构造板块最古老的证据被封存在古代水晶中。

红金色锆石晶体

南非出土的微小晶体包含 38 亿年前地球表面突然转变的证据。

这些晶体，每个都不大于一粒沙子，表明大约在那个时候，地壳破裂并开始移动——这是被称为板块构造过程的前兆。

该研究的主要作者、哈佛大学地球与行星科学教授 Nadja Drabon 说，这些发现提供了关于地球作为行星演化的线索，并有助于回答有关板块构造与生命演化之间潜在联系的问题。

“地球是唯一拥有生命的行星；地球是唯一拥有板块构造的行星，”德拉邦告诉 Live Science。

生命引擎

如今，坚硬的地壳碎片漂浮在地球中层地幔中粘稠、炽热的岩浆海洋上。这些地壳碎片相互磨擦，在所谓的俯冲带相互下潜并相互推高，形成山脉和海脊，形成火山并引发经常震动地球的地震。构造板块的下沉也会在俯冲带产生新的岩石，这些岩石与大气相互作用以吸收二氧化碳。德拉邦说，这个过程使大气对生命更加友好，并使气候更加稳定。

但事情并不总是这样。当地球年轻而炎热时，在冥王纪（46 亿到 40 亿年前）期间，地球首先被岩浆海洋覆盖，然后随着地球冷却，形成坚固的岩石表面。

究竟是什么时候那个表面破裂并且它的碎片开始移动已经引起了激烈的争论。一些研究估计板块构造始于 8 亿年前，而另一些研究则认为这个系统至少有 20 亿年的历史，Live Science 先前报道。

但由于这颗行星不断地将其地壳循环到地幔中，地表几乎没有古老的岩石来帮助解决争论。在这项研究之前，“年龄在 25 亿至 40 亿年之间的岩石仅占地表岩石的 5%，”Drabon 说。 “而且早于 40 亿年，没有保存下来的岩石。”

世界板块构造图。 地球是唯一已知拥有它们的星球。 （图片来源：美国地质调查局）

突然转变

这种情况在 2018 年发生了变化，当时 Drabon 和她的同事在巴伯顿格林斯通山脉的南非绿砂岩床中发现了锆石晶体。该团队发现了 33 颗锆石，年龄在 41 亿至 33 亿年之间。

在 4 月 21 日发表在 AGU Advances 杂志上的这项新研究中，该团队分析了这些古代锆石以及地球上其他时间和地点的许多锆石中的不同同位素或具有不同中子数量的元素变体。

在同位素中，科学家们发现了可追溯到大约 38 亿年前的原始板块构造突然转变的证据。这一发现表明，到那时，地球上至少有一个地方已经开始了一种简单的俯冲形式。德拉邦说，这是否在全球范围内发生仍未确定，今天存在的“真正有效的板块相互运动引擎”很可能尚未出现。

对氧、铌和铀等元素的同位素分析还表明，地表的岩石早在 38 亿年前就有水，这表明锆石曾经被锁定在埋藏在原始海底的洋壳中。德拉邦说，从 41 亿年前的最早样本推断，这颗行星的地壳不晚于 42 亿年前。

这意味着地球的岩浆海只持续到冥王星晚期。德拉邦说，此前，“人们认为地球直到 36 亿年前才被岩浆海洋覆盖”。

她补充说，这项新研究暗示，在固体地壳形成之前，地球的熔岩海洋最多存在了几亿年。

那么是什么触发了这种转变呢？她说，一种理论是，一旦地球足够冷却，板块构造就会出现。也有可能，就像甜点勺敲碎焦糖布丁酥脆的顶部一样，巨大的太空岩石可能撞击地球并粉碎了地壳。

另一个有趣的问题是地球向早期板块构造的过渡是否以某种方式帮助生命进化，德拉邦补充说。

虽然地球上生命的早期化石证据可以追溯到大约 35 亿年前，但以碳同位素比率发现的生物过程的化学特征甚至更古老。德拉邦说，有些可以追溯到 38 亿年前——大约在早期板块构造出现的同时。