锆石(以及它们所拥有的秘密)是永恒的

长期以来，科学家们一直认为，板块构造——由独立的刚性板块漂移而成的地壳——形成了大陆和山脉，并对地球表面从熔岩和岩石的演化到适宜生命生存的环境至关重要。

不太清楚的是它是何时开始的。

一组由哈佛大学领导的研究人员分析了一些非常罕见、古老、几乎坚不可摧的晶体，这些晶体和被称为锆石的小沙粒大小，以寻找板块构造开始的化学线索。这项发表在《AGU进展》杂志上的研究表明，38亿年前，这些锆石的地球化学发生了重大转变，使它们看起来更像今天在板块构造发生的炽热环境中形成的锆石。

“在38亿年前，这颗行星似乎没有那么活跃，”哈佛大学地球与行星科学助理教授、该论文的第一作者纳贾·德拉本(Nadja Drabon)说。“今天，在所谓的俯冲带中，有很多地壳不断被破坏，新的地壳形成。许多[以前]锆石表明，那时候，一旦早期地壳形成，它就存在了很长时间——在这个例子中大约有6亿年。虽然有一些内部改造，我们没有创造新的花岗岩地壳。38亿年前，一切都变了。”

锆石是微小的时间胶囊，保留着地球最初5亿年的化学线索。有些是在40多亿年前地球的岩浆中形成的，从地质学的角度来说，那时地球还处于婴儿期。这使它们成为地球上已知的最古老的物质。它们的秘密可以通过激光来理解，研究人员在分析中就是这么做的。

科学家们发现，38亿年前，随着地球的冷却，许多新的地壳突然形成，锆石的地球化学特征开始看起来像那些在俯冲带产生的锆石，在两个碰撞的构造板块相遇的地方，一个板块滑到另一个板块下面，进入地幔，在那里它被回收(暗语是被烧成脆片)。

研究人员表示，目前还不清楚38亿年前是否存在俯冲带，但已知的是，新地壳的形成可能是某种类型的板块构造的结果。

这项研究进一步证实了地球45亿年历史中构造运动发生的相对早期。它提供了一些线索，告诉我们地球是如何变得适宜居住的，以及最早的生命形式是在什么条件下发展起来的。

今天，地球的外壳由大约15个移动的地壳块组成，这些地壳块包含了地球的大陆和海洋。这一过程是生命进化和地球发展的关键，因为这一过程将新的岩石暴露在大气中，导致了化学反应，在数十亿年的时间里稳定了地球表面的温度。

很难找到改变开始的证据，因为它太稀少了。地球上只有5%的岩石年龄超过25亿年，没有岩石的年龄超过40亿年。

这就是锆石的作用。

这组研究人员包括来自斯坦福大学和路易斯安那州立大学的地质学家，他们在2017年的南非探险中收集了3936块新的锆石。其中33个至少有40亿年的历史。这是相当大的收获，因为那个时期的锆石由于其大小很难找到。

研究人员在将收集到的岩石磨成沙子并分离出结果后，基本上必须靠运气。南非锆石的年龄在41亿年到33亿年之间。研究小组观察了他们发现的锆石晶体的三个不同的地球化学特征:铪同位素、氧同位素和微量元素组成。每个人都给了他们一块不同的拼图。

例如，铪同位素为地壳的形成和演化提供了线索;氧同位素是否有海洋;以及地壳的微量元素组成。数据表明地壳形成的速度在大约40亿年前开始加快。

研究人员还查看了世界各地发现的其他关于古锆石的研究数据，看看是否有类似变化的证据。他们在铪同位素数据中发现了它。

德拉本说:“所有这些数据都显示，这种转变发生在38亿到36亿年前。”

德拉本说，关于其他两个地球化学特征的数据不多，她希望接下来关注这些，包括海洋何时开始形成。

要做的事情太多了，德拉本说。“我甚至不知道从哪里开始。”

文章旨在传播新闻信息，原文请查看https://news.harvard.edu/gazette/story/2022/05/tiny-nearly-indestructible-gems-point-to-start-of-plate-tectonics/