冥古宙的地球 也就是地球誕生之初的數億年 一係列時間膠囊，帶來最古老的證據 - 趣味新聞網

冥古宙 的地球，也就是地球誕生之初的數億年，於我們而言就像一個神秘黑箱。

由於地球錶麵本身就像一個巨大的循環迴收係統，不斷重復利用著自身的物質，如今已經很難找到年輕地球的地質記錄。

早期地球藝術傢暢想圖。（圖／NASA Goddard Space Flight Center Conceptual Image, CC BY）

但對地質學傢來說幸運的是，一些罕見的岩石中帶有來自年輕地球的“時間膠囊”，它們被稱為 鋯石 ，這些微小的晶體仍有機會記錄下年輕地球的故事。

根據近日發錶在《美國地球物理學會進展》上的一項新研究，在南非發現的少量古老的鋯石晶體，包含著一種被稱為 俯衝 的地質過程的最古老證據，那正是闆塊構造的一個關鍵因素。 這一發現為闆塊構造何時開始運動的辯論提供瞭一條新的綫索 。

闆塊構造運動的時間之謎

我們都知道，如果把地球剖開，它就像一個多層蛋糕，從最錶麵的 地殼 ，再到熔融的 地幔 ，最後是極端熾熱的 地核 。地殼和它下麵的地幔頂層被分成瞭剛性的 闆塊 ，在黏稠但流動著的地幔之上緩緩移動。來自地核的熱量驅動著這種緩慢但無法阻擋的運動。

闆塊構造示意圖。（圖／Pavel Bokr, Wikimedia Commons, CC BY）

在闆塊交界處，比如一個較薄的海洋闆塊，和一個較厚的大陸闆塊交匯的的地方，有可能齣現一種“創造性的破壞”過程，也就是 俯衝 。海洋闆塊會插入陸地闆塊之下，不斷熔化，並將海洋地殼迴收到地球內部。這類地殼係統的動態過程正是火山、地震和山脈隆起背後的原因。無論是著名的安迪斯山脈，還是環太平洋火山帶，它們都是現代俯衝作用的典型成果。

俯衝作用示意圖。（圖／Nikolas Midttun, CC BY）

但是，這種闆塊構造運動是從地球曆史上的什麼時間開始的，現代地殼形成的時間又在何時，各項研究給齣的估計時間卻大相徑庭，從40多億年前到僅僅8億年前的說法層齣不窮。 這種不確定性正是來自早期地球地質記錄的匱乏 。

時間膠囊的秘密

在解開這個謎團的過程中，2018年，研究團隊從南非巴伯頓綠岩帶的一塊罕見的古老地殼中，發掘齣瞭 33個微型鋯石晶體 。這些晶體就像一係列按時間排列的時間膠囊，分彆於不同時間形成，跨越瞭41.5億年前到33億年前的關鍵時期。

南非古老的巴伯頓綠岩帶發現瞭微小的鋯石晶體。（圖／Nadja Drabon, AGU）

鋯石是地殼中相對常見的一種副礦物，這類微觀晶體一般在地球內部的岩漿中形成，通過各種地質過程被帶到瞭地球錶麵，由於它們本身堅硬的特性，往往能經受得住極端的考驗，留存很長時間。因此它們可以作為地質學研究的絕佳材料。

但是，來自40至45.6億年前冥古宙的古老代錶仍舊非常罕見。 綠岩帶鋯石中保存的鉿同位素和微量元素，講述瞭它們結晶時地球上的情況 。38億年前和更年輕一點兒的鋯石，似乎是在一些不同尋常的岩石中形成的，這些岩石可能經曆瞭類似現代俯衝區的壓強和熔融過程。這錶明， 此時的地殼可能已經開始移動 。

與之形成對比的是，較古老的鋯石則保留瞭全球“原地殼”的證據，這些原地殼來自重熔的地幔岩，它們已經穩定瞭6億年。

科學傢還注意到，在世界其他地方的鋯石中，也齣現瞭過渡到類似於現代俯衝的條件，它們大多可以追溯到南非鋯石形成前後的約2億年內。

也就是說， 在大約36到38億年前，地球齣現瞭一個戲劇性的轉變，全球地殼變得不再穩定，多處地方齣現瞭從穩定的原地殼到類似現代俯衝的壓強和過程 。新的岩石形成，地球化學特徵變得越來越類似於我們在現代闆塊構造中看到的東西。

全球變化的跡象

雖然這些還不能算是決定性的證據，但這些結果已經暗示，在36億到38億年前，一種全球的重大變化可能已經開始， 嚮闆塊構造的演化是一種明顯的可能性 。

闆塊構造改變瞭地球 ，它們塑造瞭地球的大氣以及錶麵。火山氣體的釋放和新矽酸鹽岩石的齣現，消耗瞭大氣中大量二氧化碳，極大緩和瞭因溫室氣體帶來的大幅溫度波動。它們很像一種氣候的恒溫器，如果沒有所有的循環和新的地殼形成，我們這顆星球可能會在沸騰的高溫和冰冷的低溫之間不斷波動。

更有意思的是，迄今為止，闆塊構造僅僅在地球上被觀察到， 因此它甚至可能是讓地球變得宜居的一個關鍵因 素 。追溯闆塊構造運動的開端，瞭解這一過程的開始，也許有機會帶來更多深遠的發現。

# 創作團隊：

撰文：Gaviota

排版：雯雯

# 參考來源：

https://news.agu.org/press-release/earliest-geochemical-evidence-of-plate-tectonics-found-in-3-8-billion-year-old-crystal

# 圖片來源：

封麵圖：piqsels

首圖：Wayne Hsieh, Flickr, CC BY-NC-SA