سرنخی محکم از حرکت صفحات پوسته در دوران اولیه زمین به دست آمد - وبلاگ مهدی آبادانی

به گزارش وبلاگ مهدی آبادانی، تحقیقات نو با تجزیه وتحلیل قطعات باستانی سنگ های سیاره ما، یکی از قوی ترین شواهد را فراهم می نماید که نشان می دهد پوسته زمین حداقل 3.25 میلیارد سال پیش به شیوه ای شبیه به تکتونیک صفحه ای امروزی، فشرده و کشیده می شد. این مطالعه بعلاوه نخستین مدرک را از زمانی که جای قطب شمال و جنوب مغناطیسی سیاره ما عوض شد، ارائه می دهد.

این دو نتیجه در حقیقت سرنخ هایی از این موضوع هستند که چگونه چنین تغییرات زمین شناسی می تواند منجر به ایجاد محیطی مساعدتر برای تکامل حیات در سیاره زمین شده باشد.

این پژوهش به سرپرستی الک برنر (Alec Brenner) و راجر فو (Roger Fu) زمین شناسان دانشگاه هاروارد، که نتایج آن در نشریه مقالات آموزشگاه ملی علوم ایالات متحده آمریکا (PNAS) منتشر شد، بر بخشی پایاپوسته پیلبارا (Pilbara Craton) در غرب استرالیا، که یکی از قدیمی ترین و پایدارترین قطعات پوسته زمین است، متمرکز بود. محققان با استفاده از تکنیک ها و تجهیزات نو نشان دادند که بعضی از اولین بخش های سطح زمین، با سرعت 6.1 سانتی متر در سال و 0.55 درجه جغرافیایی در هر 1 میلیون سال حرکت می کرد.

این سرعت بیش از دو برابر سرعت حرکت پوسته باستانی است که در مطالعه قبلی به وسیله همین پژوهشگران نشان داده شده بود. هم سرعت و هم جهت این رانش عرضی، زمین ساخت (تکتونیک) صفحه ای را منطقی ترین و قوی ترین شرح برای این موضوع می داند.

برنر در این زمینه گفت: پژوهش های زیادی نشان می دهند که برخلاف شرایط امروزی، در اوایل تاریخ زمین تکتونیک صفحه ای که طی آن گرمای داخلی سیاره به وسیله جابه جایی صفحات آزاد می گردد، روش غالبی نبوده است. این شواهد به ما یاری می نماید تا شرحاتی را که شامل تکتونیک صفحه ای نمی شوند، با اطمینان بیشتری رد کنیم.

برای مثال، این نتایج خلاف نظریه هایی به نام انحراف واقعی قطبین (True Polar Wander) و تکتونیک درپوش راکد (Stagnant Lid Tectonics) است که هر دو می توانند باعث جابه جایی سطح زمین شوند، اما بخشی از تکتونیک صفحه ای به سبک مدرن به شمار نمی روند. نتایج از این نظر بیشتر به سمت حرکت تکتونیک صفحه ای متمایل هستند که سرعت بالاتری که به تازگی کشف شده است، با جنبه های دو فرآیند دیگر همخوانی ندارد.

در این مقاله، دانشمندان بعلاوه آنچه را که تصور می گردد قدیمی ترین شواهد مربوط به زمانی است که زمین میدان های ژئومغناطیسی خود را معکوس می کرد، توصیف می نمایند. طی دوره هایی از تاریخ زمین، جای قطب شمال و جنوب مغناطیسی عوض شده است. به گفته ناسا، این نوع جابه جایی یک اتفاق رایج در تاریخ زمین شناسی زمین است و در 83 میلیون سال گذشته، قطب های مغناطیسی 183 بار و شاید چند صد بار در 160 میلیون سال گذشته معکوس شده اند.

این معکوس شدن اطلاعات زیادی درباره میدان مغناطیسی سیاره در 3.2 میلیارد سال پیش بیان می نماید. کلید این رویدادها این است که میدان مغناطیسی احتمالا به مقدار کافی پایدار و قوی بوده که جلوی بادهای خورشیدی و در نتیجه فرسایش جو را بگیرد. این دیدگاه همراه با نتایج مربوط به تکتونیک صفحه ای، سرنخ هایی را به دست می دهد که شرایط مطبوب برای پدیدار شدن اشکال اولیه حیات چگونه بوده است.

برنر در این باره اشاره نمود: این نتایج تصویر زمین اولیه را ترسیم می نماید که از نظر ژئودینامیکی واقعا بالغ بوده است. بسیاری از فرآیندهای پویای مشابه در جریان بوده اند و در نهایت منجر به زمینی شد که اساسا شرایط محیطی و سطحی پایدارتری داشت و تکامل و توسعه حیات را امکان پذیرتر کرد.

امروزه، پوسته بیرونی زمین از حدود 15 بلوک متحرک یا صفحه تشکیل شده است که قاره ها و اقیانوس های سیاره را نگه می دارند. در طول هزاره ها، صفحات به هم نزدیک و از هم جدا شدند. بدین ترتیب قاره ها و کوه های نو را شکل دادند و سنگ های نوی را در معرض جو قرار دادند که منجر به واکنش های شیمیایی تازه شد و دمای سطح زمین را طی میلیاردها سال تثبیت کرد.

از روند آغاز تکتونیک صفحه ای زمین، به سختی می توان شواهدی به دست آورد زیرا قدیمی ترین قطعات پوسته به درون گوشته داخلی زمین رانده شده اند و هرگز دوباره نمایان نمی شوند. تنها 5 درصد از سنگ های روی زمین قدمت بیشتر از 2.5 میلیارد سال دارند و هیچ سنگ سطحی دارای سن بیش از 4 میلیارد سال نیست.

به طور کلی، این مطالعه به تحقیقات رو به رشدی اضافه می گردد که بیان می نمایند یک حرکت تکتونیکی نسبتا اولیه در تاریخ 4.5 میلیارد ساله زمین اتفاق افتاده و باعث پدیدار شدن اشکال اولیه حیات در یک محیط معتدل تر شده است.

اعضای این پروژه در سال 2018 از کراتون پیلبارا که حدود 480 کیلومتر امتداد دارد، بازدید و با حفاری روی دال اولیه و ضخیم پوسته، نمونه هایی را جمع آوری کردند که برای آنالیز تاریخچه مغناطیسی در دانشگاه کمبریج تجزیه وتحلیل شد.

پژوهشگران با استفاده از مغناطیس سنج ها، تجهیزات مغناطیس زدایی و میکروسکوپ الماس کوانتومی که میدان های مغناطیسی یک نمونه را تصویربرداری و ماهیت ذرات مغناطیسی شده را دقیقا شناسایی می نماید، تکنیک های نوی را برای معین سن و شیوه مغناطیسی شدن نمونه ها ایجاد کردند. این کار به آن ها امکان می دهد تا بفهمند که پوسته و بعلاوه اثر قطب های مغناطیسی زمین، چگونه، چه زمانی و در چه جهتی جابه جا شده اند.

لازم به ذکر است میکروسکوپ الماس کوانتومی با همکاری محققان هاروارد در دانشکده علوم زمینی و سیاره ای (EPS) و دانشکده فیزیک ساخته شده است. برای مطالعات آینده، فو و برنر تمرکز خود را بر پایاپوسته پیلبارا حفظ و در عین حال فراتر از آن، پوسته های باستانی دیگر در سراسر دنیا را هم آنالیز می نمایند. آن ها امیدوارند که شواهد قدیمی تری از حرکت صفحات مدرن و زمانی که قطب های مغناطیسی زمین چرخیده اند، بیابند.

فو با اشاره به این موضوع تأکید کرد: توانایی خواندن مطمئن این سنگ های بسیار باستانی، فرصت های زیادی را برای مشاهده یک دوره زمانی باز می نماید که اغلب به جای داده های واقعی بر اساس تئوری شناخته شده است.

او اضافه کرد: در نهایت، ما تصویر مناسبی در اختیار خواهیم داشت تا نه تنها زمانی که صفحات تکتونیکی آغاز به حرکت کردند، بلکه شیوه تغییر حرکت آن ها و بنابراین تغییر فرآیندهای درونی زمین در طول زمان را بازسازی کنیم.

عکس کاور: طرحی گرافیکی از میدان مغناطیسی زمین

Credit: Alec Brenner

منبع: Phys.Org