Obfitość wody na Ziemi, życie i unikalna tektonika płyt ukształtowały jej historię, jednak nowe badanie sugeruje, że tektonika płyt może być niedawnym zjawiskiem zachodzącym we wcześniej uwarstwionym płaszczu, który może ukrywać pierwotny materiał, tzw. pierwotną zupę, w której wykształciło się ziemskie życie.
Ziemia jest wyjątkowa wśród planet Układu Słonecznego. Ma rozległe oceany wodne i obfite życie. Jednak unikatowość Ziemi wykracza poza jej różnorodność biologiczną i obecność oceanów – jest to jedyna planeta w Układzie Słonecznym, która doświadcza zjawiska tektoniki płyt, procesu nieodłącznie związanego z kształtowaniem się jej struktury geologicznej, klimatu i potencjalnie rozwoju samego życia.
Termin „tektonika płyt” oznacza dynamiczny ruch i skomplikowane interakcje płyt tektonicznych w skorupie ziemskiej. Te płyty są wprawiane w ruch przez niezwykle powolny, ciągły przepływ materii w płaszczu Ziemi, zwany konwekcją. Proces ten przenosi ciepło z wewnętrznego jądra na powierzchnię naszej planety.
Naukowcy uważają, że konwekcja w płaszczu, która rozpoczęła się wkrótce po uformowaniu się Ziemi 4,5 miliarda lat temu, zachodzi w skali całego płaszcza. Tak więc, kiedy płyty zderzają się na powierzchni Ziemi, jedna z nich ustępuje i zatapia się w gorącym płaszczu, a następnie kończy na czymś w rodzaju cmentarzyska płyt na szczycie metalicznego rdzenia Ziemi.
Jednak nowe badanie z Uniwersytetu w Kopenhadze opublikowane w czasopiśmie Nature sugeruje, że ten styl tektoniki płyt może być nowszą cechą historii geologicznej Ziemi.
Nasze wyniki sugerują, że przez większą część historii Ziemi konwekcja w płaszczu była podzielona na dwie odrębne warstwy, a mianowicie górne i dolne regiony płaszcza, które były od siebie odizolowane – mówi Zhengbin Deng, pierwszy autor publikacji.
Na ilustracji: Schemat budowy wewnętrznej oraz warstw atmosfery Ziemi. Autor: Surachit. Źródło: Wikipedia.
Przejście między górnym a dolnym płaszczem następuje na głębokości około 660 km pod powierzchnią Ziemi. Na tej głębokości niektóre minerały przechodzą przemianę fazową. Deng i współpracownicy uważają, że to przejście fazowe może być powodem, dla którego regiony górnego i dolnego płaszcza pozostały w większości odizolowane.
Nasze odkrycia wskazują, że w przeszłości recykling i mieszanie subdukowanych płyt z płaszczem ograniczało się do górnego płaszcza, gdzie występuje silna konwekcja. To bardzo różni się od tego, jak myślimy, że działa dziś tektonika płyt, gdzie płyty subdukcyjne opadają do niższego płaszcza.
Naukowcy opracowali nową metodę wykonywania bardzo precyzyjnych pomiarów składu izotopowego pierwiastka tytanu w różnych skałach. Izotopy to wersje tego samego pierwiastka, które mają nieco różne masy. Skład izotopowy tytanu zmienia się, gdy na Ziemi tworzy się skorupa. To sprawia, że izotopy tytanu są przydatne do śledzenia, w jaki sposób materiał powierzchniowy, taki jak skorupa, jest przetwarzany w płaszczu Ziemi w czasie geologicznym. Korzystając z tej nowej techniki, badacze określili skład skał płaszcza, które powstały już 3,8 miliarda lat temu, aż do współczesnych law.
Pierwotna zupa zachowana w głębi Ziemi?
Gdyby recykling i mieszanie się płyt tektonicznych ograniczało się do górnego płaszcza, jak postuluje nowe badanie, dolny płaszcz mógłby zawierać niezakłócony pierwotny materiał. Koncepcja pierwotnego płaszcza odnosi się do rezerwuaru materiału płaszcza, który pozostał stosunkowo niezmieniony i zachowany od wczesnych etapów formowania się Ziemi, około 4,5 miliarda lat temu.
Pomysł, że pierwotny zbiornik istnieje w głębi Ziemi, nie jest nowy i został zasugerowany na podstawie składu izotopowego gazów uwięzionych w lawach z współczesnych głęboko osadzonych wulkanów. Jednak interpretacja tych danych jest niejednoznaczna, a niektórzy sugerują, że ten sygnał izotopowy pochodzi z jądra Ziemi, a nie z głębokiego płaszcza. Ponieważ tytan nie występuje w jądrze Ziemi, opublikowane badanie rzuca nowe światło na tę długotrwałą debatę.
Badanie izotopów tytanu pozwala na wskazanie, które współczesne głęboko osadzone wulkany pobierają próbki pierwotnego płaszcza Ziemi. Jest to ekscytujące, ponieważ pozwala zbadać pierwotny skład naszej planety i być może zidentyfikować źródło substancji lotnych na Ziemi, które były niezbędne do rozwoju życia.
Więcej informacji:
- Publikacja „Earth’s evolving geodynamic regime recorded by titanium isotopes”, Zhengbin Deng i in., 26 lipca 2023, Nature. DOI: 10.1038/s41586-023-06304-0a
Opracowanie: Joanna Molenda-Żakowicz
Na ilustracji: Wizualizacja powierzchni i wnętrza Ziemi. Źródło: publicdomainpictures.net
