现代板块构造可能早在32亿年前就已经开始了,比科学家想象的要早4亿年。反过来,这表明地球上大块地壳的运动可能在使地球更加热情好客地生命中发挥了作用。
哈佛大学及其同事的地质学家亚历克·布伦纳(Alec Brenner)测量了霍尼埃玄武岩中含铁矿物质的磁取向,蜂蜜玄武岩是一层岩石,形成了31.9亿至31.8亿年前。玄武岩是东比尔巴拉·克拉顿(East Pilbara Craton)的一部分,这是西澳大利亚州的一个古老的大陆,其中包括35亿年的岩石。
研究人员发现,这个克拉顿,正在移动在33.5亿至31.8亿年前,在地球上以每年至少2.5厘米的速度漂流。该团队在4月22日报告科学进步。
玄武岩层在旅途中充满熔岩并变硬,其中包含含铁的矿物质,可以用作微小的路标,指向地球磁极的道路。虽然熔岩仍在熔融时,矿物质旋转,定向与北部或南磁极保持一致。通过跟踪熔岩内部的方向变化,随着旅程中的更多玄武岩形成,研究人员能够确定克拉顿的移动速度。
长期以来,科学家一直使用这种保存的磁标志来重建板块运动,从而追溯了横落大陆位的步骤。但是,在过去的几十亿年中,地球构造板的不断磨碎和转移使地球表面多次重新设计,几乎没有30亿年的露头。
然而,霍尼埃玄武岩是一个罕见的地点,既古老又相对未被变质的作用,其热量和压力可能会改变矿物质并重置其磁取向。小组使用称为量子钻石显微镜的仪器检查了235个玄武岩样本,该仪器可以在微米尺度上检测磁性痕迹。从这些分析中,研究人员在岩石内创建了高分辨率的磁取向图。
基于地图,小组估计,大约32亿年前,东比尔巴拉·克拉顿(East Pilbara Craton)的纬度约为45°,但无论是北方还是南方,都不确定,布伦纳在4月21日的视频新闻发布会上说。那是因为研究人员不确定当时地球的磁极是否处于当前方向或逆转。研究人员说,无论哪种方式,这种古老的外壳都以逐步的稳定运动移动,这是现代板块构造的标志。如今,克拉顿位于摩ri座热带地区的北部约21°S。
通常认为,板块构造学已成为地球上公认的全球进程,而不早于28亿年前。在此之前,认为地球的内部太热了,无法在表面形成寒冷,刚性板,或者发生深俯冲,其中一个地壳板在另一个地下板上潜水。
布伦纳对记者说,较早的开始构造构造对地球上的生命进化有影响。当第一个单细胞生物出现时,该过程是否正在运行,目前至少被认为是34.5亿年前,他说,不清楚(SN:10/17/18)。
他补充说,很明显,板块构造目前与生物圈紧密相关。它促进了曾经燃烧的岩石和大气之间的化学反应,这些岩石可以调节地球的气候数百万到数十亿年。布伦纳说:“因此,如果[板块构造]发生在地球早期,这些过程很可能在生命的演变中发挥作用。”
研究人员说,活跃,现代风格的板块构造是数据的最可能解释。但是他们承认其他可能的解释尚未被排除在外,包括早期的,偶发的,适合启动的板块构造风格。
一些研究人员提出,在大约40亿至25亿年前的大将期间,有一个原始板块构造过程移动并开始随着地球形成后开始冷却(SN:4/9/12)。沉积物从地球最早的大洲侵蚀可能还有助于润滑轮子,为现代板块构造奠定了基础(SN:6/5/19)。
马里兰州大学公园大学的地质学家迈克尔·布朗(Michael Brown)说,研究人员的数据可以支持情节而不是逐步的板块运动,也许是现代板块构造学的先驱。他说,这些数据表明,在最初的速度爆发之后,Honeyeater玄武岩的进度大大放缓,从每年的2.5厘米到每年0.37厘米。
目前尚不清楚与现代过程的类似原型构造可能如何相似。德国波茨坦大学的地球物理学家斯蒂芬·索博莱夫(Stephan Sobolev)说:“我们知道很少,无法自信地回答这个问题。” Sobolev先前曾提出,在大将期间,板块构造发生了大约十亿年:板块可能会被板块破裂,或者从地幔上升起的大量陨石撞击或强大的羽毛,从而产生了区域性细胞,在该细胞中产生了古老的大陆形成的和小块的壳块。
Sobolev建议,这种区域性细胞可能已经形成了澳大利亚的East Pilbara craton。但是,对于那个古老的大陆来说,这么迅速地旅行了,他说:“一定是大规模的俯冲涉及”,这对于早期地球历史来说是一个令人惊讶的可能性。