سرنخی محکم از حرکت صفحات پوسته در دوران اولیه‌ی زمین به‌دست آمد
تحقیقات جدید با تجزیه‌وتحلیل قطعات باستانی سنگ‌های سیاره‌ی ما، یکی از قوی‌ترین شواهد را فراهم می‌کند که نشان می‌دهد پوسته‌ی زمین حداقل ۳.۲۵ میلیارد سال پیش به شیوه‌ای شبیه به تکتونیک صفحه‌ای امروزی، فشرده و کشیده می‌شد. این مطالعه همچنین نخستین مدرک را از زمانی که جای قطب شمال و جنوب مغناطیسی سیاره‌ی ما عوض شد، ارائه می‌دهد.
این دو نتیجه در حقیقت سرنخ‌هایی از این موضوع هستند که چگونه چنین تغییرات زمین‌شناسی می‌تواند منجر به ایجاد محیطی مساعدتر برای تکامل حیات در سیاره‌ی زمین شده باشد.
این پژوهش به سرپرستی «الک برنر» (Alec Brenner) و «راجر فو» (Roger Fu) زمین‌شناسان دانشگاه هاروارد، که نتایج آن در نشریه‌ی «مقالات آکادمی ملی علوم ایالات متحده آمریکا» (PNAS) منتشر شد، بر بخشی «پایاپوسته‌ی پیلبارا» (Pilbara Craton) در غرب استرالیا، که یکی از قدیمی‌ترین و پایدارترین قطعات پوسته‌ی زمین است، متمرکز بود. محققان با استفاده از تکنیک‌ها و تجهیزات جدید نشان دادند که برخی از اولین بخش‌های سطح زمین، با سرعت ۶.۱ سانتی‌متر در سال و ۰.۵۵ درجه‌ی جغرافیایی در هر ۱ میلیون سال حرکت می‌کرد.
این سرعت بیش از دو برابر سرعت حرکت پوسته‌ی باستانی است که در مطالعه‌ی قبلی توسط همین پژوهشگران نشان داده شده بود. هم سرعت و هم جهت این رانش عرضی، زمین‌ساخت (تکتونیک) صفحه‌ای را منطقی‌ترین و قوی‌ترین توضیح برای این موضوع می‌داند.
برنر در این زمینه گفت: «پژوهش‌های زیادی نشان می‌دهند که برخلاف وضعیت امروزی، در اوایل تاریخ زمین تکتونیک صفحه‌ای که طی آن گرمای داخلی سیاره از طریق جابه‌جایی صفحات آزاد می‌شود، روش غالبی نبوده است. این شواهد به ما کمک می‌کند تا توضیحاتی را که شامل تکتونیک صفحه‌ای نمی‌شوند، با اطمینان بیشتری رد کنیم.»
برای مثال، این نتایج خلاف نظریه‌هایی به نام «انحراف واقعی قطبین» (True Polar Wander) و «تکتونیک درپوش راکد» (Stagnant Lid Tectonics) است که هر دو می‌توانند باعث جابه‌جایی سطح زمین شوند، اما بخشی از تکتونیک صفحه‌ای به سبک مدرن به شمار نمی‌روند. نتایج از این نظر بیشتر به سمت حرکت تکتونیک صفحه‌ای متمایل هستند که سرعت بالاتری که به‌تازگی کشف شده است، با جنبه‌های دو فرآیند دیگر همخوانی ندارد.
در این مقاله، دانشمندان همچنین آنچه را که تصور می‌شود قدیمی‌ترین شواهد مربوط به زمانی است که زمین میدان‌های ژئومغناطیسی خود را معکوس می‌کرد، توصیف می‌کنند. طی دوره‌هایی از تاریخ زمین، جای قطب شمال و جنوب مغناطیسی عوض شده است. به گفته‌ی ناسا، این نوع جابه‌جایی یک اتفاق رایج در تاریخ زمین‌شناسی زمین است و در ۸۳ میلیون سال گذشته، قطب‌های مغناطیسی ۱۸۳ بار و شاید چند صد بار در ۱۶۰ میلیون سال گذشته معکوس شده‌اند.
این معکوس شدن اطلاعات زیادی درباره‌ی میدان مغناطیسی سیاره در ۳.۲ میلیارد سال پیش بیان می‌کند. کلید این رویدادها این است که میدان مغناطیسی احتمالا به اندازه‌ی کافی پایدار و قوی بوده که جلوی بادهای خورشیدی و در نتیجه فرسایش جو را بگیرد. این دیدگاه همراه با نتایج مربوط به تکتونیک صفحه‌ای، سرنخ‌هایی را به دست می‌دهد که شرایط مطبوب برای پدیدار شدن اشکال اولیه‌ی حیات چگونه بوده است.
برنر در این‌باره اشاره کرد: «این نتایج تصویر زمین اولیه را ترسیم می‌کند که از نظر ژئودینامیکی واقعا بالغ بوده است. بسیاری از فرآیندهای پویای مشابه در جریان بوده‌اند و در نهایت منجر به زمینی شد که اساسا شرایط محیطی و سطحی پایدارتری داشت و تکامل و توسعه‌ی حیات را امکان‌پذیرتر کرد.»
امروزه، پوسته‌ی بیرونی زمین از حدود ۱۵ بلوک متحرک یا صفحه تشکیل شده است که قاره‌ها و اقیانوس‌های سیاره را نگه می‌دارند. در طول هزاره‌ها، صفحات به هم نزدیک و از هم جدا شدند. بدین ترتیب قاره‌ها و کوه‌های جدید را شکل دادند و سنگ‌های جدیدی را در معرض جو قرار دادند که منجر به واکنش‌های شیمیایی تازه شد و دمای سطح زمین را طی میلیاردها سال تثبیت کرد.
صفحات پوسته‌ی زمین
Credit: Earth How
از روند آغاز تکتونیک صفحه‌ای زمین، به سختی می‌توان شواهدی به‌دست آورد زیرا قدیمی‌ترین قطعات پوسته به درون گوشته‌ی داخلی زمین رانده شده‌اند و هرگز دوباره نمایان نمی‌شوند. تنها ۵ درصد از سنگ‌های روی زمین قدمت بیشتر از ۲.۵ میلیارد سال دارند و هیچ سنگ سطحی دارای سن بیش از ۴ میلیارد سال نیست.
به‌طور کلی، این مطالعه به تحقیقات رو به رشدی اضافه می‌شود که بیان می‌کنند یک حرکت تکتونیکی نسبتا اولیه در تاریخ ۴.۵ میلیارد ساله‌ی زمین رخ داده و باعث پدیدار شدن اشکال اولیه‌ی حیات در یک محیط معتدل‌تر شده است.
اعضای این پروژه در سال ۲۰۱۸ از کراتون پیلبارا که حدود ۴۸۰ کیلومتر امتداد دارد، بازدید و با حفاری روی دال اولیه و ضخیم پوسته، نمونه‌هایی را جمع‌آوری کردند که برای بررسی تاریخچه‌ی مغناطیسی در دانشگاه کمبریج تجزیه‌وتحلیل شد.
پژوهشگران با استفاده از مغناطیس‌سنج‌ها، تجهیزات مغناطیس‌زدایی و میکروسکوپ الماس کوانتومی که میدان‌های مغناطیسی یک نمونه را تصویربرداری و ماهیت ذرات مغناطیسی شده را دقیقا شناسایی می‌کند، تکنیک‌های جدیدی را برای تعیین سن و شیوه‌ی مغناطیسی شدن نمونه‌ها ایجاد کردند. این کار به آن‌ها امکان می‌دهد تا بفهمند که پوسته و همچنین اثر قطب‌های مغناطیسی زمین، چگونه، چه زمانی و در چه جهتی جابه‌جا شده‌اند.
گفتنی است میکروسکوپ الماس کوانتومی با همکاری محققان هاروارد در دانشکده‌ی علوم زمینی و سیاره‌ای (EPS) و دانشکده‌ی فیزیک ساخته شده است. برای مطالعات آینده، فو و برنر تمرکز خود را بر پایاپوسته‌ی پیلبارا حفظ و در عین حال فراتر از آن، پوسته‌های باستانی دیگر در سراسر جهان را هم بررسی می‌کنند. آن‌ها امیدوارند که شواهد قدیمی‌تری از حرکت صفحات مدرن و زمانی که قطب‌های مغناطیسی زمین چرخیده‌اند، بیابند.
فو با اشاره به این موضوع تأکید کرد: «توانایی خواندن مطمئن این سنگ‌های بسیار باستانی، فرصت‌های زیادی را برای مشاهده‌ی یک دوره‌ی زمانی باز می‌کند که اغلب به جای داده‌های واقعی بر اساس تئوری شناخته شده است.»
او افزود: «در نهایت، ما تصویر مناسبی در اختیار خواهیم داشت تا نه تنها زمانی که صفحات تکتونیکی شروع به حرکت کردند، بلکه شیوه‌ی تغییر حرکت آن‌ها 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
