این پدیده نهتنها باعث جابهجایی مداوم قارهها در طول زمان شده، بلکه نقشی حیاتی در حفظ شرایط لازم برای تداوم زیستپذیری زمین ایفا میکند. با این حال، زمین تنها سیارهٔ سنگی منظومهٔ شمسی است که تکتونیک صفحهای فعال دارد. این مسئله دربارهٔ عطارد و مریخ قابل توضیح است، زیرا این دو سیاره تکصفحهای هستند و به دلیل سرد شدن سریع درونیشان ــ که میلیاردها سال پیش رخ داده ــ تقریباً از نظر زمینشناسی غیرفعال شدهاند. اما وجود چنین تفاوتی میان زمین و زهره ــ «سیارهٔ خواهر» زمین ــ موضوعی رازآلود باقی مانده است.
تا امروز دانشمندان سیارهشناس نتوانستهاند توضیح دهند که چرا زهره نسبت به زمین از نظر زمینشناختی غیرفعال است. با این حال، یک تیم بینالمللی از پژوهشگران اخیراً در درک ما از سیارههای سنگی و چگونگی تکامل تکتونیکی آنها پیشرفت مهمی ایجاد کردهاند. این تیم، که به رهبری پژوهشگران دانشگاه هنگکنگ کار میکرد، با استفاده از مدلسازیهای عددی پیشرفته موفق شد شش رژیم تکتونیکی جداگانه را شناسایی کند. این پژوهش، چارچوبی نو برای طبقهبندی انواع تکتونیک سیارهای ارائه میدهد و ابزارهایی ارزشمند برای اکتشافات آیندهٔ سیارهای فراهم میکند.
این تیم علمی به رهبری دکتر تیانیانگ لیو، پژوهشگر پسادکتری، و با همکاری پروفسور من هوی لی و پروفسور گووچون ژائو از بخش علوم زمین و سیارهای دانشگاه هنگکنگ فعالیت کرده است. اعضای دیگر این تیم شامل پروفسور ماکسیم بالمر از دانشگاه کالج لندن (UCL)، دکتر یون جان از دانشگاه آزاد برلین، پروفسور ژونگ های لی از آزمایشگاه کلیدی مدلسازی عددی سامانهٔ زمین، و پروفسور بنجن وو از دانشگاه نانجینگ بودند. مقالهٔ مربوط به این پژوهش در نشریهٔ معتبر Nature Communications منتشر شده است.
تکتونیکها و نقش آنها در شکلدهی به سیارات
اعتبار: لیو و همکاران (۲۰۲۵).
رژیمهای تکتونیکی نحوهٔ تغییرشکل در مقیاس بزرگ در پوستهٔ یک سیاره و فرایندهای محرک آن را توضیح میدهند. این رژیمها تعیینکنندهٔ شکلگیری فعالیتهای زمینشناختی، تکامل درونی سیاره، میدان مغناطیسی و ترکیب جو آن هستند؛ عواملی که همگی نقش اساسی در زیستپذیری سیارات دارند.
برای نمونه، چرخهٔ بیپایان لیتوسفر زمین (پوسته و گوشتهٔ بالایی) بخش مهمی از چرخهٔ کربن زمین را شکل میدهد؛ از فعالیتهای آتشفشانی گرفته تا رسوبگذاری کربن در سنگهای کربناته. این چرخه باعث شده سطح دیاکسید کربن، که یک گاز گلخانهای کلیدی است، در جو زمین طی میلیونها سال پایدار بماند.
از سویی دیگر، میدان مغناطیسی زمین توسط فرایند دینامو در هستهٔ زمین ایجاد میشود؛ جایی که هستهٔ بیرونی مذاب نسبت به هستهٔ داخلی جامد در حال چرخش است. این میدان مغناطیسی بخش اعظم پرتوهای کیهانی را که با جو فوقانی برخورد میکنند، از رسیدن به سطح زمین بازمیدارد و از موجودات زنده محافظت میکند.
یکی از رازهای دیرپای علوم سیارهای این است که چرا زمین تکتونیک صفحهای فعال دارد اما زهره ندارد. با توجه به اینکه زهره از نظر اندازه، جرم و چگالی بسیار شبیه زمین است، سازوکاری که باعث توقف فعالیت زمینشناسی عطارد و مریخ شد، نباید دربارهٔ زهره نیز صدق کند.
چرا زمین پوستهٔ پویا دارد اما زهره نه؟
تکتونیک صفحهای زمین با رژیمی به نام «درپوش متحرک» شناخته میشود که با وجود رشتهکوهها، گسلها و مناطق فرورانش مشخص میشود. در این رژیم، چرخهٔ دائمی لیتوسفر ــ بالا آمدن پوسته در مرزهای واگرا و فرورفتن آن در مناطق فرورانش ــ همانند یک نوار نقالهٔ عظیم عمل میکند که سطح زمین را به طور پیوسته نوسازی میکند.
در سیاراتی که فعالیت تکتونیکی ندارند، دهانههای برخوردی و ویژگیهای سطحی میلیونها یا حتی میلیاردها سال دستنخورده باقی میمانند. در پژوهشهای گذشته، دانشمندان رژیمهای دیگری مانند «درپوش کُند» یا «درپوش نرم آذرین» را نیز پیشنهاد داده بودند.
اما اینکه این رژیمها چگونه با یکدیگر مرتبطاند و چگونه بر سیارات سنگی اعمال میشوند، برای زمینشناسان مبهم بود.
گام بزرگ پژوهشگران: شناسایی ۶ رژیم تکتونیکی
برای پاسخ به این پرسش، لیو و همکارانش تحلیل آماری جامعی از مدلهای همرفت گوشته انجام دادند تا فهرستی از رژیمهای تکتونیکی ممکن را ایجاد کنند. همانطور که لیو در بیانیهٔ مطبوعاتی دانشگاه هنگکنگ توضیح میدهد:
«از طریق تحلیل آماری حجم عظیمی از دادههای مدلسازی، توانستیم برای اولین بار شش رژیم تکتونیکی را بهصورت کمی شناسایی کنیم. این رژیمها شامل درپوش متحرک (مانند زمین امروزی)، درپوش ساکن (مانند مریخ)، و رژیم جدیدی است که ما آن را درپوش نرم-اپیزودیک نامیدهایم. این رژیم جدید با جابهجایی میان دو حالت فعالیت مشخص میشود و دیدگاه تازهای دربارهٔ گذار سیارات از حالت غیرفعال به فعال ارائه میدهد.»
حل چالش اساسی: اثر حافظهٔ زمینشناختی
اعتبار: لیو و همکاران (۲۰۲۵).
یکی از مشکلات بزرگ در مطالعهٔ فعالیت زمینشناختی پدیدهای به نام «هیسترزیس» یا اثر حافظه است. در این پدیده، وضعیت تکتونیکی یک سیاره نهتنها به شرایط کنونی، بلکه به تاریخچهٔ گذشتهٔ آن نیز وابسته است.
برای حل این مسئله، تیم پژوهشی نموداری جامع طراحی کرد که چگونگی گذار هر شش رژیم به یکدیگر را در طول سرد شدن تدریجی سیارات سنگی نمایش میدهد. این مدل نشان داد که مسیر تکامل تکتونیکی سیارات برخلاف تصور گذشته، نسبتاً قابل پیشبینی است، بهویژه هنگامی که لیتوسفر در طول زمان ضعیفتر میشود. بر اساس شواهد زمینشناسی، این همان چیزی است که در تاریخ زمین رخ داده است.
با سرد شدن لیتوسفر، این لایه شکنندهتر شد، شکاف برداشت و نهایتاً به تشکیل صفحات تکتونیکی و وضعیت کنونی زمین منجر شد. از آنجا که این فعالیت نقش مهمی در ایجاد شرایط مناسب برای شکلگیری و تداوم حیات داشته است، این نتایج سرنخی مهم دربارهٔ چگونگی و زمانبندی زیستپذیر شدن زمین ارائه میدهد.
توضیح تازه برای زهره
پژوهش جدید همچنین توضیح قانعکنندهای برای ویژگیهای زمینشناختی زهره ارائه میدهد. مدل تیم پژوهشگری نشان میدهد زهره احتمالاً در رژیمهایی مانند «درپوش نرم آذرین» یا «درپوش نرم-اپیزودیک» قرار دارد. در این رژیمها، لیتوسفر بهوسیلهٔ صعود ماگما تضعیف میشود و این فرایند باعث فعالیتهای آتشفشانی منطقهای و ناپیوسته میشود، نه فرایندهای جهانی و گسترده.
این یافته، نقش مهمی در بحث چند دههای دربارهٔ فعالیت آتشفشانی زهره دارد. در حالی که مدتها تصور میشد زهره کاملاً مرده و غیرفعال است، پژوهشهای اخیر شواهدی از وجود آتشفشانهای فعال ارائه کردهاند. پژوهش جدید از این یافتهها پشتیبانی میکند و نشان میدهد که حتی در نبود تکتونیک صفحهای، آتشفشانها میتوانند همچنان فعال بمانند.
به بیان دیگر، نتایج این مطالعه چارچوب نظری جدیدی فراهم میکند و حتی میتواند نقاط مناسب برای مشاهدات آیندهٔ مأموریتهای فضایی به زهره را مشخص کند.
همانطور که پروفسور بالمر توضیح میدهد:
«مدلهای ما همرفت گوشته را با فعالیت ماگمایی بهطور مستقیم پیوند میدهند. این امر به ما اجازه میدهد تاریخ زمین و وضعیت کنونی زهره را در چارچوبی نظری واحد بررسی کنیم و یک بنیان نظری کلیدی برای جستجوی سیارات مشابه زمین و ابرزمینها در بیرون از منظومهٔ شمسی فراهم آوریم.»