemožnost hypotézy o vyvrásnění pohoří kolizí litosférických bloků. V podané formě nejsou však snad dosti názorné. Vidíme-li, že pohybová energie bloků je 1019 až 102°krát menší než deformační práce nutná k vytvořeni pohoří, dá to jistě představu ohromného nepoměru. Názornější bude však několik porovnání: Poměr l:1018 je poměr jednoho zrnéčka o objemu 1 mm3 k ohromné krychli o hraně 1 km. V případě Alp jde tedy o poměr tohoto zrnéčka 1 mm3 k deseti kilometrovým krychlím. V případě Himálaje je nepoměr ještě větší: milimetrové zrnko ke 160 kilometrovým krychlím. Pohybovou energii obou litosférických bloků jsme vyčíslili na 2 800 Nm (J). To je však hodnota práce, kterou vykoná člověk o hmotnosti 70 kg tím, že vystoupí do výšky 4 m. Sotva by některý geofyzik souhlasil, že tato velikost práce by stačila k vyvrásnění Alp či dokonce Himálaje. Spočítejme si ještě, jak mohutné pohoří o délce 2 000 km by se dalo (teoreticky ovšem) vyvrásnit onou energií, tj. deformační prací 2 800 Nm. Podle výše uvedeného vzorce pro přetvářnou práci A — p V ... objem V — A/p. Vyčíslením dostáváme objem V — 1,4.10“5 m3 (tj. 14 cm3). Při délce pohoří 2.10® m bude jeho průřez 7.10-12 m2 čili 7.10~6 mm2 (tj. slovy sedm milióntin mm2). Při běžném trojúhelníkovém průřezu by to byl horský hřeben o délce 2 000 km, avšak o šířce 7 tisícin mm a výšce 2 tisíciny mm. Naproti tomu můžeme vyčíslit, jakou rychlostí by se musel indický blok pohybovat, aby měl potřebnou kinetickou energii, stanovenou výše pro vyformování Himálaje. Ze vzorce pro pohybovou energii E — 1/2 m v2 a dosazením hodnot výše vypočtených: EH “ 4,6.1023 J a mi = 5,6.1020 kg dostáváme pro potřebnou rychlost hodnotu ví — 40 m/s, tj. 144 km/h. To by byla rychlost auta po dálnici. Tím však naprosto nemá být řečeno, že nárazem bloku touto rychlostí by mohlo vzniknout něco podobného skutečnému himálajskému horstvu. K podanému kritickému rozboru byla též vyslovena námitka, že je uvažován jen jednotlivý náraz. Ten ale mohl být snad mnohokrát opakován. Posuďme reálnost této námitky. Již v úvodu bylo řečeno, že srážka nemůže vykonat větší deformační práci, než kolik jí dodá pohybová energie. Výpočet ukázal, že přetvářná práce k vyvrásnění Himálaje byla řádově 102°krát větší než pohybová energie při předpokládaném nárazu indické desky. Připusťme i to, že rychlost jednotlivých nárazů by mohla být i lOkrát větší, než se uvádí. Pak by energie každého nárazu byla lOOkrát větší a uvedený nepoměr by byl jen 1018. Tolikrát by tedy musela indická deska narazit uvedenou zvýšenou energií na asijský kontinent, aby vykonala potřebnou deformační práci. Spočtěme jednoduše, s jakou frekvencí by se nárazy musely opakovat, aby děj proběhl asi za 30 miliónů let, což je déle než od poslední orogeneze. Rok má 3,15.10' s, tj. za 30 miliónů let = 1015 s. Jak je zřejmé, musela by indická deska ťukat frekvencí 103/s (tisíckrát za sekundu), aby vykonala potřebnou práci.

Závěr

Těchto několik příkladů ukazuje názorněji než suchá mluva čísel naprostou neudržitelnost výkladu orogenetických dějů hypotézou blokové tektoniky. Probíraný příklad je však i velmi zajímavým dokladem, co všechno světová odborná veřejnost dokáže nekriticky přijmout. Zároveň vidíme, jak je prospěšné ověřit si vůbec možnost nějaké hypotézy třeba jen jednoduchým výpočtem, než o ní začneme psát a předložíme ji veřejnosti.

Předloženo 26. 5. 1983, přijato 21. 5. 1984

Poznámka recenzenta: Předkládaný model vychází z recentních údajů o pohybech africké a indické desky, proto je předkládané výpočty nutno brát pouze jako řádové hodnoty. Rovněž deformační práce je posuzována jako okamžitý jev pro celé pohoří a neuvažuje postupně narůstající deformaci po jednotkách menšího objemu. I tak práce poukazuje na některé nevyjasněné body deskové tektoniky, jako je např, problém, čím byla držena Evropa vůči pohybující se Africe, apod. Z metodického hlediska je významný kvantitativní přístup k problematice. Petr Rajlich

str. 112 Věstník Ústředního ústavu geologického, 60, 2, 1985

Poznámka

Ve společnosti s možností svobodného uplatnění a přijetí přinejmenším věrohodného názoru, by desková tektonika na základě jenom jediného z uvedených 23 článků o pochybeních už dávno skončila v archivu neplatných teorií. Její udržování a neustálá další propagace jsou důkazem ovlivňování vědeckého výzkumu politickými prostředky. Z tohoto důvodu jsme zařadili na stránky i články k této problematice, viz článek Michiheiho Hoshiny, jeho dodatek a článek ropný zlom v kapitole o rozpínání Země.

Velké východojaponské zemětřesení otřáslo (také) deskovou tektonikou

Yoshihiro KUBOTA, Niigata University, Japan: „SYMPOZIUM K PŘÍLEŽITOSTI 20. VÝROČÍ ROZPRAV O STRUKTURNÍ GEOLOGII; 18. PROSINCE 2011 JAPONSKO. Strukturně geologická kolokvia byla zavedena v roce 1991. Od té doby jsme zorganizovali pravidelně dvakrát ročně schůze za účelem podpory původních výzkumů založených na důkladných terénních pracích… Japonci se obávají dalšího velkého zemětřesení... Výsledek sympozia byl překvapující. Všichni účastníci (více jak 50), nabyli silného neodbytného pocitu, že éra deskové tektoniky skončila a velká zemětřesení jsou jistě předvídatelná."

NCGT: New Concepts in Global Tectonics NEWSLETTER No. 61, December, 2011 ISSN: 1833-2560 Editor: Dong R. CHOI

Na obr. Dong Choi přednáší o velkém Japonském zemětřesení

Pozn. autora webu: Závěr z diskuse v Japonsku je jasný: nejen z hlediska předpovídání zemětřesení nelze brát deskovou tektoniku vážně a je tudíž z hlediska předpovídání zemětřesení naprosto nepoužitelná (i když odjakživa tvrdila, že "vysvětluje zemětřesení").