Plātņu tektonika ietver horizontālu kustību un mijiedarbību starp lielām plāksnēm uz Zemes virsmas. Jauni pētījumi liecina, ka kustīga plākšņu tektonika, kas, domājams, ir nepieciešama, lai izveidotu apdzīvojamu planētu, uz Zemes nav notikusi pēdējos 3,9 miljardus gadu. Pateicība: Ročesteras Fotogrāfijas Universitāte / Maikls Osadcio
Ročesteras universitātes pētījums, kurā tika izmantoti cirkona kristāli, atklāja, ka tektoniskās plāksnes bija neaktīvas periodā, kad uz Zemes pirmo reizi parādījās dzīvība. Tā vietā darbojās “stingra vāciņa” mehānisms, kas izdalīja siltumu caur virsmas plaisām. Šis atklājums apstrīd tradicionālo uzskatu, ka plākšņu tektonika ir būtiska dzīvības izcelsmei, un tas, iespējams, pārveido mūsu izpratni par apstākļiem, kas nepieciešami dzīvībai uz citām planētām.
Zinātnieki ir devuši ceļojumu pagātnē, lai atklātu Zemes agrīnās vēstures noslēpumus, izmantojot sīkus minerālu kristālus, ko sauc par cirkoniem, lai pētītu plākšņu tektoniku pirms miljardiem gadu. Pētījums atklāj apstākļus, kas pastāvēja agrīnā Zemē, atklājot sarežģītu mijiedarbību starp Zemes garozu, kodolu un dzīvības rašanos.
Plātņu tektonika ļauj siltumam no Zemes iekšpuses izkļūt uz virsmu, veidojot kontinentus un citas ģeoloģiskās iezīmes, kas nepieciešamas dzīvības rašanai. Attiecīgi “bija pieņēmums, ka plākšņu tektonika ir būtiska dzīvībai,” saka Džons Tarduno, Ročesteras universitātes Zemes un vides zinātņu katedras profesors. Taču jauni pētījumi liek apšaubīt šo pieņēmumu.
Tarduno, ģeofizikas profesors William R. Keenan Jr., kurš ir žurnālā publicētā raksta galvenais autors. daba Izpētiet plātņu tektoniku pirms 3,9 miljardiem gadu, kad zinātnieki uzskata, ka uz Zemes parādījās pirmās dzīvības pēdas. Pētnieki atklāja, ka šajā laikā mobilās tektoniskās plāksnes kustība nenotika. Tā vietā viņi atklāja, ka Zeme izdala siltumu caur to, ko sauc par stagnējošu mantijas sistēmu. Rezultāti liecina, ka, lai gan plākšņu tektonika ir galvenais faktors dzīvības turpināšanai uz Zemes, tas nav nosacījums dzīvības parādīšanās uz Zemei līdzīgas planētas.
“Mēs noskaidrojām, ka plātņu tektonikas nebija, kad pirmo reizi tika uzskatīts par dzīvības rašanos, un simtiem miljonu gadu pēc tam nebija plākšņu tektonikas,” saka Tarduno. “Mūsu dati liecina, ka tad, kad mēs meklējam eksoplanētas, kurās ir dzīvība, planētām nav obligāti nepieciešama plākšņu tektonika.”
Negaidīts pavērsiens no cirkona pētījuma
Pētnieki sākotnēji neplānoja pētīt plātņu tektoniku.
“Mēs pētījām cirkonu magnetizāciju, jo mēs pētījām Zemes magnētisko lauku,” saka Tarduno.
Cirkoni ir sīki kristāli, kas satur magnētiskas daļiņas, kas var notvert Zemes magnetizāciju cirkonu veidošanās laikā. Datējot cirkonus, pētnieki var izveidot laika grafiku, lai izsekotu Zemes magnētiskā lauka evolūcijai.
Zemes magnētiskā lauka stiprums un virziens mainās atkarībā no platuma grādiem. Piemēram, strāvas magnētiskais lauks ir spēcīgāks pie poliem un vājāks pie ekvatora. Apbruņojušies ar informāciju par cirkona magnētiskajām īpašībām, zinātnieki var secināt relatīvos platuma grādus, kuros cirkoni veidojās. Tas ir, ja ģeodinamo – procesa, kas ģenerē magnētisko lauku – efektivitāte ir nemainīga un lauka stiprums laika gaitā mainās, tad ir jāmainās arī platumam, kurā veidojas cirkoni.
Bet Tarduno un viņa komanda atklāja pretējo: cirkoni, ko viņi pētīja no Dienvidāfrikas, norādīja, ka pirms aptuveni 3,9 līdz 3,4 miljardiem gadu magnētiskā lauka stiprums nemainījās, kas nozīmē, ka arī platuma grādi nemainījās.
Tā kā plākšņu tektonika ietver platuma izmaiņas dažādām zemes masām, Tarduno saka: “visticamāk, ka plākšņu tektoniskās kustības šajā laikā nenotika, un ir jābūt citam veidam, kā noņemt siltumu no Zemes.”
Lai pastiprinātu savus atklājumus, pētnieki atklāja tos pašus cirkonu modeļus, kurus viņi pētīja Rietumaustrālijā.
“Mēs nesakām, ka cirkoni veidojās vienā un tajā pašā kontinentā, bet šķiet, ka tie ir veidojušies vienā un tajā pašā nemainīgajā platuma grādos, kas stiprina mūsu argumentu, ka šajā laikā nenotika plātņu tektonika,” saka Tarduno.
Stagnējoša vāciņu tektonika: alternatīva plātņu tektonikai
Zeme ir siltuma dzinējs, un plākšņu tektonika galu galā ir siltuma izdalīšanās no Zemes. Bet mantijas tektoniskā stagnācija, kas izraisa plaisas Zemes virsmā, ir vēl viens veids, kā ļaut siltumam izplūst no planētas iekšpuses, veidojot kontinentus un citas ģeoloģiskas iezīmes.
Plātņu tektonika ietver horizontālu kustību un mijiedarbību starp lielām plāksnēm uz Zemes virsmas. Tarduno un viņa kolēģi ziņo, ka vidēji pēdējo 600 miljonu gadu plāksnes ir pārvietojušās vismaz 8500 kilometrus (5280 jūdzes) platuma grādos. Turpretim stāvošās mantijas tektonika apraksta, kā Zemes ārējais slānis uzvedas kā stāvoša mantija bez aktīvas horizontālas plātnes kustības. Tā vietā ārējais slānis paliek vietā, kamēr planētas iekšpuse atdziest. Lieli izkausēta materiāla slāņi, kas paceļas dziļi Zemes iekšienē, var izraisīt ārējā slāņa lūzumu. Stagnējošā mantijas tektoniskā kustība nav tik efektīva kā tektonisko plākšņu kustība, izdalot siltumu no Zemes mantijas, taču tā joprojām noved pie kontinentu veidošanās.
“Agrīnā Zeme nebija planēta, kuras virspusē viss bija miris,” saka Tarduno. Uz zemes virsmas joprojām notika lietas; Mūsu pētījumi liecina, ka tie nenotika plātņu tektonikas ceļā. Mums bija vismaz pietiekami daudz ģeoķīmisko ciklu, ko nodrošināja stagnējošie vāciņu procesi, lai radītu apstākļus, kas piemēroti dzīvības izcelsmei.”
Apdzīvojamas planētas saglabāšana
Lai gan Zeme ir vienīgā zināmā planēta, kas piedzīvo plātņu tektoniku, citas planētas, piemēram,[{” attribute=””>Venus, experience stagnant lid tectonics, Tarduno says.
“People have tended to think that stagnant lid tectonics would not build a habitable planet because of what is happening on Venus,” he says. “Venus is not a very nice place to live: it has a crushing carbon dioxide atmosphere and sulfuric acid clouds. This is because heat is not being removed effectively from the planet’s surface.”
Without plate tectonics, Earth may have met a similar fate. While the researchers hint that plate tectonics may have started on Earth soon after 3.4 billion years, the geology community is divided on a specific date.
“We think plate tectonics, in the long run, is important for removing heat, generating the magnetic field, and keeping things habitable on our planet,” Tarduno says. “But, in the beginning, and a billion years after, our data indicates that we didn’t need plate tectonics.”
Reference: “Hadaean to Palaeoarchaean stagnant-lid tectonics revealed by zircon magnetism” by John A. Tarduno, Rory D. Cottrell, Richard K. Bono, Nicole Rayner, William J. Davis, Tinghong Zhou, Francis Nimmo, Axel Hofmann, Jaganmoy Jodder, Mauricio Ibañez-Mejia, Michael K. Watkeys, Hirokuni Oda and Gautam Mitra, 14 June 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-023-06024-5
The team included researchers from four US institutions and institutions in Canada, Japan, South Africa, and the United Kingdom. The research was funded by the US National Science Foundation.
