本文出现在《Discover》杂志的年度科学现状特刊中，标题为“一块多岩石的开端”。请通过订阅成为我们的订阅者，以支持我们的科学报道。
对许多人来说，地球是一个静止的地方。我们脚下的岩石似乎坚固而恒定。然而，经过数十亿年的时间，地球的表面实际上发生了巨大的变化，其内部成分也发生了改变，这一切都归功于板块构造。移动的地壳板块在被称为地幔的厚厚流动（但仍然是固体）岩层上移动。这种持续的移动不仅移动了大陆，还将地表物质循环回地球深处。
科学家们正在不断研究板块到底活跃了多久。它们是在地球形成后不久（在地质学意义上）就开始活动，还是在数十亿年后才开始？如果运动很早就开始了，它和我们今天看到的一样吗？科学家们提出了奇怪的理论，如滴落构造，即板块像滴落的脂肪一样沉入地幔；以及羽流构造，即过热的地幔固体射流上升，以解释地球的早期历史。
两项新研究让我们更接近于理解最初的十亿年左右可能发生了什么。它们采用了不同的方法来解决这个问题：一种是化学方法，另一种是磁学方法。
前者利用在中洋脊喷发的熔岩来测量地球历史上回收了多少洋壳。这项由国家强磁场实验室地球化学家 Shuying Yang 及其同事进行的研究，已于 6 月发表在《Science Advances》杂志上。当一个大洋板块与大陆碰撞时，大洋板块的边缘可能会被推回到地球坚硬但可变形的地幔中，地幔从我们脚下几十英里延伸到 1800 英里以下。这被称为俯冲。一个现代的例子是卡斯卡迪亚俯冲带，它从加州延伸到不列颠哥伦比亚，在那里胡安·德·富卡板块被推到北美之下。
(图片来源：Caroline McNiel/National High Magnetic Field Laboratory)
Caroline McNiel/National High Magnetic Field Laboratory
当这洋壳被带回地幔时，会产生独特的岩浆和沉积物成分。这种混合的地幔携带着回收壳层的化学特征——当它最终重新上升并以熔岩形式喷发时，研究人员就可以利用这个特征来计算喷发前地幔中回收壳层的比例。该研究的合著者、地球化学家 Munir Humayun 表示：“这个数量对于理解回收过程已经持续了多久具有重大意义。”“我们帮助掌握了板块构造的历史。”
研究人员利用来自全球岩石的数据估计，地球地幔中有 4% 到 6% 是回收的洋壳。根据俯冲速率，板块构造活动需要持续 40 亿年才能解释这一回收量——这比先前的研究至少早了十亿年。
这些发现告诉我们地球地壳的成分，但无法确切地告诉我们它随时间流逝的去向。理解地壳的运动是板块构造起源的另一个线索。由哈佛大学地质学家 Alec Brenner 等人领导的第二项研究，于 4 月发表在《Science Advances》杂志上，试图填补这一空白。
Brenner 和他的同事研究了岩石中的磁性矿物，以绘制出该岩石相对于地球磁极的位置。像磁铁矿这样的矿物会在岩石结晶时与地球磁场对齐，因此通过测定岩石的年代并检查这些矿物的排列，他们可以确定其过去的位置。
研究人员测量了澳大利亚西部 31 亿年前喷发的玄武岩熔岩中磁性矿物的排列。他们发现，当你将一块熔岩形成的过去位置（由其磁性矿物揭示）与附近大约早 1.7 亿年的岩石进行比较时，在那 1.7 亿年期间，这块陆地平均每年需要移动至少 1 英寸。Brenner 说：“这表明板块构造在大约 32 亿年前就一直在移动地壳，这比之前已知的至少早了 4 亿年。”
总而言之，这两项研究都将板块构造的界限推得更远。Brenner 说：“这表明我们最早的祖先利用了与现代地球上我们可以接触到的相同的地质环境。”换句话说，我们星球上最早的单细胞生物可能出现在比我们曾经认为的更接近今天的地质环境的地球上。
