Historija Zemlje zapisana je na velikim pločama tektonskih ploča. Kretanje ploča oblikovalo je kopnene mase, formiralo okeane i stvorilo raznolike klime i staništa koja su postavila temelje za evoluciju i raznolikost života.
Međutim, ova velika priča počinje velikom misterijom: kada su kontinentalne i okeanske ploče počele da se kreću? Da li je litosfera počela da se kreće ubrzo nakon formiranja Zemlje prije 4,5 milijardi godina ili tek tokom posljednjih milijardu godina?
Nova studija harvardskih geonaučnika predstavlja najstariji direktni dokaz kretanja ploča prije 3,5 milijardi godina. Naučnici su otkrili da su kretanja ploča, iako ne nužno modernog tipa, oblikovala ranu historiju naše planete.
„Predložen je ogroman raspon perioda. Ova studija omogućava da kažemo da su se prije tri i po milijarde godina ploče kretale po površini Zemlje.“
Nova otkrića dolaze iz nekih od najstarijih očuvanih stijena na svijetu u regiji Pilbara u Zapadnoj Australiji, koja sadrži formacije iz arhaika, kada je Zemlja bila dom ranog mikrobnog života i kada su je intenzivno bombardovali astronomski objekti. Područje Pilbara sadrži dokaze o nekim od najranijih oblika života, uključujući stromatolitske i mikrobijalne naslage jednoćelijskih organizama poput cijanobakterija.
Profesor Rodžer Fu stručnjak je za paleomagnetizam, granu geofizike koja ispituje promjene u Zemljinom magnetnom polju radi rekonstrukcije rane historije planete. Prošle godine objavljen je rad o drevnom udaru meteorita na istoku Pilbare.
Pored otkrivanja svojstava Zemljinog magnetnog polja, paleomagnetizam se može koristiti i za praćenje kretanja ploča. Analizirajući magnetne signale drevnih mineralnih zrna, istraživači mogu utvrditi orijentaciju i geografsku širinu stijena u vrijeme njihovog formiranja – koristeći ih kao svojevrsne drevne GPS uređaje.
„Gotovo sve posebno u vezi sa Zemljom ima neku povezanost s tektonikom ploča“, rekao je Fu. „U jednom trenutku Zemlja je od još jedne planete u Sunčevom sistemu sa sličnim materijalima postala nešto jedinstveno. Smatra se da je tektonika ploča odigrala ključnu ulogu u tome.“
U novoj studiji istraživači su analizirali više od 900 uzoraka stijena prikupljenih sa više od 100 lokacija u području poznatom kao North Pole Dome.
Uzorci su više puta mjereni dok su zagrijavani na sve više temperature, do oko 590 stepeni Celzijusa, dok minerali magnetita nisu izgubili magnetizaciju. Postepeno zagrijavanje omogućava istraživačima da izdvoje magnetne signale iz različitih perioda historije stijene. Cjelokupna analiza trajala je oko dvije godine.
U feromagnetnim mineralima orijentacija elektrona djeluje poput igle kompasa koja pokazuje prema magnetnom polu. Ta orijentacija također daje informacije o položaju stijene na Zemlji u trenutku njenog nastanka, odnosno o njenoj geografskoj širini.
Analizirajući niz stijena iz perioda od 30 miliona godina nakon razdoblja prije 3,5 milijardi godina, naučnici su otkrili da se dio formacije istočne Pilbare pomjerio u geografskoj širini sa 53 na 77 stepeni, što znači kretanje od nekoliko desetina centimetara godišnje tokom miliona godina, uz rotaciju veću od 90 stepeni u smjeru kazaljke na satu. (Zbog povremenih obrta magnetnog pola, nije sigurno da li se to kretanje odvijalo na sjevernoj ili južnoj hemisferi.) Nakon oko 10 miliona godina, kretanje se usporilo, a potom je uslijedio period minimalnih pomjeranja.
Kako bi uporedili ove rezultate s drugim arhaičnim lokacijama, istraživači su analizirali i područje Barberton Greenstone Belt u Južnoafričkoj Republici. Ranija istraživanja pokazala su da se to područje nalazilo blizu ekvatora i da je bilo gotovo nepomično u istom vremenskom periodu. To ukazuje da su različite regije imale različite obrasce kretanja.
U savremenom svijetu, Sjevernoamerička i Evroazijska ploča udaljavaju se jedna od druge brzinom od oko 2,5 centimetra godišnje.
I dalje ostaje otvoreno pitanje kada i kako je Zemlja razvila današnji oblik tektonike ploča, koji geofizičari nazivaju „aktivnim poklopcem“. Postoje teorije o „stagnantnom poklopcu“ (jednoj neprekinutoj ploči), „sporom poklopcu“ (sporom kretanju ploča) i „epizodnom poklopcu“ (povremenom kretanju). Nova studija isključuje stagnantni model, ali ne daje konačan odgovor koji je bio najvjerovatniji.
„Vidimo kretanje tektonskih ploča, što znači da su postojale granice između njih i da litosfera nije bila jedna velika, neprekinuta cjelina, kao što se ranije mislilo“, navode istraživači. „Umjesto toga, bila je podijeljena na dijelove koji su se mogli kretati jedni u odnosu na druge.“
Otkriven je i najstariji poznati primjer geomagnetnog obrta, fenomena u kojem se Zemljino magnetno polje povremeno preokreće, pa bi kompas tada pokazivao jug umjesto sjevera.
Smatra se da ovaj fenomen nastaje zbog tzv. „dinamo efekta“, koji uključuje kretanje rastopljenog željeza u Zemljinom jezgru, stvarajući električne struje i magnetna polja. Posljednji takav obrt dogodio se prije oko 780.000 godina.
Novi dokazi ukazuju da su se prije 3,5 milijardi godina ti obrti dešavali rjeđe nego danas. Iako to nije konačan zaključak, sugeriše da je Zemljin magnetni sistem tada funkcionisao na nešto drugačiji način nego danas.