โลกเป็นโลกเดียวที่รู้จักกับการแปรสัณฐานของแผ่นเปลือกโลก นอกจากนี้ยังเป็นหนึ่งเดียวที่รู้จักการดำรงชีวิตนักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์จะไขปริศนาว่าข้อเท็จจริงสองข้อนี้เกี่ยวข้องกันอย่างไรและอย่างไร และมันมีความหมายอย่างไรต่อความแปลกประหลาดของโลกจริงๆ ลินดี เอลกินส์-แทนตัน นักวิทยาศาสตร์ด้านดาวเคราะห์ที่มหาวิทยาลัยรัฐแอริโซนาในเทมพีกล่าว “ไม่มีใครรู้ว่าการแปรสัณฐานของแผ่นเปลือกโลกเกิดขึ้นได้อย่างไรบนโลก และเหตุใดจึงไม่เริ่มต้นที่อื่น” เธอกล่าวเสริม “มันเป็นความลึกลับที่เชื่อมโยงกับความลึกลับอื่น ๆ มากมาย และหนึ่งในนั้นคือการอยู่อาศัยได้”
เรารู้ว่าการแปรสัณฐานของแผ่นเปลือกโลกมีบทบาทสำคัญในการรักษาโลกให้อยู่อาศัยได้โดยการเคลื่อนคาร์บอนไปรอบๆ เป็นหลัก
โรเจอร์ ฟู นักธรณีฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดกล่าวว่า “มีหน้าที่เป็นตัวกลางในการไกล่เกลี่ยสภาพอากาศในช่วงเวลาทางธรณีวิทยาที่ยาวนาน ทำให้มั่นใจว่าสภาพอากาศจะอยู่ในระดับที่เหมาะสม”
เมื่อแผ่นเปลือกโลกสองแผ่นชนกัน แผ่นหนึ่งสามารถเลื่อนลงมาด้านล่างอีกแผ่นหนึ่ง โดยนำหินที่มีคาร์บอนอยู่ลึกเข้าไปในส่วนภายในของดาวเคราะห์ แผ่นซับดักเตอร์เริ่มละลาย และภูเขาไฟจะผลิบานบนแผ่นที่วางอยู่ พ่นคาร์บอนไดออกไซด์และก๊าซอื่นๆ ออกสู่บรรยากาศ เมื่อคาร์บอนไดออกไซด์สะสมตัว มันทำให้โลกร้อนผ่านปรากฏการณ์เรือนกระจก
บรรยากาศที่อุ่นขึ้นนี้จะเร่งการผุกร่อนของหินบนพื้นผิวโลก โดยกระตุ้นปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างน้ำฝนที่อุดมด้วยคาร์บอนไดออกไซด์และหิน ปฏิกิริยาเหล่านี้ดึงก๊าซออกจากบรรยากาศเพื่อสร้างแร่ธาตุคาร์บอนใหม่ แร่ธาตุเหล่านี้ถูกชะล้างลงสู่มหาสมุทร โดยที่สัตว์ทะเลตัวเล็ก ๆ ใช้คาร์บอนเพื่อสร้างเปลือกแคลเซียมคาร์บอเนตของพวกมัน ในที่สุด สิ่งมีชีวิตเหล่านั้นก็ตาย เปลือกของพวกมันจมลงสู่พื้นมหาสมุทรและกลายเป็นหินคาร์บอเนตด้วยตัวมันเอง เมื่อก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ถูกแยกตัวออกจากชั้นบรรยากาศมากขึ้นเรื่อยๆ ด้วยวิธีนี้ ดาวเคราะห์ก็เย็นตัวลง จนกระทั่งในที่สุด การบดของแผ่นเปลือกโลกอย่างช้าๆ จะนำคาร์บอเนตเข้าสู่ภายในดาวเคราะห์ด้วยแผ่นซับดักเตอร์
วัฏจักรนี้ดำเนินไปเป็นเวลาหลายล้านปี ไม่เพียงแต่รักษาอุณหภูมิให้ต่ำเท่านั้น การปั่นยังช่วยให้ออกซิเจน ไนโตรเจนฟอสฟอรัส และสารอาหารอื่นๆหมุนเวียนอยู่ในบรรยากาศ มหาสมุทร และโขดหิน และเปลี่ยนสภาพทางเคมีให้เป็นรูปแบบที่สิ่งมีชีวิตสามารถใช้ได้
“นั่นไม่ได้หมายความว่าชีวิตจะไม่เกิดขึ้นหากไม่มีการแปรสัณฐานของแผ่นเปลือกโลก” Fu กล่าว “แต่มันจะต่างกันมาก”
อันที่จริง ชีวิตแรกบนโลกอาจมีมาก่อนการแปรสัณฐานของแผ่นเปลือกโลก หินโบราณของดาวเคราะห์มีร่องรอยของสิ่งมีชีวิตที่มีอายุอย่างน้อย 3.4 พันล้านปีก่อนหลายร้อยล้านปีก่อนที่หลักฐานที่เก่าแก่ที่สุดสำหรับการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลกในรูปแบบของสโตรมาโทไลต์ที่กลายเป็นฟอสซิล โครงสร้างชั้นที่ทำจากจุลินทรีย์และแร่ธาตุ ชุมชนจุลินทรีย์ที่คล้ายกันมีอยู่ในยุคปัจจุบันที่น้ำพุร้อน เช่น ชุมชนจุลินทรีย์ในอุทยานแห่งชาติเยลโลว์สโตน นักวิทยาศาสตร์บางคนคาดการณ์ว่าน้ำพุร้อน ซึ่งมีสูตรชีวเคมีสำหรับชีวิต รวมทั้งองค์ประกอบทางเคมี น้ำ และพลังงานอาจเป็นจุดเริ่มต้นของชีวิตที่เก่าแก่ที่สุดของโลก
เป็นไปได้อย่างแน่นอนในทางทฤษฎีสำหรับดาวเคราะห์ที่ไม่มีการแปรสัณฐานของแผ่นเปลือกโลก
เช่นเดียวกับโลกยุคแรกๆ ที่จะมีบรรยากาศที่น่าอยู่และน้ำที่เป็นของเหลว รวมถึงความร้อนที่เพียงพอ Bradford Foley นักธรณีพลศาสตร์จาก Penn State กล่าว โฟลีย์ได้จำลองว่าก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สามารถซึมออกมาจากภายในของดาวเคราะห์ “ฝานิ่ง” – ดาวเคราะห์เช่นดาวอังคารและดาวพุธที่มีเปลือกโลกชิ้นเดียวที่ต่อเนื่องกันซึ่งนั่งเหมือนฝาปิดที่เย็นและหนักเหนือการตกแต่งภายในที่ร้อน แม้แต่บนดาวเคราะห์เหล่านี้ โฟลีย์กล่าวว่า “เรายังมีภูเขาไฟอยู่” เพราะยังมีหินร้อนที่ไหลเวียนอยู่ใต้เปลือกแข็งก้อนนั้น การปะทุดังกล่าวจะปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สู่ชั้นบรรยากาศและทำให้เกิดหินใหม่สำหรับการผุกร่อน
ภูเขาไฟในระดับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศอาจอยู่ได้ไม่นานเท่ากับเมื่อการแปรสัณฐานของแผ่นเปลือกโลกทำให้สิ่งต่าง ๆ ปั่นป่วนไปตามทฤษฎี แต่ในทางทฤษฎีแล้วมันสามารถคงอยู่ได้นานถึง 1 พันล้านหรือ 2 พันล้านปีโฟลีย์กล่าว นั่นหมายความว่าดาวเคราะห์ที่มีฝาปิดนิ่งบางดวงสามารถสร้างชั้นบรรยากาศและแม้กระทั่งมีสภาพอากาศที่มีอุณหภูมิปานกลางด้วยน้ำของเหลว อย่างน้อยก็ชั่วระยะเวลาหนึ่ง
แล้วก็ยูโรปา ดวงจันทร์เย็นเฉียบของดาวพฤหัส พื้นผิวของดวงจันทร์แตกออกเป็นโมเสกของแผ่นน้ำแข็งที่เลื่อนผ่านไปมาและอยู่ใต้อีกดวงหนึ่ง เช่นเดียวกับที่อยู่บนโลก “แทนที่จะเป็นการมุดตัว มันเรียกว่าการสันนิษฐาน” Fu กล่าว แต่ผลลัพธ์ของวัฏจักรน้ำแข็งนี้อาจคล้ายกับการรีไซเคิลฮาร์ดร็อคบนโลก โดยการเคลื่อนย้ายสารอาหารระหว่างน้ำแข็งพื้นผิวและมหาสมุทรของเหลวด้านล่าง ซึ่งสามารถช่วยรักษาชีวิตบนดวงจันทร์ได้
“การแปรสัณฐานของแผ่นเปลือกโลกเป็นอย่างไรไม่ใช่คำถามที่ตอบ” Fu กล่าว เขากล่าวว่าคำนี้กลายเป็นสิ่งที่จับได้ซึ่งรวมถึงลักษณะทางกายภาพมากมายบนโลก – สันเขากลางมหาสมุทร การเหลื่อม ทวีปที่กำลังเคลื่อนที่ – รวมถึงกระบวนการธรณีเคมีเช่นการหมุนเวียนสารอาหาร “แต่ไม่มีการรับประกันว่าพวกเขาจะต้องเกิดขึ้นด้วยกันเสมอ”
