15 июн 2023 4 544

Движение литосферных плит — необходимо ли оно для появления жизни?

Ученые отправились в прошлое, чтобы разгадать тайны древней истории Земли. Они использовали маленькие минеральные кристаллы — цирконы, чтобы узнать, как двигались литосферные плиты миллиарды лет назад. Исследование показывает, какие условия были на Земле в то время, когда зародились первые формы жизни.

Движение литосферных плит — процесс, при котором верхняя твердая часть земной коры разбивается на несколько кусков, которые перемещаются по поверхности планеты. Это помогает теплу из недр Земли выходить наружу, создавая континенты и другие геологические структуры, которые нужны для зарождения жизни. Поэтому многие считали, что движение литосферных плит необходимо для жизни, говорит Джон Тардуно, профессор геофизики в Университете Рочестера. Но новое исследование опровергает это предположение.

Тардуно — главный автор статьи, опубликованной в журнале Nature, в которой рассматривается движение литосферных плит около 3,9 миллиарда лет назад, когда ученые думают, что на Земле появились первые признаки жизни.

Исследователи обнаружили, что в то время не было подвижности литосферных плит. Вместо этого Земля избавлялась от тепла с помощью так называемого режима тектоники с малой подвижностью коры. Это значит, что верхняя часть земной коры была толстой и крепкой и не разбивалась на плиты. Результаты говорят, что хотя движение литосферных плит важно для поддержания жизни на Земле, оно не является обязательным условием для возникновения жизни на планете, похожей на Землю.

Мы выяснили, что движения литосферных плит не было, когда считается, что зародилась жизнь, и его не было в течение сотен миллионов лет после этого. Наши данные говорят, что когда мы ищем экзопланеты с жизнью, эти планеты необязательно должны иметь движение литосферных плит

— Джон Тардуно.

Как цирконы помогают изучать прошлое Земли

Изначально ученые не собирались изучать движение литосферных плит.

Мы изучали магнетизм цирконов, потому что мы изучали магнитное поле Земли

— Джон Тардуно.

Цирконы — крошечные кристаллы, содержащие магнитные частицы, которые могут запомнить магнетизм Земли в то время, когда цирконы образовались. Определив возраст цирконов, исследователи могут построить хронологию развития магнитного поля Земли.

Сила и направление магнитного поля Земли меняются в зависимости от широты. Например, сейчас магнитное поле сильнее всего на полюсах и слабее всего на экваторе. Имея информацию о магнитных свойствах цирконов, ученые могут сделать вывод об относительных широтах, на которых образовались цирконы. Это возможно, если эффективность геодинамо — процесса, генерирующего магнитное поле — постоянна и интенсивность поля меняется за определенный период. Тогда широта, на которой образовались цирконы, тоже должна меняться.

Но Тардуно и его команда обнаружили обратное: цирконы из Южной Африки, показали, что в период с примерно 3,9 до 3,4 миллиарда лет назад сила магнитного поля не менялась, а значит, широты тоже не менялись.

Поскольку движение литосферных плит включает в себя изменения широт различных земных массивов, Тардуно утверждает: движения литосферных плит не было.

Мы выяснили, что движения литосферных плит не было, когда считается, что зародилась жизнь, и его не было в течение сотен миллионов лет после этого

— Джон Тардуно.

Режим тектоники с малой подвижностью коры: альтернатива движению литосферных плит

Земля — термодинамическая система, и движение литосферных плит — в конечном счете предполагает выход тепла из Земли. Но режим с малой подвижностью коры — другой способ, позволяющий теплу из недр планеты выходить на поверхность и формировать континенты и другие геологические образования.

Движение литосферных плит подразумевает горизонтальное перемещение и взаимодействие больших плит на поверхности Земли. Тардуно и его коллеги сообщают, что в среднем плиты за последние 600 миллионов лет переместились как минимум на 8500 километров (5280 миль) по широте. В отличие от этого режим с малой подвижностью коры описывает то, как поверхностный слой Земли ведет себя единая твердь без активного горизонтального движения плит.

Вместо этого поверхностный слой остается на месте, пока внутренняя часть планеты остывает. Большие струи расплавленного материала, исходящие из глубин Земли, могут вызывать трещины в поверхностном слое. Режим с малой подвижностью коры не так эффективен, как движение литосферных плит, в выведении тепла из земной мантии, но он все же может приводить к образованию континентов.

Ранняя Земля не была планетой, где все было мертво на поверхности. На поверхности Земли все еще происходили какие-то процессы; наши исследования показывают, что они просто не происходили за счет движения литосферных плит. У нас было достаточно геохимического циклирования, обеспеченного процессами тектоники с малой подвижностью коры, чтобы создать условия, подходящие для зарождения жизни

— Джон Тардуно.

Хотя Земля — единственная известная планета, на которой происходит движение литосферных плит, другие планеты, такие как Венера, испытывают режим тектоники с малой подвижностью коры.

Люди склонны думать, что режим с малой подвижностью коры не может создать обитаемую планету из-за того, что происходит на Венере. Венера — не очень приятное место для жизни: у нее давящая атмосфера из углекислого газа и облака из серной кислоты. Это потому, что тепло не удаляется эффективно с поверхности планеты

— Джон Тардуно.

Без движения литосферных плит Земля могла бы встретиться с аналогичной судьбой. Хотя исследователи намекают, что движение литосферных плит могло начаться на Земле примерно 3-4 миллиарда лет назад, геологическое сообщество не пришло к согласию по поводу конкретной даты.

Мы думаем, что движение литосферных плит в долгосрочной перспективе важно для удаления тепла, генерации магнитного поля и поддержания обитаемости на нашей планете. Но в начале и миллиард лет после этого наши данные указывают на то, что нам не нужно было движение литосферных плит

— Джон Тардуно.