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哈佛大學(xué)地球與行星科學(xué)助理教授、該論文的第一作者 Nadja Drabon 說：“在 38 億年前，地球似乎沒有那么活躍。今天，在所謂的俯沖帶（subduction zones）中，有很多地殼不斷被破壞，從而產(chǎn)生了新的地殼。很多鋯石都留下過去很長一段時間的痕跡，在被包裹之前可以有 6 億年的歷史。雖然板塊運(yùn)動對其進(jìn)行了一些內(nèi)部改造，但是從未創(chuàng)造出新的花崗巖地殼。38 億年前，拉開了演變的序幕”。

把鋯石想象成微小的時間膠囊，它保留了地球最初 5 億年的化學(xué)線索。有些是在超過 40 億年前地球的巖漿中形成的，從地質(zhì)上講，地球仍處于起步階段。這使它們成為地球上已知最古老的材料。他們的秘密可以通過用激光照射來理解，這就是研究人員為他們的分析所做的。

科學(xué)家們看到，在 38 億年前，隨著地球冷卻，大量新地殼突然形成，鋯石的地球化學(xué)特征開始看起來像在俯沖帶中產(chǎn)生的那些，即兩個碰撞構(gòu)造板塊相遇和一個滑動的地方在另一個下面并進(jìn)入它被回收的地幔。研究人員表示，目前尚不清楚 38 億年前是否存在俯沖帶，但目前已知的是，正在形成的新地殼可能是某種板塊構(gòu)造的結(jié)果。

這項(xiàng)研究增加了越來越多的研究，即構(gòu)造運(yùn)動發(fā)生在地球 45 億年歷史的相對早期。它提供了有關(guān)地球如何變得可居住以及最早的生命形式發(fā)展的條件的提示。

今天，地球的外殼由大約 15 個移動的地殼塊組成，這些地殼支撐著地球的大陸和海洋。這個過程是生命進(jìn)化和地球發(fā)展的關(guān)鍵，因?yàn)檫@個過程將新的巖石暴露在大氣中，這導(dǎo)致了數(shù)十億年來穩(wěn)定地球表面溫度的化學(xué)反應(yīng)。

很難找到變化何時開始的證據(jù)，因?yàn)樗浅Ｏ∪薄５厍蛏现挥?5% 的巖石年齡超過 25 億年，沒有任何巖石的年齡超過 40 億年。而鋯石能夠提供這個答案。

包括來自斯坦福大學(xué)和路易斯安那州立大學(xué)的地質(zhì)學(xué)家在內(nèi)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)從 2017 年南非的一次探險(xiǎn)中收集了 3936 顆新鋯石。其中 33 個至少有 40 億年的歷史。這是相當(dāng)大的收獲，因?yàn)槟莻€時期的鋯石由于它們的大小而很難找到。

研究人員基本上必須在將他們收集的巖石磨碎成沙子并將結(jié)果分離出來后才能走運(yùn)。南非鋯石的年齡從 41 億年到 33 億年不等。該團(tuán)隊(duì)研究了他們發(fā)現(xiàn)的鋯石晶體的三種不同地球化學(xué)特征：鉿同位素、氧同位素和微量元素成分。每個人都給了他們不同的拼圖。

例如，鉿同位素為地殼的形成和演化提供了線索；關(guān)于是否有海洋的氧同位素；以及關(guān)于地殼成分的微量元素。數(shù)據(jù)表明，地殼形成的速度在近 40 億年前開始加快。研究人員還查看了來自世界各地發(fā)現(xiàn)的其他古代鋯石研究的數(shù)據(jù)，看看他們是否看到了類似轉(zhuǎn)變的證據(jù)。他們在鉿同位素?cái)?shù)據(jù)方面做到了。