环球聚焦：板块构造何时开始的？40亿年的锆石有望给出答案

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哈佛大学地球与行星科学助理教授、该论文的第一作者 Nadja Drabon 说：“在 38 亿年前，地球似乎没有那么活跃。今天，在所谓的俯冲带（subduction zones）中，有很多地壳不断被破坏，从而产生了新的地壳。很多锆石都留下过去很长一段时间的痕迹，在被包裹之前可以有 6 亿年的历史。虽然板块运动对其进行了一些内部改造，但是从未创造出新的花岗岩地壳。38 亿年前，拉开了演变的序幕”。

把锆石想象成微小的时间胶囊，它保留了地球最初 5 亿年的化学线索。有些是在超过 40 亿年前地球的岩浆中形成的，从地质上讲，地球仍处于起步阶段。这使它们成为地球上已知最古老的材料。他们的秘密可以通过用激光照射来理解，这就是研究人员为他们的分析所做的。

科学家们看到，在 38 亿年前，随着地球冷却，大量新地壳突然形成，锆石的地球化学特征开始看起来像在俯冲带中产生的那些，即两个碰撞构造板块相遇和一个滑动的地方在另一个下面并进入它被回收的地幔。研究人员表示，目前尚不清楚 38 亿年前是否存在俯冲带，但目前已知的是，正在形成的新地壳可能是某种板块构造的结果。

这项研究增加了越来越多的研究，即构造运动发生在地球 45 亿年历史的相对早期。它提供了有关地球如何变得可居住以及最早的生命形式发展的条件的提示。

今天，地球的外壳由大约 15 个移动的地壳块组成，这些地壳支撑着地球的大陆和海洋。这个过程是生命进化和地球发展的关键，因为这个过程将新的岩石暴露在大气中，这导致了数十亿年来稳定地球表面温度的化学反应。

很难找到变化何时开始的证据，因为它非常稀缺。地球上只有 5% 的岩石年龄超过 25 亿年，没有任何岩石的年龄超过 40 亿年。而锆石能够提供这个答案。

包括来自斯坦福大学和路易斯安那州立大学的地质学家在内的科学家团队从 2017 年南非的一次探险中收集了 3936 颗新锆石。其中 33 个至少有 40 亿年的历史。这是相当大的收获，因为那个时期的锆石由于它们的大小而很难找到。

研究人员基本上必须在将他们收集的岩石磨碎成沙子并将结果分离出来后才能走运。南非锆石的年龄从 41 亿年到 33 亿年不等。该团队研究了他们发现的锆石晶体的三种不同地球化学特征：铪同位素、氧同位素和微量元素成分。每个人都给了他们不同的拼图。

例如，铪同位素为地壳的形成和演化提供了线索；关于是否有海洋的氧同位素；以及关于地壳成分的微量元素。数据表明，地壳形成的速度在近 40 亿年前开始加快。研究人员还查看了来自世界各地发现的其他古代锆石研究的数据，看看他们是否看到了类似转变的证据。他们在铪同位素数据方面做到了。