地质计时器，锆石助力研究地球的板块构造过程，有点与众不同

来源: 科普中国 ┆ 时间: 2022-11-06 16:10:56

地球上最古老的晶体揭示了板块构造的时间

【资料图】

那些晶体在数十亿年的时间里都默默的埋在土里

地球上持续运动着的构造板块造就了我们现在所熟知的这颗无二且宜居的星球。

来自华盛顿的史密尼森国家自然历史博物馆的地质学家迈克尔·埃克森的新研究表明，地球的构造板块，即在液态地幔上的巨大地壳板块，大约在36亿年前就已经移动了，而地球当时还不到十亿年的寿命。

要想探究地球的远古时期，就需要去研究一些能经受得住时间考验的材料，尤其是这种数十亿年跨度的情况。因此，科学家们转向了锆石，这是地球上最古老且最坚硬的矿物之一

这些微小的晶体“时间胶囊”几乎是坚不可摧，并且它们都存在超过了四十亿年之久。

它们是我们去了解地球行成的初始阶段的为数不多的窗口之一。“我们正在重构地球是怎么从一个满是岩石和金属的熔球到我们现在地球这个样子的过程”，埃克森在一份报告中说道，“任何其他的行星都没有大陆或者液态海洋亦或是生命。从某种方面来看，当我们尝试去解释为什么地球是独一无二的时候，是可以利用这些锆石在一定程度上回答上述问题的。”

那么，人类要怎么才能找到那些数十亿年前的矿物呢？研究小组将他们的视线转向了西澳大利亚的曾经被发现过最古老岩石的杰克山。他们在那里收集了15块柚子大小的古代岩石。

研究人员将这些岩石磨碎，并使用一种类似于淘金的技术从中筛选出锆石。研究人员使用激光将这些锆石切割后，又使用名为质谱的方式进行分析，从而揭示出这些矿物的化学组成和行成年代。

一些锆石有着43亿年的历史，它们是在地球还是幼儿时期的时候行成的，当时地球大约才2亿岁。这些仅有几根头发丝宽的微小矿物，却揭示了许多它们形成时期的环境条件。

在这篇研究中，科学家们已经收集到了足够多的43亿年前到30亿年前的古代锆石，借此来生成了连续的有关地球行成初期的化学记录。通过计算锆石内的铀含量可以得出其形成的年代。铀是一种放射性元素，并且由于其衰减率能被很好的量化从而被称作优秀的“地质计时器”（注：因为铀的衰减速率是固定的）。通过分析铀的现存含量和一系列的倒推工作，科学家们能推断出锆石的形成时间。

虽然铀能揭示锆石形成的年代，但是要靠分析铝的含量才能获得其生长过程的细节，从而反应到板块构造的过程。科学家们发现在大约36亿年前的锆石中的铝含量突然增加。“这种成分的转变可能标志着现代板块构造的开始”，埃克森在研究中写到。

这种关联背后的原因是，高铝含量的锆石的形成方式之一是利用岩石在地表深处的融化。岩石能在更深的地方融化，这表明了地壳当时正在变厚并且开始冷却了，而这个地质迹象表明朝现代化的板块运动的过渡已经开始进行了。