Исследование: тектоника плит не требуется для возникновения жизни

Ученые совершили путешествие во времени, чтобы раскрыть тайны ранней истории Земли, используя крошечные минеральные кристаллы, называемые цирконами, для изучения тектоники плит миллиарды лет назад. Исследование проливает свет на условия, существовавшие на ранней Земле, раскрывая сложное взаимодействие между земной корой, ядром и возникновением жизни. Новое исследование было опубликовано в журнале Nature.

 

Тектоника плит позволяет теплу из недр Земли выходить на поверхность, формируя континенты и другие геологические объекты, необходимые для возникновения жизни. Соответственно, существовало предположение, что тектоника плит необходима для жизни, говорит ведущий автор статьи Джон Тардуно из Рочестерского университета. Но новое исследование ставит под сомнение это предположение. В нем исследуется тектоника плит периода 3,9 миллиарда лет назад, когда, по мнению ученых, на Земле появились первые следы жизни.

 

Ученые обнаружили, что в это время не происходило подвижной тектоники плит. Вместо этого они обнаружили, что Земля выделяла тепло через так называемый режим застойной крышки. Результаты показывают, что, хотя тектоника плит является ключевым фактором для поддержания жизни на Земле, она не является обязательным требованием для возникновения жизни на планете, похожей на земную.

 

«Мы обнаружили, что тектоники плит не было, когда впервые возникла мысль о зарождении жизни, и что тектоники плит не было сотни миллионов лет спустя, — говорит Тардуно. «Наши данные показывают, что когда мы ищем экзопланеты, на которых есть жизнь, планеты не обязательно должны иметь тектонику плит.

 

Исследователи изначально не собирались изучать тектонику плит, целью их исследования было изучение намагниченности цирконов, потому что изучали магнитное поле Земли.

 

Цирконы — это крошечные кристаллы, содержащие магнитные частицы, которые могут фиксировать намагниченность Земли во время образования цирконов. Датируя цирконы, исследователи могут построить временную шкалу, отслеживающую развитие магнитного поля Земли.

 

Сила и направление магнитного поля Земли меняются в зависимости от широты. Например, текущее магнитное поле самое сильное на полюсах и самое слабое на экваторе. Вооружившись информацией о магнитных свойствах цирконов, ученые могут сделать вывод об относительных широтах, на которых образовались цирконы. То есть, если эффективность геодинамо — процесса, генерирующего магнитное поле, — постоянна, а напряженность поля меняется в течение периода, широта, на которой образовались цирконы, также должна меняться.

 

Но Тардуно и его команда обнаружили обратное: изученные ими цирконы из Южной Африки свидетельствовали о том, что в период примерно от 3,9 до 3,4 миллиарда лет назад сила магнитного поля не менялась, а значит, не менялись и широты.

 

Поскольку тектоника плит включает в себя изменения широты различных массивов суши, Тардуно говорит, что «тектонические движения плит, вероятно, не происходили в это время, и должен был быть другой способ, которым Земля отводила тепло.

 

Еще больше подкрепив свои выводы, исследователи обнаружили те же закономерности в цирконах, которые они изучали в Западной Австралии.

 

«Мы не говорим, что цирконы образовались на одном континенте, но похоже, что они сформировались на одной и той же неизменной широте, что усиливает наш аргумент в пользу того, что в это время не происходило тектонического движения плит, — говорит Тардуно.

 

Земля — это своего рода тепловой двигатель, а тектоника плит — это, в конечном счете, выделение тепла Землей. Но застойная тектоника крышки, которая приводит к трещинам на поверхности Земли, — это еще одно средство, позволяющее теплу выходить из недр планеты для формирования континентов и других геологических объектов.

 

Тектоника плит включает в себя горизонтальное движение и взаимодействие больших плит на поверхности Земли. Тардуно и его коллеги сообщают, что в среднем плиты за последние 600 миллионов лет сместились по широте не менее чем на 8500 километров. Напротив, тектоника застойной крышки описывает, как самый внешний слой Земли ведет себя как застойная крышка без активного горизонтального движения плит.

 

Вместо этого внешний слой остается на месте, пока внутренняя часть планеты остывает. Большие шлейфы расплавленного материала, возникающие в недрах Земли, могут вызвать растрескивание внешнего слоя. Тектоника застойных крышек не так эффективна, как тектоника плит, при высвобождении тепла из мантии Земли, но все же может привести к образованию континентов.

 

«Ранняя Земля не была планетой, на поверхности которой все было мертво, — говорит Тардуно. «Вещи все еще происходили на поверхности Земли; наши исследования показывают, что они просто не происходили из-за тектоники плит. У нас было, по крайней мере, достаточно геохимических циклов, обеспечиваемых застойными процессами крышки, чтобы создать условия, подходящие для зарождения жизни.

 

В то время как Земля является единственной известной планетой, на которой наблюдается тектоника плит, другие планеты, такие как Венера, испытывают застойную тектонику крышки, говорит Тардуно.

 

«Люди склонны думать, что застойная тектоника крышки не создаст обитаемую планету из-за того, что происходит на Венере, — говорит он. «Венера — не очень приятное место для жизни: у нее сокрушительная атмосфера из углекислого газа и облака серной кислоты. Это потому, что тепло не эффективно отводится с поверхности планеты.

 

Без тектоники плит Землю могла постичь та же участь. Хотя исследователи намекают, что тектоника плит могла начаться на Земле вскоре после 3,4 миллиарда лет, геологическое сообщество разделилось по поводу конкретной даты.

 

«Мы думаем, что тектоника плит в долгосрочной перспективе важна для отвода тепла, создания магнитного поля и сохранения обитаемости на нашей планете, — говорит Тардуно. «Но в начале и спустя миллиард лет наши данные показывают, что нам не нужна была тектоника плит.