Πώς η Γη έγινε παζλ

Η τεκτονική πλακών —η παγκόσμια ανόρθωση προσώπου που συνεχώς, αλλά αργά, αναδιαμορφώνει την επιφάνεια της Γης— είναι προφανώς μοναδική στον πλανήτη μας. Τουλάχιστον, δεν εμφανίζεται πουθενά αλλού στο ηλιακό σύστημα. Αυτή η διαδικασία είναι υπεύθυνη για τα ηφαίστεια, τους σεισμούς και την οικοδόμηση βουνών, και πιθανώς για τη βοήθεια της πρώιμης ζωής στη Γη. Ωστόσο, υπάρχουν πολλά που ακόμα δεν γνωρίζουμε για το τι το οδηγεί και πότε ξεκίνησε. Τώρα, μια νέα μελέτη μπορεί να βοηθήσει στην επίλυση ενός ερωτήματος:πότε και πώς το άκαμπτο εξωτερικό κέλυφος ή η λιθόσφαιρα της Γης χωρίστηκε για πρώτη φορά σε πλάκες και ξεκίνησε ο παγκόσμιος χορός τους.

Τα στοιχεία της αρχαιότερης γεωλογικής ιστορίας της Γης είναι ελάχιστα, χάρη στη συνεχή ανακύκλωση της επιφάνειας του πλανήτη μας. Αλλά οι γεωλόγοι έχουν μερικές ενδείξεις. Μια σειρά αποδεικτικών στοιχείων προέρχεται από ανθεκτικούς κρυστάλλους που ονομάζονται ζιργκόν, που βρίσκονται κυρίως στον γρανίτη - ο σχηματισμός του γρανίτη απαιτεί καταβύθιση, τη βύθιση μιας λιθοσφαιρικής πλάκας στον μανδύα όπου λιώνει εν μέρει για να παράγει το λεγόμενο γρανιτικό μάγμα. Με βάση την ίδια την ύπαρξη των αρχαίων ζιρκονίων, ορισμένοι γεωλόγοι υποθέτουν ότι η καταβύθιση συνέβη, τουλάχιστον κατά διαστήματα, πριν από περίπου 4 δισεκατομμύρια χρόνια. Άλλα στοιχεία που ενισχύουν αυτόν τον ισχυρισμό περιλαμβάνουν ακολουθίες βράχων από το βαθύτερο σημείο της Γης, την Τάφρο Μαριάνα στον Ειρηνικό Ωκεανό. Η τάφρος, που σχηματίζεται εκεί όπου η πλάκα του Ειρηνικού βυθίζεται στον μανδύα, περιέχει λάβες 4,4 δισεκατομμυρίων ετών που μπορεί να προήλθαν από την πρώιμη ζώνη καταβύθισης στη Γη.

Όμως, πληθώρα άλλων γεωχημικών και γεωλογικών δεδομένων - από συναθροίσεις πετρωμάτων εντός του αρχαίου ηπειρωτικού φλοιού έως μελέτες ποικίλων χημικών περιεχομένων γρανιτικών πετρωμάτων - υποδηλώνουν ότι η τεκτονική πλακών έγινε πραγματικά παγκοσμίως πριν από περίπου 2,7 δισεκατομμύρια έως 3 δισεκατομμύρια χρόνια. Μέχρι τότε, η λιθόσφαιρα, αντί να σχηματίζει ένα συμπαγές κέλυφος γύρω από τον πλανήτη, είχε χωριστεί σε δεκάδες χοντρές πλάκες. Καθοδηγούμενες από την κυκλοφορία στον υποκείμενο μανδύα, οι πλάκες γλίστρησαν η μία δίπλα στην άλλη, απομακρύνθηκαν ή συγκρούστηκαν. Η σέγα δεν ταίριαζε όπως τώρα, αλλά τα κομμάτια κινούνταν ήδη.

Αυτή η ασυμφωνία έχει προκαλέσει έντονη συζήτηση, αλλά υπάρχει τρόπος να συμβιβαστούν οι δύο ημερομηνίες, λέει ο David Bercovici, γεωφυσικός στο Πανεπιστήμιο Yale. Η χρονική υστέρηση δισεκατομμυρίων ετών μεταξύ της πιο πρώιμης «πρωτοβύθισης» και της πλήρους έναρξης της τεκτονικής πλακών μπορεί να εξηγηθεί από την αργή, επίπονη ανάπτυξη των αδύναμων ζωνών μέσα στις πλάκες, προτείνει. Η παραμόρφωση που προκαλείται από την κάμψη και τη διάτμηση των βράχων καθώς η πλάκα βυθίζεται στον μανδύα «αφήνει πίσω του μια ουλή, ένα αδύναμο σημείο». Με την πάροδο του χρόνου, οι ζώνες εξασθενούσαν ξανά και ξανά, ώσπου, σαν τον υπερτονισμένο αστράγαλο ενός δρομέα, έσπασαν.

Για να κατανοήσουν καλύτερα την ανάπτυξη αυτών των αδύναμων ζωνών και πώς οδηγούν σε όρια πλακών, ο Bercovici και ο γεωφυσικός Yanick Ricard του Πανεπιστημίου της Λυών στη Γαλλία ερεύνησαν τι είδους ζημιά συμβαίνει στα λιθοσφαιρικά πετρώματα υπό έντονη παραμόρφωση. Ο ανώτερος μανδύας της Γης, που αποτελεί μεγάλο μέρος της λιθόσφαιρας, είναι ένα σχετικά απλό μείγμα, που αποτελείται κυρίως από δύο τύπους πετρωμάτων, την ολιβίνη και το πυροξένιο. Οι μικρότεροι κρύσταλλοι πετρωμάτων είναι πιο ευάλωτοι στην παραμόρφωση και η διατμητική τάση που ασκείται στα πετρώματα κατά την κάμψη και τη συστροφή της καταβύθισης τείνει να μεταμορφώσει τα πετρώματα και να μειώσει τα μεγέθη των κρυστάλλων, αυξάνοντας την τρωτότητά τους. Αν και η θερμότητα του ανώτερου μανδύα μπορεί να βοηθήσει τους κρυστάλλους ολιβίνης ή πυροξενίου μέσα στους βράχους να μεγαλώσουν ξανά ή να «θεραπεύσουν», οι δύο τύποι πετρωμάτων ανταγωνίζονται για το διάστημα:Ο καθένας στην πραγματικότητα παρεμποδίζεται στην ανάπτυξή του από την παρουσία του άλλου. Και μόλις οι κρύσταλλοι είναι αρκετά κατεστραμμένοι και αρκετά μικροί, ο Μπερκοβίτσι και ο Ρικάρ ανέφεραν διαδικτυακά χθες στο Nature , αυτή η αρχαία κληρονομιά της αδυναμίας γίνεται ένα όριο πλάκας.

Αυτή η διαδικασία όχι μόνο εξηγεί πώς τα όρια των πλακών της Γης θα μπορούσαν να μείνουν φαινομενικά αδρανείς για λίγο, αλλά να εξελίσσονται, αλλά υπογραμμίζει επίσης γιατί οι τεκτονικές πλακών δεν θα συμβούν ούτε στον λεγόμενο δίδυμο πλανήτη της Γης, την Αφροδίτη, που έχει παρόμοιο μέγεθος και μάζα. Η επιφάνεια της Αφροδίτης είναι περισσότερο από 400°C θερμότερη από την επιφάνεια της Γης—και σε αυτές τις ακραίες θερμοκρασίες, οι βραχώδεις κρύσταλλοι μπορούν να αναπτυχθούν πιο γρήγορα, θεραπεύοντας τους εαυτούς τους, έτσι ώστε τα όρια να μην σχηματιστούν ποτέ.

Οι λιθοσφαιρικές αδύναμες ζώνες με μικροσκοπικούς κόκκους θεωρούνταν από καιρό ότι είναι σημαντικές για τη διευκόλυνση των τεκτονικών πλακών — αλλά αυτή η μελέτη εξηγεί για πρώτη φορά πώς σχηματίζονται και πώς «η λιθόσφαιρα μπορεί να «θυμάται» αυτές τις ζώνες αδυναμίας για γεωλογικά μεγάλο χρονικό διάστημα». λέει ο γεωφυσικός Paul Tackley του Ελβετικού Ομοσπονδιακού Ινστιτούτου Τεχνολογίας στη Ζυρίχη. Ανεξάρτητα από το πότε ξεκίνησαν οι τεκτονικές πλάκες, προσθέτει, αυτός ο μηχανισμός μείωσης του μεγέθους των κόκκων θα μπορούσε να ήταν πολύ σημαντικός για την πρόκληση αδύναμων ζωνών στη λιθόσφαιρα ανά πάσα στιγμή στην ιστορία της Γης.

Αλλά αν αυτό συμβιβάζει πραγματικά τις διαφορετικές προτεινόμενες ημερομηνίες για την έναρξη της τεκτονικής πλακών είναι λιγότερο σαφές, λέει ο Tackley. Το μοντέλο των ερευνητών για την πρώιμη Γη είναι εξαιρετικά απλοποιημένο, προσθέτει:Οι θερμοκρασίες στο εσωτερικό της Γης ήταν πολύ πιο καυτές πριν από δισεκατομμύρια χρόνια και ο πλανήτης ήταν γεωλογικά πιο «ενεργός», με περισσότερο ηφαιστειακό στην επιφάνεια και περισσότερο στον μανδύα. Έτσι, αντί για ένα ομοιόμορφο στρώμα που αυξάνει τις αδύναμες ζώνες με την πάροδο του χρόνου, η λιθόσφαιρα "ήταν πάντα ετερογενής, με ασθενέστερα και ισχυρότερα μέρη."