Die Plattentektonik ist möglicherweise kein permanentes Merkmal der Erde. Der Prozess, der Berge bildet, Erdbeben auslöst und die Kontinente des Planeten antreibt, sich ach so langsam neu zu ordnen, könnte in Zukunft Milliarden von Jahren enden, wie neue Simulationen nahe legen.
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„Wir wissen schon seit einiger Zeit, dass Plattentektonik nur ein Teil eines Spektrums von tektonischen Zuständen ist, in denen sich ein Planet befinden könnte“, sagt Craig O'Neill, ein Planetenwissenschaftler an der Macquarie University in Australien.
Planeten wie Mars und Merkur befinden sich in einem so genannten stagnierenden Deckelzustand. Die äußerste Hülle dieser Planeten, die als Lithosphäre bezeichnet wird, ist zu dick, als dass sich das Innere des Planeten auflösen und tektonische Aktivität erzeugen könnte. Wissenschaftler hatten angenommen, dass die Erde irgendwann einen ähnlichen Zustand erreichen würde, aber Beweise fehlen, sagt O'Neill. "Wir haben einfach nicht genug Planeten, um daraus echte Schlussfolgerungen zu ziehen."
Also machten sich O'Neill und seine Kollegen daran, die Entwicklung der Erde zu modellieren und zu sehen, was die Zukunft für unseren Planeten bedeuten könnte. Aber selbst bei modernen Supercomputern reicht die Rechenleistung nicht aus, um die gesamte dreidimensionale Erde in ihrer gesamten Geschichte zu simulieren. Stattdessen erstellte die Gruppe eine vereinfachte, zweidimensionale Simulation der Erde, die die Entwicklung des Planeten von seiner Entstehung vor 4, 5 Milliarden Jahren bis zu mehr als 5 Milliarden Jahren in die Zukunft modelliert. Sogar dann dauerte ein einzelner Lauf 3 Wochen, merkt O'Neill an.
Das vereinfachte Modell ließ das Team verschiedene Startpunkte für die Temperatur der frühen Erde ausprobieren, eine Variable, die derzeit unbekannt ist, da wir keine Gesteine aus den ersten 500 Millionen Jahren der Planetengeschichte haben. "Eine der großen Schwächen in unserem Verständnis der Erdentwicklung zu diesem Zeitpunkt ist, dass wir nicht wissen, wie es tatsächlich begann", sagt O'Neill.
Früher gingen die Wissenschaftler davon aus, dass der Prozess der Akkretion - als kleine Teile des frühen Sonnensystems zusammenklebten und einen Planeten bildeten - ein ziemlich cooler Prozess war und sich die Planeten erst später erhitzten, als radioaktive Elemente im Inneren zerfielen.
„Wir glauben, dass heutzutage während des Akkretionsprozesses ziemlich viel Energie eingebracht wurde“, sagt er. „Sie haben viele große Körper, die ineinander schlagen. Sie erzeugen beim Aufprall viel Wärme. “Und kurzlebige radioaktive Elemente wie Aluminium-26 und Eisen-60, die im Sonnensystem nicht mehr zu finden sind, haben möglicherweise die Wärme weiter erhöht.
Das Team stellte fest, dass der Ausgangszustand des Planeten seinen Lebenszyklus dramatisch beeinflussen kann. Als der Planet im Modell kühler wurde, entwickelte er schnell Plattentektonik und verlor das Merkmal nach nur 10 bis 15 Milliarden Jahren.
Aber eine heißere Erde, die O'Neill für wahrscheinlicher hält, führt zu einem Planeten, der nur langsam Plattentektonik entwickelt. Es beginnt in einem ähnlichen Zustand wie Jupiters Mond Io, der von aktiven Vulkanen bedeckt ist, aber keine tektonischen Platten hat. Das Modell zeigt dann einen Planeten, auf dem sich die Plattentektonik für 1 bis 3 Milliarden Jahre ein- und ausschaltet. (Dies ist ein Zeitraum für unseren Planeten, für den die geologischen Aufzeichnungen uneinheitlich sind, und einige Geologen, darunter O'Neill, sind zu dem Schluss gekommen, dass es in dieser Zeit starke Gründe für eine eingestreute Tektonik gibt.) auf ", sagt er.)
Die Simulationen zeigen eine Erde, die sich schließlich in Milliarden von Jahren Plattentektonik niederschlägt, bevor sie sich schließlich genug abkühlt, um zu enden - in weiteren 5 Milliarden Jahren oder so. "Irgendwann", sagt O'Neill, "wird die Erde langsamer und die Lithosphäre wird immer dicker, bis sie zu stark und zu dick ist, als dass das Innere sie noch brechen könnte." "
Die Forscher berichten über ihre Ergebnisse in der Juni-Ausgabe von Physics of the Earth und Planetary Interiors .
Gesteine „sind die besten Dinge, auf die wir uns verlassen können, um uns über die Vergangenheit zu informieren“, sagt Bradford Foley, Geodynamiker an der Carnegie Institution of Washington. Und ohne sie müssen sich Wissenschaftler auf theoretische Modelle verlassen. Aber es gibt eine Menge Unsicherheiten, die damit einhergehen, stellt Foley fest. Zum Beispiel hätte O'Neills Team unterschiedliche Ergebnisse erzielen können, wenn sie unterschiedliche Formeln verwendet hätten, die die Art und Weise beschreiben, wie sich Steine bilden. Keines der Modelle, die heute entwickelt werden, um die Entwicklung des Planeten zu beschreiben, ist definitiv, sagt Foley.
Solche Modelle können jedoch dazu beitragen, die Ereignisse auf der Erde und auf anderen Planeten im Universum zu untersuchen. Plattentektonik ist wichtig für den Kohlenstoffkreislauf der Erde und hilft, die Menge an Kohlendioxid in der Atmosphäre zu regulieren. „Dieser Zyklus trägt dazu bei, das Klima der Erde in einem angenehmen gemäßigten Bereich zu stabilisieren“, bemerkt Foley. Dies ist einer der Gründe, warum Wissenschaftler einst davon ausgegangen sind, dass ein Planet ohne Plattentektonik kein oder nur ein komplexes Leben aufnehmen kann.
Andere Faktoren, wie flüssiges Wasser und die Zusammensetzung der Atmosphäre eines Exoplaneten, könnten sich ebenfalls auf die Bewohnbarkeit eines Planeten auswirken, bemerkt O'Neill. So ist es möglich, irgendwo im Universum Leben auf einem Planeten zu finden, der sich nicht wie die Erde bewegt und zittert.
