چگونه تکتونیک صفحه‌ای زندگی را بر روی زمین به وجود آورد؟

حیات در این سیاره چیزهای زیادی برای خود دارد. زمین نه خیلی گرم است و نه خیلی سرد. ما دی اکسید کربن را به اندازه کافی در جو خود داریم و این درست به قدری است که از غیرقابل کنترل بودن اثر گلخانه‌ای جلوگیری کنیم (یعنی مقادیر بیشتر آن منجر به اثر گلخانه‌ای شدید یا گرمایش غیرقابل کنترل می‌شود-مترجم). ما آب فراوان داریم، و نیز هر شکلی از انواع حیات برای ساختن خانه، خشکی کافی در اینجا در دسترس خود دارد. ما یک میدان مغناطیسی داریم که از ما در برابر تشعشعات مضر کیهانی محافظت می‌کند. و ما یک ترکیبی از مواد شیمیایی داریم که برای زندگی ایده‌آل است.

با این حال، یکی از ویژگی‌های سیاره ما که اغلب نادیده گرفته می‌شود، تکتونیک صفحه‌ای است و ممکن است وجود خود را مدیون آن باشیم. بدون زلزله‌ها و آتشفشان‌ها، بدون تکه‌های پازل پوسته زمین که دائماً به اطراف می چرخند، نابود می‌شوند و تغییر شکل می‌یابند، زندگی در این سیاره ممکن است اصلا وجود نداشته باشد.

چرخه‌های حیات‌بخش زمین

زندگی نیاز به حرکت دارد. مواد مغذی باید به جایی که نیاز دارند سفر کنند. عناصر و مولکول‌ها نیاز به تحرک، تغییر شکل و واکنش با یکدیگر دارند. زندگی در یک سیاره راکد، برای به دست آوردن یک جای پا، به سختی زیادی دچار می‌شد.

روی زمین، کربن، آجر اصلی سازنده حیات است. خواص مداری یک اتم کربن به آن اجازه می دهد تا اتصالات قوی و پیچیده‌ای با اتم‌های دیگر ایجاد کند و در نتیجه ترکیبات آلی را شکل دهد. زمین به طور مداوم کربن را به طرق مختلف به گردش در می‌آورد و به آن اجازه می‌دهد در جایی باشد که موجودات زنده به آن نیاز دارند و این چرخه کربن به طور نزدیک با زندگی گره خورده است. کربن به صورت دی اکسید کربن وارد جو می‌شود. توسط گیاهان یا مستقیماً در اقیانوس جذب می‌شود. حیوانات گیاهان را می‌خورند و در نهایت بدن آنها کربن را به طبیعت باز می‌گرداند.

تکتونیک صفحه‌ای، بخش حیاتی این چرخه کربن است. فعالیت‌های آتشفشانی، دی اکسید کربن را مستقیماً در جو آزاد می‌کنند. آب، دی اکسید کربن را از هوا می‌کشد و اسید کربنیک را تشکیل می‌دهد که در ترکیب با کلسیم، سنگ آهک ایجاد می‌کند. تکتونیک صفحه‌ای، پوسته زمین از جمله سنگ آهک را بازیافت می‌کند. تکتونیک ورقه‌ای، همانطور که پوسته را به داخل گوشته زمین می‌کشد، کربن را از سطح زمین خارج می‌کند. این یک تعادل ظریف ایجاد می‌کند. این سیاره برای گرم ماندن، به دی اکسید کربن کافی نیاز دارد. با این حال، مقدار بیش از حد، یک اثر گلخانه ای غیرقابل کنترل ایجاد می‌کند، همانطور که این اتفاق احتمالاً در زهره رخ داده است.

تکتونیک صفحه‌ای در چرخه آب نیز دخیل است. همانطور که آب در اقیانوس‌ها و جو، بر روی زمین و درون زمین حرکت می‌کند، مواد مختلف از جمله سنگ‌ها و مواد معدنی را در خود حل می‌کند و آنها را در طول مسیر با خود حمل می‌کند. این چرخه، مواد معدنی محبوس در پوسته قاره‌ای، از بلندترین قله‌های کوه‌ها تا مناطق پست را به اقیانوس برمی‌گرداند. در اعماق اقیانوس‌ها، در مرزهای صفحات فرورانش، آب، این مواد معدنی را به درون زمین منتقل می‌کند. سپس آب و مواد معدنی دوباره از طریق فوران‌های آتشفشانی به سطح زمین ساطع می‌شوند.

این چرخه آب، برای توسعه حیات روی زمین، و بعداً برای دوره‌های رشد انفجاری حیات، اهمیت حیاتی داشته است. آب غنی از مواد مغذی محلول که به گوشته فرو می‌رود، گاهی از دریچه‌های گرمابی واقع در کف اقیانوس دوباره بیرون می‌آید. زندگی در این قلمروهای زیر آب شکوفا شد، قلمروهایی که از خورشید دور بود، اما توسط گرمای مرکز زمین گرم می‌شد و توسط مواد مغذی تحویلی از آب، تغذیه می‌شد. برخی از دانشمندان استدلال کرده‌اند که چنین مکان‌هایی (یعنی دریچه‌های گرمابی کف اقیانوس‌ها-مترجم) ممکن است اولین ظهور حیات بر روی زمین را تجربه کرده باشند.

قاره ها در طول زمان‌های بسیار طولانی بارها به هم ریختند و دوباره متحد شدند. آنها از هم جدا شدند و دوباره با هم ادغام شدند و با این کار رشته‌کوه‌های بزرگی ایجاد کردند. بزرگ‌ترین اَبَرقارّه‌های جهان به برخی از وسیع‌ترین رشته‌کوه‌هایی که جهان تا به حال به خود دیده است مرتبط بودند. ابرکوه‌هایی که این محدوده‌ها را پر می‌کردند با سرعت بیشتری فرسایش پیدا می‌کردند و مواد مغذی محلول مانند فسفر را به اقیانوس‌ها می‌رساندند، جایی که این مواد برای زندگی مفید بودند. در واقع، ایجاد و فرسایش این رشته‌کوه‌های عظیم با انفجارهای مختلف حیات (شکوفایی زیاد حیات در زمان کم را انفجار زیستی گویند-مترجم) در طول تاریخ تکامل گره خورده است. به عنوان مثال، ظهور اولین موجودات ماکروسکوپی، 1.8 میلیارد سال پیش، با فرسایش ابرکوه‌های نونا (Nuna) مرتبط است.

به هم ریختن قاره‌ها

ما می‌دانیم که جهان ما اکنون پوسته بسیار متحرکی دارد، اما دقیقاً نمی‌دانیم چه زمانی این تحرک را به دست آورده است. زمانی که زمین برای اولین بار شکل گرفت، بسیار داغ بود. با سرد شدن سیاره، پوسته زمین یک تکه بود که اغلب به عنوان “درپوش راکد” روی گوشته داغ از آن یاد می‌شود. با گذشت زمان، گوشته شروع به ایجاد جریان همرفتی کرد. چیزی باعث ترک خوردن درپوش، تشکیل صفحات و پدید آمدن پدیده فرورانش، آتشفشان و زلزله شد.

تعدادی از مطالعات به دنبال مشخص کردن آغاز تکتونیک صفحه‌ای بوده‌اند، و تخمین‌ها از خیلی زود پس از شکل‌گیری زمین تا 700 میلیون سال پیش متغیر است. همچنین این احتمال وجود دارد که تکتونیک به عنوان یک پدیده متوقف‌شونده شروع شده باشد، یعنی چندین بار قبل از اینکه واقعاً شروع شود، شروع و متوقف شده باشد. علاوه بر این، زمین‌ساخت ورقه‌ای ممکن است قبل از تبدیل شدن به یک موضوع جهانی، در مناطق خاصی شروع شده باشد. به طور خلاصه، ماهیت تکتونیک صفحه‌ای در طول تاریخ زمین تکامل یافته است، و تعیین “زمان شروع آن” ممکن است به این بستگی داشته باشد که از چه کسی بپرسید و او چگونه آن را تعریف می‌کند. به طور کلی، دانشمندان نه تنها به دنبال مناطق فرورانش (جایی که یه ورقه به زیر ورقه دیگر می‌رود-مترجم)، بلکه به دنبال یک شبکه جهانی از صفحات هستند که همه در ارتباط با یکدیگر حرکت می‌کنند.

یکی از دلایلی که فهمیدن زمان شروع این درهم ریختگی قارّه‌ها بسیار سخت است این است که یافتن صخره‌های قدیمی به اندازه کافی سخت است، اگر نگوییم غیرممکن است. بیشتر سنگ‌های پوسته زمین نسبتاً جوان هستند. برخی از دانشمندان سعی می‌کنند تاریخ سیاره ما را با نگاه کردن به اجرام دیگری در منظومه شمسی که فاقد تکتونیک صفحه‌ای هستند، مانند زهره، مریخ یا ماه، بازسازی کنند. دانشمندان دیگری امیدوارند نکاتی را در مکان‌های نادری که در آن سنگ‌های بسیار قدیمی را در پوسته سیاره خود پیدا می‌کنیم، بیابند.

برخی از قدیمی‌ترین سنگ های جهان در جک هیلز (Jack Hills) در استرالیا قرار دارند. درون این تپه‌ها، بلورهای سنگی مقاومی به نام زیرکن وجود دارد و برخی از این بلورها 4.4 میلیارد سال قدمت دارند، یعنی تقریباً کل تکامل سیاره را دیده‌اند.

ریجو چاودری (Wriju Chowdhury) و همکارانش در دانشگاه روچستر اخیراً این زیرکن‌ها را بررسی کردند و ترکیب سیلیکای آن‌ها و وجود ایزوتوپ‌های سیلیکون و اکسیژن را تجزیه و تحلیل کردند. آنها این ترکیبات را با سنگ‌هایی که توسط تکتونیک صفحه‌ای امروزی تولید می‌شوند و با سنگ‌هایی که روی اجرامی که تکتونیک صفحه‌ای فعال ندارند، مانند ماه و مریخ، مقایسه کردند. نتایج آنها اخیراً در Nature Communications منتشر شده است. این محققان دریافتند که شباهت‌های ترکیبی این زیرکن‌ها به ماگمای امروزی نشان می‌دهد که تکتونیک صفحه‌ای بین 4.2 تا 3.7 میلیارد سال پیش عملیاتی و فعال بوده است.

آیا این بدان معناست که تمام زمین در این برهه از زمان، تحت تکتونیک ورقه‌ای قرار گرفته است؟ یا بیشتر یک پدیده منطقه‌ای بوده است؟

چاودری به می‌گوید: “اینها سوالات عمیقی هستند که دانشمندان زمین اولیه را به سمت شکنجه خود سوق می‌دهد.” نبودهای زیادی در دانش ما وجود دارد، و یافتن شواهدی مبنی بر فرورانش در اوایل تاریخ سیاره، به ما نمی‌گوید که تکتونیک صفحه‌ای چقدر گسترده بوده است. چاودری ادامه می‌دهد: «نظریه تکتونیکی صفحه‌ای از این نظر مانند نظریه تکامل است که باید با حلقه‌های مفقوده مهمی که در پرونده‌های سنگی گم شده‌اند دست و پنجه نرم کند.»

زندگی بدون تکتونیک صفحه‌ای

این احتمال که تکتونیک صفحه‌ای برای حیات ضروری است ، پوسته‌ای پویا و دارای تکتونیک ورقه‌ای را به فهرست رو به رشد پیش‌نیازهای حیات برای بررسی سیارات فراخورشیدی، اضافه می‌کند. اگر اینطور باشد، سیاراتی که می‌توانند میزبان حیات باشند، ممکن است حتی نادرتر از آن چیزی باشند که قبلاً تصور می‌کردیم.

اما لازم نیست اینقدر قاطع باشیم. کلید، همانطور که می بینیم، گردش است، و این ممکن است حتی در سیاراتی با یک پوسته درپوش‌مانند راکد نیز اتفاق بیفتد. چنین سیاراتی ممکن است هنوز آتشفشانی داشته باشند – مریخ را به عنوان مثال در نظر بگیرید – و ممکن است بتوانند دی اکسید کربن را با سرعت مناسب چرخش دهند تا سیاره را از یخ‌زدگی در امان نگه دارند و از اثر گلخانه‌ای غیرقابل کنترل و شدید جلوگیری کنند. تحقیقات نشان می‌دهد که چنین سیاره‌ای می‌تواند آب مایع را برای 4 میلیارد سال نگه دارد. اگر اینطور باشد، تعداد سیارات قابل سکونت، ممکن است بسیار بیشتر باشد.

منبع: bigthink.com