มองลึกเข้าไปในโลก: สิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ได้เรียนรู้เกี่ยวกับการพัฒนาของดาวเคราะห์

โลกเกิดขึ้นได้อย่างไร?

โลกถือกำเนิดขึ้นเมื่อประมาณ 4.567 พันล้านปีก่อนโดยการเพิ่มขึ้นจากดาวเคราะห์ก่อกำเนิด

ดิสก์, มวลก๊าซที่มีรูปร่างเป็นดิสก์, ฝุ่น,ที่เหลือจากการกำเนิดดวงอาทิตย์ซึ่งก่อให้เกิดระบบสุริยะ การกำจัดก๊าซจากภูเขาไฟทำให้เกิดบรรยากาศดึกดำบรรพ์ แต่แทบไม่มีออกซิเจนเลย และจะเป็นพิษต่อมนุษย์และชีวิตสมัยใหม่โดยทั่วไป

โลกส่วนใหญ่หลอมละลายเนื่องจากภูเขาไฟที่ยังคุกรุ่นและการชนบ่อยครั้งกับวัตถุอวกาศอื่น ๆ เชื่อกันว่าการชนครั้งใหญ่ครั้งหนึ่งทำให้เกิดการเอียงของแกนโลกและการก่อตัวของดวงจันทร์

เมื่อเวลาผ่านไปการทิ้งระเบิดในอวกาศดังกล่าวหยุดลงซึ่งทำให้ดาวเคราะห์เย็นลงและก่อตัวเป็นเปลือกแข็ง น้ำที่ส่งมายังโลกโดยดาวหางและดาวเคราะห์น้อยรวมตัวกันเป็นเมฆและมหาสมุทร ในที่สุดโลกก็มีความเอื้อเฟื้อต่อสิ่งมีชีวิตและรูปแบบที่เก่าแก่ที่สุดของโลกก็เสริมสร้างบรรยากาศด้วยออกซิเจน

Protoplanetary disk ตามที่ศิลปินเห็น

การก่อตัวของทวีปแรก

นักธรณีฟิสิกส์ได้ค้นพบสิ่งนั้นเมื่อประมาณ 3 พันล้านปีก่อนเปลือกโลกขยายตัวในช่วงที่มีการเติบโตอย่างรวดเร็ว เพียง 1.5 พันล้านปีหลังจากการก่อตัวของโลก นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าชั้นแมนเทิลซึ่งเป็นชั้นของหินซิลิเกตระหว่างเปลือกโลกกับแกนกลางชั้นนอกนั้นร้อนจัดมาก แมกมาซึมเข้าไปในเศษเปลือกโลกที่มีอายุมากกว่าที่อยู่ด้านบน ชิ้นส่วนเหล่านี้เป็นจุดเริ่มต้นสำหรับการเติบโตของทวีปสมัยใหม่

พบหลักฐานการเติบโตของดาวเคราะห์ในผลึกเพทายโบราณในตะกอนที่ด้านล่างของลำธารในกรีนแลนด์ ผลึกเซอร์โคเนียมซิลิเกตที่แข็งแกร่งมากเกิดขึ้นในช่วงการเติบโตที่กระฉูดเมื่อประมาณ 3 พันล้านปีก่อน

อาจมีหลายเหตุการณ์ในประวัติศาสตร์ของโลกในช่วงที่เปลือกโลกก่อตัวขึ้น แต่การฉีดทั่วโลกซึ่งเกิดขึ้นเมื่อ 3 ล้านปีก่อนถือเป็นหนึ่งในการฉีดที่ใหญ่ที่สุด

Chris Kirkland ศาสตราจารย์สาขาธรณีศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัย Curtin

ก่อนที่จะมีการก้าวกระโดดนี้เปลือกโลกโบราณของโลกบางและอ่อนแอกว่าในปัจจุบันมาก ในที่สุดมันก็สลายกลายเป็นเศษเปลือกไม้ซึ่งชิ้นใหม่สามารถเติบโตได้

ในขณะนั้นอุณหภูมิของเสื้อคลุมพุ่งสูงสุดเนื่องจากการสลายตัวของธาตุกัมมันตภาพรังสีเช่นยูเรเนียมและโพแทสเซียมในแกนโลก นอกจากนี้ยังทำให้อุณหภูมิและความร้อนตกค้างสูงขึ้นหลังจากที่ดาวเคราะห์ก่อตัวขึ้น นักวิจัยกล่าวว่าอุณหภูมิโลกกระตุ้นการเติบโตและเปลือกโลกยังคงบวมเป็นเวลาประมาณ 200 ล้านปี

ทวีปแรกเป็นอย่างไร?

นักธรณีวิทยาจากมหาวิทยาลัยโมนาชได้ให้ความกระจ่างเกี่ยวกับประวัติศาสตร์ยุคแรกของโลก: พวกเขาระบุว่าทวีปต่างๆอ่อนแอและมีแนวโน้มที่จะพังทลายในช่วงแรก ๆ

เราได้จำลองสภาพของโลกยุคแรกขึ้นมาอีกครั้งแบบจำลองเชิงตัวเลขของคอมพิวเตอร์และแสดงให้เห็นว่าการปล่อยความร้อนเริ่มแรกภายในซึ่งมากกว่าปัจจุบันสามถึงสี่เท่า ทำให้เกิดการหลอมละลายครั้งใหญ่ในบริเวณเนื้อโลกตื้น ซึ่งจากนั้นถูกขับออกมาเป็นแมกมา (หินหลอมเหลว) สู่พื้นผิวโลก

Fabio Capitanio แพทย์และผู้เขียนหลักของการศึกษาวิจัยนี้

ตามที่นักวิจัยระบุว่าเสื้อคลุมขนาดเล็กที่เหลือหลังจากกระบวนการนี้ถูกทำให้แห้งและแข็งตัวและก่อตัวเป็นฐานรากของทวีปแรก

ผลการดำเนินงานอธิบายว่าทวีปต่างๆ ก่อนหน้านี้อ่อนแอและมีแนวโน้มที่จะถูกทำลาย: ประมาณ 4.5 หรือ 4.0 พันล้านปีก่อน จากนั้นพวกเขาก็ค่อยๆ สร้างความแตกต่างและเข้มงวดมากขึ้นในพันล้านปีต่อจากนี้ และต่อมาได้ก่อตั้งแกนกลางของทวีปสมัยใหม่ของเรา

แบบจำลองเชิงปริมาณที่ใช้ในการศึกษานี้อธิบายถึงระดับของการหลอมละลายของแมนเทิลและโครงสร้างชั้นที่พบในหลุมอุกกาบาตส่วนใหญ่บนโลก

สิ่งนี้อธิบายถึงการเปลี่ยนแปลงจาก Hadeya ซึ่งเป็นใครครอบคลุมช่วง 500 ล้านปีแรกของประวัติศาสตร์โลก ซึ่งเป็นช่วงที่เปลือกโลกถูกนำกลับมาใช้ใหม่ทั้งหมด ไปจนถึงยุคอาร์เชียน (สี่ถึงสามพันล้านปีก่อน) ซึ่งเป็นช่วงที่ทวีปต่างๆ แข็งตัวเป็นครั้งแรก

การชนกันของโลกกับดาวเคราะห์ Theia ตามที่ศิลปินเห็น

อะไรหายไประหว่างการก่อตัวของโลก?

นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างแบบจำลอง  กัมมันตภาพรังสีหินโบราณของโลก: ทำให้เกิดคำถามกับแบบจำลองสมัยใหม่ของการก่อตัวของเปลือกโลก สันนิษฐานว่า  ทวีปต่างๆ ผุดขึ้นมาจากทะเลเร็วกว่าที่คิดไว้มาก แต่ถูกทำลายและไม่มีร่องรอยเหลืออยู่เลย 

นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยแอดิเลดได้เผยแพร่สองการศึกษาแบบจำลองของกัมมันตภาพรังสีของหินเป็นเวลาหลายพันล้านปี พวกเขาแสดงให้เห็นว่าเปลือกทวีปของโลกอาจหนาขึ้นเร็วกว่าที่แบบจำลองปัจจุบันแนะนำมากและทวีปอาจมีอยู่ย้อนกลับไปเมื่อสี่พันล้านปีก่อน

หากแบบจำลองของเราถูกต้องก็อาจเป็นเช่นนั้นจำเป็นต้องมีการแก้ไขความเข้าใจในหลายๆ ด้านเกี่ยวกับวิวัฒนาการทางเคมีและกายภาพของโลก รวมถึงอัตราการเติบโตของทวีป และอาจถึงการเริ่มเคลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลกด้วย 

ข้อความวิจัย

Hasterock และ Matthew Gard นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของเขารวบรวมตัวอย่างทางธรณีเคมีของหินอัคนี (เช่นหินแกรนิต) จำนวน 75,800 ตัวอย่างเชื่อว่าก่อตัวขึ้นกับทวีปแรก พวกเขาประมาณกัมมันตภาพรังสีในหินเหล่านี้ในปัจจุบันและสร้างแบบจำลองของกัมมันตภาพรังสีเฉลี่ยตั้งแต่สี่พันล้านปีก่อนจนถึงปัจจุบัน

นักวิทยาศาสตร์อธิบายว่าทุกสายพันธุ์ประกอบด้วยกัมมันตภาพรังสีตามธรรมชาติที่ก่อให้เกิดความร้อนและทำให้อุณหภูมิในเปลือกโลกสูงขึ้น มันแตกตัวและยิ่งหินมีกัมมันตภาพรังสีมากเท่าไหร่ก็ยิ่งสร้างความร้อนมากขึ้นเท่านั้น

หินมักเกี่ยวข้องกับเปลือกโลกมีกัมมันตภาพรังสีสูงกว่าหินในมหาสมุทร หินที่มีอายุสี่พันล้านปีจะมีกัมมันตภาพรังสีประมาณสี่เท่าในปัจจุบัน

แต่นักวิจัยพบปัญหาการขาดแคลนที่ไม่คาดคิดระดับกัมมันตภาพรังสีในหินที่มีอายุมากกว่าสองพันล้านปี เมื่อพวกเขาปรับการผลิตความร้อนที่สูงขึ้นเนื่องจากกัมมันตภาพรังสีที่สูงขึ้นที่ควรจะมีอยู่การขาดดุลก็หายไป

นักวิทยาศาสตร์คิดว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากมีกัมมันตภาพรังสีสูงและอุณหภูมิสูง: หินละลายหรือถูกทำลายได้ง่ายจากการเคลื่อนตัวของเปลือกโลก 

โมเดลสมัยใหม่บอกว่าทวีปต่างๆโผล่ออกมาจากมหาสมุทรในขณะที่เปลือกโลกหนาตัวขึ้น ผู้เขียนเชื่อว่าเปลือกโลกทวีปจำนวนมากถึงแม้จะไม่เสถียรมากอาจมีอยู่ก่อนหน้านี้มาก 

ความเชื่อมโยงระหว่างสิ่งมีชีวิตบนโลกและการเคลื่อนที่ของทวีป

งานวิจัยใหม่จากมหาวิทยาลัยเท็กซัสออสตินแสดงให้เห็นถึงความเชื่อมโยงที่เป็นไปได้ระหว่างสิ่งมีชีวิตบนโลกกับการเคลื่อนตัวของทวีป การค้นพบนี้ชี้ให้เห็นว่าตะกอนซึ่งมักประกอบด้วยชิ้นส่วนของสิ่งมีชีวิตที่ตายแล้ว อาจมีบทบาทสำคัญในการกำหนดความเร็วของการเคลื่อนตัวของทวีป

การศึกษาอธิบายถึงวิธีการฝากเงินการเคลื่อนที่ภายใต้แผ่นเปลือกโลกหรือการย่อยสลายใต้พวกมันสามารถควบคุมการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลกและยังส่งผลต่อการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของเทือกเขาและการเติบโตของเปลือกโลก

ตะกอนก่อตัวขึ้นเมื่อลม น้ำ และน้ำแข็งกัดเซาะหินที่มีอยู่ หรือเมื่อเปลือกและโครงกระดูกของสิ่งมีชีวิตขนาดเล็ก เช่น แพลงก์ตอน สะสมอยู่บนพื้นทะเล

เป็นที่รู้กันมานานแล้วว่าตะกอนจะตกลงไปเป็นโซนต่างๆการมุดตัวส่งผลกระทบต่อกิจกรรมทางธรณีวิทยา เช่น ความถี่ของแผ่นดินไหว แต่จนถึงขณะนี้เชื่อกันว่ามีผลเพียงเล็กน้อยต่อการเคลื่อนที่ของทวีป เนื่องจากคิดว่าอัตราการมุดตัวจะขึ้นอยู่กับความแข็งแรงของแผ่นมุดตัว

การเคลื่อนไหวของทวีปขับเคลื่อนด้วยการแช่จานหนึ่งอยู่ใต้อีกจานหนึ่งดังนั้นความเร็วในการเคลื่อนที่ของมันขึ้นอยู่กับความแข็งแรงของส่วนของแผ่นเปลือกโลกซึ่งพุ่งเข้าไปในเปลือกโลก (และพลังงานที่ต้องใช้ในการโค้งงอ) แต่ตะกอนมีผลเพียงเล็กน้อย

อย่างไรก็ตาม ช่วงต้น  การวิจัยที่เกี่ยวข้องนักวิทยาศาสตร์ UTIG ได้แสดงให้เห็นว่าแผ่นมุดตัวอาจอ่อนลงและไวต่ออิทธิพลอื่นมากกว่าที่คิดไว้ก่อนหน้านี้ สิ่งนี้ทำให้นักวิจัยมองหากลไกอื่นที่อาจส่งผลต่อความเร็วของแผ่นเปลือกโลก

พวกเขาประเมินว่าหินประเภทต่างๆอาจส่งผลต่อส่วนต่อประสานของเพลต - ขอบเขตที่เพลตที่มุดตัวมาบรรจบกัน การสร้างแบบจำลองต่อมาแสดงให้เห็นว่าหินตะกอนสามารถสร้างเอฟเฟกต์การหล่อลื่นระหว่างแผ่นเปลือกโลกได้ ดังนั้นมันจะเร่งการมุดตัวและเพิ่มความเร็วของแผ่นเปลือกโลก

กลไกนี้สามารถทำให้เกิดการเคลื่อนไหวที่ซับซ้อนได้ห่วงข้อเสนอแนะ เมื่อความเร็วของแผ่นเพิ่มขึ้น ตะกอนก็จะมีเวลาสะสมน้อยลง ดังนั้นปริมาณตะกอนที่มุดตัวจะลดลง

สิ่งนี้นำไปสู่การย่อยที่ช้าลงซึ่งอาจปล่อยให้ภูเขาเติบโตที่ขอบเขตแผ่นเปลือกโลกเนื่องจากแรงของแผ่นเปลือกโลกสองแผ่นชนกันทำให้เกิดการเพิ่มขึ้น ในทางกลับกันการพังทลายของภูเขาเหล่านี้โดยลมน้ำและแรงอื่น ๆ สามารถนำไปสู่การก่อตัวของตะกอนมากขึ้นซึ่งจะย้อนกลับไปยังเขตการย่อยสลายและกลับสู่วัฏจักรอีกครั้งเพิ่มอัตราการมุดตัว

อ่านเพิ่มเติม:

การทำแท้งกับวิทยาศาสตร์: จะเกิดอะไรขึ้นกับเด็กที่จะคลอด

นักวิทยาศาสตร์ได้เสนอให้ตั้งรกรากดาวเทียมของเซเรส

ดูสายฟ้าที่หายากที่สุด: เครื่องบินเจ็ทสีน้ำเงินและเอลฟ์ที่นำมาจากสถานีอวกาศนานาชาติ