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构造板块开始移动的时间比之前认为的要早

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地质学中一个经久不衰的问题是,地球的构造板块是何时开始推动和拉动的,这一过程帮助地球进化,并将其大陆塑造成今天的样子。一些研究人员认为它大约发生在40亿年前,而另一些人认为它更接近10亿年前。

由哈佛大学研究人员领导的一个研究小组从澳大利亚和南非的古代岩石(超过30亿年)中寻找线索,发现这些板块至少在32亿年前的早期地球上移动。科学家们在西澳大利亚最古老的地壳之一的皮尔布拉克拉顿(Pilbra Craton)的一部分区域里,发现了每年大约2.5厘米的纬向漂移,并认为这种移动发生在32亿年前。

研究人员认为,这种转变是最早的证据,证明现代的板块运动发生在20亿到40亿年前。它增加了早期地球构造运动的研究。研究结果发表在《科学进展》杂志上。

“基本上,这是一个地质证据,可以将地球板块构造的记录追溯到更早的地球历史,”论文的主要作者之一、哈佛大学古地磁实验室的成员亚历克·布伦纳(Alec Brenner)说。“根据我们发现的证据,似乎板块构造更有可能发生在早期地球,这说明地球比很多人想象的更像今天的地球。”

板块构造是生命进化和地球发展的关键。今天,地球的外壳由大约15块坚硬的地壳组成。地球上的大陆和海洋就坐落在它们上面。这些板块的运动决定了大陆的位置。它帮助形成了新的地貌,创造了独特的地貌,比如山脉。它还将新的岩石暴露在大气中,导致了数十亿年的化学反应,稳定了地球表面的温度。稳定的气候对生命的进化至关重要。

什么时候发生的第一次转变长期以来一直是地质学中争论不休的问题。任何能说明这一点的信息都是有价值的。这项发表在地球日上的研究填补了一些空白。它也粗略地暗示了生命的早期形式是在一个更温和的环境中发展起来的。

构造板块开始移动的时间比之前认为的要早

“我们正在试图理解驱动地球的地球物理原理,”论文的主要作者之一、文理学院地球与行星科学助理教授付罗杰(Roger Fu)说。板块构造使生命所必需的元素在地球内部和外部循环。

板块构造学也帮助行星科学家了解地球之外的世界。

布伦纳是艺术与科学研究生院的一名三年级学生,他说:“目前,地球是已知的唯一一个拥有稳定的板块构造的行星。”“当我们在其他太阳系中寻找行星时,我们确实有必要了解导致地球板块构造的整个过程,以及是什么驱动力促使它发生。”希望这能让我们意识到,在其他星球上发生板块构造是多么容易,尤其是考虑到板块构造、生命进化和气候稳定之间的所有联系。”

为了这项研究,项目成员前往西澳大利亚的皮尔巴拉克拉顿。克拉通是一种原始的、厚的、非常稳定的地壳。它们通常位于构造板块的中间,是地球大陆的古老心脏。

这使它们成为研究早期地球的天然场所。皮尔巴拉克拉通绵延约300英里,面积与宾夕法尼亚州大致相同。那里的岩石早在35亿年前就形成了。

2017年,Fu和Brenner从一种叫做Honeyeater玄武岩的岩石中提取了样本。他们在那里的岩石上钻孔,采集了大约一英寸宽的岩芯样品。

构造板块开始移动的时间比之前认为的要早

他们把样品带回了傅在剑桥的实验室,在那里他们把样品放入了磁力仪和消磁设备。这些仪器告诉他们岩石的磁性历史。这段历史中最古老、最稳定的一段应该是岩石形成的时候。在这个例子中,是32亿年前。

然后,研究小组使用了他们的数据和其他研究人员的数据,这些研究人员已经对附近地区的岩石进行了去磁处理,从而确定了岩石从一个点移动到另一个点的时间。他们发现每年漂移2.5厘米。

Fu和Brenner的工作与大多数研究不同,因为科学家们专注于测量岩石随时间变化的位置,而其他工作则倾向于关注岩石中暗示构造运动的化学结构。

研究人员用新型量子钻石显微镜证实了他们在32亿年前的发现。显微镜将样品的磁场和粒子成像。它是由哈佛大学和麻省理工学院的研究人员合作开发的。

在论文中,研究人员指出,他们无法排除一种被称为“真正的极地漂移”的现象。它也会导致地球表面的移动。由于这种地质运动的时间间隔,其结果更倾向于板块构造运动。

Fu和Brenner计划在未来的实验中继续分析来自皮尔巴拉克拉顿的数据和其他来自世界各地的样本。对户外活动的热爱推动着他们,一个学者需要了解地球的行星历史也是如此。

“这是我们传统的一部分,”布伦纳说。

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