Jak powstały Alpy? Procesy geologiczne i przyczyny

Patrzysz na zdjęcia strzelistych szczytów i zastanawiasz się, jak w ogóle powstały Alpy? Chcesz w prosty sposób uporządkować sobie procesy tektoniczne, o których czytasz w podręcznikach. Z tego artykułu dowiesz się, co działo się ze skorupą Ziemi, zanim pojawiły się dzisiejsze Alpy i dlaczego te góry wciąż się zmieniają.

Gdzie leżą Alpy i z czego są zbudowane?

Alpy tworzą ogromny łuk w południowo centralnej Europie. Ciągną się na długości około 1200 kilometrów od wybrzeża Morza Śródziemnego w okolicach Savony aż po dolinę Dunaju w rejonie Wiednia. Szerokość pasma waha się między 150 a 250 kilometrów, a cała struktura zajmuje mniej więcej 220 tysięcy kilometrów kwadratowych.

Najwyższym szczytem Alp jest Mont Blanc na granicy Francji i Włoch, wznoszący się na wysokość około 4808 metrów nad poziomem morza. Łańcuch leży na terytorium wielu państw: Francji, Włoch, Szwajcarii, Liechtensteinu, Niemiec, Austrii, Słowenii i częściowo Węgier. Dzieli się go na Alpy Zachodnie i Alpy Wschodnie, co ma uzasadnienie nie tylko geograficzne, ale też geologiczne, bo obie części różnią się budową skał.

Od strony geologicznej Alpy są klasycznym przykładem gór o budowie fałdowo płaszczowinowej. Oznacza to, że skały zostały silnie sfałdowane, a następnie przemieszczone w postaci ogromnych płaszczowin nasuniętych jedna na drugą. W krajobrazie dominują strzeliste granitowe i gnejsowe szczyty, głębokie doliny U kształtne oraz rozległe kotły polodowcowe wycięte przez lodowce czwartorzędowe.

Alpy leżą też na styku dwóch stref klimatycznych. Stok północny i zachodni znajduje się pod wpływem klimatu umiarkowanego, południowy jest cieplejszy i ma cechy klimatu podzwrotnikowego. Różnice w temperaturze i opadach przekładają się na intensywność erozji, która odgrywa ogromną rolę w dzisiejszym modelowaniu gór.

Jakie procesy tektoniczne stworzyły Alpy?

Żeby zrozumieć powstanie Alp, trzeba się cofnąć daleko poza ostatnie zlodowacenia. Historia zaczyna się jeszcze w czasach superkontynentu Pangea, a kończy na zderzeniu płyty afrykańskiej z europejską w paleogenie i neogenie.

Od Pangei do oceanu Tetydy

W późnym paleozoiku i wczesnym mezozoiku istniał ogromny superkontynent Pangea. Oddzielał go ocean Paleotetyda, który rozdzielał blok Gondwany od Laurazji. W rejonie dzisiejszej południowej Europy dochodziło wtedy do rozciągania skorupy i tworzenia ryftów, które miejscami zamieniały się w nowe zbiorniki oceaniczne.

W triasie i jurze otwierały się kolejne baseny morskie związane z przyszłym systemem alpejsko himalajskim. Powstawały między innymi baseny Pindos i Vardar, a także ocean Penniński, którego przedłużeniem był basen tatrzański i baseny budujące dzisiejsze Tatry i Karpaty fliszowe. Fragmenty skorupy kontynentalnej tworzącej dziś Alpy Wschodnie i Karpaty Wewnętrzne oddalały się wtedy od Europy i dryfowały jako mikrokontynenty.

We wczesnej kredzie otworzył się kolejny zbiornik o nazwie Valais, leżący między dzisiejszą Hiszpanią a Francją. Łączył się on z oceanem Pennińskim i dalej z basenami w rejonie dzisiejszej Polski. Badania Csontosa i Vorosa, a także rekonstrukcje Golonki, Stampflego i Kozura pokazują, że w tym czasie układ płyt w regionie alpejskim był bardzo złożony, z licznymi mikrokontynentami i pasmami skorupy oceanicznej.

Kolizja płyty afrykańskiej z europejską

W późnej kredzie i paleogenie sytuacja zaczęła się zmieniać. Płyta afrykańska wraz z mikrokontynentami Adria Apulia przesuwała się ku Europie i obracała do obecnego położenia. Zbiorniki morskie Tethydy, w tym ocean Meliata Vardar, ocean Penniński i basen Valais, stopniowo się zamykały na skutek subdukcji i kolizji kontynent kontynent.

W miarę jak kolejne fragmenty dna oceanicznego zanurzały się w głąb płaszcza, mikrokontynenty zaczynały zderzać się z Europą. Powstały większe jednostki, między innymi Alcapa, obejmująca dzisiejsze Alpy i Karpaty Zachodnie, oraz mikrokontynent Tisza Dacja odpowiedzialny za część Karpat Wschodnich. Ich kolizja z Europą około 50 milionów lat temu zapoczątkowała główny etap orogenezy alpejskiej.

W tym procesie brało udział kilka ważnych jednostek tektonicznych, których nazwy często pojawiają się w literaturze geologicznej:

• płyta afrykańska,
• płyta europejska,
• mikrokontynent Alcapa,
• mikrokontynent Adria Apulia,
• zespoły Tisza i Dacja,
• dawne fragmenty dna oceanów Tethydy.

Kolizje tych elementów powodowały ściskanie, fałdowanie i nasuwanie skał. Zbiorniki morskie zamieniały się w pasma górskie, a osady denne w skały fliszowe unoszone na wysokość kilku tysięcy metrów.

Jak przebiegało wypiętrzanie Alp?

Wypiętrzanie Alp nie było jednorazowym wydarzeniem. To długotrwały proces rozciągnięty od triasu aż po neogen, z kilkoma wyraźnymi fazami nasileń, między innymi fazą subhercyńską i laramijską.

Orogeneza alpejska krok po kroku

W miarę zamykania się Tethydy i jej odgałęzień, w strefie alpejskiej zaczęły się formować potężne płaszczowiny. We wczesnej kredzie takie struktury powstały już w Alpach Wschodnich, co potwierdzają badania geologów z Austrii i Szwajcarii. W turonie utworzyły się też płaszczowiny tatrzańskie, związane z nasuwaniem się jednostek od strony południowej ku północy.

W oligocenie rozpoczęło się formowanie płaszczowin Karpat fliszowych, a na północ od czoła gór utworzyło się zapadlisko przedgórskie. Podobne procesy zachodziły po południowej stronie przyszłych Alp. W miocenie, około 17 milionów lat temu, główny etap kolizji mikrokontynentów Alcapa i Adria z Europą dobiegał końca, a łańcuch alpejski miał już zasadniczy zarys.

Przebieg tych zdarzeń można podsumować w prostej tabeli, pokazującej związek między czasem geologicznym a głównymi etapami budowy Alp:

Tempo wzrostu gór

Samo wypiętrzanie gór trwa do dziś. Szwajcarscy geodeci, korzystający z precyzyjnych pomiarów satelitarnych, wykazali, że szczyty alpejskie podnoszą się średnio do 1 milimetra rocznie względem obszarów nizinnych. W skali jednego ludzkiego życia to niewiele, ale w ciągu milionów lat daje ogromne sumy wysokości.

Takie tempo wyjaśnia, dlaczego Alpy mogły osiągnąć znaczną wysokość, choć ich maksymalne wzniesienia są niższe niż w Himalajach. W Himalajach kolizja płyt nadal przebiega bardzo intensywnie, natomiast w Alpach energia tektoniczna jest mniejsza i częściowo wygasła. Mimo to góry nie są „martwe” – wciąż reagują na zmiany obciążenia, erozję i ruchy w głębi skorupy.

Alpy są częścią wielkiego łańcucha alpejsko himalajskiego, który powstał w wyniku zamykania się oceanu Tethys i zderzenia Afryki oraz Eurazji w mezozoiku i kenozoiku.

Czy Alpy wciąż rosną?

Może zaskakiwać fakt, że Alpy jednocześnie rosną i ulegają niszczeniu. Zespół naukowców z niemieckiego GeoForschungsZentrum GFZ i szwajcarskich instytucji dowiódł, że tempo erozji i wypiętrzania jest dziś bardzo podobne.

Profesor Friedhelm von Blanckenburg i dr Hella Wittmann przeanalizowali tzw. izotopy kosmogeniczne, przede wszystkim beryl 10, w piasku rzecznym płynącym z Alp Szwajcarskich. Ten izotop powstaje na powierzchni Ziemi pod wpływem promieniowania kosmicznego. Im szybciej powierzchnia jest zdzierana przez erozję, tym krócej skały przebywają pod otwartym niebem i tym mniej izotopu się w nich gromadzi.

Badania wykazały, że ilość materiału usuwanego z Alp przez rzeki i lodowce odpowiada ilości skał wynoszonych w górę w wyniku procesów tektonicznych i izostatycznych. Co to oznacza w praktyce? Wysokość pasma w przybliżeniu się stabilizuje, choć wnętrze gór stale się przemieszcza.

Von Blanckenburg porównał sytuację Alp do góry lodowej: gdy topnieje jej górna część, z wody wynurza się nowa porcja lodu, bo cała bryła stara się zachować równowagę wyporu.

Podobny mechanizm działa w skorupie ziemskiej i nazywa się izostazją. Kiedy wierzchnia warstwa gór zostaje usunięta przez erozję, lżejsza skorupa kontynentalna „unosi się” względem gęstszego płaszcza. W efekcie nowe partie skał wynoszone są ku powierzchni, a Alpy zachowują swój ogólny profil wysokościowy.

Jak klimat i erozja kształtują dzisiejsze Alpy?

Od około 2,5 miliona lat, czyli od początku zlodowacenia czwartorzędowego, klimat Europy cyklicznie się ochładzał i ocieplał. Te zmiany wywołały potężne nasilenie erozji w Alpach. Lodowce zajmowały rozległe obszary gór i przedpola, a podczas ociepleń gwałtownie topniały.

Zlodowacenia czwartorzędowe

Podczas epok lodowych jęzory lodowcowe wypełniały alpejskie doliny. Lód działał jak ogromny szlifierz, który żłobił w podłożu charakterystyczne doliny U kształtne i kotły polodowcowe. W wielu miejscach, jak w rejonie dzisiejszego Jeziora Genewskiego, Czterech Kantonów czy Bodeńskiego, po ustąpieniu lodu pojawiły się duże jeziora na przedpolu gór.

Współczesne badania pokazują, że stoki alpejskie reagują bardzo wrażliwie na zmiany klimatu. Gdy lodowce się cofają, wzrasta tempo osuwisk, spływów gruzowych i erozji rzecznych. Gdy jęzory lodowe zajmują szerokie doliny, dominują procesy erozji lodowcowej i transportu materiału skalnego na duże odległości.

W erozji Alp biorą udział różne czynniki, które działają jednocześnie na powierzchni gór:

• lodowce i firn, które ścierają podłoże i transportują rumosz,
• rzeki alpejskie podcinające stoki i pogłębiające doliny,
• wietrzenie mrozowe rozbijające skały na blokach i ścianach,
• ruchy masowe, takie jak osuwiska i obrywy skalne,
• deszcze nawalne przyspieszające spływ materiału drobnego.

Te procesy razem tworzą system, w którym materiał skalny z najwyższych partii gór stopniowo trafia do koryt rzek, a następnie na niziny i dna mórz.

Rzeki, lodowce i formy rzeźby

Alpy są źródłem wielu dużych rzek Europy Zachodniej. Wypływają stąd miedzy innymi Ren i jego dopływ Aare, Rodan z dopływami Durance i Isère, a także rzeki dorzecza Dunaju, jak Inn, Salzach, Lech czy Drawa. Od południa odwadniają je Adyga, Pad oraz jego dopływy Ticino, Adda, Oglio i inne.

Rzeki te transportują ogromne ilości osadów pochodzących z erozji gór. Część materiału zostaje chwilowo zatrzymana w polodowcowych jeziorach, takich jak Garda, Como czy Maggiore po południowej stronie Alp. Reszta trafia dalej, budując równiny aluwialne i stożki napływowe na przedpolu gór, zwłaszcza w północnych Włoszech i w basenie Renu.

Wysokogórski krajobraz Alp to rezultat współdziałania tektoniki, erozji i klimatu czwartorzędowego, a nie tylko jednego procesu działającego w izolacji.

Ciekawym pytaniem jest, czy gdyby zatrzymać wszystkie procesy erozyjne, Alpy stałyby się kiedyś tak wysokie jak Himalaje. Geolodzy wskazują, że energia kolizji w regionie alpejskim już dawno osiągnęła maksimum, dlatego potencjał dalszego wzrostu jest ograniczony. Ale dopóki płyta afrykańska powoli naciska na Europę, a równocześnie deszcz, lód i wiatr zdzierają skały, Alpy pozostaną dynamicznym, zmieniającym się systemem górskim.