環球聚焦：板塊構造何時開始的？40億年的鋯石有望給出答案

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哈佛大學地球與行星科學助理教授、該論文的第一作者 Nadja Drabon 說：“在 38 億年前，地球似乎沒有那么活躍。今天，在所謂的俯沖帶（subduction zones）中，有很多地殼不斷被破壞，從而產生了新的地殼。很多鋯石都留下過去很長一段時間的痕跡，在被包裹之前可以有 6 億年的歷史。雖然板塊運動對其進行了一些內部改造，但是從未創造出新的花崗巖地殼。38 億年前，拉開了演變的序幕”。

把鋯石想象成微小的時間膠囊，它保留了地球最初 5 億年的化學線索。有些是在超過 40 億年前地球的巖漿中形成的，從地質上講，地球仍處于起步階段。這使它們成為地球上已知最古老的材料。他們的秘密可以通過用激光照射來理解，這就是研究人員為他們的分析所做的。

科學家們看到，在 38 億年前，隨著地球冷卻，大量新地殼突然形成，鋯石的地球化學特征開始看起來像在俯沖帶中產生的那些，即兩個碰撞構造板塊相遇和一個滑動的地方在另一個下面并進入它被回收的地幔。研究人員表示，目前尚不清楚 38 億年前是否存在俯沖帶，但目前已知的是，正在形成的新地殼可能是某種板塊構造的結果。

這項研究增加了越來越多的研究，即構造運動發生在地球 45 億年歷史的相對早期。它提供了有關地球如何變得可居住以及最早的生命形式發展的條件的提示。

今天，地球的外殼由大約 15 個移動的地殼塊組成，這些地殼支撐著地球的大陸和海洋。這個過程是生命進化和地球發展的關鍵，因為這個過程將新的巖石暴露在大氣中，這導致了數十億年來穩定地球表面溫度的化學反應。

很難找到變化何時開始的證據，因為它非常稀缺。地球上只有 5% 的巖石年齡超過 25 億年，沒有任何巖石的年齡超過 40 億年。而鋯石能夠提供這個答案。

包括來自斯坦福大學和路易斯安那州立大學的地質學家在內的科學家團隊從 2017 年南非的一次探險中收集了 3936 顆新鋯石。其中 33 個至少有 40 億年的歷史。這是相當大的收獲，因為那個時期的鋯石由于它們的大小而很難找到。

研究人員基本上必須在將他們收集的巖石磨碎成沙子并將結果分離出來后才能走運。南非鋯石的年齡從 41 億年到 33 億年不等。該團隊研究了他們發現的鋯石晶體的三種不同地球化學特征：鉿同位素、氧同位素和微量元素成分。每個人都給了他們不同的拼圖。

例如，鉿同位素為地殼的形成和演化提供了線索；關于是否有海洋的氧同位素；以及關于地殼成分的微量元素。數據表明，地殼形成的速度在近 40 億年前開始加快。研究人員還查看了來自世界各地發現的其他古代鋯石研究的數據，看看他們是否看到了類似轉變的證據。他們在鉿同位素數據方面做到了。