ดาวเคราะห์ต้องการการเคลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลกเพื่อพัฒนาชีวิตหรือไม่?

การเคลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลกอาจเป็นขั้นตอนหนึ่งในวิวัฒนาการของดาวเคราะห์ที่มีผลกระทบต่อการอยู่อาศัยของดาวเคราะห์นอกระบบตามผลการวิจัยใหม่ที่ตีพิมพ์ในวารสาร Physics of the Earth and Planetary Interiors ในเดือนนี้ สองสิ่งที่ทำให้โลกมีลักษณะเฉพาะในระบบสุริยะของเราคือมีแผ่นเปลือกโลก – ด้วยพื้นผิวที่แตกออกเป็นแผ่นเปลือกโลกจำนวนมากที่เคลื่อนตัวไปมา เคลื่อนทวีปและทำให้เกิดแผ่นดินไหว – และสิ่งมีชีวิต และมีสำนักคิดที่ว่าสองคนนี้ไม่เกี่ยวข้องกัน

ชีวิตที่ซับซ้อนบนโลกใช้เวลานานในการพัฒนา ประมาณ 3.5 พัน

ล้านปีโดยประมาณในปัจจุบัน สิ่งนี้เกิดขึ้นได้เนื่องจากพื้นผิวโลกสามารถอยู่อาศัยได้และอยู่ในช่วงอุณหภูมิของน้ำที่เป็นของเหลว

นี่เป็นระดับความเสถียรที่น่าทึ่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อดวงอาทิตย์สว่างขึ้น30%ในช่วงเวลาเดียวกัน หมายความว่าชั้นบรรยากาศของโลกมีวิวัฒนาการกลายเป็นเรือนกระจกน้อยลงกว่าเมื่อ 3 พันล้านปีก่อน

การเคลื่อนที่ของจาน

การเคลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลกเป็นกลไกสำหรับเทอร์โมสตัทระดับโลกนี้ ภูเขาไฟส่วนใหญ่บนโลกเกิดขึ้นที่รอยต่อของแผ่นเปลือกโลกเพื่อตอบสนองต่อการเคลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลก และผลิตภัณฑ์จากภูเขาไฟที่สำคัญที่สุดโดยมวล – โดยมาก – คือก๊าซเรือนกระจกสองชนิด ได้แก่ คาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ

ขณะที่เคลื่อนตัวเหนือพื้นผิวโลก แผ่นเปลือกโลกบางแผ่นจะถูกรีไซเคิลกลับเข้าไปในชั้นเนื้อโลก เช่น ร่องลึกก้นสมุทรมาเรียนาในมหาสมุทรแปซิฟิก

การเคลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลกยังก่อตัวเป็นภูเขา และหนึ่งในแหล่งกักเก็บที่สำคัญของ CO 2ในช่วงเวลาทางธรณีวิทยาคือสภาพดินฟ้าอากาศของภูเขา ซึ่ง CO 2ที่ละลายในน้ำฝนจะทำปฏิกิริยากับแร่ธาตุซิลิเกต ก่อตัวเป็นแร่ธาตุใหม่ และทำให้ระดับ CO 2 ในชั้นบรรยากาศลดลง

กลไกเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นเทอร์โมสตัท หากโลกร้อนเกินไป ปริมาณน้ำฝนและการกัดเซาะในระดับสูงจะเริ่มทำให้ระดับ CO 2 ลดลง หากโลกเย็นเกินไปและกลายเป็นน้ำแข็ง กลไกการสึกกร่อนจะหยุดลง

แต่การระเบิดของภูเขาไฟเนื่องจากการแปรสัณฐานของแผ่นเปลือกโลก ยังคงสูบฉีด CO 2ขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศ และเพิ่มระดับขึ้น จนทำให้แผ่นน้ำแข็งละลายในที่สุด กลไกนี้เองที่ทำให้

โลกฟื้นตัวจากยุคน้ำแข็งใน Neoproterozoic เมื่อประมาณ 600 ล้านปีก่อน

ความสัมพันธ์ระหว่างความสามารถในการอยู่อาศัยและการเคลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลกได้แนบแน่นขึ้นจนการค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่อาศัยได้นั้นมุ่งเน้นไปที่ซุปเปอร์เอิร์ธ ดาวเคราะห์เหล่านี้เป็นดาวเคราะห์หินที่มีขนาดใหญ่กว่าโลก ซึ่งคาดว่าโอกาสที่แผ่นเปลือกโลกจะเคลื่อนตัวสูงขึ้น

แต่กรณีนี้ไม่ชัดเจนนัก ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา การจำลองของซุปเปอร์เอิร์ธเหล่านี้ชี้ให้เห็นว่าพวกมันอาจไม่มีการเคลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลกแต่ค่อนข้างจะอยู่ในสภาพที่มีฝาปิดนิ่ง ซึ่งภายในที่ร้อนให้พลังการระเบิดของภูเขาไฟในระดับสูง แต่ไม่มีแผ่นเปลือกโลกเคลื่อนที่

งานล่าสุดของเราได้พิจารณาคำถามจากมุมมองเชิงวิวัฒนาการ ดาวเคราะห์ที่คล้ายโลกมีวิวัฒนาการอย่างไรจากจุดเริ่มต้นที่ร้อนจัดและรุนแรงไปสู่แสงสนธยาที่เย็นและสงบนิ่งในที่สุด แผ่ความร้อนสุดท้ายไปยังอวกาศ

เราพบว่าเส้นทางการวิวัฒนาการของดาวเคราะห์ไม่ได้ขึ้นอยู่กับขนาดของมันเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับการเริ่มต้นของมันด้วย ตัวอย่างเช่น ดาวเคราะห์สองดวงที่เหมือนกันทุกประการ แต่มีอุณหภูมิเริ่มต้นต่างกัน อาจวิวัฒนาการไปตามเส้นทางวิวัฒนาการที่แตกต่างกันมาก

นอกจากนี้ เรายังพบว่าการเคลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลกอาจเป็นเพียงขั้นตอนหนึ่งในวิวัฒนาการของดาวเคราะห์ และดาวเคราะห์อาจเริ่มต้นและสิ้นสุดด้วยเปลือกโลกที่หยุดนิ่ง

วิดีโอ (ด้านล่าง) แสดงการจำลองดาวเคราะห์จากสภาพมหาสมุทรหลังแมกมาในระยะเริ่มต้น ผ่านวิวัฒนาการกว่า 700 ล้านปี การตกแต่งภายในที่ร้อนจะทำให้แผ่นเปลือกโลกไม่เคลื่อนไหว และระบบจะพัฒนาในสภาวะที่ฝาไม่นิ่งและร้อน

โดยสัญชาตญาณ ดูเหมือนว่าเป็นวิธีที่ไม่มีประสิทธิภาพสำหรับดาวเคราะห์ที่จะสูญเสียความร้อน การรีไซเคิลแผ่นเปลือกโลกในปัจจุบันมีประสิทธิภาพอย่างมากในการทำให้ชั้นเนื้อโลกเย็นลง ประเด็นหลักประการหนึ่งในการศึกษาวิวัฒนาการทางความร้อนของโลกคือโลกต้องสูญเสียความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพน้อยลงในอดีต เพื่ออธิบายอุณหภูมิภายในปัจจุบัน

มองไปที่ดวงจันทร์ Io ของดาวพฤหัสบดี

ฝาโลกที่นิ่งแต่เนิ่นๆ เป็นกลไกสำหรับสิ่งนั้น เรายังมีความคล้ายคลึงกันสำหรับพฤติกรรมนี้ในดวงจันทร์ Io ของดาวพฤหัสบดีในปัจจุบัน

ไอโอเป็นวัตถุภูเขาไฟที่มีมวลมากที่สุดในระบบสุริยะ ซึ่งเป็นผลมาจากอิทธิพลของดาวพฤหัสบดี และมันทำงานในโหมดท่อความร้อนนิ่ง ซึ่งสูญเสียความร้อนผ่านท่อความร้อนภูเขาไฟเป็นหลักแทนที่จะเป็นแผ่น

ในการศึกษาในปี 2013 นักวิทยาศาสตร์ชาวสหรัฐฯ วิลเลียม มัวร์ และอเล็กซานเดอร์ เว็บบ์ แสดงให้เห็นว่าระบอบการปกครองนี้อาจดำเนินไปภายใต้เงื่อนไขของโลกที่หยุดนิ่งในยุคแรกๆ

การแก้ปัญหาของโลกเป็นเรื่องยาก เนื่องจากบันทึกทางธรณีวิทยาในช่วง 500 ล้านปีแรก – Hadean Eon – หายไป

ภายหลังธรณีวิทยาได้รับการตีความในบริบทของตอนเปลือกโลกนิ่ง สลับกับเหตุการณ์การแปรสัณฐานที่น่าทึ่ง แม้ว่าสิ่งนี้จะยังเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ก็ตาม แต่ในขณะที่ธรณีวิทยายังขาดแคลน เราก็มีตัวอย่างจาก Hadean ในลายเซ็นธรณี เคมีของโลกและในเม็ดแร่เล็กๆ อย่างเพทาย

เพทายได้ให้ข้อมูลเชิงลึกที่น่าทึ่งเกี่ยวกับการก่อตัวของหิน Hadean และการดำรงอยู่ของน้ำผิวดินเมื่อ 4.4 พันล้านปีก่อน แต่สิ่งเหล่านี้ไม่ชัดเจนเมื่อพิจารณาถึงสถานะการแปรสัณฐาน

ผลงานล่าสุดบ่งชี้ว่าพวกมันอาจตกผลึกจากแผ่นหลอมละลายที่เกิดจากอุกกาบาตชนโลกในยุคแรกเริ่ม

ในทางตรงกันข้าม ลายเซ็นไอโซโทปที่มีอายุยืนยาวของกระบวนการ Hadean อยู่รอดมาเป็นเวลาหลายพันล้านปีในเนื้อโลก และถูกบันทึกไว้ในหินภูเขาไฟโบราณ การผสมสารนี้ทำให้เกิดข้อจำกัดที่สำคัญต่อการเคลื่อนตัวของโลก และสนับสนุนแนวคิดที่ว่าโลกส่วนใหญ่หยุดนิ่ง

Credit : สล็อต