The Isthmus of Panama: Out of the Deep Earth

Jak na daty w historii geologicznej przystało, powstanie smukłego mostu lądowego, który łączy Amerykę Południową z Ameryką Północną, jest czerwoną literą. Więcej niż raz w ciągu ostatnich 100 milionów lat, te dwa wielkie lądy zostały rozdzielone przez głębokie wody oceanu. Wąski odcinek Ameryki Środkowej, który obecnie je łączy – najwęższy wzdłuż przesmyku Panamskiego – zmienił nie tylko mapę świata, ale także obieg oceanów, przebieg ewolucji biologicznej i prawdopodobnie globalny klimat. Dzisiejsza wersja przesmyku, będąca wynikiem działania różnych sił, została prawdopodobnie ukształtowana przez wulkanizm i ruchy płyt tektonicznych gdzieś pomiędzy 15 mln a 3 mln lat temu.

Cornelia Class, geochemik w Lamont-Doherty Earth Observatory na Uniwersytecie Columbia, oraz Esteban Gazel, adiunkt w Lamont, obecnie pracujący w Virginia Polytechnic Institute, badają jedną z najbardziej tajemniczych sił działających na tym naturalnym placu budowy: pióropusz Galapagos.Piana jest długotrwałym, gorącym wypływem materiału z głębi ziemi, który topi się przy powierzchni i tworzy ciągi wulkanów, zarówno pod wodą, jak i w postaci wysp oceanicznych. Pochodzący z płaszcza Ziemi, dziesiątki mil w dół, wciąż aktywny pióropusz jest podobny do gorących plam magmy, które przesączają się pod Hawajami i Yellowstone. Uważa się, że rozpoczął się od ogromnych wylewów lawy około 100 milionów lat temu pod obszarem dzisiejszego Morza Karaibskiego, ale głównie ze względu na ruchy płyt tektonicznych powyżej, od tego czasu migrował daleko na południe i zachód w głąb Pacyfiku, aż do swojej obecnej aktywnej lokalizacji pod Wyspami Galapagos, około 600 mil stąd. Gazel i Class starają się pomóc w rozwikłaniu historii jego życia oraz roli, jaką odegrał w tworzeniu mostu lądowego. Zazwyczaj takie skały są zakopane daleko pod powierzchnią lub leżą głęboko na dnie oceanu. Tutaj siedzą na mniej lub bardziej suchym lądzie, oferując niezwykłe okno na procesy zachodzące w głębi ziemi.

Jesienią 2012 roku Class i Gazel polowali na skały utworzone przez pióropusz na panamskim półwyspie Azuero, który wpada do Oceanu Spokojnego. Gazel, który dorastał w sąsiedniej Kostaryce (gdzie występują identyczne skały), specjalizuje się w badaniu tego regionu. Równie dobrze czuje się w domu, dyskutując o chemii frakcjonowania stopionego metalu, jak i spacerując z 8-funtowym młotem przewieszonym przez ramię, rozglądając się za głazami, które można rozbić. Class, geochemik pochodząca z Niemiec, jest ekspertem w dziedzinie chemii płaszcza; pracowała nad skałami ze wschodniej Afryki, Antarktydy i dna Oceanu Atlantyckiego. „Ludzie często próbują zrozumieć odległe rzeczy, takie jak to, jak powstają gwiazdy” – mówi Class. „Tak naprawdę powinniśmy patrzeć znacznie bliżej domu. Tutaj próbujemy zrozumieć, co znajduje się pod nami. Jak rozwinęła się sama Ziemia?”

W dużej mierze niezaludniona zachodnia część półwyspu Azuero jest trudna dla geologów. Jego urwiste wzgórza są pokryte gęstą czerwoną ziemią, wilgotnymi lasami i pastwiskami; skały są rzadko widoczne, z wyjątkiem niektórych koryt potoków lub wzdłuż wybrzeża, gdzie energiczna erozja pozbawiła je roślinności i brudu. Dopiero niedawno wzdłuż wybrzeża poprowadzono jedną małą utwardzoną drogę, więc praca w głębi lądu wymaga przedzierania się przez błotniste ścieżki, przeprawy przez potoki i utknięcia w gigantycznych ulewach, które pojawiają się każdego popołudnia w porze deszczowej. Wzdłuż samego wybrzeża najlepszymi miejscami do badań są klify morskie, cyple, oderwane wysepki i hałdy gruzu, które wpadają bezpośrednio do niebezpiecznie wzburzonego morza. Aby się do nich dostać, Gazel i Class wynajmują miejscowego rybaka, który podpływa łodzią tak blisko, jak tylko się odważy. Następnie, z młotem kowalskim i innym sprzętem, przebijają się przez burtę i płyną po nie przez falę. Jeśli mają szczęście, jest tam mała plaża, na której można wylądować; jeśli nie, muszą uważać, żeby fale nie rozbiły ich o skały. Po pobraniu próbek, płyną z powrotem do łodzi, obciążeni zarówno narzędziami, jak i skałami. Na szczęście Gazel i Class są silnymi pływakami, a rekiny i krokodyle, które czasami nawiedzają te wody, nie wydają się być w pobliżu.

Skały w tej części Panamy są skomplikowanym melanżem, reprezentującym złożoną historię przesmyku. Po ich mocno zwietrzałych powierzchniach trudno jest odróżnić jeden rodzaj od drugiego. Dopiero po ich rozbiciu Gazel i Class mogą stwierdzić, czy znaleźli swój kamieniołom. To jest pikryt – rodzaj skały magmowej, która krystalizuje się, gdy magma z płaszcza wznosi się ku górze. Zazwyczaj powstaje na dnie morza i zawiera mieniące się żółtawo-zielone kryształy oliwinu, typowego minerału pochodzącego z płaszcza, niespotykanego w skałach powstałych bliżej powierzchni. Przedzierając się przez sterty zaokrąglonych głazów, niczym skazańcy na więziennym stosie skał, Gazel i jego student Jarek Trela rzucają saniami w kierunku prawdopodobnie wyglądających głazów, aż do momentu, gdy ich krawędź się odłamie. Jeśli mają szczęście, w środku znajdują się charakterystyczne kryształy; wtedy rozbijają skałę na mniejsze kawałki. Klasa używa mniejszego młotka geologa, aby oczyścić zwietrzałe krawędzie zewnętrzne z okazów wielkości pięści, przed zapakowaniem ich do worka.

Geolodzy uważają, że pióropusz Galapagos stał się aktywny ponad 100 milionów lat temu pod tym, co jest teraz dużą częścią Ameryki Środkowej. Przez około 75 milionów lat temu-apex wieku dinozaurów- gigantyczne wyloty lawy z pióropusza były pomocne w tworzeniu wcześniejszej wersji mostu lądowego. Płyty tektoniczne również napierały na siebie, wypychając fragmenty dna morskiego z wody. W pewnym momencie połączone procesy zamieniły ocean w bagna, potem w archipelag, a w końcu w suchy ląd. Ameryka została połączona. Stworzenia niegdyś odizolowane na jednym lub drugim kontynencie były w stanie migrować i mieszać się tam i z powrotem. Dowód można dziś zobaczyć w skamielinach pokazujących drzewa ewolucyjne spokrewnionych dinozaurów, a także wczesnych robaków, węży i ssaków w miejscach tak odległych od siebie jak Utah i Argentyna. Uważa się jednak, że ten pierwszy most lądowy rozpadł się około 50 lub 65 milionów lat temu na skutek ciągłych ruchów tektonicznych. (Ta ostatnia data z grubsza zgadza się z gigantycznym meteorytem, który uderzył w Meksyk i zabił dinozaury; ale czy było to w jakikolwiek sposób związane z rozpadem, nie wiadomo.)

Jakieś 15 milionów do 65 milionów lat temu, pióropusz Galapagos migrował na zachód do Pacyfiku, tworząc ciągi wysp wulkanicznych i podwodnych wulkanów. W tym samym czasie, znajdująca się nad nim pacyficzna płyta tektoniczna cofała się na wschód. W miarę przesuwania się płyty, przenosiła ona pozostałości wulkanów powstałych w wyniku działania pióropusza z powrotem do Ameryki Środkowej. Tutaj, płyta pacyficzna powoli zderzała się z oddzielną płytą, która przesuwała się z terenów dzisiejszych Karaibów. Gdy przeciwległe płyty spotkały się, ich części zostały wyciągnięte w górę, a drugi most lądowy zaczął nabierać kształtów. Niektóre wyspy i góry morskie powstałe na płycie pacyficznej zostały przyklejone do rozwijającego się lądu, jak wisienki na babeczce. To właśnie kruche pozostałości po tych wędrujących górach wulkanicznych tworzą wiele wzgórz i klifów morskich na półwyspie. Pióropusz nadal wybucha pod odległymi wyspami Galapagos (część Ekwadoru, nie Panamy). Jego dokładny kształt i dynamika obecnych erupcji są nadal przedmiotem pewnej tajemnicy.

Powrót do laboratoriów naukowców w Lamont-Doherty i Virginia Tech, analizy chemiczne panamskich pikrytów pomogą ujawnić czas, temperatury i inne warunki, w których skały powstały. Badacze mają nadzieję, że rzuci to światło nie tylko na powstanie przesmyku, ale także na procesy zachodzące w głębi Ziemi. Gazel i inni koledzy pracowali nad pióropuszem Galapagos już od jakiegoś czasu. Wśród ich pierwszych odkryć jest to, że od czasów dinozaurów magma w pióropuszu uległa ochłodzeniu o około 200 stopni F, a wielkość i tempo erupcji zmniejszyły się. To może oznaczać, mówi Gazel, że „pióropusze płaszcza mogą być jak ludzie; starzeją się i umierają”. Ale ten, mówi, ma drogę do przebycia zanim się zgaśnie – prawdopodobnie dziesiątki milionów lat.

Odnosząc się do obecnego mostu lądowego, Gazel faworyzuje obecną teorię, że uformował się on w zrywach, zaczynając jak wcześniejszy, jako seria bagien, cieśnin i wysp, może 15 milionów lat temu. By może 8 milionów lat temu, ruchome góry podwodne wznosiły się z dna oceanu i rozbijały się o łączące się masy lądu. Uważa on, że to właśnie te góry ostatecznie w pełni zamknęły przesmyk, czyniąc z Panamy i Kostaryki punkt zawiasowy obu Ameryk. „Bez nich nie mielibyśmy mostu lądowego” – mówi. Konwencjonalnie przyjęta data pełnego zamknięcia to około 3,5 miliona lat temu, ale Gazel uważa, że mogło to nastąpić kilka milionów lat wcześniej. Jest to kontrowersyjne; ostatnie badanie przez innych badaczy stawia go na 13 milionów do 15 milionów lat temu.

Cokolwiek dokładna sekwencja i czas, skamieniałości pokazują, że stworzenia, które ewoluowały w izolacji przez dziesiątki milionów lat w oddzielnych Amerykach zaczęły ponownie płynąć i ewoluować z północy na południe. Jednymi z pierwszych były te, które potrafiły dobrze pływać, a przynajmniej brodzić: kierujące się na południe tapiry, pekari i podobne do słoni Gomphotheres oraz kierujące się na północ olbrzymie leniwce, czyli Megatherium, niektóre wysokie nawet na 29 stóp. Gdy most lądowy się zasypał, strużka migrantów przekształciła się w powódź. Kulminacja nastąpiła kilka milionów lat temu wraz z tak zwaną Wielką Amerykańską Wymianą Biotyczną. W różnych okresach, płynąc w górę z Ameryki Południowej, pojawili się przodkowie dzisiejszych północnoamerykańskich pancerników, jeżozwierzy i oposów, a także dawno już wymarłych drapieżnych, wysokich na 9 stóp, bezlotnych ptaków. W dół z Ameryki Północnej przybyły jelenie, mastodonty, wielbłądy, szopy, koty, psy i wszelkiego rodzaju gryzonie. Z nieznanych powodów inwazja z północy była o wiele bardziej udana niż ta z południa. W rezultacie wiele gatunków południowych zostało zastąpionych przez północne – przodków dzisiejszych jaguarów, lam i innej charakterystycznej fauny południowoamerykańskiej.

Przesmyk łączył kontynenty, ale dzielił oceany. Gdy Atlantyk i Pacyfik zostały rozdzielone, stworzenia morskie, takie jak mięczaki na płytkiej, ciepłej karaibskiej stronie, obrały bardzo różne ścieżki ewolucji od tych na zimniejszej, głębszej stronie Pacyfiku. Sama cyrkulacja wody oceanicznej również uległa całkowitej zmianie; przed podziałem woda płynęła ze wschodu na zachód, z Atlantyku na Pacyfik, ale teraz ten przepływ został zablokowany. Stworzyło to stały gigantyczny objazd na Atlantyku – Prąd Zatokowy – który teraz popycha ciepłe wody z tropików na skraj Arktyki. Transport tego ciepła sprawia, że północna Europa ma teraz zwyczajowo ciepły klimat. A ponieważ ciepło zwiększa parowanie, prawdopodobnie zwiększyło również północne opady w postaci śniegu. W różnych okresach cyklu orbitalnego Ziemi gromadziły się one w lodowce, wpychając półkulę północną w serię wielkich epok lodowcowych, które miały miejsce w ciągu ostatnich kilku milionów lat. Po stronie Pacyfiku wzorce pogodowe również uległy zmianie, z głębokimi wodami wzdłuż zachodnich wybrzeży obu kontynentów, które nieustannie się wznosiły, oraz dominacją cyklicznego wzorca El Niño, w którym wschodnia powierzchnia oceanu na przemian ogrzewa się i ochładza. El Niño teraz bezpośrednio lub pośrednio napędza opady deszczu, a tym samym rolnictwo, w skali dziesięcioleci w dużej części Azji i obu Ameryk.

„Skały, nasze pole badań, to jest tak wąskie”, mówi Gazel. „Ale pomaga nam również zrozumieć wiele o biologii i klimacie ziemi.”

Przesmyk Panamski nie jest wyjątkowy. Gdzie indziej, inne mosty lądowe pojawiły się i zniknęły. Cieśnina Beringa, która obecnie dzieli Alaskę i Syberię, okresowo była mostem lądowym Beringa, kiedy epoki lodowcowe zamknęły znaczną część ziemskiej wody w lodzie, obniżając poziom mórz. Była to być może droga, którą ludzie i inne stworzenia dostały się do obu Ameryk. W czasach niższych poziomów mórz, inne nieistniejące już mosty łączyły niegdyś Wielką Brytanię z Europą kontynentalną, Sri Lankę z Indiami oraz części Indonezji i Australii z Azją. Półwysep Synaj w Egipcie teraz łączy Afrykę i Eurazję, ale nie zawsze; te kontynenty były kiedyś oddzielone, i może być ponownie pewnego dnia.

Panama pozostaje skrzyżowaniem na wszystkie sposoby. Kiedy Hiszpanie przybyli we wczesnych latach 1500, szybko ustawili ją jako wąskie miejsce między dwoma wielkimi oceanami i użyli jej jako trampoliny do inwazji na zachodnie Ameryki. Już w 1524 r. mówili o budowie kanału, ale nigdy się do tego nie zabrali. Po kalifornijskim uderzeniu złota w 1849 roku, kolej przez przesmyk przeniosła na zachód migrantów powodziowych. Francuzi próbowali zbudować kanał w latach 80-tych XIX wieku, ale zostali powstrzymani przez malarię i osunięcia ziemi. Przejęcie przez Stany Zjednoczone przyniosło ukończenie 45-milowego Kanału Panamskiego w 1914 roku – nadal jest to kluczowy szlak handlowy. Jako punkt przegubu między dwoma wielkimi kontynentami, Panama (jak również Kostaryka) utrzymuje niebotyczne zasoby bioróżnorodności: setki gatunków gadów i płazów, co najmniej 950 gatunków ptaków i legendarne coroczne migracje ptaków i żółwi morskich na półwyspie Azuero i okolicznych obszarach.

Kanał Panamski był dobrodziejstwem dla geologów, którzy ze skał odsłoniętych przez wykopaliska wyciągnęli wiele ze swoich oryginalnych spostrzeżeń na temat historii regionu. Dziś obok kopany jest jeszcze większy kanał, a naukowcy znów się tam wybierają. Na razie jednak Gazel i Class wolą dzikszy, bardziej odległy półwysep Azuero. „To dla nas fundamentalne, aby przyjść tutaj, aby spróbować i przeczytać skały, mówi Gazel. „Ja również cieszę się naturą. Nie zostało już tak wiele miejsc, gdzie można uciec od cywilizacji w ten sposób.”

Zobacz ZDJĘCIA z badań terenowych

Zobacz WIDEO z badań terenowych