地球是一个不断进化、不断变化的星球。山脉、海洋的形成和火山爆发都表明了地球表面的持续波动。这些转变的核心是板块构造的强大力量，它涉及地球地壳板块的运动。这一基本机制不仅塑造了我们星球目前的地貌，而且在决定其未来方面仍然具有影响力。
然而，在地球历史的早期阶段，板块构造活动是什么样的呢?这个过程是否在生命起源的时候就发生了呢?
“现代地球的动态构造性质是今天生命存在的原因之一，”罗切斯特大学地球与环境科学副教授达斯汀·特里尔实验室的博士后研究员里朱·乔杜里说。“探索地球动力学和早期地球的岩性多样性可能会揭示生命是如何在我们的星球上开始的。”
乔杜里是发表在《自然通讯》上的一篇论文的第一作者，该论文概述了罗切斯特大学的研究人员如何使用小锆石晶体来解开早期地球岩浆和板块构造活动的信息。这项研究提供了化学证据，表明板块构造最有可能发生在超过42亿年前，当时人们认为地球上的生命刚刚形成。这一发现可能有助于在其他行星上寻找生命。
板涕必灵地壳的形成和毁灭都是由地壳的能量驱动的
Trail说，现代地球上的板块构造“极其重要”，因为它是“地壳形成和毁灭的主要机制”。
地球是唯一已知的具有可移动的上层地壳的行星，上层地壳是周期性地破坏和创造的。这一过程将铁和镁等关键元素从地球内部输送到地表，并控制着地球的水和碳循环。但是，对地质学家来说更重要的是，板块构造融化和混合岩石，产生具有特定化学成分的岩浆，这取决于所涉及的岩石和“破坏”发生的位置。因此，岩浆的化学组成可以表明形成它的构造类型。
古老的水晶就像微小的时间胶囊
乔杜里和他的同事们利用锆石进行了他们的研究，锆石是岩石中的微小晶体，就像小的时间胶囊。锆石含有微量的化学元素，在晶体形成时就被锁在晶体中。研究人员确定了锆石的年代，然后进行回溯，利用锆石揭示了锆石结晶的母岩浆的化学组成信息。然后，研究人员利用岩浆的信息来重建地球早期的物理和化学环境，并推断出锆石形成时的板块构造样式。在这种情况下，锆石大约有38到42亿年的历史。
根据乔杜里的说法，大多数研究人员利用锆石来推断早期地球的信息，并建立概率模型来呈现不同的构造情景。乔杜里和他的同事们更进一步，不仅描述了锆石，还描述了母岩浆。
乔杜里说:“母岩浆更直接、更可靠，因为它们更接近源头——实际的构造风格。”“我们的研究描述了锆石的硅和氧同位素含量以及母岩浆的微量元素含量，这是以前没有结合和提出的。”
Chowdhury、Trail和他们的同事发现，在构造活跃的板块边界(如喀斯喀特和阿留申岛链)或日本和安第斯山脉地区，早期地球岩浆和现代岩浆在化学上存在相似性。
“这表明从古代到现代的构造连续性，”Trail说。“也就是说，我们的研究表明，数十亿年前的地球可能与今天的运行方式相似。”
这是宜居行星的关键特征
研究人员没有确定当板块构造开始时是否有生命存在——“生命和构造都没有一个准确的开始日期，”乔杜里说，并指出地质界在这些问题上存在分歧。但新数据提供的化学证据表明，板块构造可能发生在42亿年前。
他继续说，无论如何，板块构造是地球目前拥有温带生存环境的一个关键原因，也可能是在其他行星上寻找可居住环境的一个重要因素。
他说:“如果存在一些行星动力，生命起源的机会就会大大增加。”
参考文献:wrju Chowdhury、Dustin Trail、Martha Miller和Paul Savage撰写的“太古代和太古宙熔体揭示出弧形的微量元素和同位素特征”，2023年2月28日，《自然通讯》。DOI: 10.1038 / s41467 - 023 - 36538 - 5
这项研究由美国国家科学基金会和美国国家航空航天局资助。
“这是越来越多的实地情况。这也越来越成为政府官员的愿望或心态，这非常令人担忧，但这就是正在发生的事情。”