Ali planet potrebuje ploščo tektoniko za razvoj življenja?

Searching for Life on Europa? Going Under the Ice (Julij 2019).

Anonim

Plato tektonika je lahko faza v evoluciji planetov, ki ima posledice za habitabilnost eksplanetov, v skladu z novimi raziskavami, objavljenimi ta mesec v reviji Physics of the Earth in Planetary Interiors.

Dva od stvari, ki naredijo Zemljo edinstveno v našem sončnem sistemu, je, da ima ploščo tektoniko - s površino razčlenjeno na številne tektonske plošče, ki se vlečejo, gibljejo celine in povzročajo potrese - in življenje.

In obstaja miselna šola, da ti dve nista povezani.

Kompleksno življenje na Zemlji je trajalo dolgo časa, da se razvija; približno 3, 5 milijarde let po sedanjih ocenah. To je bilo mogoče, ker je bila površina Zemlje bivalna in v temperaturnem območju za tekočo vodo.

To je izjemna stopnja stabilnosti, zlasti ker je sonce v tem istem intervalu naraslo za 30%, kar pomeni, da se je zemeljsko vzdušje razvilo in postalo manj toplogrednih plinov, kot je bilo pred 3 milijardi leti.

Premikanje pločevine

Tektonika plata zagotavlja mehanizem za ta globalni termostat. Večina vulkanizma na Zemlji se pojavi na mejnih ploščah kot odziv na tectoniko plošče. In najpomembnejši vulkanski proizvodi po masi - v veliki meri - sta dva toplogredna plina: ogljikov dioksid in voda.

Ko se premikajo po površini Zemlje, se nekatere plošče reciklirajo nazaj v plašč, na mestih, kot so jarki Marianas v Tihem oceanu.

Ogromne količine vode in karbonata (mineralna oblika CO 2) se reciklirajo nazaj v notranjost, kot to počnejo.

Tloris plošče tvori tudi gora, eden od glavnih ponorov CO 2 v geoloških časovnih obdobjih pa je vremenskim vplivom na gore, kjer se CO 2 raztopi v deževnici reagira s silikatnimi minerali, oblikuje nove minerale in črpa atmosferske ravni CO 2.

Ti mehanizmi delujejo skupaj kot termostat. Če se Zemlja preveč vroči, začnejo z visokim padavinam in erozijo znižati nivoje CO 2. Če se Zemlja prehladi in zamrzne, se erozijski mehanizem ustavi.

Toda vulkanizem zaradi tectonike plošče nadaljuje s črpanjem CO 2 v ozračje in se rahlo povečuje, s čimer se konča topljenje. Tak mehanizem, ki je Zemlji omogočil, da se je opomogla od svetovne ledene dobe v Neoproterozoiku, pred približno 600 milijoni leti.

Habljivi planeti

Ta povezava med habitabilnostjo in tectoniko plošč je postala tako utrjena, da se je iskanje bivalnih eksosolarnih planetov osredotočilo na super zemlja. To so skalnati planeti, ki so večji od Zemlje, za katere je bilo verjetneje, da so kvote za ploščo tektoniko višje.

Toda primer ni tako jasen. V preteklem desetletju so simulacije teh super zemlja nakazovale, da morda ne bodo imele pločne tektonike, temveč bi bile v stagniranem stanju, kjer vroča notranjost močno ogroža vulkanizem, a brez premičnih plošč.

Naše nedavno delo je obravnavalo vprašanje z evolucijskega vidika. Kako se planote, podobne Zemlji, od svojih vročih, nasilnih začetkov razvijajo v svoje hladne, mirne twilights, ki izžarevajo svojo zadnjo vročino v vesolje?

Ugotovili smo, da evolucijska pot, ki jo ima planet, ni odvisna le od njegove velikosti, ampak od tega, kako se začne. Na primer, dva planeta, ki sta drugačna na drugačen način, vendar z različnimi začetnimi temperaturami, lahko razvijejo zelo različne evolucijske poti.

Ugotovili smo tudi, da je lahko ploščna tektonika preprosto faza v evoluciji planetov in da se lahko planeti začnejo in konca z zasteklimi pokrovi.

Videoposnetek (spodaj) prikazuje simulacijo planeta iz začetnega stanja po-magma oceana z več kot 700 milijonov let evolucije. Vroča notranjost prepreči tektoniko plošče, sistem pa se razvija v vročem stagnantnem stanju pokrova.

Planetska skupnost je že dolgo priznala, da se bo Zemlja, ko bo zemlja izgubila svojo notranjo toploto, včasih ustalila v mirujoče stanje, podobno kot Mars ali Luna.

Vendar pa je presenetljiva zamisel, da se lahko planeti začnejo v stagniranem pokrovu.

Intuitivno, to se zdi neučinkovit način, da planet izgubi toploto. Recikliranje plošč danes je izjemno učinkovito pri hlajenju plašča. Toda eno od glavnih vprašanj v študiji termičnega razvoja Zemlje je, da je morala v preteklosti Zemlje v preteklosti izgubiti svojo toploto, da bi razložila svoje trenutne notranje temperature.

Poglej Jupiterjevo luna Io

Zgodnji pokončni pokrov na Zemlji zagotavlja mehanizem za to. Imamo celo analog za to vedenje v jupiterjevi luni Io danes.

Io je najbolj vulkansko telo v sončnem sistemu, ki je posledica plimovanja Jupitra in deluje v stagniranem načinu toplotne cevi, kjer izgubi svojo toploto predvsem s vulkanskimi toplotnimi cevmi in ne s ploščami.

V študiji leta 2013 so ameriški znanstveniki William Moore in Alexander Webb pokazali, da je ta režim morda deloval pod pogoji zgodnje stoječe Zemlje.

Reševanje problema za Zemljo je težavno, saj manjka geološki zapis prvih 500 milijonov let - Hadean Eon.

Kasneje se je geologija razlagala v kontekstu stagnantnih pokrovov, ki jih razširijo dramatični tektonski dogodki, čeprav je to še vedno sporno. Ampak medtem ko geologija manjka, imamo vzorce Hadeana v geokemijskem podpisu Zemlje in v majhnih mineralnih zrnih cirkona.

Cirkonji so zagotovili neverjetne vpogled v sestavo Hadejevih kamnin in obstoj površinske vode pred 4, 4 milijardi leti, vendar so nedvoumni pri določanju tektonskega stanja.

Najnovejša dela kažejo, da se lahko kristalizirajo iz talilnih listov, ki so nastale zaradi vplivov meteorita na zgodnjo Zemljo.

V nasprotju s tem so se dolgoročni izotopski podpisi Hadeovih procesov v Zemljini plasti ohranili v milijardah letih in so zapisani v starodavnih vulkanskih kamninah. Mešanje tega materiala predstavlja pomembno omejitev za tektoniko Zemlje in podpira idejo, da je Zemlja v veliki meri stagnirala.

Če so naši sklepi pravilni, in tectonika plošče je mladostna faza v evoluciji planetov, podobnih Zemlji, ima to velik vpliv na življenjsko okolje.

Življenje na Zemlji

Življenje se je na Zemlji zelo zgodaj zgodilo. Obstajajo dokazi o ogljikovih izotopih iz Hadean circons in trdnih fosilnih dokazov pred 3, 5 milijardi leti. Verjetno se je razvil na planetu s stožčastim pokrovom, ne pa s ploščnimi tektoniki.

Degustacija vulkanov je očitno omogočila učinek tople grede, da planet ostane zamrznjen, kljub nižjim atmosferskim pritiskom. To je verjetno pripomoglo nizke ravni gorskih graditev in subdukcijo karbonatnega materiala, ki potrebujejo tektoniko.

Dokazi, ki jih predlagamo, kažejo, da je večina kontinentov Zemlje pred 3 milijardi leti bila pod morsko gladino, zato zemeljski atmosferski CO 2 ni imel nikamor.

Ti zaključki vplivajo tudi na iskanje bivalnih eksplanetov. Dolgo časa je bilo ugotovljeno, da morajo bivalne eksoplanete imeti ploščo tektoniko, kot je Zemlja.

Poenostavljeni pogled na Venere to podpira, ker nima ploščne tektonike in je izjemno negostoljubna za površinsko življenje. Toda Venera in Zemlja sta se v zgodnji zgodovini lahko razlikovala iz zelo različnih razlogov.

Popolnoma možno je, da je najboljši analog za zgodnjo Zemljo, na kateri se je razvila življenje, toplo, stoječe-pokončno planet v oddaljenem sistemu zvezd. To povečuje raziskovalni prostor za nastanitvene planete in s tem življenjske možnosti drugje v vesolju.

menu
menu