锆石揭开了地球的早期历史：生命起源于"停滞的盖子" 而不是板块构造

来源：cnBeta 　2023-06-28 11:31:46

科学家们进行了一次时间回溯之旅，以揭开地球早期历史的神秘面纱，利用被称为锆石的微小矿物晶体来研究数十亿年前的板块构造学。这项研究揭示了早期地球存在的条件，揭示了地球的地壳、核心和生命出现之间复杂的相互作用。

板块构造涉及地球表面大型板块的水平运动和相互作用。新的研究表明，移动板块构造--被认为是创造一个宜居星球的必要条件--在39亿年前的地球上并没有发生。资料来源：罗切斯特大学插图/Michael Osadciw

板块构造使地球内部的热量逸出到地表，形成生命出现所需的大陆和其他地质特征。因此，罗切斯特大学地球和环境科学系教授约翰-塔尔杜诺说："一直有这样的假设，即板块构造对生命是必要的。但是新的研究对这个假设提出了质疑。"

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塔尔杜诺是小威廉-R-凯南（William R. Kenan, Jr. 地球物理学教授Tarduno是发表在《自然》杂志上的一篇论文的主要作者，该论文研究了39亿年前的板块构造，科学家认为在那时地球上出现了第一批生命的痕迹。研究人员发现，移动板块构造在这个时期没有发生。相反，他们发现，地球正在通过所谓的停滞盖子制度释放热量。结果表明，尽管板块构造是维持地球上生命的一个关键因素，但它并不是生命起源于类地行星的一个必要条件。

"我们发现在生命最初被认为是起源的时候并没有板块构造，而在之后的几亿年里也没有板块构造，"Tarduno说。"我们的数据表明，当我们在寻找孕育生命的系外行星时，这些行星不一定需要有板块构造。"

从锆石研究中走出的一条意外的弯路

研究人员最初并不是为了研究板块构造。"我们研究锆石的磁化，因为我们正在研究地球的磁场，"Tarduno说。锆石是含有磁性颗粒的微小晶体，可以锁定锆石形成时的地球磁化。通过测定锆石的年代，研究人员可以构建一条追踪地球磁场发展的时间线。

地球磁场的强度和方向因纬度不同而变化。例如，目前的磁场在两极最强，在赤道最弱。掌握了关于锆石磁性的信息，科学家可以推断出锆石形成的相对纬度。也就是说，如果地球动力的效率--产生磁场的过程--是恒定的，而磁场的强度在一个时期内是变化的，那么锆石形成的纬度也一定在变化。

但是Tarduno和他的团队发现了相反的情况：他们从南非研究的锆石表明，在大约39亿到34亿年前的时期，磁场的强度没有变化，这意味着纬度也没有变化。因为板块构造学包括各种陆地的纬度变化，"板块构造运动很可能在这段时间没有发生，地球一定有另一种方式在清除热量"。

进一步加强他们的发现后，研究人员在他们研究的西澳大利亚的锆石中发现了同样的模式。"我们并不是说这些锆石形成于同一个大陆，但看起来它们形成于同一个不变的纬度，这加强了我们的论点，即此时并没有发生板块构造运动，"Tarduno说。

停滞的盖子构造：板块构造的替代方案

地球是一个热引擎，而板块构造最终是地球热量的释放。但是，停滞不前的板块构造--它导致了地球表面的裂缝--是另一种允许热量从地球内部释放以形成大陆和其他地质特征的手段。

板块构造涉及地球表面大型板块的水平运动和互动。塔杜诺和他的同事报告说，平均而言，过去6亿年来的板块至少在纬度上移动了8500公里（5280英里）。相比之下，停滞盖板构造学描述了地球最外层的行为就像一个停滞的盖子，没有积极的水平板块运动。相反，外层保持原位，而地球的内部却在冷却。源自地球内部深处的大型熔融物质羽流可以导致外层开裂。在从地球地幔释放热量方面，停滞的盖层构造不如板块构造那么有效，但它仍然可以导致大陆的形成。

"早期的地球并不是一个表面上一切都死气沉沉的星球，"Tarduno说。"事情仍然在地球表面发生；我们的研究表明它们只是没有通过板块构造发生。我们至少有足够的地球化学循环由停滞的盖子过程提供，以产生适合生命起源的条件。"

维持一个适宜居住的星球

虽然地球是唯一已知的经历板块构造的行星，但其他行星，如金星，也经历了滞留盖板构造，Tarduno说。他说："人们倾向于认为，由于金星上发生的事情，停滞的盖层构造不会建造一个适合居住的星球。金星不是一个非常好的居住地：它有一个破碎的二氧化碳大气层和硫酸云。这是因为热量没有被有效地从行星的表面移除"。

如果没有板块构造，地球可能会遇到类似的命运。虽然研究人员暗示，板块构造可能在34亿年后不久就在地球上开始了，但地质学界对具体日期存在分歧。

"我们认为，从长远来看，板块构造对于消除热量、产生磁场和保持我们星球上的可居住性非常重要，"Tarduno说。"但是，在一开始，以及十亿年后，我们的数据表明，我们不需要板块构造。"

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