Живот је настао из „устајалог плашта“, а не из тектонике плоча

Студија са Универзитета у Рочестеру, користећи кристале циркона, открила је да су тектонске плоче биле неактивне током периода када се живот први пут појавио на Земљи. Уместо тога, био је у функцији механизам „стагнирајуће капице“, који је ослобађао топлоту кроз површинске пукотине. Ово откриће доводи у питање традиционално веровање да је тектоника плоча неопходна за настанак живота и потенцијално преобликује наше разумевање услова потребних за живот на другим планетама.

Научници су се вратили у прошлост да би открили мистерије ране историје Земље, користећи сићушне минералне кристале зване циркони за проучавање тектонике плоча пре милијарди година. Истраживање баца светло на услове који су постојали на раној Земљи, откривајући сложену интеракцију између Земљине коре, језгра и појаве живота.

Тектоника плоча дозвољава топлоти из унутрашњости Земље да побегне на површину, формирајући континенте и друге геолошке карактеристике потребне за настанак живота. Сходно томе, „постојала је претпоставка да је тектоника плоча неопходна за живот“, каже Џон Тардуно, професор на Одељењу за науке о Земљи и животној средини на Универзитету у Рочестеру. Али нова истраживања бацају сумњу на ову претпоставку.

Тардуно, професор геофизике на Вилијам Р. Кеенан Јр., који је главни аутор рада објављеног у часопису. природа Проучавајте тектонику плоча пре 3,9 милијарди година, када су научници веровали да су се на Земљи појавили први трагови живота. Истраживачи су открили да се током тог времена није дешавало кретање покретних тектонских плоча. Уместо тога, открили су, Земља ослобађа топлоту кроз оно што је познато као систем стагнирајућих плашта. Резултати указују да иако је тектоника плоча кључни фактор за наставак живота на Земљи, она није услов за настанак живота на планети сличној Земљи.

„Открили смо да није било тектонике плоча када се први пут мислило да се живот појавио, и да није било тектонике плоча стотинама милиона година након тога“, каже Тардуно. „Наши подаци сугеришу да када тражимо егзопланете на којима се налази живот, планетама није нужно потребна тектоника плоча.

Неочекивани преокрет од студије циркона

Истраживачи нису првобитно кренули да проучавају тектонику плоча.

„Проучавали смо магнетизацију циркона јер смо проучавали Земљино магнетно поље“, каже Тардуно.

Циркони су сићушни кристали који садрже магнетне честице које могу ухватити Земљину магнетизацију у време када су циркони формирани. Датирањем циркона, истраживачи могу креирати временску линију за праћење еволуције Земљиног магнетног поља.

Јачина и правац Земљиног магнетног поља се мења у зависности од географске ширине. На пример, тренутно магнетно поље је јаче на половима и слабије на екватору. Наоружани информацијама о магнетним својствима циркона, научници могу закључити релативне географске ширине на којима су се циркони формирали. То јест, ако је ефикасност геодинама – процеса који генерише магнетно поље – константна и јачина поља се мења током одређеног периода, онда се мора променити и географска ширина на којој се формирају циркони.

Али Тардуно и његов тим открили су супротно: циркони које су проучавали из Јужне Африке показали су да се од пре око 3,9 до 3,4 милијарде година јачина магнетног поља није променила, што значи да се ни географске ширине нису промениле.

Пошто тектоника плоча укључује промене географске ширине за различите копнене масе, Тардуно каже, „вероватно је да се тектонски покрети плоча нису догодили током овог времена и мора постојати неки други начин да се уклони топлота са Земље“.

Да би појачали своје налазе, истраживачи су пронашли исте обрасце у цирконима које су проучавали у Западној Аустралији.

„Не кажемо да су се циркони формирали на истом континенту, али изгледа да су се формирали на истој непроменљивој географској ширини, што јача наш аргумент да у то време није било померања тектонских плоча“, каже Тардуно.

Тектоника стагнирајуће капе: алтернатива тектоници плоча

Земља је топлотни мотор, а тектоника плоча је на крају ослобађање топлоте из Земље. Али тектонска стагнација плашта—која доводи до пукотина на површини Земље—је још један начин да се дозволи топлоти да побегне из унутрашњости планете како би се формирали континенти и друге геолошке карактеристике.

Тектоника плоча укључује хоризонтално кретање и интеракцију између великих плоча на површини Земље. Тардуно и његове колеге извештавају да су се, у просеку, плоче из последњих 600 милиона година помериле најмање 8.500 километара (5.280 миља) на географској ширини. Насупрот томе, тектоника стагнирајућег омотача описује како се најудаљенији слој Земље понаша као стагнирајући омотач, без активног хоризонталног кретања плоче. Уместо тога, спољни слој остаје на месту док се унутрашњост планете хлади. Велики праменови истопљеног материјала који се дижу дубоко у унутрашњост Земље могу изазвати ломљење спољашњег слоја. Тектонски покрет стагнирајућег плашта није тако ефикасан као кретање тектонске плоче у ослобађању топлоте из Земљиног омотача, али ипак доводи до формирања континената.

„Рана Земља није била планета на којој је све било мртво на површини“, каже Тардуно. Ствари су се још увек дешавале на површини земље; Наше истраживање указује да се оне нису дешавале кроз тектонику плоча. Имали смо барем довољно геохемијских циклуса које су обезбедили процеси стагнирајућих капа да бисмо створили услове погодне за настанак живота.“

Очување планете погодне за живот

Док је Земља једина позната планета која доживљава тектонију плоча, друге планете као нпр[{“ 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.