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新证据表明，地壳板块构造可能始于30多亿年前

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澳大利亚岩石中的磁性线索表明，板块构造开始于30多亿年前

约30到40亿年前地壳的模拟横截面图。图源：亚历克·布伦纳，哈佛大学

如果没有板块运动，地球上就不会有大陆、山脉，甚至生命本身。新的证据表明，这种地质过程至少在32亿年前就开始了，这比我们预期的时间要早得多。

发表在《科学进展》杂志上的一项新研究表明，早在32亿年前，地球表面深处的板块就在移动。科学家发现来自澳大利亚的古代岩石带有磁性特征，这可能与太古宙(40亿到25亿年前)的侧向运动有关。

这项研究的作者之一、来自哈佛大学古地磁实验室的地质学家亚历克布伦纳在一份新闻稿中说，基本上可以说，这个地质证据可以将地球板块构造的记录往前追溯至地球 历史 的更早时期。根据我们发现的证据，似乎板块构造更有可能发生在早期地球上，这就证明地球比很多人想象的更像今天的地球。

板块运动是地球的重要特征，它孕育了平整的陆地，塑造了崎岖的山脉。重要的是，板块运动会带动地表以下深处的岩石，将它们向上推，暴露在大气中。长此以往，它导致了一些重要的化学反应，促进了地球大气的稳定，最终创造了如今的宜居环境。

澳大利亚西部皮尔巴拉克拉通的地质图，显示了25到35亿年前的岩石。绿色区域显示的是32亿年前的玄武岩。整个图像的宽度超过420公里(260英里)。图片:亚历克·布伦纳，哈佛大学，西澳大利亚地质调查局的地图数据。

为了进一步推进研究，布伦纳和他的同事们深入澳大利亚西部，在那里他们从皮尔巴拉克拉顿地区采集了岩石样本。皮尔巴拉克拉顿地区地下是一片广阔的古老而稳定的地壳，长度超过420公里(260英里)，地表层分布的一些岩石已经有35亿年的 历史 ，它们代表了地球上最古老的地壳。

该团队在2017年从一段被称为 蜜雀玄武岩的岩心中提取了235个样本。这些火山岩的非凡之处在于它们具有磁性，这意味着它们保留了地球磁场在太古宙岩石冷却和凝固时的记录。

科学家在实验室中，将这些磁场信号结合已知玄武岩年龄，来推断岩石的数百万年运动 历史 。研究表明,岩石在33.5亿至31.8亿年前之间移动,转移的水平方向的速度每年约2.5厘米(0.98英寸),“速度可与现代板块运动相媲美,”作者在他们的论文中写道。

以前探测板块运动的技术包括测量岩石随时间变化的位置和识别岩石中与运动一致的化学特征。这篇新论文采用了古地磁的方法，确定了地球板块构造的早期时间，大约在地球形成后的13亿年左右。更重要的是，这篇新论文为“地球早期地壳的变化是由这些缓慢而稳定的运动造成的”这一说法增加了证据。

波茨坦大学地球动力学教授斯蒂芬·索博列夫表示，新的测量结果很有说服力。他告诉天文在线，他很感激关于太古代地球的新数据，特别是关于地球早期古地磁 历史 的数据，他说，这是一项伟大的工作。但是他对”研究人员已经证实今天所观察到的现代板块构造的存在“持保留态度。

没有参与这项新研究的索博列夫在写给天文在线的一封电子邮件中写道，这是大规模板块运动……的第一个迹象，它表明32亿多年前地球地壳发生了位移。当地壳板块向两侧和向下移动时，这样的位移是一种板块运动(但不一定是现代全球类型的板块运动)和大规模俯冲的迹象。

索博列夫说，论文作者可能检测到的是一种特殊的区域类型的板块构造，它可能存在于地球上的不同地方，可能是由地幔柱或大气冲击造成的，正如索博列夫与人合著的一篇《自然》杂志的论文所述。

但任何类型的板块构造都需要大规模俯冲，所以对我来说，这项工作提供了地球上已经超过31亿年前发生大规模俯冲的新证据，索博列夫补充说，如果能在同一时期的其他克拉通收集到类似的数据，那就太好了。

另一个重要的影响因素是一种被称为真极移的现象，研究人员无法对这种现象是造成观测到的位移的原因做出明确解释。真正的极移描述了行星相对于其自转轴的重新定向。这可能是由于板块构造造成的，但其他因素也可能导致地球表面的移动，如超火山活动、大块冰盖的融化，或任何其他可能改变行星质量分布从而改变其绕地轴旋转的方式的因素。

索博列夫说:“对地球上过去一亿年的典型真实极地漂移的估计产生的运动速度比它们每年2.5厘米的速度要快，但我们不知道这在太古宙是如何发生的。”

因此，作者说真实的极移可以解释他们的数据，但是考虑到观测到的时间间隔，板块构造更适合他们。

展望未来，研究人员想要研究更多来自皮尔巴拉克拉通和其他古代岩石沉积物的样本。

作者: George Dvorsky

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