Este posibil ca tectonica plăcilor să fi început cu 400 de milioane de ani mai devreme decât am crezut

Este posibil ca tectonica modernă a plăcilor să fi început încă de acum 3,2 miliarde de ani, cu aproximativ 400 de milioane de ani mai devreme decât credeau oamenii de știință. Aceasta, la rândul său, sugerează că mișcarea unor bucăți mari de scoarță terestră ar fi putut juca un rol în a face planeta mai primitoare pentru viață.

Geologul Alec Brenner de la Universitatea Harvard și colegii săi au măsurat orientările magnetice ale mineralelor purtătoare de fier din Bazaltul Honeyeater, un strat de rocă care s-a format între 3,19 miliarde și 3,18 miliarde de ani în urmă. Bazaltul face parte din Cratonul Pilbara de Est, un fragment străvechi de continent din Australia de Vest, care include roci vechi de 3,5 miliarde de ani.

Acest craton, au descoperit cercetătorii, era în mișcare între 3,35 miliarde și 3,18 miliarde de ani în urmă, plutind în jurul planetei cu o rată de cel puțin 2,5 centimetri pe an. Aceasta este o viteză comparabilă cu mișcările moderne ale plăcilor, informează echipa pe 22 aprilie Progresele științei.

Stratul de bazalt, care a burbunit sub formă de lavă și s-a întărit în timpul călătoriei, conține minerale purtătoare de fier care pot acționa ca semne mici indicând drumul către polii magnetici ai Pământului. În timp ce lava era încă topită, mineralele s-au rotit, orientându-se pentru a se alinia fie cu polul magnetic nord, fie cu polul sud. Urmărind schimbările de orientare în interiorul lavei, pe măsură ce s-a format mai mult bazalt în timpul călătoriei, cercetătorii au putut determina cât de repede se mișca cratonul.

Oamenii de știință au folosit de mult timp astfel de indicatoare magnetice păstrate pentru a reconstrui mișcările plăcilor, reluând pașii bucăților de continent aflate în derivă. Dar măcinarea și deplasarea constantă a plăcilor tectonice ale Pământului în ultimele câteva miliarde de ani au reluat suprafața Pământului de multe ori, lăsând puține aflorințe care sunt mai vechi de 3 miliarde de ani.

Bazaltul Honeyeater, totuși, este un sit rar, atât antic, cât și relativ nelucrat de metamorfism, căldura și presiunea de la care ar fi putut modifica mineralele și ar fi putut restabili orientarea lor magnetică. Echipa a examinat 235 de mostre de bazalt folosind un instrument numit microscop cuantic cu diamant care poate detecta urme de magnetism la scara micrometrică. Din aceste analize, cercetătorii au creat o hartă de înaltă rezoluție a orientărilor magnetice din rocă.

Pe baza hărții, echipa estimează că acum aproximativ 3,2 miliarde de ani, Cratonul Pilbara de Est se afla la o latitudine de aproximativ 45°, dar dacă nordul sau sudul nu este sigur, a spus Brenner pe 21 aprilie într-o conferință de presă video. Asta pentru că cercetătorii nu sunt siguri dacă polii magnetici ai Pământului la acea vreme erau în orientarea lor actuală sau inversați. Oricum, acest fragment de crustă antică s-a deplasat într-o mișcare treptată, constantă – un semn distinctiv al tectonicii moderne a plăcilor, spun cercetătorii. Astăzi, cratonul este situat la aproximativ 21° S, chiar la nord de Tropicul Capricornului.

În general, se crede că tectonica plăcilor a devenit un proces global bine stabilit pe Pământ nu mai devreme de aproximativ 2,8 miliarde de ani în urmă. Înainte de aceasta, interiorul Pământului era considerat a fi prea fierbinte pentru a se forma plăci reci și rigide la suprafață sau pentru a avea loc subducția profundă, în care o placă crustală se scufundă sub alta.

Un început mai devreme al tectonicii plăcilor ar avea implicații pentru evoluția vieții pe Pământ, a spus Brenner reporterilor. Nu este clar dacă procesul a fost în funcțiune când au apărut primele organisme unicelulare, care se crede că ar fi acum cel puțin 3,45 miliarde de ani, a spus el (SN: 17/10/18).

Dar este clar că tectonica plăcilor este în prezent strâns legată de biosferă, a adăugat el. Promovează reacții chimice între rocile odată îngropate și atmosferă, care pot modula clima planetei de-a lungul milioanelor până la miliarde de ani. „Astfel, dacă [plate
tectonics] s-a întâmplat pe Pământul timpuriu, aceste procese au jucat probabil un rol în evoluția vieții”, a spus Brenner.

Tectonica plăcilor activă, în stil modern, este cea mai probabilă explicație pentru date, spun cercetătorii. Dar ei recunosc că alte posibile explicații nu pot fi încă excluse, inclusiv un stil timpuriu, episodic, de adaptare și începere a plăcilor tectonice.

Unii cercetători au propus că, în timpul Eonului arhean, care a durat de la aproximativ 4 miliarde până la aproximativ 2,5 miliarde de ani în urmă, a existat un proces tectonic al proto-plăcilor în care bucăți de crustă s-au mișcat în accese și pornesc pe măsură ce planeta a început să se răcească după formarea sa. (SN: 4/9/12). Sedimentul erodat de pe primele continente ale Pământului ar fi putut, de asemenea, să fi ajutat la ungerea roților, pregătind scena pentru tectonica modernă a plăcilor (SN: 6/5/19).

Datele cercetătorilor ar putea susține mișcarea episodică mai degrabă decât graduală a plăcilor, poate ca un precursor al plăcilor tectonice moderne, spune Michael Brown, geolog la Universitatea din Maryland din College Park. Aceste date sugerează că, după explozia sa inițială de viteză, progresul Honeyeater Basalt a încetinit considerabil, de la 2,5 centimetri pe an la 0,37 centimetri pe an, spune el.

Încă nu este clar cât de similară ar fi putut fi tectonica proto-plăcilor cu procesul modern. „Știm prea puține pentru a răspunde la această întrebare cu încredere”, spune geofizicianul Stephan Sobolev de la Universitatea din Potsdam din Germania. Sobolev a sugerat anterior că, timp de aproximativ un miliard de ani în timpul Archeanului, tectonica plăcilor a avut loc la nivel regional: plăcile ar fi putut fi rupte de impacturi mari de meteoriți sau de penele puternice care se ridică din manta, generând celule regionale în care s-au format continente antice și blocuri mici de crusta subdusă.

O astfel de celulă regională ar fi putut forma Cratonul Pilbara de Est din Australia, sugerează Sobolev. Dar pentru ca acel fragment de continent antic să fi călătorit atât de departe atât de repede, spune el, „trebuie să fi fost implicată subducția la scară largă” – o posibilitate surprinzătoare pentru istoria timpurie a Pământului.