زمین زیر پای ما ممکن است جامد و ثابت به نظر برسد. اما در طول تاریخ زمین، روکش نسبتاً نازکی که سیاره ما را پوشانده است بارها توسط نیروهای زمین ساختی فشرده، ترک خورده و بازسازی شده است. تکتونیک صفحات می تواند قاره ها را حرکت دهد، رشته کوه بسازد، و در صورت آزاد شدن ناگهانی انرژی خاموش، زمین لرزه ها و آتشفشان ها را برانگیزد.

اما در حالی که تکتونیک ها می توانند زندگی را به طور بی رویه در سطح محلی نابود کنند، برای حفظ شرایط قابل سکونت در سراسر سطح زمین نیز حیاتی است. این به این دلیل است که مواد غنی از کربن در «مناطق فرورانش» به داخل زمین بازیافت می‌شوند - مناطقی که یک صفحه زیر صفحه دیگر رانده می‌شود - در فرآیندی که به تنظیم چرخه کربن کمک می‌کند. در همین حال، بخار آب و گازهای آزاد شده از طریق فعالیت های آتشفشانی به تثبیت آب و هوا و شرایط جوی زمین کمک می کند.

ما فقط باید به جو مضر زهره - با دی اکسید کربن متراکم و ابرهای اسید سولفوریک آن - نگاه کنیم تا ببینیم در یک سیاره سنگی بدون تکتونیک صفحه چه اتفاقی می افتد. به همین دلیل است که بسیاری از دانشمندان زمین‌شناسی تصور می‌کردند که زمین‌ساخت صفحه‌ای باید تا زمان ظهور حیات، در طول میلیارد سال اول تاریخ زمین، وجود داشته باشد. تکتونیک صفحه، در اصل، یک پیش نیاز کلیدی برای زندگی در نظر گرفته شد.

اما یافته های جدید توسط یک تیم تحقیقاتی بین‌المللی نشان می‌دهد که حیات می‌توانست پیش از تکتونیک صفحه‌ای باشد – و این که حیات می‌توانست با فاصله‌ای در ابتدا باشد. اگر این کار درست باشد، سیاره جوان ما ممکن است یک دوره طولانی بدون صفحات متحرک را تجربه کرده باشد، تحت شکل ابتدایی‌تری از تکتونیک که به عنوان «درپوش راکد» شناخته می‌شود. اگر چنین سناریویی تأیید شود، درک ما از چگونگی پیدایش و بقای حیات را تغییر می‌دهد - و به طور بالقوه به جستجوی حیات فراتر از سیاره ما کمک می‌کند.

روی زمین لرزان

مفهوم تکتونیک صفحه ای ممکن است امروزه به طور گسترده پذیرفته شده باشد، اما برای سال ها بحث برانگیز بود. داستان در سال 1912 زمانی که دانشمند آلمانی آغاز شد آلفرد وگنر ایده " رانش قاره " را پیشنهاد کرد. او پیشنهاد کرد که قاره‌های امروزی زمانی بخشی از یک ابرقاره بزرگ‌تر بودند، اما بعداً به موقعیت‌های کنونی خود در سطح زمین رفتند. در کتابش خاستگاه قاره ها و اقیانوس هاوگنر به طرز معروفی اشاره کرد که چگونه خطوط ساحلی آمریکای جنوبی و آفریقا مانند یک اره منبت کاری اره مویی در کنار هم قرار می گیرند و توضیح داد که چگونه فسیل های مشابه در نقاط کاملاً متفاوتی از جهان ظاهر می شوند.

ایده وگنر در ابتدا با بدبینی مواجه شد، عمدتاً به این دلیل که محققان مطمئن نبودند چه چیزی ممکن است باعث حرکت صفحات شود. پاسخ در اواسط قرن 20 شروع شد، زمانی که نقشه تولید شده در 1953 توسط زمین شناس و نقشه نگار آمریکایی ماری تارپ وجود یک خط الراس میان اقیانوسی را نشان داد که سراسر اقیانوس اطلس را در برگرفته و به موازات سواحل قاره ای قرار دارد. تارپ با داشتن یک دره بزرگ در مرکز خود استدلال کرد که این نشان می دهد که کف اقیانوس در حال گسترش است.

یک نظریه کامل برای گسترش کف دریا متعاقبا پیشنهاد شد توسط زمین شناس آمریکایی هری هس در سال 1962. او پیشنهاد کرد که پوسته اقیانوسی به طور پیوسته در پشته‌های میانی اقیانوس شکل می‌گیرد، جایی که مواد مذاب از چاه‌های داخلی زمین تا سطح به عنوان بخشی از یک سلول همرفتی، قبل از اینکه در کف اقیانوس جدید جامد شوند، تشکیل می‌شوند. سپس این پوسته تازه به صورت افقی در هر دو جهت توسط ماگمای متعاقب بالارفتن شنت می شود.

در همین حال، جایی که صفحات اقیانوسی با قاره‌ها هم مرز هستند، بخش‌های قدیمی‌تری از پوسته اقیانوسی در زیر پوسته قاره‌ای با چگالی کمتر در گودال‌های اقیانوسی رانده می‌شوند و به داخل زمین بازیافت می‌شوند. در واقع، نوک فرورفتگی صفحه نیز با کشیدن بقیه صفحه به پشت در حالی که به داخل پرتگاه سقوط می کند، به گسترش کف دریا کمک می کند.

[محتوای جاسازی شده]

شواهدی مبنی بر گسترش کف دریا در سال 1963 زمانی که زمین شناسان بریتانیایی به دست آمد فردریک واین و دراموند متیوز به اندازه‌گیری‌های میدان مغناطیسی زمین که توسط یک کشتی تحقیقاتی در حال حرکت از روی خط الراس در اقیانوس هند بود، نگاه کرد. آنها متوجه شدند که میدان یکنواخت نیست، اما یکنواخت بود ناهنجاری هایی که به صورت راه راه اجرا می شدند به موازات خط الراس - و تقریباً به صورت متقارن در دو طرف آن - که در کف اقیانوس قرار دارد. آنها گفتند که این نوارها به این دلیل به وجود می آیند که کانی های مغناطیسی در کف دریای تازه تشکیل شده تمایل دارند تا زمانی که سنگ در حال انجماد شدن است، با میدان مغناطیسی زمین هماهنگ شوند. هر بار که میدان مغناطیسی زمین می چرخد، نوارهای جدیدی تشکیل می شود - پدیده ای که در طول تاریخ زمین بارها رخ داده است، زمانی که قطب شمال به طور ناگهانی به قطب جنوب تبدیل می شود.

برای استفاده از یک قیاس، کف دریا متحرک بیشتر شبیه یک نوار کاست قدیمی است که هر معکوس میدان ژئومغناطیسی را ضبط می کند. هر معکوس را می توان از طریق مطالعات فسیلی و آزمایش رادیومتری بازالت های حفاری شده از کف اقیانوس برای ترسیم تاریخچه میدان مغناطیسی تاریخ گذاری کرد. این روزها، وجود تکتونیک صفحه ای تقریباً در سطح جهانی پذیرفته شده است.

اما توافق بسیار کمتری در مورد زمانی که تکتونیک صفحه برای اولین بار آغاز شد وجود دارد. بخشی از مسئله این است که زمین تقریباً 4.54 میلیارد سال پیش شکل گرفت و امروزه تقریباً تمام پوسته اقیانوسی با قدمت بیش از 200 میلیون سال به زمین بازیافت شده است. آرشیو طولانی مدت ما از تاریخ زمین، به عبارت دیگر، در صخره های پنهان در قاره ها قرار دارد.

اما حتی در آنجا، معدود سنگ های قابل دسترس که از میلیاردها سال اول باقی مانده اند، به طور قابل توجهی توسط گرما، شیمی، هوازدگی فیزیکی و فشارهای شدید تغییر کرده اند. به همین دلیل است که هیچ کس مطمئن نیست که تکتونیک صفحه از چه زمانی شروع شد، با تخمین‌هایی که از بیش از آن متغیر است 4 میلیارد سال پیش به تنها 700 میلیون سالها پیش. این یک عدم اطمینان بزرگ و رضایت بخش است.

جالب تر این است که اولین شواهد فسیلی غیرقابل انکار از حیات به 3.5 تا 3.4 میلیارد سال قبل باز می گردد، با نشانه هایی از زندگی در سنگ های رسوبی که نشان می دهد ممکن است حیات وجود داشته باشد. 3.95 میلیارد سالها پیش. پس آیا می‌توانست صدها میلیون سال قبل از اینکه تکتونیک صفحه‌ای یک چیز باشد، حیات پدید آمده باشد؟ با توجه به تعداد کمی از سنگ های اصلی که از این دوره باقی مانده است، زمین شناسان اغلب در قلمرو گمانه زنی ها سرگردان هستند.

زیرکن ها: کپسول های زمانی از آغاز آتشین زمین

خوشبختانه، دانشمندان زمین شناسی یک سلاح مخفی برای به دست آوردن عکس های فوری از شرایط زمین اولیه دارند. به زیرکون ها - قطعات معدنی پایدار شیمیایی (ZrSiO₄) که در انواع رنگ ها و تنظیمات زمین شناسی یافت می شوند. زیبایی زیرکن ها برای دانشمندان زمین این است که تا حد زیادی تحت تأثیر تغییرات سنگ میزبان خود قرار نمی گیرند. آنها مانند یک کپسول زمانی از آن دوره دور هستند.

به ویژه، دانشمندان اخیراً در حال مطالعه هستند زیرکن های باستانی که در درون سنگ های گرانیتی شکل گرفته در طول 600 میلیون سال اول زمین متبلور شده است. در این دوره که به نام هادین ایونسیاره ما مکانی جهنمی بود، احتمالاً در جوی غنی از دی اکسید کربن پوشانده شده بود و اغلب توسط اجرام فرازمینی بمباران می شد. یکی از آنها احتمالا ماه را خلق کرده است.

با وجود فقدان پوسته، به نظر می رسد که سنگ های جامد باید شکل گرفته باشند زیرا تعداد محدودی از آنها امروزه باقی مانده اند. سنگ های دست نخورده ای به قدمت 4 میلیارد سال در این منطقه وجود دارد مجتمع آکاستا گنیس در شمال غربی کانادا، و قدیمی ترین مواد شناخته شده با منشا زمین 4.4 میلیارد سال قدمت دارند بلورهای زیرکون در جک هیلز در استرالیا یافت شده است (علوم طبیعت 10 457). آن‌ها در سنگ‌های بسیار جدیدتر و «متا رسوبی» قرار دارند.

در این تحقیق جدید (طبیعت 618 531)، محققان زیرکن‌های جک هیلز را که دوره 3.9-3.3 میلیارد سال پیش را در بر می‌گرفت، و همچنین زیرکن‌های مربوط به همان دوره را که در کمربند گرین استون باربرتون آفریقای جنوبی یافت شد، مورد مطالعه قرار دادند. به رهبری جان تاردونو از دانشگاه روچستر در ایالات متحده، محققان در ابتدا به آنچه که زیرکن ها ممکن است در مورد وضعیت میدان مغناطیسی زمین در آن دوره نشان دهند، علاقه مند بودند. تنها بعداً آنها متوجه شدند که یافته های آنها پیامدهای بسیار گسترده تری دارد.

بلورهای زیرکون از هر دو سایت استرالیا و آفریقای جنوبی حاوی مواد معدنی غنی از آهن به نام مگنتیت هستند که در زمان تشکیل توسط میدان زمین مغناطیسی شده بودند. حتی با وجود گذشت میلیاردها سال، این اطلاعات در مورد میدان مغناطیسی باستانی زمین در تمام این مدت در بلورهای زیرکون قفل شده است. در واقع، از آنجایی که میدان مغناطیسی زمین یک دوقطبی است – با شدت میدان متفاوت با عرض جغرافیایی – اندازه گیری قدرت مغناطیسی باقیمانده در میان محتوای مگنتیت زیرکون می تواند عرض جغرافیایی که در آن شکل گرفته است را آشکار کند.

چالش بعدی تاریخ گذاری نمونه های زیرکون بود. ساختار کریستالی زیرکون همچنین دارای اورانیوم است که به تدریج با سرعت مشخصی به سرب تجزیه می شود. بنابراین محققان توانستند سن بلور زیرکون را از نسبت اورانیوم به سرب که تیم تاردونو با استفاده از میکروپروب یونی انتخابی با وضوح بالا، یا میگو.

اگر تکتونیک صفحه ای در طول 600 میلیون سال مورد بررسی در این مطالعه وجود داشته باشد، انتظار می رود که کریستال های زیرکون در عرض های جغرافیایی مختلف با حرکت صفحات به اطراف تشکیل شده باشند. این به نوبه خود به این معنی است که کریستال های زیرکون بسته به سن آنها طیفی از قدرت مغناطیسی دارند. با این حال، تاردونو و تیم در کمال تعجب، چیز بسیار متفاوتی را کشف کردند.

در هر دو سایت استرالیا و آفریقای جنوبی، قدرت مغناطیسی بین 3.9 تا 3.4 میلیارد سال پیش تقریباً ثابت بود. این نشان می دهد که هر دو مجموعه زیرکن ها در عرض های جغرافیایی بدون تغییر شکل می گیرند. به عبارت دیگر، زمین ساخت صفحه هنوز شروع نشده بود. محققان توضیح می دهند که بخشی از دلیل این نتیجه گیری این است که به طور متوسط، صفحات در طول 600 میلیون سال گذشته حداقل 8500 کیلومتر در عرض جغرافیایی حرکت کرده اند. و در این دوره اخیر، هرگز نمونه ای از باقی ماندن دو صفحه در عرض جغرافیایی ثابت به طور همزمان وجود نداشته است.

به عبارت دیگر، زمین ساخت صفحه هنوز شروع نشده بود. محققان به این نتیجه رسیدند که زمین احتمالاً دارای انواع ابتدایی تری از تکتونیک است که همچنان شامل بازیافت شیمیایی و شکستن سنگ جامد در سطح زمین است.

تفاوت اساسی بین تکتونیک صفحه امروزی و این "درپوش راکد" شکل تکتونیک این است که دومی شامل صفحاتی نیست که به صورت افقی در سراسر سطح حرکت می کنند، که اجازه می دهد گرما به طور موثر آزاد شود. درعوض، زمین می‌توانست دنیایی پرچرب و بدون پوسته قاره‌ای باشد، که توسط نواحی جدا شده از پوسته ضخیم اقیانوسی که توسط مناطقی از ماگما در حال افزایش از هم جدا شده‌اند، پر شده است (شکل 1). تاردونو می‌گوید: «شاید درب راکد نام تاسف‌آوری باشد، زیرا ممکن است مردم فکر کنند که هیچ چیزی در جریان نیست. اما چیزی که شما دارید، توده‌هایی از مواد است که می‌توانند ته این پوسته اولیه و لیتوسفر را گرم کنند.

در اواخر دوره مطالعه (3.4-3.3 میلیارد سال پیش)، مغناطش مشاهده شده در کریستال های زیرکون شروع به تقویت می کند، که تاردونو پیشنهاد می کند که می تواند نشان دهنده شروع تکتونیک صفحه باشد. دلیل آن این است که ورقه‌های عظیم پوسته به داخل زمین در نواحی فرورانش فرو می‌روند و منجر به سرد شدن سریع‌تر گوشته می‌شوند. به نوبه خود، این فرآیند می تواند کارایی همرفت را در هسته بیرونی تقویت کند و در نتیجه یک میدان ژئومغناطیسی قوی تر ایجاد کند.

یک "وضعیت طلایی" برای اوایل زندگی؟

اگر حیات پایه تقریباً نیم میلیارد سال قبل از تکتونیک وجود داشته باشد، همانطور که در این مطالعه مشخص شد، سؤالات جالبی در مورد چگونگی زنده ماندن حیات در دنیای بدون صفحه زمین ساختی ایجاد می شود. یک میدان مغناطیسی ضعیف‌تر از این فاز راکد درب، سطح زمین را بیشتر در معرض تشعشعات کیهانی قرار می‌دهد، که میدان قوی فعلی ما از ما در برابر آن محافظت می‌کند. پروتون های پرانرژی در باد خورشیدی پس از آن با ذرات اتمسفر برخورد می کردند و آنها را شارژ و انرژی می دادند تا بتوانند به فضا فرار کنند – در اصل، آب کل سیاره را از بین می برند.

اما تاردونو می‌گوید که حتی شدت میدان مغناطیسی نسبتا ضعیف مشاهده‌شده در این مطالعه جدید می‌تواند تا حدودی محافظ ایجاد کند. در واقع، او پیشنهاد می‌کند که این شکل در حال جوشیدن و راکد زمین‌ساختی ممکن است «وضعیت طلایی» را ایجاد کرده باشد که برای زندگی اولیه مناسب بود، فارغ از تغییرات چشمگیر در شرایط محیطی که می‌تواند در تکتونیک‌های صفحه‌ای کامل رخ دهد.

این یک ایده وسوسه‌انگیز است زیرا تصور می‌شود که اشکال درپوش راکد تکتونیک در سراسر منظومه شمسی ما رایج هستند و در زهره، عطارد و به شکل کمتر پویا در مریخ وجود دارند.

برای توسعه این تحقیق، تیم Tarduno اکنون قصد دارد زیرکن‌هایی با سن مشابه را از مکان‌های دیگر مطالعه کند تا طیف وسیع‌تری از نقاط داده را ارائه دهد. او می‌گوید: «رویکرد ما با کارهای قبلی متفاوت است، زیرا ما یک نشانگر حرکت داریم. همه بحث‌ها درباره تکتونیک صفحه‌ای از این زمان در تاریخ زمین بر اساس ژئوشیمی بوده است - نه بر اساس شاخص اصلی تکتونیک صفحه‌ای.

پیتر کاوود، دانشمند زمین در دانشگاه موناش استرالیا که در این امر دخالتی نداشت طبیعت مطالعه، می گوید که درک بیشتر زمین اولیه ممکن است از مکان هایی در منظومه شمسی ما حاصل شود که سطوح آنها به طور مکرر توسط تکتونیک صفحه بازیافت نشده است. او می‌گوید: «مریخ، ماه و شهاب‌سنگ‌ها رکورد گسترده‌تری از تاریخ اولیه خود ارائه می‌دهند. نمونه‌هایی از این اجساد، و به‌ویژه پتانسیل مأموریت‌های بازگشت نمونه از مریخ، ممکن است بینش‌های مهم جدیدی را در مورد فرآیندهایی که در زمین اولیه انجام می‌دادند، ارائه دهد.»

دوران یا رویداد؟ تعریف آنتروپوسن

جهش های غول پیکر در آن جبهه ممکن است از طریق نمونه ماموریت بازگشت مریخاما کاوود معتقد است که شاید یک سوال حیاتی تر برای توسعه حیات اولیه این باشد که دقیقاً چه زمانی آب - پیش نیاز حیات - برای اولین بار روی زمین ظاهر شد. او می‌گوید: «کار قبلی روی زیرکن‌های جک هیلز، با استفاده از ایزوتوپ‌های اکسیژن، نشان می‌دهد که حداقل از 2027 میلیون سال پیش آب وجود داشته است.

برای کاوود، این تحقیق می‌تواند به طور بالقوه به جستجوی حیات در منظومه شمسی و فراتر از آن کمک کند - و حتی مفهوم ما از شکل زندگی. "اگر حیات روی زمین در طول این مرحله راکد درب ایجاد شده است، شاید این اتفاق در مریخ نیز رخ داده باشد. اگر زمین در فاز راکد درپوش باقی می ماند و حیات به تکامل خود ادامه می داد، مطمئناً با زیست کره ای که امروز داریم متفاوت به نظر می رسید. بنابراین، به تعبیری که اسپاک با کرک صحبت می‌کند – «این زندگی جیم است، اما نه آنطور که ما می‌دانیم».

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
• PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• PlatoESG. خودرو / خودروهای الکتریکی، کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
• PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
• ChartPrime. بازی معاملاتی خود را با ChartPrime ارتقا دهید. دسترسی به اینجا.
• BlockOffsets. نوسازی مالکیت افست زیست محیطی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/zircons-plate-tectonics-and-the-mystery-of-life/