Tectonica plăcilor a dat naștere la viață? Noi cercetări inovatoare ar putea desluși cel mai profund mister al Pământului.

Suprafața Pământului este un loc turbulent. Munții se ridică, continentele se unesc și se despart, iar cutremurele zguduie pământul. Toate aceste procese rezultă din tectonica plăcilor, mișcarea unor bucăți enorme de scoarță terestră.

Această mișcare poate fi motivul pentru care viața există aici. Pământul este singura planetă cunoscută cu tectonica plăcilor și singura planetă cunoscută cu viață. Majoritatea oamenilor de știință cred că nu este o coincidență. Trăgând bucăți uriașe de crustă în manta, stratul mijlociu al Pământului, tectonica plăcilor trage carbonul de pe suprafața și atmosfera planetei, stabilizând clima. De asemenea, împinge mineralele și moleculele care favorizează viața spre suprafață. Toți acești factori se adaugă la un loc în care viața prosperă de la abisurile oceanelor până la vârfuri falnice.

Dar cercetătorii nu știu de ce sau când a început tectonica plăcilor, ceea ce face dificilă determinarea cât de esențial a fost acest proces pentru evoluția și diversificarea vieții. Unii cred că mișcarea plăcilor s-a declanșat cu 700 de milioane de ani în urmă, când viața multicelulară simplă exista deja. Alții cred că numai organisme unicelulare au domnit atunci când plăcile Pământului s-au spart pentru prima dată.

De fapt, pe măsură ce noile metode le permit oamenilor de știință să privească din ce în ce mai adânc în trecut, unii susțin acum că tectonica plăcilor a apărut foarte curând după formarea Pământului – poate precedând viața însăși. Dacă această ipoteză este adevărată, ar putea sugera că chiar și cea mai primitivă viață a evoluat pe o planetă activă – și asta înseamnă că tectonica plăcilor ar putea fi un ingredient esențial în căutarea vieții extraterestre.

„Singurul mod în care putem vedea în mod fiabil o istorie pe termen lung este pe propria noastră planetă”, a spus Jesse Reiminkun geoștiință care studiază istoria timpurie a Pământului la Universitatea de Stat din Pennsylvania. „Trebuie într-adevăr să înțelegem ciclul de viață al unui corp planetar înainte de a putea face multe cu datele despre exoplanetă.”

Distrugerea probelor

Numai Pământul are plăci tectonice asemănătoare unui puzzle care se ciocnesc și se despart ca mașinile cu bara de protecție. Celelalte planete stâncoase din sistem solar au o singură coajă rigidă de crustă – un aranjament geologic pe care oamenii de știință îl numesc tectonică „capac stagnant” sau „capac unic”.

În tectonica plăcilor, bucățile de crustă fragilă și mantaua superioară ca o clătită călătoresc pe mantaua mai fierbinte și mai mobilă de dedesubt. Se formează crustă nouă la crestele midoceane, unde golurile dintre plăcile de separare creează spațiu pentru ca magma din manta să se ridice. Într-un act de echilibrare geologică, crusta oceanică densă este distrusă în zonele de subducție, unde o placă alunecă sub alta. Cea mai veche bucată cunoscută de crustă oceanică, situată în Mediteranadatează cu doar 340 de milioane de ani în urmă, făcându-l mult prea tânăr pentru a fi util pentru a identifica când a apărut tectonica plăcilor.

Scoarta continentală este mai ușoară decât crusta oceanică și plutește deasupra distrugerii cauzate de subducție. Dar totuși, a rămas foarte puțin din primele zile ale Pământului, iar ceea ce a mai rămas este erodat și deformat. Mai puțin de 7% din rocile de la suprafață astăzi sunt mai vechi de 2,5 miliarde de ani. Înapoi înainte de 4,03 miliarde de ani, la eonul Hadean, și recordul rock a dispărut complet. Prima jumătate de miliard de ani de viață a Pământului nu a lăsat nici măcar un pic de bazalt în urmă.

Din cauza acestei reciclări planetare constante, cele mai vechi dovezi incontestabile ale tectonicii plăcilor – roci formate numai în zonele de subducție – datează doar în jurul valorii de 700 de milioane de ani. O altă dovadă puternică, bucăți de crustă oceanică împinse în sus pe crusta continentală în timpul inițierii subducției, au apărut la nivel global în jurul acum 900 de milioane de ani. În acest interval de timp geologic, animalele multicelulare, cum ar fi bureții de mare și jeleurile de pieptene, tocmai apăreau.

Unii oameni de știință cred că tectonica plăcilor funcționează doar de atunci. Dar mai mulți bănuiesc că tectonica plăcilor a apărut mai devreme, în eonul arhean, care a durat de la 4 miliarde până la 2,5 miliarde de ani în urmă. Dovezile se bazează în mare parte pe analize chimice ale rocilor. De exemplu, în urmă cu aproximativ 3 miliarde de ani, există indicii de creștere a cantității de crustă topit și reformat mai degrabă decât să se formeze direct din rocile de manta. Cu aproximativ 3,8 miliarde de ani în urmă, o schimbare în chimia celor mai vechi minerale de pe Pământ sugerează o schimbare de la o crustă stabilă, cu viață lungă, la o crusta de durata mai scurta, cu aspect mai modernindicând probabil începutul subducției. Deși nu există o singură dată convenită, Archeanul pare promițător ca o perioadă în care pe Pământ aveau loc mari schimbări geologice.

„Atrage atenția către o tranziție cu adevărat importantă”, a spus Nadja Drabonun om de știință al Pământului și al planetelor de la Universitatea Harvard, care a condus studiul care indică trecerea la crusta cu viață mai scurtă.

O mână de nisip

Ori de câte ori a început tectonica, oamenii de știință sunt de acord că probabil că a ajutat la alimentarea evoluției și complexității vieții.

„Ar putea exista miliarde de planete cu un fel de viață primitivă, dar capacitatea de a construi un transmițător radio sau de a lansa o navă rachetă necesită un anumit set de circumstanțe care sunt probabil să se întâmple doar pe o planetă care are plăci tectonice și atât oceane, cât și continente,” Robert Sternun geoscientist de la Universitatea Texas din Dallas, a declarat pentru Live Science.

La animalele preistorice, activitatea tectonica a plăcilor a fost legată de ritmuri mai rapide de evoluțieprobabil pentru că mișcările geologice despart habitatele și creează noi nișe pentru ca viața să evolueze.

De asemenea, tectonica plăcilor ar fi permis vieții să-și revină după extincțiile devastatoare în masă. De exemplu, la sfârșitul perioadei Permian, o extincție în masă cauzată de erupții vulcanice care aruncă dioxid de carbon a ucis 90% din speciile de pe Pământ. Viața de pe planetă și-a revenit în cele din urmă, deoarece intemperii rocilor continentale descompune mineralele purtătoare de carbon și le spăla în ocean, unde organismele marine le transformă în recife și scoici care devin calcar și sunt în cele din urmă subduse înapoi în interiorul planetei. Când atmosfera se încurcă, tectonica schimbă treptat Pământul înapoi într-un mediu care este mai favorabil vieții.

În timp ce aproape toți oamenii de știință sunt de acord cu ideea că, fără tectonica plăcilor, viața pe Pământ ar putea fi limitată la organisme primitive, un grup mic de cercetători sugerează acum că tectonica plăcilor ar fi putut apărea chiar mai devreme – poate contribuind la originea vieții însăși prin aducând minerale care susțin viața din interiorul planetei către scoarță.

Acesta este un teritoriu complicat, împingând cercetătorii înainte de acum 4 miliarde de ani, în eonul Hadean. Singura dovadă directă a primilor 500 de milioane de ani de existență a Pământului este prezența zirconilor, minerale care supraviețuiesc topirii la temperaturi și presiuni ale mantalei. Deși rocile care conțineau odată aceste minerale s-au topit, zirconii – care sunt mai mici decât boabele de nisip – rămân.

„Sunt foarte mici și aruncăm chiuveta din bucătărie în ei, încercând să obținem toate informațiile pe care le putem obține de la ei”, a spus Drabon pentru Live Science.

Aceste zirconi din Hadean sunt rare; toate găsite în întreaga lume ar putea, probabil, să încapă într-un degetar. Cu toate acestea, această mână a arătat că Pământul avea un ocean încă de la început acum 4,4 miliarde de ani — la doar 200 de milioane de ani după formarea planetei și nu cu mult înainte strămoșul întregii vieți de astăzi a existat. Până la 600 de milioane de ani după formarea Pământului, potrivit un studiu publicat în iunieplaneta le avea pe amândouă pământ și apă dulce.

Pentru unii cercetători, acest lucru sugerează că scoarța Pământului ar fi fost reciclată în Hadean. Apa slăbește crusta, creând potențialul de rupere și astfel de subducție, a spus Jun Korenagageofizician la Universitatea Yale. Pentru că apa este necesară pentru tectonica plăcilor, întrebarea devine: „De ce nu putem avea tectonica plăcilor dacă am avea apă de suprafață?” a spus Korenaga.

În lucrare experimentală publicată în 2023cercetătorii au topit roci la presiuni mari și au descoperit că condițiile care imită subducția creează roci similare cu cele mai vechi roci de pe Pământ. Korenaga susține, de asemenea, că tectonica plăcilor este singura modalitate eficientă de a reduce cantitatea de dioxid de carbon din atmosfera timpurie a Pământului de la nivelurile găsite pe Venus la concentrațiile mai moderate care existau până la începutul Archeanului pe Pământ.

În mod intrigant, un alt eveniment important s-a întâmplat în timpul Hadeanului, care face Pământul diferit de vecinii săi stâncoși: la aproximativ 100 de milioane de ani după ce Pământul s-a unit pentru prima dată, un corp de mărimea unei planete s-a izbit în el, spulberând şi topind temeinic ambele trupuri și aruncând materialul care avea să devină lună. O lucrare publicată la începutul acestui an a modelat acest impact și a descoperit că amestecarea celor două corpuri ar fi putut crea penele de material fierbinte în mantaua Pământului, care ar fi putut declanșa subducția aproximativ 200 de milioane de ani mai târziu.

„De ce Pământul este singura planetă stâncoasă care are plăci tectonice?” spuse Qian Yuanautorul principal al acelei lucrări și un bursier postdoctoral în geodinamică la Institutul de Tehnologie din California. „Cred că impactul gigant care formează luna ar putea fi principalul factor”.

Dar nu toată lumea este convinsă de această poveste. Un început Hadean în tectonica plăcilor este o idee intrigantă, T. Mark Harrisonun profesor emerit de geoștiințe la UCLA, a declarat pentru Live Science, dar dovezile sunt încă destul de minime. El își face griji că geoștiința din toate părțile problemei sunt prea încrezători în afirmațiile lor. „Dar ultimul lucru de care avem nevoie este o nouă formă de gândire în grup, bazată, la propriu, pe un degetar plin cu granule de nisip”, a scris Harrison într-un articol cu ​​titlul corect „Nu știm când a început tectonica plăcilor.”

Viața pe alte lumi

Dacă tectonica plăcilor alimentează viața, sau chiar doar viața complexă, căutarea altor organisme printre stele poate duce omenirea către o planetă activă din punct de vedere geologic.

Din păcate, încă nu putem detecta plăcile tectonice pe exoplanete îndepărtate, a spus Tobias Meierun expert în dinamica mantalei la Universitatea din Oxford. Dar în 2021, Meier și echipa sa au folosit date termice și modelare computerizată pentru a determina că exoplaneta stâncoasă LHS 3844 bcare se află la 49 de ani lumină de Pământ, ar putea avea o manta activă și o crustă în mișcare.

LHS 3844 b este puțin probabil să găzduiască viață. Orbitează foarte aproape de steaua sa și nu are atmosferă. Jumătate din planetă este în lumină permanentă, cu o temperatură de 1412 grade Fahrenhei t (767 grade Celsius), în timp ce celălalt este un minus 429 F (minus 273 C) noaptea. Această diferență de temperatură dintre cele două părți ale planetei este cea care conduce mișcarea mantalei în LHS 3844 b, Meier și colegii săi au raportat în 2021. Dacă este reală, acea versiune a plăcilor tectonice nu seamănă deloc cu cea a Pământului. Dar arată diversitatea geologiei planetare care ar putea pândi în altă parte a cosmosului.

„În cele din urmă, înțelegerea cauzelor tectonicei și dacă aceasta ar putea funcționa pe diferite planete ne va ajuta să înțelegem dacă aceste planete vor fi locuibile”, a spus Meier.

Telescoape mai puternice, cum ar fi Telescopul spațial James Webb poate duce la indicii mai bune despre geologia exoplanetelor în viitorul apropiat. Dar vecinii apropiați ai Pământului merită și ei analizați, a spus Craig O’Neillgeofizician la Universitatea de Tehnologie Queensland din Australia. Venus este chiar alături și este încă controversat dacă a avut tectonic în trecut. Înțelegerea geologiei sale actuale, cu un singur capac, ar putea ajuta oamenii de știință să-și dea seama de ce soarta celor două planete s-a diferențiat și dacă tectonica plăcilor poate explica de ce o planetă găzduiește viață și cealaltă probabil nu.

„O mare parte din dezvoltarea în care vom merge în tectonica plăcilor va veni din privirea în sus”, a spus O’Neill pentru Live Science, „mai degrabă decât să privim buricul înăuntru”.