Zirkonlar, levha tektoniği ve yaşamın gizemi – Fizik Dünyası

Ayaklarımızın altındaki zemin sağlam ve sabit görünebilir. Ancak Dünya tarihi boyunca, gezegenimizi kaplayan nispeten ince kaplama tektonik kuvvetler tarafından defalarca sıkıştırılmış, çatlamış ve yeniden şekillendirilmiştir. Levha tektoniği kıtaları hareket ettirebilir, dağ sıraları oluşturabilir ve bastırılmış enerji aniden serbest bırakıldığında depremleri ve yanardağları tetikleyebilir.

Ancak tektonik, yerel düzeyde yaşamı ayrım gözetmeksizin yok edebilirken, aynı zamanda Dünya yüzeyinde yaşanabilir koşulların sürdürülmesi için de hayati önem taşıyor. Bunun nedeni, karbon açısından zengin materyallerin, karbon döngüsünü düzenlemeye yardımcı olan bir süreçle, "batma bölgelerinde" (bir plakanın diğerinin altına itildiği bölgeler) Dünya'nın iç kısmına geri dönüştürülmesidir. Bu arada, volkanik aktivite yoluyla açığa çıkan su buharı ve gazlar, Dünya'nın iklimi ve atmosferik koşullarının dengelenmesine yardımcı olur.

Levha tektoniğinin olmadığı kayalık bir gezegende neler olabileceğini görmek için Venüs'ün yoğun karbondioksit ve sülfürik asit bulutlarıyla zararlı atmosferine bakmamız yeterli. Bu nedenle pek çok yerbilimci, yaşamın ortaya çıktığı dönemde, yani Dünya tarihinin ilk milyar yılı boyunca levha tektoniğinin var olması gerektiğini varsayıyordu. Levha tektoniği, özünde yaşam için önemli bir ön koşul olarak görülüyordu.

Fakat yeni bulgular, Uluslararası bir araştırma ekibi tarafından yapılan araştırmalar, yaşamın levha tektoniğinden önce gelebileceğini ve yaşamın bir farkla önce gelebileceğini gösteriyor. Çalışma doğruysa, genç gezegenimiz, "durgun kapak" olarak bilinen daha ilkel bir tektonik biçimi altında, hareketli levhaların olmadığı uzun bir dönem yaşamış olabilir. Böyle bir senaryo, eğer doğrulanırsa, yaşamın nasıl ortaya çıktığına ve hayatta kaldığına dair anlayışımızı değiştirecek ve potansiyel olarak gezegenimizin ötesinde yaşam arayışına yardımcı olacak.

Titrek yerde

Levha tektoniği kavramı bugün geniş çapta kabul görse de uzun yıllar boyunca tartışmalıydı. Hikaye 1912'de Alman bilim adamının Alfred Wegener “Kıtaların kayması” fikrini ortaya attı. Bugünkü kıtaların bir zamanlar çok daha büyük bir süper kıtanın parçası olduğunu, ancak daha sonra Dünya yüzeyindeki mevcut konumlarına sürüklendiğini öne sürdü. Onun kitabında Kıtaların ve Okyanusların KökeniWegener, Güney Amerika ve Afrika kıyılarının bir yapboz gibi birbirine nasıl uyduğunu kaydetti ve benzer fosillerin dünyanın tamamen farklı yerlerinde nasıl ortaya çıktığını anlattı.

Wegener'in fikri başlangıçta şüpheyle karşılandı, çünkü araştırmacılar levhaları neyin hareket ettirdiğinden emin değildi. 20. yüzyılın ortalarında bir cevap ortaya çıkmaya başladı. üretilen bir harita 1953 ABD'li jeolog ve haritacı tarafından Marie Tharpe Atlantik Okyanusu'nun tamamını kapsayan ve kıtasal kıyı şeridine paralel uzanan bir okyanus ortası sırtının varlığını ortaya çıkardı. Merkezinde devasa bir vadi bulunan Tharpe, bunun okyanus tabanının genişlediğini gösterdiğini savundu.

Deniz tabanı yayılmasına ilişkin tam bir teori sonradan önerildi ABD'li jeolog tarafından 1962'de Harry Hess. Okyanus kabuğunun sürekli olarak okyanus ortası sırtlarında oluştuğunu, burada Dünya'nın iç kısmındaki erimiş malzemenin yeni okyanus tabanına katılaşmadan önce bir konveksiyon hücresinin parçası olarak yüzeye kadar çıktığını öne sürdü. Bu taze kabuk daha sonra yükselen magma tarafından her iki yönde yatay olarak yönlendirilir.

Bu arada, okyanus levhalarının kıtaları sınırladığı yerlerde, okyanus kabuğunun daha eski bölümleri, okyanus hendeklerinde daha az yoğun olan kıta kabuğunun altına itilir ve Dünya'nın iç kısmına geri dönüştürülür. Aslında plakanın batan ucu, uçuruma düşerken plakanın geri kalanını da arkasından sürükleyerek deniz tabanının yayılmasına da katkıda bulunuyor.

[Gömülü içerik]

Deniz tabanı yayılmasına dair kanıtlar 1963'te İngiliz jeologların Frederick Asma ve Drummond Matthews Hint Okyanusu'ndaki bir sırt boyunca seyahat eden bir araştırma gemisi tarafından alınan Dünya'nın manyetik alanı ölçümlerine baktı. Alanın tekdüze olmadığını fark ettiler, ancak şeritler halinde uzanan anormallikler sırta paralel ve her iki yanında neredeyse simetrik olarak okyanus tabanını kaplıyor. Çizgilerin, yeni oluşan deniz tabanındaki manyetik minerallerin, kaya katılaşırken Dünyanın manyetik alanıyla aynı hizaya gelme eğiliminde olmasından dolayı ortaya çıktığını söylediler. Dünyanın manyetik alanı her değiştiğinde yeni şeritler oluşuyor; bu, Dünya tarihi boyunca kuzey kutbunun aniden güney kutbu haline gelmesiyle birçok kez meydana gelen bir olaydır.

Bir benzetme yapmak gerekirse, hareketli deniz tabanı, jeomanyetik alanın her tersine dönüşünü kaydeden eski moda bir kasete benzer. Manyetik alanın geçmişinin haritasını çıkarmak için, her bir tersine dönüşün tarihi fosil çalışmaları ve okyanus tabanından kazılan bazaltların radyometrik testleri yoluyla belirlenebilir. Günümüzde levha tektoniğinin varlığı artık neredeyse evrensel olarak kabul edilmektedir.

Ancak levha tektoniğinin ilk ne zaman başladığı konusunda çok daha az fikir birliği var. Sorunun bir kısmı, Dünya'nın kabaca 4.54 milyar yıl önce oluşması ve bugün 200 milyon yıldan daha eski olan okyanus kabuğunun neredeyse tamamının Dünya'ya geri dönüştürülmüş olmasıdır. Başka bir deyişle, Dünya tarihine ilişkin uzun vadeli arşivimiz kıtalardaki gizli kaya oluşumlarının içinde yer alıyor.

Ancak orada bile, ilk milyar yıldan kalma az sayıdaki erişilebilir kayalar ısı, kimya, fiziksel hava koşulları ve aşırı basınç nedeniyle önemli ölçüde değişime uğradı. Bu nedenle hiç kimse levha tektoniğinin ne zaman başladığından emin değil; 4 milyar yıl öncesinden sadece 700 milyona Yıllar önce. Bu çok büyük ve tatmin edici olmayan bir belirsizliktir.

Daha da ilginci, yaşama dair tartışmasız en eski fosil kanıtlarının 3.5-3.4 milyar yıl öncesine dayanması ve tortul kayaçlardaki yaşam izlerinin yaşamın var olabileceğini göstermesidir. 3.95 milyar Yıllar önce. Peki yaşam, levha tektoniği ortaya çıkmadan yüz milyonlarca yıl önce ortaya çıkmış olabilir mi? Bu dönemden kalan çok az sayıda orijinal kaya olduğundan, jeologlar genellikle spekülasyonlar arasında sıkışıp kalıyor.

Zirkonlar: Dünyanın ateşli başlangıcından zaman kapsülleri

Neyse ki, yerbilimcilerin Dünya'nın ilk zamanlarındaki koşulların anlık görüntülerini elde etmek için gizli bir silahları var. Merhaba de zirkonlar – kimyasal olarak kararlı mineral parçaları (ZrSiO₄) çeşitli renklerde ve jeolojik ortamlarda bulunurlar. Yerbilimciler için zirkonların güzelliği, bulundukları kayadaki değişikliklerden büyük ölçüde etkilenmemeleridir. O çok uzak döneme ait bir zaman kapsülü gibiler.

Özellikle bilim adamları son zamanlarda üzerinde çalışıyorlar. antik zirkonlar Dünyanın ilk 600 milyon yılında oluşan granit kayaların içinde kristalleşen. olarak bilinen bu dönemde Hades dönemiGezegenimiz muhtemelen karbondioksit bakımından zengin bir atmosferle kaplanmış ve sık sık dünya dışı cisimler tarafından bombalanan cehennem gibi bir yerdi. Muhtemelen bunlardan biri Ay'ı yarattı.

Kabuğun olmamasına rağmen, günümüzde sınırlı sayıda kayanın ayakta kalması nedeniyle katı kayaların oluşmuş olması gerektiği anlaşılıyor. 4 milyar yıl kadar eski sağlam kayalar var Acasta Gneiss Kompleksi Kuzeybatı Kanada'da yer alan ve Dünya kökenli bilinen en eski materyaller 4.4 milyar yıllıktır. Avustralya'daki Jack Tepeleri'nde bulunan zirkon kristalleri (Doğa Geoscience 10 457). Çok daha yeni, “meta-tortul” kayaların içinde barındırılıyorlar.

Bu yeni araştırmada (Tabiat 618 531), araştırmacılar 3.9-3.3 milyar yıl önceki döneme ait Jack Hills zirkonlarının yanı sıra Güney Afrika'nın Barberton Greenstone Kuşağı'nda bulunan aynı döneme ait zirkonları incelediler. Liderliğinde John Tarduno ABD'deki Rochester Üniversitesi'nden araştırmacılar, başlangıçta zirkonların o dönemde Dünya'nın manyetik alanının durumu hakkında neler ortaya çıkarabileceğiyle ilgileniyorlardı. Bulgularının çok daha geniş anlamlara sahip olduğunu ancak daha sonra fark ettiler.

Hem Avustralya hem de Güney Afrika bölgelerinden gelen zirkon kristallerinin, oluştukları sırada Dünya'nın alanı tarafından mıknatıslanan, manyetit adı verilen, demir açısından zengin bir mineral kalıntıları içerdiği bulundu. Aradan milyarlarca yıl geçmesine rağmen, Dünya'nın antik manyetik alanıyla ilgili bu bilgi, bunca zaman boyunca zirkon kristallerinde kilitli kaldı. Aslında, Dünya'nın manyetik alanı bir dipol olduğundan (alan kuvveti enleme göre değişir), zirkon'un manyetit içeriği arasındaki kalan mıknatıslanmanın gücünü ölçmek, oluştuğu enlemi ortaya çıkarabilir.

Bir sonraki zorluk zirkon örneklerinin tarihlendirilmesiydi. Zirkon'un kristal yapısı, uygun bir şekilde, bilinen bir hızda yavaş yavaş kurşuna bozunan uranyumu da içerir. Araştırmacılar bu nedenle Tarduno'nun ekibinin ölçtüğü uranyumun kurşun oranından zirkon kristalinin yaşını hesaplayabildiler. seçici yüksek çözünürlüklü iyon mikroprobuveya KARİDES.

Bu çalışmanın kapsadığı 600 milyon yıl boyunca levha tektoniği mevcut olsaydı, zirkon kristallerinin levhalar hareket ettikçe çeşitli enlemlerde oluşmasını beklerdiniz. Bu da zirkon kristallerinin kaç yaşında olduklarına bağlı olarak çeşitli mıknatıslanma güçlerine sahip olacağı anlamına geliyor. Ancak Tarduno ve ekibi sürpriz bir şekilde çok farklı bir şey keşfettiler.

Hem Avustralya hem de Güney Afrika bölgelerinde mıknatıslanma gücü 3.9 ila 3.4 milyar yıl önce neredeyse sabit kaldı. Bu, her iki zirkon grubunun da değişmeyen enlemlerde oluştuğunu gösteriyor. Yani levha tektoniği henüz başlamamıştı. Araştırmacılar, bu sonucun nedeninin bir kısmının, son 600 milyon yılda levhaların ortalama olarak en az 8500 km enlemde hareket etmiş olması olduğunu açıklıyor. Ve bu son dönemde, iki levhanın aynı anda sabit enlemde kaldığına dair bir örnek hiçbir zaman görülmedi.”

Yani levha tektoniği henüz başlamamıştı. Araştırmacılar, Dünya'nın muhtemelen daha ilkel bir tektonik çeşitliliğine sahip olduğu sonucuna varıyor; bu tektonik, hâlâ bazı kimyasal geri dönüşümleri ve Dünya yüzeyindeki katı kayaların kırılmasını içeriyor.

Bugünkü levha tektoniği ile bu olay arasındaki önemli fark “durgun kapak” Tektonik biçiminin nedeni, ikincisinin yüzey boyunca yatay olarak hareket eden plakaları içermemesidir, bu da ısının verimli bir şekilde salınmasına olanak tanır. Bunun yerine, Dünya, kıta kabuğu olmayan, yükselen magma alanlarıyla ayrılmış kalın okyanus kabuğunun izole bölgeleriyle dolu, iltihaplı bir dünya olurdu (Şekil 1). Tarduno, "Belki de durgun kapak talihsiz bir isimdir, çünkü insanlar hiçbir şey olmadığını düşünebilirler" diyor. "Fakat elinizdeki şey, bu ilkel kabuğun ve litosferin tabanını ısıtabilecek malzeme bulutlarının yukarıya doğru çıkması."

Çalışma döneminin sonuna doğru (3.4-3.3 milyar yıl önce), zirkon kristallerinde gözlemlenen mıknatıslanma güçlenmeye başlıyor ve Tarduno, bunun levha tektoniğinin başlangıcını gösterebileceğini öne sürüyor. Bunun nedeni, dalma bölgelerinde Dünya'nın iç kısmına inen büyük kabuk dilimlerinin, mantonun daha hızlı soğumasına neden olmasıdır. Buna karşılık, bu süreç dış çekirdekteki konveksiyonun verimliliğini güçlendirebilir ve bu da daha güçlü bir jeomanyetik alan oluşmasına neden olabilir.

Erken yaşam için 'Goldilocks durumu' mu?

Bu çalışmanın ima ettiği gibi, temel yaşam tektonikten yaklaşık yarım milyar yıl önce zaten mevcut olsaydı, levha tektoniğinin olmadığı bir dünyada yaşamın nasıl hayatta kalabileceğine dair ilginç sorular ortaya çıkıyordu. Bu durgun kapak aşamasından kaynaklanan daha zayıf bir manyetik alan, Dünya yüzeyini, mevcut güçlü alanımızın bizi koruduğu kozmik radyasyona daha fazla maruz bırakabilirdi. Güneş rüzgarındaki enerjik protonlar daha sonra atmosferik parçacıklarla çarpışarak onları yükleyip enerjilendirerek uzaya kaçabilmelerini sağlayacak ve prensipte tüm gezegenin suyunu kaybedecek.

Ancak Tarduno, bu yeni çalışmada gözlemlenen nispeten zayıf manyetik alan kuvvetinin bile bir miktar koruma sağlayabileceğini söylüyor. Aslına bakılırsa, tektoniğin bu kaynayan, durağan formunun, tam teşekküllü levha tektoniğinde meydana gelebilecek çevresel koşullardaki çarpıcı değişimlerden bağımsız, ilkel yaşam için tam olarak uygun olan bir "Goldilocks durumu" yaratmış olabileceğini öne sürüyor.

Bu çok heyecan verici bir fikir çünkü tektoniğin durgun kapak formlarının güneş sistemimizde yaygın olduğu, Venüs ve Merkür'de var olduğu ve Mars'ta daha az dinamik bir formda olduğu düşünülüyor.

Araştırmayı geliştirmek için Tarduno'nun ekibi şimdi, daha geniş bir veri noktası yelpazesi sağlamak amacıyla başka konumlardaki benzer yaştaki zirkonları incelemeyi planlıyor. "Yaklaşımımız önceki çalışmalardan farklı çünkü bir hareket göstergemiz var" diyor. "Dünya tarihinin bu döneminden itibaren levha tektoniği hakkındaki tüm argümanlar, levha tektoniğinin ne olduğunun temel göstergesine değil, jeokimyaya dayanmaktadır."

Peter CawoodAvustralya'daki Monash Üniversitesi'nden bir yer bilimci olan bu konuyla ilgisi olmayan Tabiat Çalışma, Dünya'nın erken dönemlerine ilişkin daha fazla anlayışın, güneş sistemimizdeki yüzeyleri plaka tektoniği tarafından tekrar tekrar dönüştürülmeyen yerlerden gelebileceğini söylüyor. "Mars, Ay ve meteorlar onların erken dönem tarihlerine dair daha kapsamlı bir kayıt sağlıyor" diyor. "Bu cisimlerden alınan örnekler ve özellikle Mars'tan örnek iade görevlerinin potansiyeli, Dünya'nın erken dönemlerinde etkili olan süreçlere dair önemli yeni bilgiler sağlayabilir."

Dönem mi, olay mı? Antroposeni Tanımlamak

Bu cephede dev sıçramalar yaşanabilir Mars Örnek Dönüş GöreviAncak Cawood, ilk yaşamın gelişimi için belki de daha kritik bir sorunun, yaşam için bir ön koşul olan suyun Dünya'da tam olarak ne zaman ortaya çıktığı olduğunu düşünüyor. "Jack Hills zirkonları üzerinde oksijen izotopları kullanılarak yapılan önceki çalışmalar, en az 2027 milyon yıl öncesinden beri suyun var olduğunu gösteriyor" diyor.

Cawood'a göre bu araştırma, güneş sistemimizde ve ötesinde yaşam arayışına, hatta yaşamın neye benzediğine dair konseptimize bile yardımcı olabilir. "Eğer Dünya'da yaşam bu durgun kapak evresinde geliştiyse, o zaman belki de bu durum Mars'ta da meydana geldi. Eğer Dünya durgun bir kapak evresinde kalsaydı ve yaşam gelişmeye devam etseydi, bugün sahip olduğumuz biyosferden kesinlikle farklı görünürdü. Yani, Spock'ın Kirk'le konuşmasını başka bir ifadeyle ifade edersek: 'bu hayat Jim, ama bildiğimiz gibi değil'."

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. Otomotiv / EV'ler, karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• ChartPrime. Ticaret Oyununuzu ChartPrime ile yükseltin. Buradan Erişin.
• Blok Ofsetleri. Çevre Dengeleme Sahipliğini Modernleştirme. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/zircons-plate-tectonics-and-the-mystery-of-life/