La tettonica a zolle potrebbe non essere una caratteristica permanente della Terra. Il processo che forma le montagne, suscita terremoti e spinge i continenti del pianeta a riorganizzarsi in modo così lento potrebbe porre fine a miliardi di anni in futuro, suggeriscono nuove simulazioni.
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"Da un po 'di tempo sappiamo che la tettonica a zolle è solo uno dei tanti stati tettonici in cui potrebbe trovarsi un pianeta", afferma Craig O'Neill, scienziato planetario della Macquarie University in Australia.
Pianeti come Marte e Mercurio si trovano in quello che viene chiamato uno stato di ristagno stagnante. L'involucro più esterno, chiamato litosfera, di questi pianeti è troppo spesso perché l'interno del pianeta si rompa e produca attività tettonica. Gli scienziati avevano ipotizzato che alla fine la Terra avrebbe raggiunto uno stato simile, ma le prove mancavano, dice O'Neill. "Semplicemente non abbiamo abbastanza pianeti per essere in grado di trarre delle conclusioni reali."
Quindi O'Neill e i suoi colleghi hanno iniziato a modellare l'evoluzione della Terra e vedere cosa potrebbe riservare il futuro per il nostro pianeta. Ma anche con i moderni supercomputer, non c'è abbastanza potenza di calcolo per simulare l'intera Terra tridimensionale su tutta la sua storia. Invece, il gruppo ha costruito una simulazione bidimensionale semplificata della Terra che modella l'evoluzione del pianeta dalla sua formazione 4, 5 miliardi di anni fa a oltre 5 miliardi di anni nel futuro. Anche allora, una sola corsa ha richiesto 3 settimane, osserva O'Neill.
Il modello semplificato consente al team di provare diversi punti di partenza per la prima temperatura terrestre, una variabile attualmente sconosciuta perché non abbiamo rocce dai primi 500 milioni di anni della storia del pianeta. "Una delle maggiori debolezze nella [nostra] comprensione dell'evoluzione della Terra a questo punto è che non sappiamo come sia effettivamente iniziata", afferma O'Neill.
Gli scienziati presumevano che il processo di accrescimento - quando piccoli frammenti del primo sistema solare si univano per formare un pianeta - era un processo abbastanza interessante, e che i pianeti si surriscaldavano solo dopo che gli elementi radioattivi nell'interno decadevano.
"In questi giorni, pensiamo che sia stata introdotta molta energia durante il processo di accrescimento", afferma. “Hai un sacco di grandi corpi che si schiantano l'uno contro l'altro. Generano molto calore attraverso l'impatto. ”E elementi radioattivi di breve durata, come l'alluminio-26 e il ferro-60, che non possono più essere trovati nel sistema solare, potrebbero aver riscaldato ulteriormente le cose.
Il team ha scoperto che lo stato iniziale del pianeta può influenzare notevolmente il suo ciclo di vita. Quando il pianeta nel modello ha iniziato a essere più fresco, ha rapidamente sviluppato la tettonica a zolle, perdendo la funzionalità dopo soli 10-15 miliardi di anni.
Ma una Terra più calda, che O'Neill ritiene sia più probabile, si traduce in un pianeta che è lento a sviluppare tettonica a zolle. Inizia in uno stato simile alla luna di Giove Io, che è coperta da vulcani attivi ma non ha placche tettoniche. Il modello mostra quindi un pianeta su cui la tettonica a zolle si accende e si spegne da 1 a 3 miliardi di anni. (Questo è un periodo di tempo per il nostro pianeta per il quale la documentazione geologica è discutibile e alcuni geologi, tra cui O'Neill, hanno concluso che esiste un caso valido per la tettonica intervallata durante questo periodo. "Vale la pena notare che non è del tutto concordato su ", dice.)
Le simulazioni mostrano una Terra che alla fine si assesta in miliardi di anni di tettonica a zolle prima di raffreddarsi abbastanza da farla finire, tra circa 5 miliardi di anni circa. "Ad un certo punto", dice O'Neill, "la Terra rallenterà e quella litosfera diventerà sempre più spessa al punto in cui è troppo forte e troppo spessa perché l'interno sia in grado di romperla più. ”
I ricercatori riportano le loro scoperte nel numero di giugno di Physics of the Earth and Planetary Interiors .
Le rocce "sono le cose migliori su cui dobbiamo fare affidamento per raccontarci del passato", afferma Bradford Foley, geodinamico della Carnegie Institution di Washington. E senza di loro, gli scienziati devono fare affidamento su modelli teorici. Ma ci sono molte incertezze che vengono incorporate in esse, osserva Foley. Ad esempio, il team di O'Neill avrebbe potuto ottenere risultati diversi se avesse utilizzato formule diverse che descrivono il modo in cui si formano le rocce. Nessuno dei modelli che vengono sviluppati oggi per descrivere l'evoluzione del pianeta è vicino al definitivo, dice Foley.
Ma tali modelli possono aiutare a esplorare cosa potrebbe essere successo sulla Terra, così come su altri pianeti nell'universo. La tettonica a zolle è importante per il ciclo del carbonio terrestre e aiuta a regolare la quantità di anidride carbonica nell'atmosfera. "Questo ciclo aiuta a mantenere il clima della Terra stabilizzato in una buona gamma temperata", osserva Foley. Questo è uno dei motivi per cui una volta gli scienziati hanno ipotizzato che un pianeta senza tettonica a zolle non potesse ospitare la vita, o almeno la vita complessa.
Altri fattori, come l'acqua liquida e la composizione dell'atmosfera di un esopianeta, possono anche giocare nell'abitabilità di un pianeta, osserva O'Neill. Quindi potrebbe essere possibile trovare la vita da qualche parte nell'universo su un pianeta che non si muove e trema come la Terra.
