Schimbare Tectonică: Pământul Se Mișca Deja Acum 3,5 Miliarde de Ani
Scoarța terestră se afla deja în mișcare acum 3,5 miliarde de ani - rescriind povestea originii planetei noastre vii.
Oamenii de știință au descoperit cea mai veche dovadă directă de până acum că plăcile tectonice ale Pământului erau în mișcare acum 3,5 miliarde de ani. Prin analizarea amprentelor magnetice din roci antice, aceștia au reconstruit modul în care părți ale planetei au derivat lent și chiar au rotit în timp. Acest lucru contestă ideile de lungă durată conform cărora Pământul timpuriu ar fi putut avea o suprafață rigidă, nemișcată. În schimb, sugerează că planeta era deja dinamică - și, eventual, pregătea scena pentru viață - mult mai devreme decât se aștepta.
Istoria Pământului este înregistrată în plăcile sale tectonice. De-a lungul a miliarde de ani, mișcarea lor a modelat continentele, a deschis oceanele și a creat climatele și mediile care au permis vieții să apară și să evolueze. Cu toate acestea, o întrebare fundamentală a rămas nerezolvată. Când au început de fapt să se miște aceste plăci? A început stratul exterior al Pământului să se schimbe la scurt timp după ce planeta s-a format acum 4,5 miliarde de ani, sau a început acest proces mult mai târziu?
Un nou studiu de la geologii de la Harvard oferă cel mai clar răspuns de până acum. Publicat pe 19 martie în Science, cercetarea oferă cea mai veche dovadă directă a mișcării plăcilor, datând de acum 3,5 miliarde de ani. Descoperirile arată că mișcarea timpurie a plăcilor, chiar dacă este diferită de sistemul actual, a jucat un rol în modelarea planetei tinere.
„A existat o gamă uriașă de vârste sugerate pentru sincronizare”, a spus autorul principal Alec Brenner, doctorand '24, care a efectuat cercetarea în Departamentul de Științe ale Pământului și Planetare (EPS) din Școala Universitară de Arte și Științe Kenneth C. Griffin de la Universitatea Harvard. „Cu acest studiu, suntem capabili să spunem că acum trei miliarde și jumătate de ani, putem vedea plăcile mișcându-se pe suprafața Pământului.”
Descoperirea vine de la unele dintre cele mai vechi roci bine conservate de pe Pământ, găsite în Cratonul Pilbara din Australia de vest. Aceste roci s-au format în timpul Eonului Arhean, o perioadă în care exista viață microbiană timpurie și planeta a suferit impacturi frecvente din spațiu. Regiunea păstrează, de asemenea, unele dintre cele mai vechi dovezi ale vieții, inclusiv stromatolite și formațiuni microbialite create de organisme unicelulare, cum ar fi cianobacteriile.
Echipa de cercetare, condusă de Roger Fu, profesor de științe ale Pământului și planetare la Universitatea Harvard, studiază Pilbara de Est din 2017. Fu este specializat în paleomagnetism, care folosește înregistrările câmpului magnetic al Pământului păstrate în roci pentru a reconstrui trecutul planetei. În lucrările anterioare, grupul a identificat, de asemenea, semne ale unui impact antic de meteorit în același loc.
Paleomagnetismul permite oamenilor de știință nu numai să studieze câmpul magnetic al Pământului, ci și să urmărească modul în care bucăți din scoarță s-au mișcat în timp. Semnalele magnetice mici blocate în interiorul granulelor minerale acționează ca o înregistrare a locului unde s-au format rocile pe planetă. Prin analizarea acestor semnale, cercetătorii pot determina atât orientarea, cât și latitudinea rocilor atunci când s-au format, transformându-le efectiv într-un fel de GPS antic.
„Aproape tot ceea ce este unic la Pământ are legătură cu tectonica plăcilor la un anumit nivel”, a spus Fu. „La un moment dat, Pământul a trecut de la ceva deloc special, doar o altă planetă din sistemul solar cu materiale similare, la ceva foarte special. O suspiciune foarte puternică este că tectonica plăcilor a pornit Pământul pe această cale divergentă.”
Pentru a investiga, echipa a studiat peste 900 de probe de rocă din peste 100 de locații într-o zonă cunoscută sub numele de Domul Polului Nord. Au forat „miezuri” cilindrice din roci folosind echipamente specializate, înregistrând cu atenție poziția fiecărei probe cu instrumente, inclusiv o busolă și un goniometru (un dispozitiv pentru măsurarea unghiurilor).
Înapoi în laborator, miezurile au fost tăiate în secțiuni subțiri și analizate cu un magnetometru extrem de sensibil, capabil să detecteze semnale mult mai slabe decât un ac de busolă. Probele au fost încălzite treptat la temperaturi de până la 590 de grade Celsius pentru a separa semnalele magnetice din diferite perioade din istoria lor. Analiza completă a durat aproximativ doi ani.
„Am făcut un pariu foarte mare”, a spus Brenner, acum postdoctorat la Yale. „Demagnetizarea a mii de miezuri durează ani de zile. Și băiete, a meritat! Aceste rezultate au depășit visele noastre cele mai îndrăznețe.”
În mineralele magnetice, alinierea electronilor acționează ca o busolă mică care indică spre polul magnetic al Pământului. Această aliniere dezvăluie, de asemenea, unde se afla roca pe planetă când s-a format, inclusiv latitudinea sa. Examinând roci care se întind pe aproximativ 30 de milioane de ani, la scurt timp după 3,5 miliarde de ani în urmă, cercetătorii au descoperit că o parte din regiunea Pilbara de Est s-a deplasat în latitudine de la 53 de grade la 77 de grade - o derivație de zeci de centimetri anual timp de câteva milioane de ani - și a rotit în sensul acelor de ceasornic cu mai mult de 90 de grade. (Deoarece polul magnetic se inversează ocazional, rămâne incert dacă această mișcare a avut loc în emisfera nordică sau sudică.) După aproximativ 10 milioane de ani, mișcarea a încetinit și, în cele din urmă, s-a stabilizat.
Pentru comparație, echipa s-a uitat la roci din Barberton Greenstone Belt din Africa de Sud. Studiile anterioare au arătat că această regiune a rămas în apropierea ecuatorului și a rămas în mare parte staționară în aceeași perioadă. Aceasta sugerează că diferite părți ale scoarței terestre se mișcau în moduri distincte.
Astăzi, plăcile tectonice încă se mișcă, deși lent. De exemplu, plăcile nord-americane și eurasiatice se separă cu aproximativ 2,5 centimetri sau 1 inch pe an.
Oamenii de știință încă încearcă să determine exact când și cum Pământul și-a dezvoltat sistemul modern de tectonică a plăcilor, cunoscut sub numele de „capac activ”. Unele teorii propun ca Pământul timpuriu să fi avut un „capac stagnant” (o singură placă globală neîntreruptă), un „capac lent” (plăci care se mișcă lent) sau un „capac episodic” (plăci care se mișcă sporadic). Acest studiu exclude ideea de capac stagnant, arătând că suprafața Pământului era deja împărțită în bucăți în mișcare. Cu toate acestea, nu distinge încă care tip de comportament timpuriu al plăcilor a fost dominant. Sunt în curs de desfășurare cercetări suplimentare pentru a rezolva această problemă.
„Vedem mișcarea plăcilor tectonice, ceea ce necesită să existe granițe între acele plăci și că litosfera nu era o scoică mare, neîntreruptă pe tot globul, așa cum au susținut mulți oameni înainte”, a spus Brenner. „În schimb, a fost segmentată în diferite piese care se puteau mișca una față de cealaltă.”
Cercetătorii au identificat, de asemenea, cea mai veche inversare geomagnetică cunoscută, un proces prin care câmpul magnetic al Pământului se răstoarnă, astfel încât o busolă ar indica spre sud în loc de nord. Se crede că această răsturnare este determinată de „acțiunea dinamului” a fierului topit care circulă în nucleul Pământului, care generează curenți electrici și câmpuri magnetice. Cea mai recentă inversare a avut loc acum aproximativ 780.000 de ani.
Potrivit lui Fu, noile descoperiri sugerează că astfel de inversări s-au întâmplat mai rar acum 3,5 miliarde de ani decât astăzi.
„Nu este prin sine concludent, dar sugerează că poate dinamul se afla într-un regim ușor diferit decât astăzi”, a spus el.