Zemljina litosfera je sestavljena iz sedmih velikih tektonskih plošč in več manjših. Teorija o tektonske plošče ki opisuje, kako se te plošče premikajo, je stara približno 50 let. Toda nikoli ni bilo razumevanja, kako se je ta sistem razvil in kako se je zemeljska lupina razdelila na ločene plošče in se začela premikati.
Zdaj ima skupina raziskovalcev možno razlago.
V svojih zgodnjih dneh je bila Zemlja staljena krogla, ki so jo ohranjali vroča zaradi pogostih udarcev z drugimi telesi v mladem, kaotičnem Osončju. Neizogibno se je začelo ohlajati. Seveda se je zunanjost najprej ohladila in tvorila trdno površino nad staljenim plaščem. Glede tega obstaja nekaj znanstvenega soglasja, ki kaže, da je bila skorja sprva en monoliten kos in da je bil plašč vsaj nekaj sto stopinj toplejši od današnjega plašča.
Ključno vprašanje v tem razumevanju zemeljskih plošč je: kaj je povzročilo, da se je zunanjost razbila na plošče?
Grafika največjih tektonskih plošč na Zemlji. Zasluge slike: po zemljevidu: USGSDescription:Scott Nash – Ta datoteka je izpeljana iz: Tectonic plates.png, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=535201
Skupina raziskovalcev meni, da imajo morda odgovor. Njihovo delo je predstavljeno v prispevku z naslovom » Razbijanje Zemljine lupine v globalno omrežje plošč. “ Prvi avtor je profesor Chunan Tang s Tehnološke univerze Dalian. Novi članek je objavljen v reviji Nature Communications.
V tem delu so raziskovalci uporabili matematične simulacije, da bi poskušali priti do vprašanja. Skupina raziskovalcev je predlagala, da se je Zemljina lupina po strjevanju ponovno segrela, zaradi česar se je razširila in zlomila. Vsaka od simulacij, ki jih je uporabila ekipa, je sledila napetosti in deformaciji, ki bi ji bila toplotno raztezna lupina podvržena v različnih scenarijih.
Zemljin polmer je približno 6371 km (3960 milj) in njihovo delo je pokazalo, da lahko lupina zdrži približno 1 km (0,62 milje) raztezanja, preden se zlomi. Ko se razširi čez 1 km, se začne lomiti, kar vodi do sistema plošč, ki ga ima Zemlja zdaj.
Posnetek modela iz novega dela, ki prikazuje pozne faze rasti in združevanja nove globalne mreže zlomov. Zlomi so v črni / senci, barve pa kažejo napetosti (roza barva označuje natezno napetost, modra barva označuje tlačno napetost). Zasluge za sliko: Tang et al, 2020.
Rezultati njihovega dela ne zvenijo kontroverzno; zvenijo celo očitno. Zemljina zgodnja lupina se je ponovno segrela in nato razpokala v sistem plošč. Toda na površini je podobna drugim idejam, ki so bile diskreditirane. In nekatere od teh idej je predlagal nihče drug kot Charles Darwin.
Za vsem tem razmišljanjem in raziskovanjem je trk idej in to je vredno razumeti.
Na nek način je teorija tektonike plošč poenotila naše razumevanje plošč. Toda pred tem so bile uporabljene različne hipoteze za razlago Zemljinih dejavnosti ter porazdelitve celin in oceanov. Na primer, Charles Darwin je pripisoval stvari, kot so potresi, rast gora in porazdelitev kopenskih mas, za širitev Zemlje. V Darwinovih dneh se je na prvi pogled zdelo verjetno.
Toda v našem času vemo, da je radioaktivni razpad elementov v zemeljskem jedru tisti, ki zagotavlja toploto. Sčasoma je zaradi tega razpada prisotnih vedno manj teh elementov, kar pomeni, da ta proces sčasoma zagotavlja vse manj toplote. Kaj je torej bolj verjetno: toplotno raztezanje ali krčenje? Zakaj bi se ekipa, ki stoji za tem delom, osredotočila na toplotno ekspanzijo?
Odgovor je povezan z vulkani.
Haleakala, velikanski ščitni vulkan, tvori vzhodni branik otoka Maui. V globoki preteklosti Zemlje bi obdobja povečanega vulkanizma pomagala, da se Zemlja ohladi, kot sevanje, ki sprošča paro. Zasluge: National Geographic/Cathy Roberts
'Odgovor leži v upoštevanju glavnih mehanizmov izgube toplote, ki bi se lahko zgodili v zgodnjih obdobjih Zemlje,' je dejal dr. Webb v izjava za javnost . 'Če je bila vulkanska advekcija, ki prenaša vroč material iz globine na površje, glavni način zgodnje izgube toplote, to spremeni vse.'
Prejšnje raziskave dr. Webba in sodelavcev so pokazale, da bi dovolj vulkanske aktivnosti lahko ustvarilo hladilni učinek na Zemljini lupini, kot bi radiator izpihoval paro. Ko je staljena kamnina prišla na površje zaradi vulkanskega delovanja, bi se sčasoma ohladila in spet potonila. Ko bi se potonil, bi ohladil zgodnjo litosfero Zemlje. In ker je bila celotna pot za Zemljo hlajenje, bi se tako proizvodnja toplote zaradi radioaktivnega razpada kot vulkanizma zmanjšala.
Ta slika iz študije prikazuje razvoj globalnega sistema lomljenja. Zgornja plošča šestih ilustriranih globusov prikazuje globalno porazdelitev velikosti napetosti skozi čas, pri čemer negativne vrednosti prikazujejo natezno napetost, pozitivne vrednosti pa tlačno napetost. Spodnja plošča šestih globusov prikazuje pripadajoči premik. Za več podrobnosti obiščite študijo. Zasluge za sliko: Tang et al, 2020.
V tistem trenutku potopitev ohlajenega litosfero bi tudi upočasnila.
Potem se zgodi nekaj drugega. Ker je litosfera ohlajena in bolj trdna, ujame konvekcijsko toploto iz jedra pod njo. Zaradi te vročine bi se litosfera ponovno začela širiti in prišlo bi do razpokanja. Presto. Preden se zavemo, imamo tektonske plošče.
Ta slika iz študije prikazuje razvoj loma skozi čas na lupinah z različnimi debelinami. Ekipa je modelirala školjke z debelino od samo 20 km do 200 km. Zasluge za sliko: Tang et al, 2020.
Ali so raziskovalci ugotovili?
V zaključku svojega prispevka pišejo, da 'naši modeli sferične lupine kažejo, kako se lahko sistem tektonskih plošč razvije iz plitvih procesov.' Prav tako pišejo, da »...začetek tektonike plošč zahteva, da je radialna ekspanzija dovolj velika, da povzroči horizontalne napetosti, ki premagajo moč litosfere na neki stopnji v arheju.«
Kdo ve, ali bo to zadnja beseda o začetku tektonike zemeljskih plošč. Toda v vsakem primeru so ti rezultati zelo zanimivi.
Kar se tiče Webba in njegovih kolegov, bodo nadaljevali z delom. Še naprej nameravajo razvijati teorije za razlago zemeljskih geoloških procesov.
'Skupaj,' kot je zapisano v sporočilu za javnost, 'te študije odpravljajo eno največjih preostalih skrivnosti Zemlje in planetarne znanosti: kako in zakaj je Zemlja prešla iz staljene krogle na naš planet tektonske plošče?
Kako res.
Več:
- Izjava za javnost: 'Najboljša' novica! Nova ideja o tem, kako se je zunanja lupina Zemlje najprej vlomila v tektonske plošče
- Raziskovalna naloga: Razbijanje Zemljine lupine v globalno omrežje plošč
- Vesolje danes: Videti je, da tektonika plošč ni potrebna za podporo življenja
