40亿年前的晶体提供了板块构造开始的线索 为地球上的生命创造条件

　　科学家们很早就知道板块构造，即构成地壳的不同刚性板块的运动，形成了大陆和山脉，并对地球表面从熔岩和岩石演变为适合生命生存的环境至关重要。

　　不太明显的是它是什么时候开始的。

　　哈佛大学领导的一个科学家小组分析了一些非常罕见、古老、几乎坚不可摧的晶体，这些晶体有小沙粒那么大，被称为锆石，以寻找关于板块构造开始的化学线索。最近发表在《AGU进展》杂志上的这项研究表明，38亿年前，这些锆石的地球化学发生了重大转变，使它们看起来更像今天在板块构造发生的炽热环境中形成的锆石。

　　“在38亿年前之前，这颗行星似乎没有那么活跃，”哈佛大学地球和行星科学助理教授、论文第一作者迷离情骇·德拉邦说。“今天，在所谓的俯冲带，有许多地壳不断遭到破坏，新的地壳产生了。许多[以前的]锆石表明，在那时，一旦早期地壳形成，它就存在了很长时间——在这种情况下大约6亿年。虽然有一些内部改造，我们从来没有创造新的花岗岩地壳…然后38亿年前，一切都变了。”

　　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40多亿年前地球的岩浆中形成的，从地质学角度讲，那时地球还处于婴儿期。这使得它们成为地球上已知的最古老的材料。他们的秘密可以通过激光照射来了解，这就是研究人员在分析中所做的。

　　科学家们看到，38亿年前，随着地球的冷却，许多新的地壳突然形成，锆石的地球化学特征开始看起来像是在俯冲带产生的，在那里两个碰撞的构造板块相遇，一个板块滑到另一个板块下面，进入地幔，在那里它被回收(燃烧成碎片的代码)。

　　研究人员表示，尚不清楚38亿年前是否存在俯冲带，但已知的是，正在形成的新地壳可能是某种类型的板块构造的结果。

　　这项研究补充了越来越多的研究，即在地球45亿年的历史中，构造运动发生得相对较早。它提供了关于这个星球如何变得适合居住以及最早的生命形式发展的条件的线索。

　　今天，地球的外壳由大约15个移动的地壳块组成，它们支撑着地球的大陆和海洋。这一过程对于生命的进化和地球的发展至关重要，因为这一过程将新的岩石暴露在大气中，从而导致化学反应，在数十亿年的时间里稳定了地球表面的温度。

　　这种变化何时开始的证据很难获得，因为它非常稀少。地球上只有5%的岩石年龄超过25亿年，没有岩石年龄超过40亿年。

　　这就是锆石发挥作用的地方。

　　包括斯坦福大学和路易斯安那州立大学地质学家在内的科学家团队，从2017年在南非的一次探险中收集了3936块新锆石。其中33个至少有40亿年了。这是相当大的收获，因为那个时期的锆石由于其尺寸很难找到。

　　研究人员在将他们收集的岩石磨成沙子并分离出最终的发现后，基本上只能靠运气了。南非锆石的年龄在41亿到33亿年之间。该小组研究了他们发现的锆石晶体的三种不同的地球化学特征：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，铪同位素提供了地壳形成和演化的线索；关于是否有海洋的氧同位素；以及地壳组成的微量元素。数据显示，地壳形成的速度在大约40亿年前开始加快。

　　研究人员还查看了世界各地发现的古代锆石的其他研究数据，以了解他们是否看到了类似转变的证据。在铪同位素数据方面，他们做到了。

　　“所有这些都显示了38亿至36亿年前的这一转变，”德拉邦说。

　　Drabon说：“关于其他两个地球化学特征的数据不多，他希望下一步将重点放在这些方面，包括研究海洋何时开始形成。”

　　“我甚至不知道从哪里开始，”德拉邦笑着说：“要做的事情太多了。”