“Тектоніка плит — це те, що модулює нашу атмосферу протягом тривалих часових меж. Це потрібно, щоб мати змогу зберігати тут воду, зберігати її теплою, зберігати безперервне життя”.
— Кетрін Хантінгтон, геолог з Університету Вашингтона.
Ще в 2015 році Джеймс Дом та Шинегорі Маруяма з Токійського технологічного інституту ввели новий термін для опису життєво важливого взаємозв’язку — Населена Трійця. Як передумови для виникнення життя планета повинна мати багато води, атмосферу та землю, котрі обмінюються та поширюють матеріал. І саме тектоніка плит є рушійною силою цього процесу.
Джеймс Камерон та розкриття таємниць зародження життя
В 2012 році американський режисер Джеймс Камерон опустився на дно найглибшої точки Маріанської западини — Безодні Челленджера (10 994 м нижче рівня моря). Зібрані в ході цієї експедиції зразки показали, що й на такій глибині процвітає життя. Фізичні процеси, котрі тут протікають, могли стати основою для його зародження.
Під час процесу, відомого під назвою серпентинізація, бульбашки води, що потрапила під плити, трансформують фізичні властивості мантії. Це дозволяє метану та іншим компонентам потрапляти з мантії на океанське дно разом з гарячими джерелами. Подібні процеси, як вважають вчені, протікали в ранні періоди розвитку Землі. Саме вони могли постачати сирі інгредієнти для метаболізму, що призвело до зародження перших самовідтворюючих клітин.
Камерону вдалося з дна океану дістати сучасних нащадків таких клітин — ціанобактеріальні мати. Це одноклітинні доядерні мікроорганізми, що утворюють цілі спільноти, які формують товсті (від кількох мм до 2 см) шарові покрови.
Все це дозволяє пов’язати тектоніку плит з зародженням життя. Якби вона не примушувала плити опускатися одна під одну, то морське дно було б фригідним та порожнім.
Роль у формуванні сприятливої атмосфери
Тектонічна активність відіграє важливу роль у підтримці сталої температури на Землі. Розглянемо для прикладу ситуацію з вуглекислим газом. Планета з надто великою кількістю діоксиду вуглецю може стати подібною до Венери й перетворитися на планетарну доменну піч. Й саме активність тектонічних плит допомогла регулювати рівень вуглекислого газу протягом ер.
Спочатку атмосферний вуглекислий газ вступає в реакцію з водою та утворює карбонатну кислоту, котра дозволяє розчиняти породи та прискорює процес вивітрювання. З дощем карбонатна кислота потрапляє в океан. Одночасно в нього вимивається кальцій з гірських порід. Вуглекислий газ, що розчиняється в океані, вступає в реакцію з карбонатною кислотою та розчиненим кальцієм. Це веде до утворення вапняку, котрий осідає на дно океану. Зрештою вуглекислий газ протягом немислимо кількості ер поглинеться мантією.
Виникнення кисню
Згідно з дослідженнями, опублікованими в 2016 році, тектоніка плит спричинила двоетапний процес, що підвищив рівень кисню на Землі.
Так, в архейський еон (4,0 млрд і 2,5 млрд років тому) на Землі фактично не було кисню. В цей час одноклітинні водорості почали використовувати фотосинтез та виробляти кисень, однак більшість з нього поглиналася породами, багатими на залізо для корозії.
Субдукція (заглиблення одних блоків земної кори під інші) призвела до змін мантії Землі та утворення двох типів кори — континентальної та океанічної. Континентальна мала менше мінералів, багатих на залізо та більше порід, багатих кварцем, котрі не витягують кисень з атмосфери.
Далі з 2,5 млрд до 1,5 млрд гірські породи вивітрювалися та накачували повітря й океани вуглекислим газом. Останній допоміг водоростям виробляти більше кисню. Це, в свою чергу, могло призвести до Кембрійського вибуху (раптової появи більшості представників царства тварин).
Крім того деякі вчені впевнені, що тектоніка плит не лише призвела до біологічного різноманіття, проте й стала однією з важливих умов еволюції складних видів, оскільки планета з океанами, континентами та змінами земної кори максимізує можливості для видоутворення й природного відбору. Наприклад, наявність суходолу вимагає розвитку в більшості його мешканців характерних видів кінцівок.
Звідки та чому в Землі рухлива кора?
Земля сформувалася приблизно 4,54 млрд років тому. Ймовірно, приблизно 1 млрд років після цього, оскільки новостворена планета була надто гарячою, вона не мала тектонічних плит в будь-якій впізнаваній формі.
В той час конвекція під дією тепла призвела до рухів внутрішніх шарів Землі. Гірські породи в мантії стискалися та нагрівалися у внутрішніх оболонках Землі. Після вони піднімалися назовні, де остигали й ставали щільнішими. Потім ці породи знову тонули й весь процес відтворювався від початку. Однак в той час мантія була відносно тонкою та рідкою й не могла стати вагомою силою для руйнування твердої кірки. Крім того, в цей час не було горизонтальних рухів кори. Тож утворився так званий “застійний ковпак” — кірка без розрізнених пластин. У 2016 році було опубліковане дослідження, в якому припускалося, що рання Земля, була схожа на Іо — вулканічний місяць Юпітера. Тобто вона була вулканічно активною, проте не мала бічних рухів.
Під час охолодження планети плити змогли більш легко поєднуватися з мантією, й Земля перейшла в епоху тектоніки плит.
Виникає питання, що зламало ковпак та створило тектонічні плити? Деякі дослідники припускають, що це зробили астероїди, котрі лишилися після зародження Сонячної системи. Бомбардування астероїдами могло призвести до поштовхів холодної зовнішньої кори в гарячу верхню мантію, що послабило гірські породи та дозволило плитам почати рух. Однак можливо також, що власний процес охолодження призвів до розтріскування ковпаку, подібно до розтріскування пирога, запеченого в надто гарячій духовці.
3 млрд років тому Земля могла мати недовготривалу тектонічну активність в деяких регіонах, проте вона не набула широкого поширення. Кінець-кінцем, більш холодні ділянки кори могли опуститися та послабити навколишню кору. А оскільки це був тривалий постійний процес, то слабкі ділянки деградували до меж плит. Могло все відбуватися й навпаки. Гарячі мантійні плюми могли просочуватися крізь кору та, танучи, розривати її ковпак.
Таким чином тектоніка плит могла зародитися й припинитися кілька разів, перш ніж набрати обертів 3 млрд років тому. Наприклад, найдавніші скелі на Землі свідчать, що приблизно 4 млрд років тому на Землі могла існувати прото-субдукція. При цьому цікаво, що вчені вважають: вік самої океанічної кори становить лише 200 млн років.
Блукаючи Сонячною системою
Для ряду планет Сонячної системи характерна активність, схожа на тектоніку, проте вона далека від того, що є в нас на Землі. Й оскільки нас зараз найбільше цікавить Марс, то звернемо увагу на нього. Саме на червоній планеті знаходиться найбільший вулкан в сонячній системі — гора Олімп. Проте його тектонічна історія дуже таємнича. Олімп знаходиться на вулканічному нагір’ї Тарсісі. Воно настільки навантажене, що може примусити полюси Марсу “блукати”.
Деякі вчені припускають, що певні регіони Марсу дуже схожі на колишнє морське дно. Однак науковці сходяться на думці, що як мінімум 4 млрд років (вік кори планети) тут не було ніякої активності. Загалом є підстави припустити, що дуже й дуже рано він міг таки мати тектоніку плит, але з цим не згодна частина науковців. Проте деякі дослідники вже висловили ідеї, що планету подібну до Марса з великою кількістю води цілком можливо привести в тектонічно активний стан.
Хай там як, а всі завмерли в очікуванні результатів місії InSight Mars.
Що ж чекає на саму Землю далі? Нові суперконтиненти будуть виникати та зникати й надалі. Проте в певний момент вулканічна активність припиниться, а планета охолоне настільки, що знову увійде в стан застійного ковпака. Земля “помре” подібно до Марса. Однак чи помруть з нею і різноманітні форми життя? Разом з цим існують теорії, що Земля навпаки, стане надто гарячою. Все це загадки далекого майбутнього.
