Respondentem dvanáctého dílu ankety Mezi námi je doc. Hana Čížková. Otázku z oboru fyziky jí v minulém díle položil prof. Jiří Podolský.
Co pohání kontinenty na Zemi? A čím je Venuše jiná?
Země vznikla před asi 4,5 miliardami let. Byla horká a v rané fázi její existence došlo k diferenciaci na (převážně) železné jádro a silikátový plášť. Během své geologické historie Země chladne – zbavuje se tepla, získaného v době svého formování v počátcích existence sluneční soustavy, i tepla, které v jejím nitru dodnes vzniká rozpadem radioaktivních prvků s dlouhým poločasem rozpadu.
Energie uvolňovaná chladnutím Země se z hlubších partií zemského nitra může přenášet k povrchu dvěma mechanismy – vedením a tečením. Teplota v zemském nitru s hloubkou roste, Země je tedy nestabilně zvrstvená a materiál ohřátý v teplejších hlubších partiích stoupá nahoru, zatímco materiál ochlazený v mělkých partiích klesá dolů. K proudění dochází v kapalném vnějším jádře (charakteristické rychlosti jsou tam řádově jednotky km/rok), ale také v silikátovém plášti Země. Materiál pláště sice není roztavený, ale na velmi dlouhých časových škálách se chová jako tekutina s velmi vysokou viskozitou (řádově 1 021 Pa·s).
V celém objemu pláště tedy dochází k pomalému proudění – jeho rychlosti jsou řádově centimetry za rok. A právě toto proudění je zodpovědné za pohyby kontinentů. Svrchní vrstva zemského pláště – asi 100 km silná tuhá litosféra – se skládá z asi 15 desek, některé jsou oceánské a některé na sobě nesou oceánskou kůru i kontinent. Tyto litosférické desky se v důsledku plášťového proudění vůči sobě horizontálně pohybují. Na oceánských hřbetech se od sebe vzdalují, k povrchu vystupuje horký materiál z pláště a vzniká tam nová litosféra. V oblastech oceánských příkopů se staré, studené a těžké litosférické desky zanořují – subdukují - do pláště. Subdukuje se pouze oceánská litosféra; pokud se k sobě přiblíží dva kontinenty, dojde ke kolizi a vzniku pohoří (např. Himaláje) a proces subdukce se v dané oblasti zastaví. Oceánská litosféra se tak opakovaně recykluje v plášti, zatímco kontinentální litosféra zůstává na povrchu a v průběhu procesu deskové tektoniky se kontinenty pouze přeskupují.
Na zemském povrchu tak jen výjimečně najdeme oceánskou kůru starší než 200 milionů let, zatímco nejstarší části kontinentů jsou až 3,5 miliardy let staré. Desky jsou chladné a mají velmi vysokou viskozitu, jejich vzájemný pohyb během zanořování jedné pod druhou je tak doprovázený značným třením. Klouzání jedné desky podél druhé je možné jen díky tomu, že povrchové partie zanořujících se oceánských desek jsou nasyceny vodou, která výrazně snižuje viskozitu na kontaktu desek. A tady se dostáváme ke druhé otázce.
Venuše je sice Zemi v mnoha ohledech velmi podobná a její vnitřní dynamický vývoj tak je kontrolován podobnými procesy, na rozdíl od Země ale Venuše nemá na povrchu vodu a postrádá tak její lubrikační efekt nezbytný k fungování deskové tektoniky. Desková tektonika představuje velmi efektivní způsob přenosu tepla – na Zemi je přenos tepla v plášti asi ze 70 % realizován právě prostřednictvím zanořování studených litosférických desek. Pokud je na Venuši litosféra jednolitá spojitá deska, je transport tepla z hlubších partií výrazně méně efektivní a plášť pod takovou litosférou je teplejší než na Zemi. Přehřívá se a díky nelineární reologii se silně teplotně závislou viskozitou se časem vyvine nestabilita, která způsobí katastrofické přepovrchování – horký materiál se z oblasti pod litosférou dostane nahoru a zaplaví povrch. Takovýto model s epizodickým přepovrchováním poskytuje možné vysvětlení relativně mladého povrchu Venuše (řádově 500 milionů let), který dle analýzy kráterů patrně vznikl během velmi krátké doby.
doc. RNDr. Hana Čížková, Ph.D.
Katedra geofyziky, Matematicko-fyzikální fakulta, Univerzita Karlova v Praze
Otázka na doc. Zdeňka Drozda: Jak vzniká dobrý učitel fyziky? > Odpověď
Další díly ankety:
Mezi
námi: Jak pozná teoretický fyzik, zda výsledky jeho bádání jsou
správné?
Mezi
námi: V čem spočívá vědecká excelence MFF UK v matematice?
Mezi
námi: Z čeho pramení výborná atmosféra ve vašem týmu doktorandů,
postdoktorandů a mladých kolegů?
Mezi
námi: Existuje podle Vašeho názoru období (nebo více období) v naší
historii, které byste označil jako „zlatá doba české matematiky“ a proč?
Mezi
námi: Matematici matematiku objevují, anebo tvoří?
Mezi
námi: Existuje něco jako buňky na matematiku?
Mezi
námi: Vysoká škola versus Akademie věd – které prostředí je
pěstování vědy příznivěji nakloněno?
Mezi
námi: Jsou matematika a hudba dvě strany jedné mince?
Mezi
námi: Kolik kilogramů Matfyzu létá ve vesmíru?
Mezi
námi: Kdo je pro mě matfyzák?