分析地球上最古老岩石碎片的新研究增加了一些最清晰的证据，表明地壳至少在 32.5 亿年前以类似于现代板块构造的方式推动和拉动。该研究还提供了地球磁北极和南极何时互换位置的最早证据。
这两个结果提供了线索，让我们了解这些地质变化如何可能导致一个更有利于地球上生命发展的环境。
这项工作由PNAS描述，由哈佛地质学家亚历克·布伦纳 (Alec Brenner) 和罗杰·福 (Roger Fu) 领导，重点关注澳大利亚西部皮尔巴拉克拉通的一部分，这是地壳中最古老、最稳定的部分之一。研究人员使用新技术和设备表明，地球上一些最早的表面以每年 6.1 厘米和每百万年 0.55 度的速度移动。
这一速度是同一研究人员在之前的一项研究中显示的古代地壳移动速度的两倍多。这种纬向漂移的速度和方向都让板块构造成为最合乎逻辑和最有力的解释。
“有很多工作似乎表明，在地球历史早期，板块构造实际上并不是地球内部热量通过板块移动释放的主要方式，”博士布伦纳说。 . 艺术与科学研究生院的候选人和哈佛大学古地磁实验室的成员。“这一证据让我们更有信心排除不涉及板块构造的解释。”
例如，研究人员现在可以反对称为“真正的极地漂移”和“停滞盖构造”的现象，这两种现象都可能导致地球表面发生变化，但不是现代板块构造的一部分。结果更倾向于板块构造运动，因为新发现的更高速度与其他两个过程的方面不一致。
在论文中，科学家们还描述了被认为是地球何时反转其地磁场的最古老证据，这意味着磁北极和南极翻转的位置。据宇航局称，这种类型的触发器在地球地质史上很常见，在过去的 8300 万年中，极地反转了 183 次，在过去的 1.6 亿年中可能发生了数百次。
这一逆转揭示了 32 亿年前地球磁场的大量信息。这些影响的关键是磁场可能足够稳定和强大，足以防止太阳风侵蚀大气。这种洞察力与板块构造的结果相结合，为最早的生命形式发展的条件提供了线索。
“它描绘了一幅已经在地球动力学上真正成熟的早期地球的画面，”布伦纳说。“它有许多相同类型的动态过程，导致地球具有更稳定的环境和地表条件，使生命更容易进化和发展。”
今天，地球的外壳由大约 15 个移动的地壳或板块组成，它们承载着地球的大陆和海洋。亿万年以来，板块相互漂移并分开，形成新的大陆和山脉，并将新的岩石暴露在大气中，这导致了数十亿年来稳定地球表面温度的化学反应。
很难找到板块构造何时开始的证据，因为最古老的地壳碎片被推入内地幔，永远不会重新浮出水面。地球上只有 5% 的岩石年龄超过 25 亿年，没有任何岩石的年龄超过 40 亿年。
总体而言，这项研究增加了越来越多的研究，即构造运动发生在地球 45 亿年的历史中相对较早，早期生命形式出现在更温和的环境中。该项目的成员于 2018 年重新访问了绵延约 300 英里的皮尔巴拉克拉通。他们钻入那里原始而厚实的地壳板，收集样本，回到剑桥，分析它们的磁性历史。
使用磁力计、退磁设备和量子金刚石显微镜——对样品的磁场进行成像并精确识别磁化粒子的性质——研究人员创造了一套新技术来确定样品的磁化年龄和方式。这使研究人员能够确定地壳移动的方式、时间和方向，以及来自地球地磁极的磁场影响。
量子金刚石显微镜是由哈佛大学地球与行星科学系 (EPS) 和物理学系的研究人员合作开发的。
对于未来的研究，傅和布伦纳计划将重点放在皮尔巴拉克拉通，同时也将目光投向世界各地的其他古代地壳。他们希望找到类似现代的板块运动以及地球磁极何时翻转的较早证据。
“最终能够可靠地读取这些非常古老的岩石为观察一个通常通过理论而不是可靠数据更多地了解的时间段开辟了很多可能性，”文理学院EPS教授傅说。“最终，我们不仅可以很好地重建构造板块何时开始移动，还可以重建它们的运动——以及驱动它们的地球内部过程——是如何随着时间而变化的。”
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