地球上已知最古老的岩石提供了早期构造的线索

汪雨甘捍

地球上最古老的岩石:来自加拿大西北地区的40亿年前的花岗岩。鸣谢:李教授课题组

（）据中国科学院（李源）：地球是目前已知的唯一一个孕育生命的星球——这在很大程度上要归功于板块构造的运作，它循环着关键的生物地球化学元素，并维持着一个行星恒温器。俯冲——板块构造将一个板块推到另一个板块之下的破坏力——是板块构造大循环项目最明显的迹象。

但是我们能追溯到多远以前的板块构造证据呢？地球的板块一直像今天一样运行吗，伴随着俯冲和表面物质的回收？先前使用数值地球动力学模型的研究认为，早在大约4.3亿年前，俯冲和再循环就开始了。由于地球本身只有4.5亿年的历史，这种说法几乎从一开始就支持板块构造论。

然而，从地球上已知最古老的岩石中获得的新的地球化学证据——发现于加拿大北部偏远的湖泊地区——描绘了一幅截然不同的地球早期历史的画面。

这项研究于6月30日在发表，由中国科学院地质与地球物理研究所李教授领导的研究人员与来自澳大利亚、加拿大和中国的同事合作进行。

“我们最古老的样本在4.0 Ga时没有显示出表层物质再循环的迹象，”该研究的通讯作者之一李教授说。"我们发现的地表再循环进入岩浆的最早证据是在3.8 Ga之前."

花岗岩中的硅(Si)和氧(O)同位素是岩浆中表层物质再循环的示踪物。在古老的地球上，海水被硅饱和，并富含重硅，因为缺乏生命形式来消耗它。因此，如果任何来自海底的重硅物质通过俯冲作用被回收到岩浆房中，那么重硅同位素将在花岗岩样品中被检测到。



大约40-25亿年前，海水中的硅已经饱和，硅化的海底富含重硅。研究发现，在重硅融入花岗岩浆之前的4.0和第一次融入时的3.8 Ga之间存在变化。鸣谢:李教授课题组

“将这项技术应用于古老岩石的困难之一是确定原始硅同位素组成。这是因为在地球漫长的历史中，这些岩石被热和压力反复改造，”该研究的主要作者、来自IGGCAS的张青说。

锆石是花岗岩中最丰富的可确定年代的矿物，也很容易抵抗风化和后期的蚀变。将超高精度分析技术应用于锆石可以为检测到的硅同位素组成是否代表主要特征提供最可靠的约束。

“[研究人员的]研究提出了评估数据的系统筛选标准。我必须赞扬他们对锆石Si和O同位素数据的仔细评估，”一位匿名的论文评论者说。

在4.0 Ga的岩石中没有重的硅标记意味着最古老的样本不需要俯冲。

“尽管如此，鉴于最古老的岩石来自同一个地方，一个小区域不需要俯冲并不意味着在4.0 Ga时地球上没有板块俯冲，”来自澳大利亚伍伦贡大学的合著者艾伦·纳特曼说。

然而，经过仔细过滤后，数据显示硅和氧同位素在3.8 Ga处有明显的位移。出于这个原因，根据目前的数据，这项研究得出结论，地球动力学的一个可能的变化，如板块俯冲的开始，发生在3.8 Ga。

“这些最古老的岩石被保存下来已经很令人惊讶了，”来自IGGCAS的合著者Ross Mitchell说，“现在我们知道它们也讲述了一个地质构造成熟的故事。”