پژوهش جدید میتواند دلیل اینکه زمین تکتونیک فعال دارد اما ونوس ندارد را روشن کند
تکتونیک صفحات بخش اساسی از فعالیتهای ژئولوژیکی و تاریخ زمین است. علاوه بر بازآرایی پیوستهٔ قرارگیری قارهها، نقش مهمی در حفظ شرایطی که قابلسکونی زمین را تضمین میکند، ایفا میکند. با این حال، زمین تنها سیارهٔ سنگی (قارهای) در منظومهٔ شمسی است که تکتونیک فعال دارد. این وضعیت برای عطارد و مریخ که سیارههای تکصفحه و عمدتاً ژئولوژیکی غیرفعال هستند، به دلیل سرد شدن سریع درونیشان چند میلیارد سال پیش، قابلدرک است. اما ونوس، «خواهر» زمین، همچنان بهعنوان یک معما شناخته میشود.
تا به امروز، دانشمندان سیارهشناسی نتوانستهاند دلیل عدم فعالیت ژئولوژیکی ونوس نسبت به زمین را کشف کنند. با این حال، یک تیم بینالمللی بهتازگی پیشرفت قابلتوجهی در درک ما از سیارههای خاکی و تکامل تکتونیک آنها داشته است. به رهبری پژوهشگران دانشگاه هنگکنگ، این تیم با استفاده از مدلهای عددی پیشرفته، شش رژیم متمایز برای تکتونیک سیارهها شناسایی کرده است. این پژوهش چارچوب جدیدی برای طبقهبندی دامنهٔ تکتونیک سیارهای و ابزارهایی برای اکتشافات سیارهای آینده فراهم میکند.
تیم بهسرپرستی دانشجو پسادکترا، دکتر تیانیانگ لیو، به همراه پروفسور من هوئی لی و پروفسور گوچون ژائو از گروه علوم زمین و سیارات دانشگاه هنگکنگ (HKU) هدایت شد. این گروه همچنین توسط پروفسور ماکسیم دی. بالمر از کالج دانشگاهی لندن (UCL)، دکتر یون جان از دانشگاه آزاد برلین، پروفسور ژونگ‑های لی از آزمایشگاه کلیدی ملی مدلسازی عددی سامانهٔ زمین و کاربردهای آن، و پروفسور بنجن وو از دانشگاه نانجینگ همراهی شد. مقالهای که نتایج پژوهش این تیم را توصیف میکند، در Nature Communications منتشر شده است.
نمونههای تصویری شش رژیم تکتونیکی شناساییشده توسط تیم پژوهشی. اعتبار: لیو و همکاران (2025).
رژیمهای تکتونیکی توصیفکنندهٔ تغییر شکل بزرگمقیاس سطح یک سیاره و فرآیندهای رانندهٔ آن هستند. این رژیمها مسئول شکلگیری فعالیتهای ژئولوژیکی، تکامل داخلی، میدان مغناطیسی و ترکیب جوی سیاره هستند - که همهٔ آنها نقش بزرگی در قابلسکونی سیاره دارند. به عنوان مثال، چرخشهای بیپایان لیتوسفر زمین (پوسته و لایهٔ بالای مانتل) جزء جداییناپذیر چرخهٔ کربن سیاره است که شامل فعالیت آتشفشانی و جذب کربن در سنگهای کربنات میشود. این امر سبب شده سطح دیاکسید کربن (یکی از گازهای گلخانهای اصلی) در جو ما در طول زمان ثابت بماند.
در همین حال، میدان مغناطیسی ذاتی زمین توسط عمل داینامو در هستهٔ آن ایجاد میشود؛ جایی که هستهٔ بیرونی مذاب در خلاف جهت هستهٔ داخلی جامد میچرخد. این میدان از رسیدن اکثر پرتوهای کیهانی که با جو بالایی زمین تعامل میکنند به سطح جلوگیری میکند؛ چرا که این پرتوها میتوانند به موجودات زنده آسیب جدی برسانند. یکی از بزرگترین معماهای علم سیارهها این است که چرا زمین تکتونیک صفحات دارد در حالی که ونوس این ویژگی را ندارد. با توجه به اینکه ونوس از نظر اندازه، جرم و چگالی با زمین مقایسهپذیر است، مکانیزمی که در مریخ و عطارد فعالیت ژئولوژیکی را مهار کرده است، نباید بر ونوس نیز اعمال شود.
فعالیت تکتونیک صفحات زمین با رژیم «درپوش متحرک» مشخص میشود که شامل ریفها، گسلها و مناطق سابداکشن است. چرخش مداوم لیتوسفر زمین، جایی که ریفها بالا میآیند و مناطق سابداکشن مواد را به سمت عمق میفرستند، شبیه یک نوار نقاله است که سطح زمین را بهطور مستمر تازه میکند. برای سیاراتی که فعالیت تکتونیکی ندارند، دهانههای برخوردی و سایر ویژگیها بهمدت میلیاردها سال یا بیشتر حفظ میشوند. در پژوهشهای پیشین، پژوهشگران رژیمهای تکتونیکی دیگری مانند «درپوش کند» یا «درپوش پوتونیک‑نرم» را پیشنهاد کردهاند.
اما نحوهٔ ارتباط این رژیمها با یکدیگر و با سیارات خاکی بهطور کلی برای زمینشناسان همچنان مبهم مانده بود. برای پاسخ به این سؤال، لیو و تیمش تحلیلی آماری بر مدلهای همرفتی مانتل انجام دادند تا فهرستی از رژیمهای تکتونیکی ممکن استخراج کنند. همانطور که دکتر لیو در بیانیه خبری دانشگاه HKU توضیح داد:
از طریق تحلیل آماری بر مقادیر عظیمی از دادههای مدل، برای اولین بار توانستیم شش رژیم تکتونیک را بهصورت کمی شناسایی کنیم. این رژیمها شامل «درپوش متحرک» (مانند زمین مدرن)، «درپوش ثابت» (مانند مریخ) و «درپوش دورهای‑نرم» تازه کشفشدهٔ ما هستند. این رژیم جدید با تعویض بین دو حالت فعالیت، دیدگاهی نوین دربارهٔ چگونگی انتقال سیارهها از وضعیت غیرفعال به فعال ارائه میدهد.
تحولات مدل و دینامیکهای تحرکی رژیم «درپوش دورهای‑نرم». اعتبار: لیو و همکاران (2025).
یکی از چالشهای اصلی در مطالعهٔ فعالیتهای ژئولوژیکی، هسیترس (یا «اثر حافظه») است؛ پدیدهای که وضعیت تکتونیک یک سیاره بهشدت به گذشتهٔ آن، نه تنها به فعالیت فعلی، وابسته است. برای غلبه بر این مسأله، تیم یک نمودار جامع تدوین کرد که نشان میدهد چگونه شش رژیم میتوانند در طول سرد شدن سیارات خاکی از یک حالت به حالت دیگر منتقل شوند. این نمودار نشان داد مسیرهای تکامل تکتونیک بهطور شگفتآوری پیشبینپذیر هستند، بهویژه هنگامیکه لیتوسفرها به مرور زمان ضعیف میشوند. بر اساس سوابق ژئولوژیکی، همینطور در زمین اتفاق افتاده است.
هرگاه لیتوسفر سرد میشد، مستعد تر شکستگی میشد و این منجر به شکلگیری صفحات و وضعیت تکتونیک کنونی زمین شد. از آنجایی که این فعالیت برای حفظ شرایط مناسب برای حیات که میشناسیم، حیاتی بود، این نتایج سرنخی اساسی دربارهٔ چگونگی و زمان تبدیل زمین به سیارهای قابلسکون میدهد. علاوه بر این، توضیحی قانعکننده برای ژئولوژی ونوس ارائه میکند که بهطور چشمگیری با رژیمهای «درپوش پوتونیک‑نرم» یا «درپوش دورهای‑نرم» شناساییشده در مدل آنها سازگار است. در این رژیمها، لیتوسفرها توسط ماگماهای صعودی ضعف مییابند که به فعالیت آتشفشانی منطقهای و دورهای منجر میشود، نه به فرآیندهای جهانی‑مغلّبی مانتل.
این نکتهٔ جالب دیگری از پژوهش تیم است که میتواند به درک بهدستآمدهٔ چند دههای دربارهٔ آتشفشانگری در ونوس کمک کند. در حالی که پیشتر دانشمندان سیارهشناسی معتقد بودند که ونوس از نظر ژئولوژیکی مرده است، یافتههای اخیر این نگاه را بهچالش کشیده و حضور آتشفشانهای فعال را پیشنهاد میکنند. این مطالعه با نشان دادن این که آتشفشانگری میتواند با وجود عدم فعالیت صفحات تکتونیکی ادامه یابد، این یافتهها را تقویت میکند. بهعبارت دیگر، نتایج تیم مرجعی نظری و مکانهای مشاهداتی ممکن برای مأموریتهای آینده به سمت ونوس فراهم میکند. همانطور که دکتر بالمر اشاره کرد:
مدلهای ما بهصورت نزدیک همپوشانی میان همرفتی مانتل و فعالیت ماگمایی ایجاد میکنند. این امکان را میدهد تا تاریخچهٔ طولانی ژئولوژیکی زمین و وضعیت کنونی ونوس را در چارچوب نظری یکپارچه مشاهده کنیم و پایهٔ نظری حیاتی برای جستجوی سیارههای شبیه به زمین و سوپارتها که ممکن است قابلسکون باشند، در خارج از سامانهٔ خورشیدیمان فراهم آورد.
مطالعهٔ بیشتر: دانشگاه هنگکنگ، Nature