研究有助于查明地球的构造板块何时开始

岩石讲述了地球从外星景观向大洲，海洋和生物过渡的故事

每年，地震都会震撼地面，火山在构造板块的边缘喷发-地壳的巨大碎片在地球上缓慢滑动，从而造就并摧毁了数以亿计的山脉和海洋。但是，何时开始这种板块俯冲的问题一直是地球科学界争论不休的辩论。

加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋学研究所和芝加哥大学的科学家进行的一项新研究阐明了这一迫在眉睫的问题。根据12月9日发表在《科学进展》杂志上的调查结果，这一过程可能始于37.5亿年前，它改变了地球表面的形状，为一颗宜居的星球奠定了基础。

对于研究的主要作者和斯克里普斯助理。萨拉·阿隆斯教授（Sarah Aarons）认为，地球最早的可居住性的线索在于古代岩石的组成元素-特别是钛。

Aarons分析了加拿大苔原的Acasta片麻岩复合体中地球上最古老的岩石样本-片麻岩的露头已有40.2亿年的历史。这些岩石的年代可以追溯到地球形成之初，这是由地狱条件和景观所定义的时间，这些景观和景观看上去对我们现代人来说是陌生的。

板块构造和俯冲带决定了地球的外观，从而推动了大陆板块和盆地的形成，这些盆地和填充盆地将变成海洋。它们也是对地球表面化学特性的主要控制，可能与地球维持生命的能力有关。这些俯冲带负责形成新兴大陆，并通过调节大气中温室二氧化碳的含量来提供重要的气候控制。

但是，众所周知，研究古代俯冲带的历史和起因非常困难。地壳向内进入地幔时，岩石不断被破坏，留下了一些可追溯到地球最早历史的样本。长期以来，科学家一直在争论板块构造和俯冲何时开始，估计范围是0.85到42亿年前，占地球历史的三分之二以上。

Aarons的研究集中于同位素，同位素是基于它们具有的中子数量而变化的同一元素。她将片麻岩碎成粉末，然后加热，冷却并溶于酸中，以便将钛同位素与其他元素化学分离。然后，Aarons能够使用起源于芝加哥大学的合作者Nicolas Dauphas领导的Origins实验室中的质谱仪，来测定样品中钛同位素的变化，并率先进行了此类测量。

“‘这些岩石自形成以来的40亿年间就经历了摇臂，”地球物理科学系路易斯·布洛克教授道帕斯（Dauphas）说。 “钛同位素对于了解这些过程并弄清当时岩浆的地质环境非常宝贵。”

Aarons将这些样本与俯冲带中形成的较新的现代岩石进行了比较。在40亿年前的岩石样本中，她看到了与羽状环境中形成的现代岩石（例如夏威夷和冰岛）的相似之处，那里的陆地正漂浮在热点上。但是，在37.5亿年的岩石中，她注意到趋势已经转变为现代俯冲带中形成的岩石，这表明在地球历史上大约那个时候，这些区域就开始形成。

“尽管钛同位素数据的趋势没有提供证据表明板块构造正在全球范围内发生，但确实表明存在湿法岩浆作用，这在此时支持俯冲，” Aarons说。

她补充说：“以前在这些岩石上已经做了很多工作，以便对它们进行仔细的测年，并提供地球化学和岩石学方面的信息。” “我们很幸运有机会在这些样品中测量钛同位素组成，一个新兴的同位素系统。”

这组作者说，这项研究中使用的技术可以应用于世界各地的其他古代岩层，以获得更多关于地球新兴土地的组成和演化的信息。

Acasta片麻岩样品是由宾夕法尼亚州立大学的助理教授Jesse Reimink提供的。瑞士伯尔尼大学的Nicolas Greber也参与了这项研究。

引文：“钛同位素限制了Acasta片麻岩复合体中Hadean-Archean边界的岩浆过渡。” Aarons等人，《科学进展》，2020年12月9日.DOI：10.1126 / sciadv.abc9959 改编自加利福尼亚大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋学研究所首次发表，蔡斯·马丁（Chase Martin）撰写的文章。