بلورهای باستانی نشان می‌دهند که تکتونیک صفحه زمین صدها میلیون سال زودتر از آنچه فکر می‌کردیم ایجاد شده است

تحقیقات جدید نشان می‌دهد که زمین‌ساخت صفحه‌ای که باعث زمین‌لرزه، ایجاد کوه‌ها و شکافتن قاره‌ها می‌شود، ممکن است زمانی شروع شده باشد که زمین در مراحل ابتدایی خود بوده است – بسیار زودتر از آنچه بسیاری از دانشمندان قبلاً تصور می‌کردند.

مطالعه جدید نشان می‌دهد که تکتونیک صفحه‌ای بیش از ۴ میلیارد سال پیش آغاز شده است – مدت زیادی پس از تشکیل سیاره ۴.۵ میلیارد سال پیش. در این عصر که به هادین معروف است، زمین تازه و داغ بود، با جوی آمونیاک و متان که با آب کافی آغشته شده بود تا در نهایت به اقیانوسی در سراسر سیاره متراکم شود. در طول این دوره، زمین به اندازه کافی سرد شد تا یک پوسته بیرونی جامد داشته باشد.

امروزه، این پوسته توسط حرکات سایشی صفحات تکتونیکی شکل می‌گیرد که بر روی گوشته گرم‌تر و متحرک‌تر زیر قرار می‌گیرند. اما هیچ کس به طور قطع نمی داند که این آرایش صفحه تکتونیک برای اولین بار از چه زمانی آغاز شد. پیش از این، محققان پیشنهاد می‌کردند که تقریباً به محض سرد شدن پوسته، از هادین شروع شد. برخی دیگر فکر می کنند که زمین ساخت صفحه حدود ۳.۲ میلیارد سال پیش آغاز شد، زمانی که ژئوشیمی برخی از تغییرات کلیدی را در ساختار پوسته آشکار می کند. دیگران استدلال می کنند که این پدیده حتی جدیدتر است و در چند میلیارد سال گذشته به شکل مدرن خود تکامل یافته است.

دانشمندان برای تعیین دقیق زمان شروع تکتونیک صفحه‌ای تلاش کرده‌اند، زیرا هیچ سنگی وجود ندارد که بیش از ۴ میلیارد سال قدمت داشته باشد، بنابراین تنها پنجره مستقیم به هادین از کریستال‌های کوچک و سختی به نام زیرکن می‌آید که قدیمی‌ترین آنها به ۴.۴ میلیارد سال باز می‌گردد. زیرمجموعه‌ای از آن‌ها که به نام زیرکون‌های نوع S شناخته می‌شوند، می‌توانند وجود تکتونیک صفحه‌ای را آشکار کنند. این زیرکن‌های خاص بلورهایی هستند که در سنگ‌های رسوبی روی خشکی تشکیل می‌شوند، سپس توسط تکتونیک به گوشته رانده می‌شوند و دوباره در گرانیت‌های دگرگونی ظاهر می‌شوند.

مشکل این است که زیرکون های نوع S را نمی توان به راحتی با یک ویژگی شناسایی کرد، بلکه با مجموعه ای کامل از مواد معدنی کمیاب قابل شناسایی است.

در مطالعه جدید که در ۱۸ تیر در ژورنال PNAS منتشر شد، محققان از یک مدل یادگیری ماشینی برای آسان‌تر کردن این کار استفاده کردند. دانشمندان ابتدا داده های مدل را از ۳۰۰ زیرکن با منشاء شناخته شده تغذیه کردند و سپس توانایی مدل را برای تعیین اینکه آیا ۷۴ زیرکن دیگر از نوع S هستند یا خیر، آزمایش کردند. با آموزش این مدل برای تمایز بین انواع زیرکون، تیم سپس آن را روی ۹۷۱ زیرکن جدید از جک هیلز استرالیا، جایی که اکثر قدیمی‌ترین زیرکن‌های روی زمین یافت می‌شود، اعمال کرد.

نتایج نشان داد که ۳۵ درصد از زیرکن های جک هیلز از نوع S بودند. برخی از اینها به ۴.۲ میلیارد سال پیش برمی‌گردند، که نشان می‌دهد تکتونیک صفحه‌ای سنگ‌ها را از پوسته به گوشته و دوباره در طول هادین جابجا می‌کرد.

این تحقیق اولین موردی نیست که به حرکت زمین ساختی بسیار باستانی اشاره می کند. آزمایشی در سال ۲۰۲۳ که سنگ‌ها را در دماهای بالا ذوب می‌کرد، نشان داد که قدیمی‌ترین پوسته قاره‌ای از فرورانش تشکیل شده است – فرآیند غواصی یک صفحه تکتونیکی در زیر صفحه دیگر. برخی از مطالعات حتی نشان می دهد که ممکن است قاره های اولیه در طول هادین وجود داشته باشد.

اما مطالعه جدید احتمالاً همه بحث ها را با هم سازگار نخواهد کرد. کریس هاکس‌ورث، ژئوشیمی‌دان دانشگاه بریستول که در مطالعه جدید شرکت نداشت، به مجله Science گفت: که نیروهای دیگر فراتر از تکتونیک صفحه‌ای، مانند برخورد شهاب‌های غول‌پیکر، می‌توانستند سنگ‌ها را بین پوسته و گوشته در روزهای اولیه زمین جابه‌جا کنند.