地质学中有一个经久不衰的问题：将地球陆地塑造成如今的样貌的板块运动，是从何时开始的？
我们现在的地球外壳大约由15块坚硬的地壳组成，这些板块的运动塑造了大陆的位置，创造出了多样而独特的地貌。由于板块构造对于地球的发展和生命的演化来说都至关重要，因此地球板块构造究竟最早可以追溯到什么时间，成了许多科学家都希望解开的谜题。
过去，人们普遍认为板块构造作为一个完善的全球性过程，大概在地球上存在了28亿年；并认为在更早的时间里，由于地球内部的温度过高，使得地表不可能形成冰冷坚硬的板块，也不可能发生大陆深俯冲作用（即一个地壳板块俯冲到另一个地壳板块之下）。
然而，最近哈佛大学的一个地质学家团队，在分析了超过30亿年之久的古老岩石后发现，板块运动可能在32亿年前就已经开始了。这个时间比之前一直以为的要早了4亿年。而这一更早的时间也意味着，地壳板块的运动或许也在一定程度上，使地球变得更适合生命生存。这一新的研究结果被发表在了近期的《科学进展》杂志上。
在这项新研究中，地质学家从一个名为皮尔巴拉克拉通（Pilbra Craton）的区域采集了许多古老岩石样本，通过分析这些岩石中的含铁矿物的磁性方向，发现在33.5亿至31.8亿年前之间，这块克拉通每年以至少2.5厘米的速度在地球上漂移。
○ 西澳大利亚皮尔巴拉克拉通的地质图，从地图比例来看，这幅图中显示的宽幅大约为500公里。| 图片来源：Alec Brenner / Harvard University
克拉通意为稳定地块，是一种原始、厚重且非常稳定的地壳，它们通常位于板块构造的中间。研究中所涉及到的皮尔巴拉克拉通位于西澳大利亚，它在南回归线以北，大约处于南纬21°，是地球上最古老的地壳之一，目前已知那里的最古老岩石已有35亿年之久。
他们取样的是一种名为Honeyeater玄武岩的岩石，这些玄武岩是在31.9亿至31.8亿年前形成的，它们最初以熔岩的形式出现，然后在冷却的过程中变得坚固。当这些熔岩还处于熔融状态时，其中的含铁矿物就会在熔岩中旋转，并为了与地球的南北磁极保持一致而调整自己的方向。
因此，通过追踪这些含铁矿物的磁性方向在玄武岩的形成过程中呈现出的变化，就能确定这块克拉通移动的速度有多快。这种在岩石中保存完好的“磁性路标”，是科学家长期以来用以重建板块运动的重要依据，他们借此能追溯漂移的大陆的运动轨迹。
但是，由于地球板块在过去的几十亿年里不断地摩擦和移动，已经使得地球表面发生了多次改变，导致留下来的超过30亿年的露头（露出地表的矿脉和矿床）非常少。而Honeyeater玄武岩便是这为数不多的可作为研究早期地球的绝佳场所之一。
○ 论文的主要作者Roger Fu教授于西澳大利亚的Honeyeater玄武岩边。| 图片来源：Alec Brenner / Harvard University
Honeyeater玄武岩非常古老，而难能可贵的是，这些古老的岩石并没有受到太多变质作用（变质作用产生的热量和压力可以改变岩石中的矿物质，并可能重置它们的磁性方向）的影响。
研究小组检测了235个Honeyeater玄武岩样本，通过借助一种名为量子钻石显微镜的仪器，他们在微米尺度上探测到了磁性痕迹，并为这些岩石绘制了一幅高分辨率的磁性方位图。
根据这幅图，研究人员推测出在大约32亿年前，这块克拉通的纬度约为45°。不过由于目前研究人员还尚不明确当时的地球磁极方向与现在是相同还是相反，因此他们还不能确定这是北纬45°还是南纬45°。但无论是哪种情况，可以确定的是，这一小块古老的地壳曾经以一种缓慢、渐进、稳定的方式在运动，这是现代板块构造的一个标志。
地质学家Alec Brenner是这篇论文的第一作者，他表示，新的发现是一个将地球板块构造记录追溯到更早的地球历史时期的地质证据，这表明早期地球与现代地球可能比我们想象中更加相似。
而更早的板块运动时间也意味着，地球上的生命演化在某种程度上曾受到板块构造的影响：板块构造可以将曾埋在地下的岩石暴露在大气中，促进这些岩石与大气之间的化学反应，进而在数百万到数十亿年的时间里调节对生命演化来说至关重要的气候。
参考来源：
https://www.sciencenews.org/article/earth-plate-tectonics-may-have-started-earlier-than-we-thought
https://phys.org/news/2020-04-tectonic-plates-shifting-earlier-previously.htmlhttps://advances.sciencemag.org/content/6/17/eaaz8670.full
封面图来源：Alec Brenner / Harvard University
发表于 2020-4-27 07:36
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