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地球上的古老舞蹈:新证据表明板块构造发生在42亿年前

地球是一个不断发展和永久转变的星球。山脉、海洋和火山喷发的产生都表明了我们星球表面的持续波动。这些变化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景观,而且在决定其未来方面仍然具有影响力。

通过熔化和混合岩石,板块构造产生了具有独特化学成分的岩浆。罗切斯特的地质学家正在利用这一化学证据来发现40多亿年前地球上板块构造活动的宝贵信息。

然而,在地球历史的早期阶段,板块构造活动是什麽样的?这个过程是否发生在被认为是生命起源的时候?

罗切斯特大学地球和环境科学副教授Dustin Trail实验室的博士後研究助理Wriju Chowdhury说:”现代地球的动态构造性质是今天生命存在的原因之一。探索早期地球的地球动力学和岩石学的多样性,可能会导致揭示生命是如何在我们的星球上首次开始的”。

Chowdhury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利用小型锆石晶体来解开有关早期地球的岩浆和板块构造活动的信息。这项研究提供了化学证据,表明板块构造很可能发生在42亿年前,当时生命被认为是在我们的星球上首次形成。这一发现可能被证明有利於在其他星球上寻找生命。

Trail说,现代地球上的板块构造”极其重要”,因为它是”地球地壳创造和破坏的主导机制”。

地球是唯一已知的有移动的上层地壳的星球,它被周期性地摧毁和创造。这个过程将关键元素,如铁和镁,从地球内部输送到其表面,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,创造出具有特定化学构成的岩浆,这取决於所涉及的岩石和发生”破坏”的位置。因此,岩浆的化学构成可以表明创造它的构造风格。

乔杜里和他的同事利用锆石–岩石中的微小晶体进行研究,这些晶体就像小的时间胶囊。锆石含有微量的化学元素,在晶体形成时被锁在晶体中。研究人员确定了锆石的日期,然後向後研究,锆石揭示了关於锆石结晶的母体岩浆的化学构成的信息。然後,研究人员利用有关岩浆的信息来重建早期地球的物理和化学环境,并推断出锆石形成时期的板块构造风格。在这种情况下,锆石的年龄约为38亿至42亿年。

据Chowdhury说,大多数研究人员利用锆石来推断早期地球的信息,以创建概率模型,提出不同的构造方案。Chowdhury和他的同事们更进一步,不仅描述锆石,而且还描述母岩浆。”母岩浆更加直接和可靠,因为它们更接近源头,也就是实际的构造风格。我们的研究描述了锆石的硅和氧同位素含量以及母体岩浆的微量元素含量,这在以前还没有被结合起来介绍。

Chowdhury、Trail和他们的同事发现早期地球岩浆和在构造活跃的板块边界产生的现代岩浆之间存在着化学上的相似性,例如卡斯卡特岛链和阿留申岛链或日本和安第斯山脉的地区。

“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,几十亿年前的地球可能与今天的运作类似。”

研究人员没有确定在板块构造开始时是否存在生命–“生命和构造都还没有一个准确的开始日期,”Chowdhury说,并指出地质学界在这些方面存在分歧。但是新的数据提供了化学证据,表明板块构造可能在42亿年前就已经发生了。

无论情况如何,板块构造是地球目前拥有温带生活环境的一个关键原因–而且可能是在其他行星上寻找宜居生活环境的一个重要因素。

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