آیو فعالترین جرم آتشفشانی منظومه شمسی است که ذخایر عظیم گرمای داخلی خود را از طریق فورانهای شدیدی که کل ماه را با حدود ۰.۴ اینچ (۱ سانتیمتر) گدازه در سال میپوشاند، دفع میکند. محققان امروز (۲۵ سپتامبر) در ژورنال نیچر گزارش دادند که زمین احتمالاً در دوران جوانی خود، قبل از اینکه سیاره به اندازه کافی سرد شود تا زمین ساخت صفحه شروع به کار کند، فاز مشابهی را پشت سر گذاشته است.
زمین از همجوشی بسیاری از سیارههای کوچک سنگی در حدود ۴.۵ میلیارد سال پیش شکل گرفت. این برخوردها گرمای زیادی ایجاد کرد، همانطور که جدایی بعدی هسته فلزی زمین و فروپاشی عناصر رادیواکتیو ایجاد شد. در نتیجه، زمین باستانی گرمای داخلی بسیار بیشتری نسبت به امروز داشت – به عقیده دانشمندان، شاید پنج تا ۱۰ برابر بیشتر. [عکس های شگفت انگیز از ماه مشتری Io]
با این حال، لیتوسفر سیاره – پوسته بیرونی سفت و سخت آن که از پوسته و گوشته بالایی تشکیل شده است – در آن روزهای اولیه نسبتاً ضخیم و خنک بود. به گفته محققان، اگر تکتونیک صفحه اصلی ترین وسیله برای دفع گرمای داخلی در آن زمان بود، به گفته محققان، اینطور نیست.
در عوض، زمین اولیه ممکن است بیشتر شبیه آیو عمل کرده باشد، جایی که گرما از طریق ‘لوله های’ آتشفشانی در مقادیر بسیار زیاد به سطح جریان می یابد. ماه به قدری توسط گرانش قدرتمند مشتری کشیده می شود که در حال حاضر حدود ۴۰ برابر بیشتر از زمین گرمای داخلی را منتقل می کند، علیرغم اینکه فقط ۳۰ درصد پهنای سیاره ما دارد.
ویلیام مور، سرپرست تیم تحقیق، از دانشگاه همپتون در این باره گفت: ‘لوله حرارتی [ایده] توضیح می دهد که با اجازه دادن به گرما از طریق لیتوسفر در مکان های خاص – لوله ها – که به بقیه لیتوسفر اجازه می دهد ضخیم، سرد و قوی باشد.’ ویرجینیا بنابراین شما می توانید با پیشنهاد این مکانیسم متفاوت انتقال گرما، پارادوکس را حل کنید.
جایگزین اصلی برای مدل لوله حرارتی که توسط مور و نویسنده همکار مطالعه الکساندر وب از دانشگاه ایالتی لوزیانا ساخته شده است، نسخهای از تکتونیک صفحهای است که در آن صفحات سنگسفری عظیم زمین به سادگی سریعتر حرکت کرده و گرمای بیشتری را مدتها پیش منتقل میکنند.
مور گفت، اما یک فضای داخلی داغتر احتمالاً سنگ مذاب بیشتری تولید میکند و صفحات ضخیمتر و شناورتری تولید میکند که خنک شدن آنها به اندازهای طول میکشد تا دوباره به گوشته زمین شیرجه بزنند.
مور میگوید: «تا حدودی بر خلاف شهود، هر چه چیزها داغتر میشوند، به نظر میرسد که تکتونیک صفحهای کندتر باید اجرا شود، و در واقع در انتقال گرما بدتر است». بنابراین مشکلات ژئوفیزیکی فقط با سرعت بخشیدن به تکتونیک صفحات وجود دارد.
بهعلاوه، سنگهایی که حدود ۳.۵ میلیارد سال پیش تشکیل شدهاند، شواهدی از دورههای آتشفشانی شدید و مداوم روی زمین که چند صد میلیون سال طول میکشد را حفظ میکنند. مور افزود که این ضربه دیگری در برابر استدلال زمین ساختی باستانی است.
او گفت: امروزه چنین چیزی را در هیچ کجای سطح زمین نمیبینید، زیرا تکتونیک صفحهای اجازه نمیدهد چیزی به مدت ۱۰۰ میلیون سال قبل از شروع به کوبیدن روی آن بنشیند.
به گفته مور، سیستم لولههای حرارتی احتمالاً از زمانی که سطح زمین جامد شد تا حدود ۳.۱ میلیارد سال پیش، زمانی که سیاره نسبتاً سریع به تکتونیک صفحهای روی آورد، مؤثر بوده است. (با سرد شدن زمین، مقدار آتشفشان به طور چشمگیری کاهش یافت، این ایده ادامه دارد؛ لیتوسفر سپس نازکتر و نازکتر شد تا اینکه در نهایت شکست و صفحاتی را تشکیل داد.)
تصور می شود که حیات حدود ۳.۸ میلیارد سال پیش در سیاره ما به وجود آمده است، بنابراین ممکن است در یک سیاره آتشفشانی باورنکردنی شکل گرفته باشد. مور گفت و این کاملاً منطقی است. [۷ نظریه در مورد منشاء حیات]
او گفت: ‘این تعامل بین سنگ های داغ و آب واقعا برای زندگی مفید است.’ هم انرژی حرارتی و هم انرژی شیمیایی را از سنگها آزاد میکند و هم مواد مغذی ضروری مانند فسفر و گوگرد را از فاز سنگ بیرون میکشد و آنها را در آب میگذارد.»
فرضیه جدید می تواند کاربردهایی بسیار فراتر از زمین داشته باشد. مور مشکوک است که هر سیاره سنگی در طول تکامل خود از یک فاز لوله حرارتی عبور می کند، که مدت زمان آن به اندازه آن بستگی دارد (زیرا جهان های بزرگتر نسبت به سیارات کوچکتر برای خنک شدن زمان بیشتری نیاز دارند).
اگر واقعاً اینطور باشد، پس زمین ساخت صفحه ممکن است نقش چندانی در سیارات به اصطلاح «ابر زمین» که تقریباً دو تا ۱۰ برابر زمین جرم دارند، بازی نکند. در چند سال گذشته، ستاره شناسان تعدادی ابر زمین را کشف کرده اند که ممکن است قادر به پشتیبانی از حیات باشند.
اگر سیاره ما به مدت ۱ میلیارد یا ۱.۵ میلیارد سال در فاز لوله حرارتی قرار داشته باشد، یک ابر زمین ‘ممکن است برای ۵ میلیارد سال یا حتی ۱۰ میلیارد سال در حالت لوله حرارتی قرار داشته باشد که با طول عمر ستاره اش قابل مقایسه است. ‘ مور گفت.
او افزود: «احتمالاً نباید انتظار داشته باشیم که این سیارات بزرگ زمینی [بیگانه] را در حالت صفحه زمین ساختی پیدا کنیم، بلکه باید آنها را در حالت لوله حرارتی با عمر طولانیتر پیدا کنیم.» بنابراین آنها بیشتر شبیه سوپر آیو خواهند بود تا ابر زمین.’
