Yaşam, levha tektoniğinden değil, “durgun mantodan” doğdu

Rochester Üniversitesi’nde zirkon kristalleri kullanılarak yapılan bir araştırma, Dünya’da yaşamın ilk ortaya çıktığı dönemde tektonik plakaların hareketsiz olduğunu buldu. Bunun yerine, yüzey çatlaklarından ısı salan bir “durgun kapak” mekanizması çalışıyordu. Bu keşif, levha tektoniğinin yaşamın kökeni için gerekli olduğu şeklindeki geleneksel inanca meydan okuyor ve potansiyel olarak diğer gezegenlerde yaşam için gerekli koşullar hakkındaki anlayışımızı yeniden şekillendiriyor.

Bilim adamları, milyarlarca yıl önceki levha tektoniğini incelemek için zirkon adı verilen küçük mineral kristalleri kullanarak, Dünya’nın erken tarihinin gizemlerini çözmek için zamanda geriye yolculuk yaptılar. Araştırma, Dünya’nın erken dönemlerinde var olan koşullara ışık tutarak, Dünya’nın kabuğu, çekirdeği ve yaşamın ortaya çıkışı arasındaki karmaşık etkileşimi ortaya koyuyor.

Levha tektoniği, Dünya’nın iç kısmındaki ısının yüzeye çıkmasına izin vererek, yaşamın ortaya çıkması için gerekli olan kıtaları ve diğer jeolojik özellikleri oluşturur. Buna göre, Rochester Üniversitesi Yer ve Çevre Bilimleri Bölümü’nde profesör olan John Tarduno, “levha tektoniğinin yaşam için gerekli olduğu varsayımı vardı” diyor. Ancak yeni araştırma, bu varsayım hakkında şüphe uyandırıyor.

Tarduno, Jeofizik Profesörü William R. Dergide yayınlanan bir makalenin baş yazarı olan Keenan Jr. doğa Bilim adamlarının Dünya’da ilk yaşam izlerinin ortaya çıktığına inandıkları 3,9 milyar yıl önce levha tektoniğini inceleyin. Araştırmacılar, bu süre zarfında hiçbir hareketli tektonik plaka hareketinin meydana gelmediğini buldular. Bunun yerine, Dünya’nın durgun bir manto sistemi olarak bilinen şey yoluyla ısıyı serbest bıraktığını keşfettiler. Sonuçlar, levha tektoniğinin Dünya’daki yaşamın devamı için kilit bir faktör olmasına rağmen, Dünya benzeri bir gezegende yaşamın ortaya çıkması için bir koşul olmadığını göstermektedir.

Tarduno, “Yaşamın ilk ortaya çıktığı düşünüldüğünde levha tektoniği olmadığını ve bundan sonraki yüz milyonlarca yıl boyunca levha tektoniği olmadığını bulduk” diyor. “Verilerimiz, yaşamı barındıran dış gezegenleri ararken, gezegenlerin mutlaka levha tektoniğine ihtiyaç duymadığını gösteriyor.”

Zirkon çalışmasından beklenmedik dönüş

Araştırmacılar başlangıçta levha tektoniğini incelemek için yola çıkmadılar.

Tarduno, “Zirkonların manyetizasyonunu inceliyorduk çünkü Dünya’nın manyetik alanını inceliyorduk” diyor.

Zirkonlar, zirkonların oluştuğu sırada Dünya’nın manyetizasyonunu yakalayabilen manyetik parçacıklar içeren küçük kristallerdir. Araştırmacılar, zirkonları tarihlendirerek, Dünya’nın manyetik alanının gelişimini izlemek için bir zaman çizelgesi oluşturabilirler.

Dünyanın manyetik alanının gücü ve yönü enlemlere bağlı olarak değişir. Örneğin, mevcut manyetik alan kutuplarda daha güçlü ve ekvatorda daha zayıftır. Zirkonların manyetik özellikleri hakkında bilgi sahibi olan bilim adamları, zirkonların oluştuğu göreceli enlemleri çıkarabilirler. Yani, manyetik alanı oluşturan süreç olan jeodinamo’nun etkinliği sabitse ve alan şiddeti bir süre boyunca değişiyorsa, o zaman zirkonların oluştuğu enlem de değişmelidir.

Ancak Tarduno ve ekibi bunun tam tersini keşfetti: Güney Afrika’da inceledikleri zirkonlar, yaklaşık 3,9 ila 3,4 milyar yıl önce manyetik alan gücünün değişmediğini, yani enlemlerin de değişmediğini gösterdi.

Levha tektoniği, farklı kara kütleleri için enlem değişikliklerini içerdiğinden, Tarduno, “plaka tektoniği hareketlerinin bu süre zarfında meydana gelmemiş olması muhtemeldir ve Dünya’dan ısıyı uzaklaştırmanın başka bir yolu olmalı” diyor.

Bulgularını pekiştirmek için araştırmacılar, Batı Avustralya’da inceledikleri zirkonlarda aynı kalıpları buldular.

Tarduno, “Zirkonların aynı kıtada oluştuğunu söylemiyoruz, ancak aynı değişmeyen enlemde oluşmuş gibi görünüyorlar, bu da şu anda hiçbir levha tektoniği olmadığına dair argümanımızı güçlendiriyor” diyor Tarduno.

Durgun kapak tektoniği: levha tektoniğine bir alternatif

Dünya bir ısı motorudur ve levha tektoniği nihayetinde Dünya’dan ısı salınımıdır. Ancak, Dünya yüzeyinde çatlaklara neden olan manto tektonik durgunluğu, kıtaları ve diğer jeolojik özellikleri oluşturmak için ısının gezegenin içinden kaçmasına izin vermenin başka bir yoludur.

Plaka tektoniği, Dünya yüzeyindeki büyük plakalar arasındaki yatay hareketi ve etkileşimi içerir. Tarduno ve meslektaşları, ortalama olarak, son 600 milyon yıllık levhaların en az 8.500 kilometre (5.280 mil) enlemde hareket ettiğini bildirdi. Buna karşılık, durgun manto tektoniği, Dünya’nın en dış katmanının aktif yatay plaka hareketi olmadan nasıl durgun bir manto gibi davrandığını açıklar. Bunun yerine, gezegenin içi soğurken dış katman yerinde kalır. Dünyanın iç derinliklerinde yükselen büyük erimiş malzeme tüyleri, dış katmanın kırılmasına neden olabilir. Durgun manto tektoniği hareketi, Dünya’nın mantosundan ısı salmada tektonik levha hareketi kadar etkili değildir, ancak yine de kıtaların oluşumuna yol açar.

Tarduno, “Erken Dünya, yüzeyde her şeyin ölü olduğu bir gezegen değildi” diyor. Dünyanın yüzeyinde hâlâ bir şeyler oluyordu; Araştırmamız, bunların levha tektoniği yoluyla meydana gelmediğini gösteriyor. Yaşamın kökenine uygun koşulları üretmek için en azından durgun kapak işlemlerinin sağladığı jeokimyasal döngülere yeterince sahibiz.”

Yaşanabilir bir gezegeni korumak

Dünya, levha tektoniği yaşadığı bilinen tek gezegen olsa da, diğer gezegenler, örneğin[{” 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.