稀有矿物显示出古代俯冲带的证据。

一项新的研究发现，中国独特的岩层提供了在太古代（40 亿至 25 亿年前）期间构造板块俯冲或进入其他板块下方的线索，就像现在一样。

这块有 25 亿年历史的岩石被称为榴辉岩，这种岩石非常罕见，是在相对较低的温度下将大洋地壳推入地幔（地壳和地核之间的层）深处时形成的。中国地质大学地球科学家蒂莫西·库斯基（Timothy Kusky）和王璐（Lu Wang）在一封电子邮件中告诉Live Science，这种类型的高压低温岩石“主要局限于现在地球上的俯冲带”。 .

研究人员说，这项研究揭示了在地球海洋地壳中发现的古老山带中已知最古老的榴辉岩。研究人员说，这种第二古老的岩石——刚果民主共和国有 21 亿年历史的岩石——大约年轻了 4 亿年。

虽然这不是有记录以来最古老的板块构造证据——例如，一项 2021 年的研究将板块构造的年代定为大约 36 亿年前——但新发现是一个有价值的数据点，表明构造板块在地球“早期”的日子，至少从地质学上讲。

构造板块——构成地球外壳的移动板块——负责物质和元素从地球深处到海洋、地表和大气的循环。几十年来，研究小组一直致力于了解地球的早期历史和演化，“从它从太空中的熔融岩浆球形成和冷却”到凝固形成坚硬的外壳，然后演化为板块构造Kusky 和 ​​Wang 说，我们今天拥有的系统。

构造板块对于加热地球至关重要。他们说，由于构造板块移动，“热量从内部流失，就像面包漂浮在下面的一锅热腾腾的炖菜上移动一样”。 “向板块构造地球的过渡是否发生得早，或者地球是否经历了由不同热损失机制主导的不同阶段，是当今地球科学中最悬而未决和争论最多的问题之一。”

一块来自中国上营的太古宙榴辉岩与红色石榴石和绿色辉石

这就是为什么在过去的 20 年里，研究小组绘制了中国北方约 990 英里（1,600 公里）的太古宙岩石图——“一条古老的山带，称为造山带，记录了两个构造板块碰撞约 25 亿的地方 几年前，”库斯基和王说。

这些岩石的许多特征表明，这条古老的山带是由构造板块相互作用形成的。 研究人员说，例如，被称为蛇绿岩的海洋地壳碎片被困在古老的碰撞带中，高度变形的岩石混合物也被困在了板块碰撞的地点。 该团队还发现了大型折叠结构，称为推拉，板块构造将其从数百英里推到数千英里之外。

显示来自太古宙的榴辉岩（暗层，带有红色石榴石和绿色辉石）与来自中国上营的含石榴石的偏辉石夹层的岩层。

高压、低温

混合岩中榴辉岩的发现表明，当它深入地幔时，一块大洋地壳的构造板俯冲到另一个板块下，变质——也就是说，它的成分、质地或内部结构因热和压力而改变。

Kusky 和 Wang 说，很难从太古代发现榴辉岩，这“导致了现代板块构造没有在太古代发生作用的断言”。 “因此，寻找深冷俯冲的关键指标榴辉岩具有非常重要的意义。”

Lu Wang uncovers dense brush at the site of Archean eclogite at Shangying, China.

对该地点的榴辉岩进行的实验室分析表明，它们形成于大约 25 亿年前的一个扩张的洋脊上，被运输穿过海底，然后通过俯冲被推入地幔。 石榴石和单斜辉石矿物的微观结构表明，它们的温度在 1,458 到 1,634 华氏度（792 到 890 摄氏度）之间，高压在每平方英寸 287,000 到 355,000 磅（19.8 到 24.5 公斤）之间。

研究人员报告说，这些数据表明榴辉岩至少俯冲了 40 英里（65 公里）深。 Kusky 和 Wang 说，换句话说，这些发现与现代俯冲带发现的矿物数据相似。

最终，来自两个碰撞构造板块的压力将致密的岩石挤压回地表，“就像你湿手指之间的西瓜种子，”库斯基和王说。

“我认为这是一项非常有趣的研究，”没有参与这项研究的日内瓦自然历史博物馆和伯尔尼大学地质科学研究所的地球化学教授尼古拉斯格雷伯告诉 Live Science。 “这些榴辉岩很重要，因为它们不仅表明当时存在俯冲带，而且实际上这些俯冲带能够非常陡峭。”

加州大学圣巴巴拉分校地球科学教授罗伯塔·鲁德尼克（Roberta Rudnick）没有参与这项研究，他说，即便如此，这些发现并不算太令人惊讶，甚至没有那么新。 “在我看来，这并不是特别新颖，”正如其他研究人员已经报道过的那样，就像古代榴辉岩和榴辉岩矿物被困在钻石中一样，这些矿物是通过“几十年来已经得到很好的研究”的火山管道出现的，她告诉 Live科学。

Rudnick 补充说：“板块构造何时开始的整个话题绝对是一个悬而未决的问题。但我认为大多数社区对板块构造在 25 亿年前开始运作不会有任何问题。”