Η Γη είναι ο μόνος πλανήτης που γνωρίζουμε με ηπειρωτικό φλοιό πλούσιο σε πυρίτιο. Ωστόσο, παρά τις δεκαετίες έρευνας, οι γεωλόγοι εξακολουθούν να διαφωνούν για το πώς σχηματίστηκαν οι ήπειροι.
«Οι ήπειροι άρχισαν να εμφανίζονται πριν από περίπου τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια — αυτό είναι το παλαιότερο ηπειρωτικό πέτρωμα που γνωρίζουμε», δήλωσε ο Τιμ Τζόνσον, γεωλόγος στο Πανεπιστήμιο Curtin στο Περθ της Αυστραλίας. «Η Γη είναι τεσσάρων δισεκατομμυρίων ετών, οπότε το γιατί άρχισαν να εμφανίζονται τότε είναι άγνωστο, όπως και ο μηχανισμός δημιουργίας αυτού του ηπειρωτικού φλοιού».
Η θεωρία των πλακών και οι θερμικές άνοδοι
Το πρόβλημα με τη μελέτη του σχηματισμού των ηπείρων είναι ότι τα γεωλογικά στοιχεία αυτής της διαδικασίας έχουν σχεδόν εξαφανιστεί. Τα παλαιότερα γνωστά ηπειρωτικά πετρώματα κρυσταλλώθηκαν πριν από περίπου 4,03 δισεκατομμύρια χρόνια, στο τέλος του Αιώνα Hadean (της πρώιμης περιόδου της Γης). Βασαλτικά πετρώματα ηλικίας 4,2 δισεκατομμυρίων ετών είναι εξαιρετικά σπάνια, ενώ μερικοί κρύσταλλοι ζιρκονίου φτάνουν πίσω στα 4,4 δισεκατομμύρια χρόνια. Πέρα από αυτά, δεν υπάρχει σχεδόν τίποτα.
Μία κυρίαρχη θεωρία υποστηρίζει ότι οι τεκτονικές πλάκες λειτουργούσαν ήδη κατά τον Hadean, με τον ηπειρωτικό φλοιό να σχηματίζεται πάνω από ζώνες καταβύθισης. Η άλλη υποστηρίζει ότι η πρώιμη Γη ήταν πολύ θερμή για άκαμπτες πλάκες, και ότι ο φλοιός σχηματίστηκε πάνω από θερμικές ανόδους από τα βάθη του πλανήτη — ένα φαινόμενο συγκρίσιμο με τις σταγόνες κεριού που ανεβαίνουν σε μια λάμπα λάβας.
Το πρόβλημα και με τις δύο ιδέες ήταν ότι η Γη, σύμφωνα με τα περισσότερα μοντέλα, φαινόταν πολύ ψυχρή για όλα αυτά. «Οι άνθρωποι προσπάθησαν να κατανοήσουν τον ενεργειακό προϋπολογισμό της Γης διαχρονικά και κανείς δεν μπορούσε να τον κάνει να ταιριάξει», είπε ο Τζόνσον. «Κανείς δεν μπορούσε γιατί δεν λάβαμε υπόψη την ενέργεια που έρχεται από το εξωτερικό της Γης».
Η σεληνιακή μαρτυρία
Ο λόγος που δεν γνωρίζουμε τι συνέβαινε στη Γη πριν από τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια είναι ότι οι τεκτονικές πλάκες ανακυκλώνουν αποτελεσματικά την επιφάνεια του πλανήτη πίσω στον μανδύα. «Ένα μέρος όπου γνωρίζουμε τι συνέβαινε τότε είναι η Σελήνη», εξήγησε ο Τζόνσον. «Έχουμε στείλει ανθρώπους εκεί. Έχουμε συλλέξει δείγματα. Διαθέτουμε τεράστιο όγκο δεδομένων υψηλής ποιότητας από τη Σελήνη».
Επειδή η Σελήνη δεν έχει τεκτονικές πλάκες, ο φλοιός της είναι ένα ενιαίο συμπαγές κέλυφος, γεμάτο κρατήρες πρόσκρουσης. Μετρώντας τους κρατήρες και βαθμονομώντας τους με σεληνιακά δείγματα, η ομάδα του Τζόνσον υπολόγισε πόσο συχνά μεγάλα σώματα χτυπούσαν τον κοντινότερο ουράνιο γείτονά μας.
«Μεταφέροντας αυτή τη ροή στο μεγαλύτερο μέγεθος και την ισχυρότερη βαρύτητα της Γης, γίνεται σαφές ότι ο πλανήτης πρέπει να χτυπήθηκε από χιλιάδες προσκρουστήρες διαμέτρου άνω των 10 χιλιομέτρων», ανέφερε ο Τζόνσον. Υπολογίζοντας την ενέργεια που παρέδωσε αυτός ο βομβαρδισμός, διαπίστωσαν ότι παρήγαγε τεράστια ποσά θερμότητας.
Η μεταφορά της θερμότητας
Η ομάδα επικεντρώθηκε στο πώς η κινητική ενέργεια κάθε πρόσκρουσης μετατρεπόταν τελικά σε θερμότητα. «Είναι τόσο απλό όσο η μετατροπή του μεγέθους και της ταχύτητας του προσκρουστήρα σε ενέργεια», εξήγησε ο Τζόνσον. Όταν ένα μεγάλο σώμα προσκρούει, μέρος της ενέργειας εξατμίζει ή λιώνει το πέτρωμα στο σημείο πρόσκρουσης. Αλλά το μεγαλύτερο μέρος διαδίδεται στον μανδύα, θερμαίνοντάς τον.
Αυτή η θερμότητα οδηγεί σε περισσότερη τήξη και βασαλτική ηφαιστειακή δραστηριότητα — μια διαδικασία που δεν διαρκεί λεπτά ή ώρες, αλλά δεκάδες ή και εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια. Όταν οι ερευνητές άθροισαν αυτές τις συνεισφορές, η θερμότητα από προσκρούσεις ξεπέρασε τη ραδιογενή και την πυρηνική θερμότητα για το μεγαλύτερο μέρος του Hadean κατά περίπου μία τάξη μεγέθους.
Τα γεωδυναμικά μοντέλα έδειξαν ότι ο φλοιός της Γης στον Hadean ήταν λεπτός και σε μεγάλο βαθμό τηγμένος στο υποέδαφος — λιγότερο από 5 χιλιόμετρα πάχος, με εκτεταμένη μερική τήξη να ξεκινά μόλις 2 με 3 χιλιόμετρα κάτω από την επιφάνεια. Στα 5 χιλιόμετρα βάθους, τα ποσοστά τήξης ξεπερνούσαν το 30%, πολύ πέρα από το σημείο όπου το πέτρωμα μπορεί να συγκρατηθεί ως συμπαγής πλάκα.
Σημείο καμπής
Η ροή προσκρούσεων δεν παρέμεινε υψηλή για πάντα. Μεταξύ 3,9 και 3,5 δισεκατομμυρίων ετών, είχε μειωθεί αρκετά ώστε οι εσωτερικές πηγές θερμότητας να κυριαρχήσουν. Ο ανώτερος μανδύας ψύχθηκε και ο λεπτός βασαλτικός φλοιός πάχυνε, φτάνοντας περίπου τα 30 χιλιόμετρα στις αρχές του Αρχαιοζωικού Αιώνα.
Αυτός ο παχύτερος, ψυχρότερος και πιο άκαμπτος φλοιός μπορούσε πλέον να υποστηρίξει τεκτονικές πλάκες. Την ίδια περίπου περίοδο εμφανίζονται τα πρώτα ηπειρωτικά πετρώματα στη γεωλογική καταγραφή. «Μόλις μπορέσετε να δημιουργήσετε παχύ φλοιό και λιθόσφαιρα μανδύα από κάτω, μπορείτε να αρχίσετε να χτίζετε ηπείρους», ανέφερε ο Τζόνσον.
Η ομάδα παραδέχεται ότι το επιχείρημα βασίζεται σε μοντέλα φυσικής και όχι σε δείγματα πετρωμάτων. Ελλείψει γεωλογικών αποδείξεων, ωστόσο, ο Τζόνσον θεωρεί δικαιολογημένη την εμπιστοσύνη στα μοντέλα. «Πρέπει να αρχίσουμε να λαμβάνουμε σοβαρά υπόψη τις προβλέψεις αυτών των μοντέλων, αντί να λέμε απλώς ότι δεν βρίσκουμε πετρώματα και να παρατάμε την προσπάθεια».
Παλαιότερα πετρώματα μπορεί να ανακαλυφθούν σύντομα. «Στη Ζώνη Πρασινολίθου Nuvvuagittuq στον Καναδά, μια ομάδα ερευνητών χρονολόγησε πρόσφατα ένα σκουρόχρωμο μαφικό πέτρωμα ηλικίας 4,2 δισεκατομμυρίων ετών», είπε ο Τζόνσον. «Γνωρίζω επίσης ότι μια άλλη ομάδα έχει βρει ένα πέτρωμα που μπορεί να είναι ακόμη παλαιότερο. Ελπίζω να μπορέσετε να διαβάσετε γι' αυτό τους επόμενους μήνες».