史密森尼国家自然历史博物馆的研究地质学家迈克尔·阿克森(Michael Ackerson)领导的科学家提供了新的证据，证明大约36亿年前出现了现代板块构造，这是地球的基本特征及其独特的维持生​​命的能力。

地球是已知的唯一拥有复杂生命的行星，这种能力在一定程度上取决于使该行星与众不同的另一个特征：板块构造。没有其他科学已知的行星体具有地球的动态地壳，该地壳被分割成板，这些板在数万亿年之间彼此移动，破裂和碰撞。板块构造将地球内部的化学反应堆与它的表面系起来，这种反应堆设计了当今人们居住的宜居星球，从大气中的氧气到调节气候的二氧化碳的浓度。但是，何时以及如何开始板块构造仍然是个谜，被埋葬在数十亿年的地质时代之下。

这项研究于5月14日发表在《地球化学观点快报》(Geochemical Perspectives Letters)杂志上，该研究利用锆石(地球上发现的最古老的矿物)来回溯地球的古老历史。

该研究中最古老的锆石来自西澳大利亚州的杰克希尔斯(Jack Hills)，大约有43亿年的历史-这意味着这些几乎坚不可摧的矿物质是在地球处于婴儿期时才形成的，大约只有2亿年的历史。这些矿物质与从杰克山(Jack Hills)收集的其他最早的锆石(距地球最早的历史可追溯到30亿年前)一起，为研究人员提供了与新生世界的连续化学记录最接近的物质。

阿克森说：“我们正在重建地球从岩石和金属的熔融球到如今的变化的方式。” “其他任何一个星球都没有，液态海洋或生物。从某种意义上说，我们正在试图回答为什么地球如此独特的问题，而我们可以用这些锆石在一定程度上回答这一问题。”

为了回顾数十亿年的地球历史，阿克森和研究小组从杰克希尔斯那里收集了15颗葡萄柚大小的岩石，并将其用细花栗鼠机磨成沙子，将其还原成矿物的最小组成部分。幸运的是，锆石非常致密，这使得它们可以使用类似于淘金的技术相对容易地与其余的沙子分开。

该团队测试了3,500多个锆石，每个锆石只有几根人类的毛发，方法是用激光喷射它们，然后用质谱仪测量其化学成分。这些测试揭示了每个锆石的年龄和基本化学性质。在测试的数千种矿物中，约有200种适合于研究，原因是这些矿物自诞生以来已经经历了数十亿年的惨败。

“破解这些矿物质中的秘密绝非易事，”阿克森说。“我们分析了数千个这种晶体，以提供一些有用的数据点，但是每个样本都有可能告诉我们全新的事物，并重塑我们对地球起源的理解。”

锆石的年龄可以高度精确地确定，因为每个锆石都包含铀。铀著名的放射性性质和良好的衰变速率使科学家可以对矿物存在的时间进行逆向工程。

每个锆石的铝含量也引起了研究团队的关注。对现代锆石的测试表明，只能以有限的方式生产高铝锆石，这使得研究人员可以利用铝的存在来推断锆石形成时的地质状况。

在分析了数千个测试锆石中数百个有用的锆石的结果之后，阿克森和他的合著者们在大约36亿年前发现了铝浓度的显着增加。

阿克森说：“这种成分变化可能标志着现代板块构造的开始，并可能标志着地球上生命的出现。” “但是我们将需要做更多的研究来确定这种地质转变与生命起源的系。”

将高铝锆石与具有板块构造的动态地壳的发生系起来的推论线是这样的：高铝锆石形成的几种方法之一是通过融化地球表面以下更深的岩石。

阿克森说：“由于铝的化学键，很难将其放入锆石中。” “您需要具有非常极端的地质条件。”

阿克森(Ackerson)认为，这种迹象表明岩石正在地球表面以下更深地融化，这意味着行星的地壳变得越来越厚并开始冷却，而地壳的这种增厚则表明正在向现代板块构造过渡。

先前对加拿大北部拥有40亿年历史的Acasta Gneiss的先前研究还表明，地壳正在变厚，并导致岩石在地球内融化得更深。

阿克森说：“阿卡斯塔片麻岩的结果使我们对杰克·希尔斯锆石的解释更有信心。” “今天这些地点相距数千英里，但它们在告诉我们一个相当一致的故事，那就是大约36亿年前，发生了全球性的重大事件。”

这项工作是博物馆名为“我们的独特星球”的一项新举措的一部分，该举措是公私合营的项目，旨在支持研究一些最持久，最重要的问题，这些问题使地球变得如此特别。其他研究将调查地球液态海洋的来源以及矿物质可能如何帮助激发生命。

阿克森说，他希望通过搜索古老的杰克希尔斯锆石中的生命痕迹，并寻找其他至高无上的古老岩层，看看它们是否也显示出约36亿年前地球地壳变厚的迹象，来跟踪这些结果。