Minerele minuscule ar fi putut modela primele granițe ale plăcilor Pământului

Primele rupturi în pielea timpurie a Pământului s-au format din cauza slăbiciunii mineralelor de rocă lățime de doar un milimetru, propun doi oameni de știință. Comportamentul mineralelor mici a creat granițe definind primele plăci crustale ale Pământului și a pregătit scena pentru tectonica plăcilor, conform unei noi simulari pe computer apărute pe 6 aprilie în Natură.

Tectonica plăcilor este specială pentru Pământ: scoarța planetei este împărțită în plăci gigantice, mobile. O placă se poate ciocni de o altă placă într-o zonă de defecțiune sau se poate scufunda sub una într-o zonă de subducție. Rezultatul poate fi un cutremur sau un vulcan. Acolo unde plăcile se despart, se formează o crustă nouă. Acest lucru se întâmplă, de exemplu, la ruptura din fundul mării de sub Oceanul Atlantic. Venus, aproape geamănul Pământului ca mărime și compoziție, poate că a avut cândva condițiile pentru a începe procesele tectonice a plăcilor, dar nu a făcut-o.

Oamenii de știință doreau de multă vreme să afle ce a făcut Pământul diferit de vecinii săi stâncoși și cum a început tectonica plăcilor. După ce planeta s-a format în urmă cu 4,5 miliarde de ani, măruntaiele ei s-au instalat într-un miez dens de fier înconjurat de o manta de rocă care curge încet. Mantaua aceea era învăluită de o piele mai tare deasupra, numită litosferă. Magma fierbinte se ridică, în timp ce crusta rece se scufundă, iar oamenii de știință cred că de la început, bucăți reci de rocă din litosferă s-au scufundat sau „picurat” periodic în mantaua caldă și agitată de dedesubt.

„Această picurare intermitentă ar fi cauzat daune în litosferă”, spune David Bercovici, geofizician la Universitatea Yale, care a creat noua simulare împreună cu geofizicianul Yanick Ricard de la Universitatea Lyon din Franța. Daunele mecanice recurente ar fi făcut ca mineralele care compun rocile de acolo să fie din ce în ce mai mici și din ce în ce mai ușor de măcinat. Oamenii de știință au folosit observații de laborator ale cristalelor milimetrice și submilimetrice pentru a modela comportamentul cristalelor din mineralele litosferice comune. Rezultatele sugerează că cristalele minuscule se deformează mai mult odată cu scăderea dimensiunii. Cu cât granulele minerale care formează rocile sunt mai mici, cu atât rocile sunt mai ușor deformate la o scară mai mare.

Din cauza deteriorării tot mai mari ale boabelor minerale, un coridor îngust de slăbiciune în litosferă ar deveni și mai slab odată cu picurarea suplimentară și daune mecanice. Bercovici compară pielea timpurie a Pământului cu o agrafă: „Îndoiți o agrafă suficient de des înainte și înapoi, va dezvolta suficiente crăpături și slăbiciune încât se va crăpa și se va rupe”.

Tensiunile mantalei de convecție ar fi început să rupă aceste puncte slabe litosferice, iar mișcarea ar crea proto-subducție, cred cercetătorii. Repetată intermitent pe o perioadă foarte lungă de timp, poate un miliard de ani, picurarea și ruperea s-ar putea „acumula suficient pentru a obține tectonica plăcilor”, sugerează Bercovici.

Cheia pentru viziunea modelului asupra tectonicii plăcilor este dacă mineralele din rocile litosferice au fost deteriorate sau „vindecate”, fuzionandu-se cu alte roci pentru a forma boabe mai mari. În cazul Pământului, acestea nu s-au vindecat: în zonele slabe, mineralele au continuat să se spargă în bucăți mai mici, conform modelului. Dar într-o simulare folosind Venus, care a avut întotdeauna o litosferă care este cu 200 până la 400 de grade Celsius mai caldă decât cea a Pământului, mineralele se vindecă și cresc.

Modelul prezintă un posibil scenariu pentru originile plăcilor tectonice, dar îi lipsește un mecanism pentru crearea unei noi litosfere, așa cum se întâmplă la ruptura din mijlocul Atlanticului, spune geochimistul Kent Condie de la New Mexico Tech din Socorro. „Nimeni nu a venit încă cu un răspuns satisfăcător despre cum a început tectonica plăcilor”, spune el. O problemă este lipsa înregistrărilor fizice din epocă: în afară de câteva zăcăminte antice, majoritatea rocilor care erau acum aproximativ 4-3 miliarde de ani s-au scufundat de mult în adâncime în Pământ, datorită tectonicii plăcilor.