命はプレート構造論ではなく「停滞したふた」から生まれました。

ジルコンの決定を使用したロチェスター大学の研究によると、地球に生命が最初に登場した期間にプレート構造論が活動していないことがわかりました。 代わりに、「停滞したふた」メカニズムが機能し、表面亀裂を通して熱を放出しました。 この発見は、プレート構造論が生命の起源に不可欠であるという伝統的な信念に挑戦し、潜在的に他の惑星の命に必要な条件についての私たちの理解を再構築します。

科学者たちは、数十億年前にプレート構造論を研究するために、ジルコンと呼ばれる小さな鉱物結晶を使用して、地球の初期の歴史の謎を解くために時間をさかのぼりました。 この研究は、初期の地球に存在していた条件を明らかにし、地球の知覚、核、生命の出現の間の複雑な相互作用を明らかにします。

プレート構造論は地球内部の熱を表面に放出し、大陸と生命体が出現するのに必要な他の地質学的特徴を形成します。 したがって、ロチェスター大学の地球環境科学科で教えるジョン・タドゥノは「版構造論が生命体に必要だという仮定がありました」と述べています。 しかし、新しい研究はその仮定に疑問を提起する。

ウィリアム・R・ケナン、Jr. 地球物理学の教授であるTardunoは、ジャーナルに掲載された論文の主な著者です。 自然 科学者たちが地球に生命の最初の痕跡が現れたと信じる39億年前の版構造論を調べます。 研究者らは、この期間中にモビリティプレート構造論が発生しないことを発見しました。 代わりに、彼らは地球が停滞したカバーエリアとして知られているものを通して熱を放出していることを発見しました。 結果は、プレート構造論が地球上の生命を維持する上で重要な要素であるが、地球のような惑星で生命が発生するのに必要な条件ではないことを示している。

タルドゥーノ氏は、「私たちは、生命が最初に起きたと思ったときに、プレート構造論がなく、その後何億年もプレート構造論がなかったことを発見しました」と語った。 「私たちのデータは、生命体を持つ地球外惑星を探すときに惑星が必ずしもプレート構造を持つ必要はないことを示唆しています。」

ジルコン研究で予想外のバイパス

研究者たちはもともとプレート構造論を研究し始めなかった。

「私たちは地球の磁場を研究していたので、ジルコンの磁化を研究していました」とTardunoは言います。

ジルコンは、ジルコンが形成されるときに地球の磁化をロックできる磁性粒子を含む小さな結晶です。 ジルコンの年代を測定することで、研究者は地球の磁場の発達を追跡するタイムラインを構築できます。

地球の磁場の強度と方向は緯度によって異なります。 たとえば、現在の磁場は極で最も強く、赤道で最も弱いです。 ジルコンの磁気特性に関する情報で武装した科学者は、ジルコンが形成された相対緯度を推論することができます。 つまり、磁場を生成する過程であるジオダイナモの効率が一定で磁場の強度が一定期間変化する場合、ジルコンが形成される緯度も変わらなければなりません。

しかし、タルドゥーノと彼のチームはその反対を発見した。 彼らが南アフリカで研究したジルコンは、約39億年から34億年前の間、磁場の強さは変化せず、緯度も変わらなかったことを意味します。

板構造論には様々な土地の緯度の変化が含まれているため、Tardunoは「この期間中に板構造論運動が発生しなかった可能性が高く、地球が熱を除去する別の方法があったにちがいない」と述べています.

研究結果をさらに強化し、研究者たちは西オーストラリアで研究したジルコンでも同じパターンを発見しました。

Tardunoは、「我々は、ジルコンが同じ大陸で形成されたと言うのではなく、同じ緯度で形成されているように見えます。

停滞した蓋構造論：プレート構造論の代替

地球は熱機関であり、プレート構造論は最終的に地球から熱を放出することです。 しかし、地球の表面に亀裂を引き起こす停滞した蓋構造は、惑星の内部から熱を逃がして大陸と他の地質学的特徴を形成するための別の手段です。

版の構造論は地球の表面の大きい版の水平移動および相互作用を含んでいます。 Tardunoと彼の同僚は、平均して、過去6億年間のプレートが緯度から少なくとも8,500km（5280マイル）移動したと報告しています。 これとは対照的に、停滞した蓋構造論は、地球の最外層が積極的な水平板運動なしでどのように停滞した蓋のように振る舞うかを説明します。 代わりに、惑星の内部が冷えている間、外層はその場に残ります。 地球の深い内部で発生する溶融材料の大きなプルームは、外層に亀裂を引き起こす可能性があります。 停滞した蓋構造論は、地球のマントルから熱を放出するのに板構造論ほど効果的ではありませんが、それでも大陸の形成につながる可能性があります。

「初期の地球は表面のすべてが死んだ惑星ではなかった」とTardunoは言います。 「地球の表面ではまだ物事が起こっていました。 私たちの研究は、それらがプレート構造論を通して起こらなかったことを示しています。 私たちは、少なくとも生命の起源に適した条件を作り出すために、停滞したふたプロセスによって提供される十分な地球化学的循環を持っていました。

居住可能な惑星を維持

地球はプレート構造論を経験することが知られている唯一の惑星ですが、次のような他の惑星は[{” attribute=””>Venus, experience stagnant lid tectonics, Tarduno says.

“People have tended to think that stagnant lid tectonics would not build a habitable planet because of what is happening on Venus,” he says. “Venus is not a very nice place to live: it has a crushing carbon dioxide atmosphere and sulfuric acid clouds. This is because heat is not being removed effectively from the planet’s surface.”

Without plate tectonics, Earth may have met a similar fate. While the researchers hint that plate tectonics may have started on Earth soon after 3.4 billion years, the geology community is divided on a specific date.

“We think plate tectonics, in the long run, is important for removing heat, generating the magnetic field, and keeping things habitable on our planet,” Tarduno says. “But, in the beginning, and a billion years after, our data indicates that we didn’t need plate tectonics.”

Reference: “Hadaean to Palaeoarchaean stagnant-lid tectonics revealed by zircon magnetism” by John A. Tarduno, Rory D. Cottrell, Richard K. Bono, Nicole Rayner, William J. Davis, Tinghong Zhou, Francis Nimmo, Axel Hofmann, Jaganmoy Jodder, Mauricio Ibañez-Mejia, Michael K. Watkeys, Hirokuni Oda and Gautam Mitra, 14 June 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-023-06024-5

The team included researchers from four US institutions and institutions in Canada, Japan, South Africa, and the United Kingdom. The research was funded by the US National Science Foundation.