生命の出現にプレートテクトニクスは不要

ジルコンの磁化の研究から地殻を水平方向に動かすプレートテクトニクスは３９億年前の地球では起こってなかった。海水以外にも地表にある物質をマントルに送り込むので、地表の環境を整えるのに一役買ってると思われていた。単細胞生物が発生する時期にはプレートテクトニクスは無関係ということらしい。以下、機械翻訳。
生命の出現にプレートテクトニクスは不要
2023年 6月 14日
月を背景に宇宙から見た、アーティストによる地球の最上層を除去して下層のプレートテクトニクスを明らかにした図。プレートの日付:プレート テクトニクスには、地球の表面上の大きなプレートの水平方向の動きと相互作用が含まれます。新しい研究は、居住可能な惑星の形成に必要と考えられていた可動性プレートテクトニクスは、39億年前の地球では起こっていなかったということを示している。（ロチェスター大学イラスト／Michael Osadciw）
この発見は、地球上の生命の発達における可動プレートテクトニクスの役割に関するこれまでの仮定に矛盾する。
プレートテクトニクスとは何ですか? そしてなぜプレートは動くのでしょうか？
プレート テクトニクスは、地殻と上部マントルで構成されるリソスフェアと呼ばれる地球の硬い外層が、どのように移動して相互作用する一連のプレートで構成されているかを説明する理論です。これらのプレートは、地球の表面を形成するために組み合わされるジグソーパズルの大きなピースのようなものです。

海底は、地球のマントルからの溶けた岩石（リソスフェアの下にある熱い半固体の岩石の層）が上向きに流れ出す場所で形成されるプレートでできています。何億年もかけて、これらのプレートは冷えて厚くなり、最終的には沈み込み帯で地球のマントルに沈み込みます。この動きの重力によってプレートが移動して移動し、プレートテクトニクスの水平運動が引き起こされます。

この動きは非常にゆっくりですが、「速いプレートは爪が伸びるのと同じ速さで、1年に約10センチメートル動きます」とタルドゥーノ氏は言いますが、何百万年もかかると、その距離は数千キロメートルに達する可能性があります。

科学者たちは地球の初期の歴史の謎を解明するために時間を遡り、ジルコンと呼ばれる小さな鉱物結晶を使用して数十億年前のプレートテクトニクスを研究しました。この研究は初期の地球に存在していた状況に光を当て、地球の地殻、核、生命の出現の間の複雑な相互作用を明らかにしました。

プレートテクトニクスにより、地球の内部からの熱が地表に逃げ、大陸や生命の出現に必要なその他の地質学的特徴が形成されます。したがって、「プレートテクトニクスは生命にとって必要であるという仮定があった」とロチェスター大学の地球環境科学部で教鞭をとっているジョン・タルドゥノ氏は言う。しかし、新しい研究はその仮定に疑問を投げかけています。

ウィリアム・R・ケナン・ジュニア教授のタルドゥーノ氏は、 科学者たちが最初の生命の痕跡が地球上に現れたと信じている39億年前の時代のプレートテクトニクスを調査し、ネイチャー誌に掲載された論文の筆頭著者である。研究者らは、この時期には可動プレートテクトニクスが発生していないことを発見した。その代わりに、彼らは地球がいわゆる停滞蓋体制を通じて熱を放出していることを発見した。この結果は、プレートテクトニクスは地球上の生命を維持するための重要な要素ではあるが、生命が地球型惑星で誕生するための必須条件ではないことを示している。

「生命の誕生が最初に考えられたときにはプレート・テクトニクスは存在せず、その後何億年もプレート・テクトニクスは存在しなかったことがわかりました」とタルドゥーノ氏は言う。「私たちのデータは、生命が存在する系外惑星を探す場合、その惑星が必ずしもプレートテクトニクスを持っている必要はないことを示唆しています。」

ジルコンの研究からの予期せぬ回り道
研究者らはもともとプレートテクトニクスの研究を始めたわけではない。
「地球の磁場を研究していたため、私たちはジルコンの磁化を研究していました」とタルドゥノ氏は言います。
ジルコンは、ジルコンが形成されたときに地球の磁化を閉じ込めることが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。


仮想の磁力線を描いた差し込み接写のジルコン結晶。
長所とジルコン:研究者らは、南アフリカで収集された砂岩サンプル (上の写真) から収集されたジルコンを使用しました。挿入図は、結晶内の磁性粒子によって生成された仮想の磁力線を伴うジルコン結晶の顕微鏡写真を示しています。(ロチェスター大学の画像 / 写真：J. アダム・フェンスター / イラスト：マイケル・オサドチウ)

地球の磁場の強さと方向は緯度に応じて変化します。たとえば、現在の磁場は極で最も強く、赤道で最も弱くなります。ジルコンの磁気特性に関する情報があれば、科学者はジルコンが形成された相対緯度を推測できます。つまり、地球ダイナモ、つまり磁場を生成するプロセスの効率が一定で、磁場の強度が一定期間にわたって変化する場合、ジルコンが形成される緯度も変化するはずです。

しかし、タルドゥーノと彼のチームはその逆を発見した。彼らが南アフリカから調査したジルコンは、約39億年から34億年前の期間中に磁場の強さは変化していない、つまり緯度も変化していないことを示していた。

プレートテクトニクスにはさまざまな陸塊の緯度の変化が含まれるため、タルドゥーノ氏は「プレートテクトニクスの動きはおそらくこの時期には起こっておらず、地球が熱を除去していた別の方法があったに違いない」と述べている。

研究結果をさらに裏付けるものとして、研究者らは西オーストラリア州で調査したジルコンにも同じパターンを発見した。

「ジルコンが同じ大陸で形成されたと言っているわけではありませんが、同じ変わらない緯度で形成されたように見えます。これは、この時期にプレートテクトニクスの動きが起こっていなかったという私たちの主張を強化します」とタルドゥノ氏は言います。

停滞した蓋テクトニクス: プレートテクトニクスに代わる選択肢
地球は熱機関であり、プレートテクトニクスは最終的には地球からの熱の放出です。しかし、停滞した蓋テクトニクスは、地球の表面に亀裂をもたらし、熱を地球の内部から逃がして大陸やその他の地質を形成するもう一つの手段です。

「私たちのデータは、生命が存在する系外惑星を探す場合、その惑星が必ずしもプレートテクトニクスを持っている必要はないことを示唆しています。」
プレート テクトニクスには、地球の表面上の大きなプレートの水平方向の動きと相互作用が含まれます。タルドゥーノらは、過去6億年のプレートは平均して少なくとも緯度8,500キロメートル移動したと報告している。対照的に、停滞蓋テクトニクスは、活発な水平プレート運動がない場合に、地球の最外層がどのように停滞蓋のように振る舞うかを説明します。代わりに、惑星の内部が冷える間、外層は所定の位置に残ります。地球の深部内部で発生する溶融物質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。停滞した蓋のテクトニクスは、地球のマントルから熱を放出する点でプレート テクトニクス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、地表ですべてが死んだような惑星ではありませんでした」とタルドゥーノ氏は言う。「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、それらがプレートテクトニクスによって起こっただけではないことを示しています。生命の起源に適した条件を作り出すために、停滞した蓋のプロセスによって提供される少なくとも十分な地球化学的循環が存在しました。」

居住可能な地球の維持
プレートテクトニクスが起こることが知られている惑星は地球だけだが、金星のような他の惑星では蓋テクトニクスが停滞しているとタルドゥーノ氏は言う。

「人々は、金星で起こっていることから、蓋のテクトニクスの停滞によって居住可能な惑星は建設されないと考える傾向がありました」と彼は言う。「金星は住むにはあまり良い場所ではありません。圧倒的な二酸化炭素の大気と硫酸の雲があります。これは、熱が惑星の表面から効果的に除去されていないためです。」

プレートテクトニクスがなければ、地球も同様の運命をたどっていたかもしれません。研究者らは、34億年後すぐに地球上でプレートテクトニクスが始まった可能性があることをほのめかしているが、特定の日付に関して地質学界の意見は分かれている。

「長期的には、プレートテクトニクスは、熱を除去し、磁場を生成し、地球上に生物が生息できる状態を保つために重要であると私たちは考えています」とタルドゥーノ氏は言う。「しかし、最初と10億年後のデータは、プレートテクトニクスが必要ではなかったことを示しています。」

チームには米国の4つの機関とカナダ、日本、南アフリカ、英国の機関の研究者が含まれていた。この研究は米国国立科学財団から資金提供を受けました。

続きを読む
内核と外核を示す地球の断面図。地球はどうやって火星のような運命を避けたのでしょうか? 古代の岩には手がかりがある
古地磁気の研究は、地球の固体の内核が5億5千万年前に形成され、地球の磁場を回復したことを示唆しています。
月の形成を説明するために吊り下げられた模型惑星に囲まれた女性。衛星は、惑星が居住可能である理由を説明するのに役立つかもしれない
ロチェスター大学の科学者ミキ・ナカジマは、地球に似た惑星の探索において、月形成のコンピューターシミュレーションに目を向けます。
惑星知性の進化を示す 4 つのバージョンの地球の写真イラスト。惑星は独自の心をもつことができるのでしょうか?
ロチェスターの天体物理学者アダム・フランクは、生命が存在する惑星に独自の生命があるなら、独自の心も持つことができるだろうかと問います。

タグ: 地球環境科学科,ジョン・タルドゥーノ,研究成果,芸術科学部
カテゴリー:科学技術