W Tatrach całe pakiety skał przesuwały się pod wodą jak geologiczne „dywany”
Podczas późnokredowego nasuwania płaszczowin w Tatrach duże masy skalne przemieszczały się po strefach ścinania, gdy cały system znajdował się jeszcze pod znacznym nadkładem i pod wodą. Badania wskazują, że płyny pod wysokim ciśnieniem mogły ułatwiać taki ruch, zmniejszając efektywne tarcie i wspomagając deformację. Nie oznacza to, że skały swobodnie „pływały”, lecz że w głębi górotworu woda i inne płyny były aktywną częścią mechanizmu tektonicznego. To zupełnie inny obraz powstawania gór niż proste ściskanie dwóch sztywnych bloków.
Czym jest płaszczowina
Płaszczowina to rozległy pakiet skał przemieszczony tektonicznie na znaczną odległość względem miejsca, w którym pierwotnie powstał. W Tatrach takie pakiety nasuwały się jeden na drugi w czasie orogenezy alpejskiej. Granice między nimi nie są zwykłymi spękaniami: to złożone strefy ścinania, w których skały były zgniatane, rozpuszczane pod ciśnieniem i mechanicznie rozdrabniane. W efekcie pytanie „co przesuwało płaszczowiny?” nie ma jednej odpowiedzi. Niezbędne były siły tektoniczne, lecz o sposobie reakcji skał decydowały również płyny, temperatura, ciśnienie i tempo odkształcenia.
Dlaczego obecność wody była ważna
Płyny w porach i szczelinach skał przenoszą ciśnienie. Jeśli ciśnienie płynu rośnie, zmniejsza się efektywna siła dociskająca powierzchnie skalne do siebie. W odpowiednich warunkach ułatwia to poślizg. Badania tatrzańskich stref nasunięć opisują wypieranie płynów do stref ścinania i ich rolę w procesach deformacji oraz transportu tektonicznego.
Nie był to łagodny ślizg
Określenie „wodna poduszka” jest użyteczną analogią, ale nie należy brać go dosłownie. W strefach nasunięć działały ogromne naprężenia. Skały pękały, ulegały rozpuszczaniu pod ciśnieniem, traciły część masy i były przecinane przez sieci nowych spękań. Płyn mógł ułatwiać ruch, ale cały proces pozostawał brutalną deformacją górotworu.
Dlaczego to zachowało się w skałach
Po wyniesieniu i erozji Tatry odsłoniły fragmenty dawnych stref deformacji. Geolog może badać geometrię kontaktów, mikrostruktury skał, minerały powstające podczas ruchu i ślady przepływu płynów. Na tej podstawie rekonstruuje procesy zachodzące wiele kilometrów pod dawną powierzchnią, mimo że samego ruchu oczywiście nikt nie mógł obserwować.
Góry jako system hydrauliczno-tektoniczny
Najbardziej zaskakujące jest to, że woda nie jest tylko czynnikiem erozji działającym po utworzeniu gór. Płyny mogą uczestniczyć już w samym procesie deformowania skorupy. Tatry pokazują więc połączenie mechaniki skał, geochemii i hydrauliki: ciśnienie, rozpuszczanie minerałów i przepływ płynów mogą wspólnie kontrolować ruch wielkich mas skalnych.
Co w skale zdradza obecność dawnych płynów
Przepływu sprzed dziesiątek milionów lat nie obserwujemy bezpośrednio, ale pozostawia on ślady. Minerały mogą wytrącać się w szczelinach, inne rozpuszczają się pod naciskiem, a skład izotopowy i chemiczny nowych faz może wskazywać na warunki ich powstawania. Mikrostruktury deformacyjne pokazują też, czy ziarna pękały, ślizgały się czy rekrystalizowały. Zestawiając te dane z geometrią nasunięć, geolog rekonstruuje rolę płynów w ruchu płaszczowin. W czasie nasuwania ważna była również skala czasu. Skała poddana szybkiemu obciążeniu może pękać krucho, ale ta sama skała przy wysokim ciśnieniu, temperaturze i bardzo powolnym odkształcaniu może płynąć plastycznie albo rekrystalizować. Dlatego w jednej strefie można znaleźć jednocześnie ślady pękania i deformacji ciągłej. Płyny dodatkowo zmieniają tę równowagę, przyspieszając reakcje chemiczne i osłabiając kontakty. Tatrzańskie strefy nasunięć są więc zapisem nie jednej prostej siły, lecz współdziałania naprężeń, czasu, temperatury, ciśnienia i chemii płynów.
Dlaczego wysokie ciśnienie porowe zmienia mechanikę
Dwie powierzchnie skalne są dociskane naprężeniem pochodzącym od ciężaru i ruchów tektonicznych. Jeśli jednak w szczelinach znajduje się płyn pod wysokim ciśnieniem, część tego docisku jest równoważona przez ciśnienie cieczy. Spada tak zwane naprężenie efektywne, a poślizg staje się łatwiejszy. Ten sam ogólny mechanizm jest ważny w badaniach uskoków i trzęsień ziemi. Tatry pokazują jego zapis zachowany w dawnej strefie górotwórczej. Takie zjawiska mają znaczenie daleko poza Tatrami. Współczesne badania uskoków pokazują, że zmiany ciśnienia płynów mogą wpływać na moment rozpoczęcia poślizgu także w aktywnych strefach tektonicznych. Nie oznacza to, że mechanizm każdego trzęsienia ziemi jest identyczny z dawnym ruchem tatrzańskich płaszczowin. Łączy je jednak ta sama zasada fizyczna: zachowanie skały zależy nie tylko od sił działających z zewnątrz, ale również od ciśnienia płynu w jej porach i szczelinach. Tatrzański zapis jest więc kopalnym laboratorium mechaniki, którą można wykorzystać do rozumienia procesów działających również dziś.