プレート テクトニクス - 継続的に、しかしゆっくりと地球の表面を再形成する世界的なフェイスリフト - は、明らかに私たちの惑星に固有のものです。少なくとも、太陽系の他の場所では発生しません。このプロセスは、火山、地震、および造山に関与しており、おそらく地球上で初期の生命を保護するのに役立ちます.しかし、何が原因で、いつ始まったのかについては、まだわかっていないことがたくさんあります。現在、新しい研究が 1 つの疑問を解決するのに役立つ可能性があります。それは、地球の硬い外殻、つまりリソスフェアがいつ、どのようにして最初にプレートに分割され、それらのグローバル ダンスが始まったのかということです。
地球の表面は絶えず再利用されているため、地球の最古の地質学的歴史の証拠はほとんどありません。しかし、地質学者にはいくつかの手がかりがあります。証拠の 1 つは、主に花崗岩に見られるジルコンと呼ばれる丈夫な結晶から得られます。花崗岩の形成には沈み込みが必要です。つまり、リソスフェア スラブがマントルに沈み込み、部分的に融解していわゆる花崗岩マグマが生成されます。古代のジルコンの存在そのものに基づいて、一部の地質学者は、沈み込みが少なくとも断続的に、約 40 億年前に発生したと推測しています。この主張を裏付ける他の証拠には、地球上で最も深い地点、太平洋のマリアナ海溝からの岩石シーケンスが含まれます。太平洋プレートがマントルに沈み込んでいる場所に形成された海溝には、地球上で最も初期の沈み込み帯から生じた可能性のある 44 億年前の溶岩が含まれています。
しかし、古代大陸地殻内の岩石集合から花崗岩のさまざまな化学成分の研究まで、他の豊富な地球化学的および地質学的データは、プレート テクトニクスが約 27 億年から 30 億年前に実際に地球規模になったことを示唆しています。その時までに、リソスフェアは、惑星の周りに固体のシェルを形成するのではなく、数十の厚いプレートに分かれていました.その下にあるマントルの循環によって、プレートは互いにすり抜けたり、引き離されたり、衝突したりしました。ジグソーは今のようには収まりませんでしたが、ピースはすでに動き回っていました.
この不一致はいくつかの激しい議論を引き起こしましたが、2 つの日付を一致させる方法があると、イェール大学の地球物理学者である David Bercovici は述べています。最も初期の「原始沈み込み」とプレートテクトニクスの完全な開始との間の数十億年のタイムラグは、プレート内の弱いゾーンのゆっくりとした骨の折れる発達によって説明できると彼は提案している.スラブがマントルに沈み込む際に岩が曲がり、せん断することによって生じる変形は、「傷跡、弱点を残す」。時間が経つにつれて、ゾーンは何度も何度も弱まり、ランナーの過度のストレスを受けた足首のように壊れてしまいました.
これらの弱いゾーンの発達と、それらがプレート境界にどのようにつながるかをよりよく理解するために、Bercovici とフランスのリヨン大学の地球物理学者 Yanick Ricard は、激しい変形下でリソスフェアの岩石にどのような損傷が起こるかを調査しました。リソスフェアの大部分を占める地球の上部マントルは比較的単純な混合物であり、主にカンラン石と輝石の 2 種類の岩石で構成されています。岩石の結晶が小さいほど変形しやすく、沈み込みの曲げやねじれの際に岩石にかかるせん断応力は、岩石を変成させて結晶サイズを小さくし、脆弱性を高める傾向があります。上部マントルの熱は、岩石内のカンラン石または輝石の結晶が再び大きくなる、つまり「治癒」するのに役立つかもしれませんが、2 つのタイプの岩石はスペースをめぐって競合しています。結晶が十分に損傷を受け、十分に小さくなると、Bercovici と Ricard は昨日 Nature でオンラインで報告しました。 、古代の弱さの継承がプレート境界になります。
このプロセスは、地球のプレート境界がしばらく休眠しているように見えるが、まだ進化していることを説明するだけでなく、地球のいわゆる双子の惑星である金星でさえもプレートテクトニクスが発生しない理由を浮き彫りにします。金星の表面は地球の表面よりも 400 度以上高温です。これらの極端な温度では、岩の結晶がより急速に成長し、境界が形成されないように自然治癒します。
小さな粒子を含むリソスフェアの弱いゾーンは、プレート テクトニクスを促進するのに重要であると長い間疑われてきましたが、この研究は、それらがどのように形成され、どのようにして「リソスフェアがこれらの弱いゾーンを地質学的に長い間『記憶』できるか」を初めて説明します。チューリッヒにあるスイス連邦工科大学の地球物理学者 Paul Tackley は言います。プレート テクトニクスがいつ始まったかに関係なく、この粒子サイズの縮小メカニズムは、地球の歴史の中で常にリソスフェアに弱いゾーンを引き起こすのに非常に重要だった可能性がある、と彼は付け加えた。
しかし、これがプレートテクトニクスの開始について提案されたさまざまな日付を本当に一致させるかどうかは、あまり明確ではないと Tackley は言います。初期の地球の研究者のモデルは非常に単純化されている、と彼は付け加えた:地球の内部の温度は何十億年も前にはるかに熱く、惑星は地表でより多くの火山活動とマントルでより多くの攪拌により、地質学的により「活動的」だった.そのため、時間の経過とともに弱いゾーンを成長させた均一な層ではなく、リソスフェアは「弱い部分と強い部分があり、常に不均一でした」。
