Život vzišiel zo „stabilného veka“, nie doskovej tektoniky

Štúdia University of Rochester s použitím kryštálov zirkónu zistila, že dosková tektonika bola neaktívna v období, keď sa na Zemi prvýkrát objavil život. Namiesto toho fungoval mechanizmus „statického veka“, ktorý uvoľňoval teplo cez povrchové trhliny. Objav spochybňuje tradičnú vieru, že dosková tektonika je nevyhnutná pre vznik života a potenciálne pretvára naše chápanie podmienok potrebných pre život na iných planétach.

Vedci cestovali späť v čase, aby odhalili tajomstvá ranej histórie Zeme pomocou malých minerálnych kryštálov nazývaných zirkóny na štúdium tektoniky platní pred miliardami rokov. Tento výskum vrhá svetlo na podmienky prítomné na ranej Zemi a odhaľuje zložitý vzájomný vzťah medzi zemskou kôrou, jadrom a pôvodom života.

Dosková tektonika umožňuje teplu z vnútra Zeme stúpať na povrch, čím sa vytvárajú kontinenty a ďalšie geologické prvky nevyhnutné pre vznik života. V súlade s tým „prevládlo presvedčenie, že dosková tektonika je nevyhnutná pre život,“ hovorí John Tarduno, ktorý vyučuje na Katedre zemských a environmentálnych vied na University of Rochester. Nový výskum však tento predpoklad spochybňuje.

Tarduno, William R. Kenan, mladší profesor geofyziky, je hlavným autorom článku publikovaného v časopise Príroda Vyšetrovanie platňovej tektoniky spred 3,9 miliardy rokov, keď sa vedci domnievajú, že sa na Zemi objavili prvé stopy života. Vedci zistili, že tektonika mobilných platní sa v tomto období nedeje. Namiesto toho zistili, že Zem uvoľňuje teplo cez to, čo je známe ako stabilný režim veka. Výsledky naznačujú, že hoci je dosková tektonika dôležitým faktorom pri udržiavaní života na Zemi, nie je nevyhnutná pre vznik života na planéte podobnej pozemskej.

„Zistili sme, že neexistovala žiadna platňová tektonika, keď sa prvýkrát predpokladalo, že vznikol život, a ešte stovky miliónov rokov potom neexistovala žiadna platňová tektonika,“ hovorí Tarduno. „Naše údaje naznačujú, že keď hľadáme exoplanéty, ktoré ukrývajú život, planéty nemusia mať platňovú tektoniku.“

Nečakaná odchýlka od štúdia zirkónu

Vedci sa pôvodne nepustili do štúdia tektoniky platní.

„Študovali sme magnetizáciu zirkónu, pretože sme študovali magnetické pole Zeme,“ hovorí Tarduno.

Zirkóny sú malé kryštály, ktoré obsahujú magnetické častice, ktoré môžu blokovať magnetizáciu Zeme v čase vzniku zirkónu. Datovaním zirkónov môžu výskumníci vytvoriť časovú os na sledovanie vývoja magnetického poľa Zeme.

Sila a smer magnetického poľa Zeme sa mení v závislosti od zemepisnej šírky. Napríklad súčasné magnetické pole je najsilnejšie na póloch a najslabšie na rovníku. Vyzbrojení informáciami o magnetických vlastnostiach zirkónu môžu vedci odhadnúť relatívne zemepisné šírky, v ktorých sa zirkón vytvoril. To znamená, že ak je účinnosť geodynama – procesu, ktorý generuje magnetické pole – konštantná a intenzita poľa sa v priebehu času mení, potom sa bude meniť aj zemepisná šírka, v ktorej sa zirkón vytvoril.

Tarduno a jeho tím však zistili opak: Zirkóny, ktoré skúmali z Južnej Afriky, naznačili, že počas obdobia pred 3,9 až 3,4 miliardami rokov sa sila magnetického poľa nezmenila, čo znamená, že sa nezmenila ani zemepisná šírka.

Pretože dosková tektonika zahŕňa zmeny v zemepisnej šírke rôznych pevninských más, Tarduno hovorí, „doskové tektonické pohyby počas tohto obdobia pravdepodobne neprebiehali a musel existovať nejaký iný spôsob, akým by Zem mohla odoberať teplo.“

Výskumníci ďalej posilnili svoje zistenia a našli rovnaký vzor v zirkónoch, ktoré študovali zo západnej Austrálie.

„Nehovoríme, že zirkóny vznikli na rovnakom kontinente, ale zdá sa, že vznikli v rovnakej nezmenenej zemepisnej šírke,“ hovorí Tarduno, čo posilňuje náš argument, že tektonický pohyb platní v tomto čase nenastáva.

Stabilná tektonika veka: Alternatíva k doskovej tektonike

Zem je tepelný motor a dosková tektonika je v konečnom dôsledku uvoľňovanie tepla zo Zeme. Stabilná tektonika veka – ktorá vedie k prasklinám na zemskom povrchu – je však ďalším prostriedkom, ktorý umožňuje únik tepla z vnútra planéty, aby sa vytvorili kontinenty a iné geologické útvary.

Dosková tektonika zahŕňa horizontálny pohyb a interakciu veľkých dosiek na zemskom povrchu. Tarduno a kolegovia uvádzajú, že v priemere za posledných 600 miliónov rokov sa platne posunuli najmenej o 8 500 kilometrov (5 280 míľ) v zemepisnej šírke. Naproti tomu tektonika stabilného veka opisuje, ako sa vonkajšia zemská kôra správa ako stabilné veko bez aktívneho horizontálneho pohybu platní. Namiesto toho vonkajšia vrstva zostáva na mieste, keď sa vnútro planéty ochladzuje. Veľké oblaky roztaveného materiálu produkované v hlbokom vnútri Zeme môžu spôsobiť praskliny vonkajšej kôry. Stabilná tektonika veka nie je taká účinná ako dosková tektonika pri uvoľňovaní tepla zo zemského plášťa, ale aj tak môže viesť k vzniku kontinentov.

„Skorá Zem nebola planétou, kde bolo všetko na povrchu mŕtve,“ hovorí Tarduno. „Na povrchu zeme sa stále diali veci; Náš výskum naznačuje, že sa nevyskytovali prostredníctvom platňovej tektoniky. Mali sme aspoň primeraný geochemický cyklus, ktorý zabezpečovali procesy stabilného veka na vytvorenie podmienok vhodných pre vznik života.

zachovanie životaschopnej planéty

Kým Zem je jedinou známou planétou, ktorá zažíva doskovú tektoniku, iné planéty, ako napr[{“ 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.