板块构造何时开始
板块边缘。图片来源：Youtube截图
撰文 | 斯蒂芬妮·帕帕斯（Stephanie Pappas）
翻译 | 曾欣欣
当巨大的地壳板块以极低的速度碰撞，可能会引发地震、形成山脉或产生新的岩石，这种最基本的地质运动被称为板块构造运动。然而没有人知道，板块构造是何时，以及如何开始的。最近发表在《自然·地球科学》（Nature Geoscience）的一项实验研究表明，早期的板块构造创造了地球上最古老的岩石，这些岩石大约有 40 亿年的历史——仅仅比45亿年的地球年轻一点。
“‘板块构造是什么时候开始的?’这一问题饱受热议，”这项研究的作者，英国爱丁堡大学的火成岩石学家艾伦·黑斯蒂（Alan Hastie）说，“但我认为这问题本身就是个错误，板块构造可能一直存在。”
当地球的岩浆海刚刚开始凝固时，这里还是一个更燥热、更粘稠的星球，因此此时形成的年轻地壳似乎更容易弯曲，而不会分裂成板块。此前，科学家利用计算机模型重建地球早期的环境后，倾向于认为板块构造最早开始于30亿年前，因为模型无法模拟出更早的板块构造。然而，有地质学家根据岩石证据指出，在加拿大和澳大利亚等地，存在形成于40亿年前的岩石，可以证明板块构造开始于更早的时间。这些古老的岩石似乎是由板块俯冲形成的——当两个板块碰撞时，其中一个板块会俯冲进地幔深处。
黑斯蒂和同事希望测试这些最古老的岩石是否可能形成于较浅的位置，而没有受到俯冲作用影响。他们从西南太平洋的洋壳（与地球最早的陆壳成分相似）中采集了样本，并将样本置于高压和高温下，来模拟它们可能的形成环境（不是因为俯冲作用形成的特定温压条件，并且模拟的深度也位于地壳中浅于50千米的位置）。
研究人员发现，这种环境下产生的岩石，其矿物组成不可能与40亿年前的岩石完全相同。在不同压力和温度下形成的岩石，它们的矿物组成也有所不同。而实验样品与野外的发现并不匹配，这表明，古代岩石形成的深度更深——超过了50千米。按我们已有的理解，只有俯冲作用能够抵达这么深的位置。”
“只有在高得多的压力下才能形成这些岩石——而要获得这种压力，最简单的机制就是俯冲，”美国哈佛大学的地质学家纳贾·德拉邦（Nadja Drabon，未参与这项研究）表示，因此板块构造的起始时间可能比40亿年前更早。英国爱丁堡大学的博士后研究员萨莉·劳（Sally Law，这项研究的共同作者）表示，只是早期地球的俯冲作用可能不像今天这么剧烈，燥热、柔软的地壳不太可能像现代的构造板块那样深入地幔。
德拉邦表示：“最大的问题在于，地球能在多大程度上维持板块构造持续运作？这也是今后需要开展更多工作的地方。”
本文来自2023年12月刊前沿
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