最早的板块运动，被两块石头记录了下来

⼀处35亿年前的枕状⽞武岩露头。图⽚来源：亚历克·布伦纳（Alec Brenner）/耶鲁⼤学/哈佛⼤学

撰文 | 玛丽莎·格鲁内斯（Marissa Grunes）

宏伟的板块运动塑造了我们生活的世界，它影响着地球大气的成分、保护这颗行星的磁场，甚至可能影响了地球生命历程。如今， 一项发表于 《科学》（Science）的研究显示，研究者找到了有力证据，证明早在34.8亿年前，板块构造运动就已经以某种形式存在了。

根据古老地壳碎片中留下的地磁信号，研究者发现如今被称为西澳大利亚的陆块曾向地磁北极的方向漂移，这一过程持续了数百万年，而非洲南部的一部分板块则保持静止。这是已知最早的板块相对运动的案例，比此前最早的记录还要早5亿多年，对理解地球早期生命以及地球构造活动如何开始具有重要意义。

今天的地球就像是一幅用巨型地壳碎片拼成的拼图，这些碎片在地球表面移动，像碰碰车一样相互碰撞，挤压出山脉，并在边缘处重新熔化为岩浆。所有这些活动都被统称为板块构造运动，在太阳系中，这似乎是地球独有的特征。

不过，板块构造运动最初究竟是如何在地球上启动的，又是在何时启动的，依然无人知晓。“这是地球科学最根本的问题之一，”研究的作者之一，美国哈佛大学的古地磁学家罗杰·傅（Roger Fu）说道。地质学家会借助各种工具，研究漫长地质年代中地壳的状态，但板块构造最有力的证据仍然是相对运动的痕迹：一块地壳靠近或远离另一块地壳。想要寻找这样的痕迹，由地核驱动的地磁场就是关键。

和所有磁体一样，地球也有南、北两个磁极，位置大致对应着地球的地理极点。但地球的磁极会不定期反转——最近一次地磁反转发生在大约78万年前。（今天地球的磁北极位于南半球）。当熔融的岩浆在地球表面凝固时，岩石会记录当时连接两极的磁力线的方向和角度，这就为古老岩石曾经的位置留下了线索。

为了寻找这些痕迹，研究团队分析了西澳大利亚和非洲南部偏远地区的岩石样本。这些地区保存着地球最古老的克拉通——这是一些古老而稳定的地壳。它们挺过了数十亿年的挤压、磨蚀与熔融，依然保留至今，并构成了地球大陆的基本骨架。岩层中的地磁记录显示，西澳大利亚克拉通中的一块曾发生移动，而非洲南部克拉通的一部分则保持静止。美国马里兰大学已经退休的地质学家迈克尔·布朗（Michael Brown，未参与这项研究）表示，这样的运动令人兴奋，因为它“表明这两个（克拉通）之间很可能存在板块边界”。

多位研究者认为，这项研究很可能已经接近我们所能看到的最早记录。因为对于地球诞生以来最初的10亿年中形成的岩石，能够完整保存至今的实在太少了。“这就像是一套1000片的拼图，但你手里只有35片。”布朗说道。他补充说，这种相对运动并不能准确告诉我们当时究竟发生了什么，但可以为研究人员重建早期地球的数学模型划定新的边界条件。

除了相对构造运动的证据，傅和同事还发现了已知最早的地磁反转证据，时间约在34.6亿年前。美国耶鲁大学的地球物理学家是永淳（Jun Korenaga，未参与这项研究）认为，综合来看，这项研究的发现“表明当时的地球活动已经非常接近”今天的样子。

在研究团队关注的西澳大利亚克拉通中，保存着目前已确认的、由单细胞生物留下的最古老的结构，其历史可以追溯到34.8亿年前。如果可以知道这些岩石当时所处的纬度，就能进一步了解早期生命诞生在怎样的环境中。如果能够理解那个时代曾发生过怎样的构造运动，也有助于破解现代板块运动是如何启动的。如果我们知道早期构造活动是什么样，也可以在其他行星上寻找类似的迹象。“生命会诞生在什么样的行星上？”傅表示，这个问题的答案“关系到生命在宇宙中可能有多普遍”。

本文选自《环球科学》6月刊“前沿”栏目。

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