Тектоника плит далёких планет

Наиболее известные планеты, двигающиеся по орбитам вокруг других звезд - массивные тела, большие чем Юпитер и вероятно состоящие главным образом из газа: не очень гостеприимные места для зарождения жизни. Однако за последние несколько лет, астрономы обнаружили несколько меньших планет, всего к в 10 раз больше Земли, которые, скорее всего имеют твёрдую, а не газообразную поверхность, и поэтому на них существует большая вероятность появления жизни.

 

Обсуждения существования жизни на этих, так называемых "суперземлях" («super-Earths»), часто сосредотачиваются на том, имеет ли планета жидкую воду, но Диана Валенсия (Diana Valencia), аспирант из Гарвардского университета в Кембридже, Массачусетс (Harvard University in Cambridge, Mass.), считает, что подвижность плит не менее важна. "Такие литосферные плиты позволяют планете иметь повторяющийся цикл, необходимый для регулирования температуры в геологическом масштабе времени" – рассказывает учёная. На Земле, единственной планете в солнечной системе с активной земной корой, этот процесс играет важную роль в круговороте углерода. После того как, вследствие вулканического извержения, углекислый газ выбрасывается в атмосферу, химические реакции запирают часть атмосферного углерода в осадочных отложениях, которые в конечном счете, возвращаются к мантии, благодаря подвижности плит. В конечном счете, этот процес ограничивает наращивание содержания парниковых газов в атмосфере, препятствуя перегреву Земли.

 

Поскольку Валенсия не могла непосредственно наблюдать эти отдаленные планеты, чтобы оценить возможность существования тектонических плит на них, она и ее коллеги смоделировали увеличенную версию Земли, чтобы пронаблюдать, как увеличение массы затрагивает мантийные теплогравитационные течения (конвекцию), которые на Земле, ответственны за производство силы, которая деформирует плиты и вызывает их горизонтальное движение - необходимые компоненты тектоники плит. "Эта модель распространяет земные процессы на планеты вокруг других звезд," - рассказывает Валенсия.

 

Результаты показывающие, что активность плит неизбежна на «суперземлях», были опубликованы командой 20 ноября 1997 года в американском журнале«TheAstrophysicalJournalLetters». По словам Валенсии, с увеличением массы планеты, ее мантия взбалтывается более энергично, что создаёт более мощные силы, направленные на деформацию плит, а также приводит к более тонким и, поэтому, более слабым плитам. Комбинация из более мощных сил и более слабых пластин подтверждает существование активности коры на других планетах.

Однако не все учёные согласны с этим. Вики Хансен (Vicki Hansen), геолог из Университета в Дулуте, Миннесота, США  (University of Minnesota at Duluth), не убеждена моделью Валенсии: "Эта модель чрезвычайно упрощена," -  говорит она, - частично потому, что в ней не учитывается сам процесс формирования плит. Сама концепция создания огромных, ломких, плотных участков коры, совсем не так проста как кажется". Модель Валенсии не рассматривает состав «суперземель», который, как считает Хансен, важен, так как не все горные породы имеют одинаковое поведение. Например, кора Земли сделана из ломких пород, которые ломаются или образовывают трещины или разломы в результате воздействия сил мантии. Она препологает, что планета может быть покрыта материалом, который вместо этого сгибается или течет, который, под воздействием силы, создал бы поверхность в виде губчатого полимера, делая невозможным движения плит.

 

Адриан Ленардик (Adrian Lenardic), учёный из Университета Риса в Хьюстоне, Техас («Rice University in Houston, Texas»), недавно смоделировавший процессы тектоники плит на «суперземлях» с Крэйгом О'нейлом (Craig O’Neill) из университета Маккуори в Сиднее, Австралия («Macquarie University in Sydney, Australia»), также настроен скептически. "Увеличение размера планеты не будет гарантировать стопроцентно наличие активности коры," - говорит он. "Есть и другие факторы, играющие важную роль. Одним из таких  фактором, является увеличение силы гравитации при увеличении размера."

В результате математического моделирования ( «GeophysicalResearchLetters», октябрь 2007), Ленардик и О'нейл обнаружили что действительно, при увеличении массы планеты, величина силы, производимой в мантии растёт, что подтверждает эту часть модели Валенсии. "Однако сила гравитации также растёт," - говорит Ленардик, "что в свою очередь увеличивает сопротивление плит." Так что, вместе с ростом деформирующих сил, растут и обратные силы, направленные так, чтобы держать плиты вместе.

 

Таким образом, в модели Ленардика и О'нейла,  большие планеты имеют  поверхности, которые действительно не перемещаются, так как кора слишком крепко связана с мантией. Однако это также могло произойти из-за старости планеты, парирует Валенсия. Со временем радиоактивный материал, который помогает нагревать планету и питает конвекцию мантии, распадается. Когда-нибудь, например, весь радиоактивный материал Земли распадётся и она больше не будет иметь активной коры. Ленардик и О'нейл в своей модели не учитывали возраст планет, поэтому все большие объекты рассматриваемые ими, могли быть старыми, что могло бы объяснить полученные результаты, рассказывает Валенсия.

 

Как считает Ленардик, вместо того, чтобы дать окончательный ответ, эти модели лишь показали, насколько сложна тектоника плит. Запуск этих симуляций в конечном счете поможет ученым лучше понимать условия, при которых может сформироваться активная кора, включая также то, как это произошло на Земле.