可追溯到 38 億年前的微小鋯石晶體包含迄今為止地球上板塊構(gòu)造活動的最早地球化學(xué)證據(jù)。

晶體中保存的同位素和微量元素表明它們是在俯沖條件下形成的——當(dāng)一個構(gòu)造板塊的邊緣滑到相鄰板塊的邊緣之下時，創(chuàng)造出的特定條件。這為板塊構(gòu)造出現(xiàn)于何時的理論提供了新的限制條件。

因為板塊構(gòu)造在為地球上的生命出現(xiàn)、改變海洋和大氣的成分方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用，因此了解它們出現(xiàn)的時間和方式對于了解我們?nèi)绾未嬖谝约靶行菫楹芜m于生命的原因也很重要。

了解早期地球的地質(zhì)情況是一項挑戰(zhàn)。地殼在其 46 億年的歷史中一直非常活躍，而在 4.6 到 40 億年前的冥古宙的唯一直接記錄可以在礦物鋯石的晶體中找到。

這些晶體似乎經(jīng)受住了時間的摧殘，但很少：當(dāng)前地球上只有 12 個地方出現(xiàn)過古老晶粒，其中大多數(shù)地方還僅找到3?；蚋佟?/p>

然而，最近，一組地質(zhì)學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一個驚人的寶藏。在南非巴伯頓綠巖帶發(fā)現(xiàn)的一個古老地殼塊中發(fā)現(xiàn)了 33 個微觀鋯石晶體的年代序列，其歷史可追溯到 4.15 至 33 億年前。

該系列提供了一個難得的機會來探索早期地球的情況，從冥古宙到 4 到 36 億年前的始古宙時代。

礦物晶體可以作為一種時間膠囊，其中包含有關(guān)它們形成條件的信息，特別是鋯石晶體對于這一科學(xué)目的可能非常有價值。在鋯石中發(fā)現(xiàn)的金屬鉿和微量元素的同位素可用于推斷它們結(jié)晶的巖石的信息。

由哈佛大學(xué)地質(zhì)學(xué)家 Nadja Drabon 領(lǐng)導(dǎo)的一組科學(xué)家研究了綠巖帶鋯石，以重建它們形成條件的時間線。他們發(fā)現(xiàn)，從大約 38 億年前開始，這些晶體中的鉿和微量元素特征類似于在俯沖帶(位于構(gòu)造板塊邊緣)形成的現(xiàn)代巖石。

研究人員說，這表明板塊構(gòu)造在這些晶體形成時是活躍的。

“當(dāng)我說板塊構(gòu)造時，我特別指的是弧形設(shè)置，當(dāng)一個板塊在另一個板塊之下并且擁有所有的火山活動 - 例如，想想安第斯山脈和火環(huán)，在 38 億年前，地殼發(fā)生了劇烈變化，地殼變得不穩(wěn)定，新的巖石正在形成，我們看到地球化學(xué)特征變得越來越類似于我們在現(xiàn)代板塊構(gòu)造中看到的特征?！?/p>

令人著迷的是，超過 38 億年邊界的鋯石晶體不是在俯沖帶環(huán)境中形成的，而是在地幔因構(gòu)造耗盡玄武巖熔體元素之前，可能在由重熔地幔物質(zhì)形成的冥古宙“原殼”中結(jié)晶。

然后，該團(tuán)隊將他們的發(fā)現(xiàn)與大約同一時間來自世界各地的鋯石晶體進(jìn)行了比較，以確保他們不僅僅是觀察到局部現(xiàn)象。其他鋯石顯示出類似的變化過程。

很難確切知道這些微小的顆粒是否都指向我們世界向板塊構(gòu)造的演變，但結(jié)果肯定表明那是全球性的變化。

“我們看到了大約 3.8 到 36 億年前地球發(fā)生重大變化的證據(jù)，向板塊構(gòu)造演化是一種明顯的可能性。最早地球的記錄確實很有限，但僅僅在這么多不同的地方看到類似的轉(zhuǎn)變，就可以認(rèn)為它可能是地殼過程的全球變化。地球上正在發(fā)生某種重組。”