地球上的古老舞蹈：新证据表明板块构造发生在42亿年前

地球上的古老舞蹈：新证据表明板块构造发生在42亿年前通过熔化和混合岩石，板块构造产生了具有独特化学成分的岩浆。罗切斯特的地质学家正在利用这一化学证据来发现40多亿年前地球上板块构造活动的宝贵信息。然而，在地球历史的早期阶段，板块构造活动是什么样的？这个过程是否发生在被认为是生命起源的时候？罗切斯特大学地球和环境科学副教授DustinTrail实验室的博士后研究助理WrijuChowdhury说："现代地球的动态构造性质是今天生命存在的原因之一。探索早期地球的地球动力学和岩石学的多样性，可能会导致揭示生命是如何在我们的星球上首次开始的"。Chowdhury是发表在《自然通讯》上的一篇论文的第一作者，该论文概述了罗切斯特大学的研究人员如何利用小型锆石晶体来解开有关早期地球的岩浆和板块构造活动的信息。这项研究提供了化学证据，表明板块构造很可能发生在42亿年前，当时生命被认为是在我们的星球上首次形成。这一发现可能被证明有利于在其他星球上寻找生命。Trail说，现代地球上的板块构造"极其重要"，因为它是"地球地壳创造和破坏的主导机制"。地球是唯一已知的有移动的上层地壳的星球，它被周期性地摧毁和创造。这个过程将关键元素，如铁和镁，从地球内部输送到其表面，并控制着地球的水和碳循环。但是，对地质学家来说，更重要的是，板块构造融化和混合岩石，创造出具有特定化学构成的岩浆，这取决于所涉及的岩石和发生"破坏"的位置。因此，岩浆的化学构成可以表明创造它的构造风格。乔杜里和他的同事利用锆石--岩石中的微小晶体进行研究，这些晶体就像小的时间胶囊。锆石含有微量的化学元素，在晶体形成时被锁在晶体中。研究人员确定了锆石的日期，然后向后研究，锆石揭示了关于锆石结晶的母体岩浆的化学构成的信息。然后，研究人员利用有关岩浆的信息来重建早期地球的物理和化学环境，并推断出锆石形成时期的板块构造风格。在这种情况下，锆石的年龄约为38亿至42亿年。据Chowdhury说，大多数研究人员利用锆石来推断早期地球的信息，以创建概率模型，提出不同的构造方案。Chowdhury和他的同事们更进一步，不仅描述锆石，而且还描述母岩浆。"母岩浆更加直接和可靠，因为它们更接近源头，也就是实际的构造风格。我们的研究描述了锆石的硅和氧同位素含量以及母体岩浆的微量元素含量，这在以前还没有被结合起来介绍。Chowdhury、Trail和他们的同事发现早期地球岩浆和在构造活跃的板块边界产生的现代岩浆之间存在着化学上的相似性，例如卡斯卡特岛链和阿留申岛链或日本和安第斯山脉的地区。"这表明从古代到现代的构造连续性，"Trail说。"也就是说，我们的研究表明，几十亿年前的地球可能与今天的运作类似。"研究人员没有确定在板块构造开始时是否存在生命--"生命和构造都还没有一个准确的开始日期，"Chowdhury说，并指出地质学界在这些方面存在分歧。但是新的数据提供了化学证据，表明板块构造可能在42亿年前就已经发生了。无论情况如何，板块构造是地球目前拥有温带生活环境的一个关键原因--而且可能是在其他行星上寻找宜居生活环境的一个重要因素。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1360709.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1360709.htm

锆石揭开了地球的早期历史：生命起源于"停滞的盖子" 而不是板块构造

锆石揭开了地球的早期历史：生命起源于"停滞的盖子"而不是板块构造板块构造涉及地球表面大型板块的水平运动和相互作用。新的研究表明，移动板块构造--被认为是创造一个宜居星球的必要条件--在39亿年前的地球上并没有发生。资料来源：罗切斯特大学插图/MichaelOsadciw板块构造使地球内部的热量逸出到地表，形成生命出现所需的大陆和其他地质特征。因此，罗切斯特大学地球和环境科学系教授约翰-塔尔杜诺说："一直有这样的假设，即板块构造对生命是必要的。但是新的研究对这个假设提出了质疑。"塔尔杜诺是小威廉-R-凯南（WilliamR.Kenan,Jr.地球物理学教授Tarduno是发表在《自然》杂志上的一篇论文的主要作者，该论文研究了39亿年前的板块构造，科学家认为在那时地球上出现了第一批生命的痕迹。研究人员发现，移动板块构造在这个时期没有发生。相反，他们发现，地球正在通过所谓的停滞盖子制度释放热量。结果表明，尽管板块构造是维持地球上生命的一个关键因素，但它并不是生命起源于类地行星的一个必要条件。"我们发现在生命最初被认为是起源的时候并没有板块构造，而在之后的几亿年里也没有板块构造，"Tarduno说。"我们的数据表明，当我们在寻找孕育生命的系外行星时，这些行星不一定需要有板块构造。"从锆石研究中走出的一条意外的弯路研究人员最初并不是为了研究板块构造。"我们研究锆石的磁化，因为我们正在研究地球的磁场，"Tarduno说。锆石是含有磁性颗粒的微小晶体，可以锁定锆石形成时的地球磁化。通过测定锆石的年代，研究人员可以构建一条追踪地球磁场发展的时间线。地球磁场的强度和方向因纬度不同而变化。例如，目前的磁场在两极最强，在赤道最弱。掌握了关于锆石磁性的信息，科学家可以推断出锆石形成的相对纬度。也就是说，如果地球动力的效率--产生磁场的过程--是恒定的，而磁场的强度在一个时期内是变化的，那么锆石形成的纬度也一定在变化。但是Tarduno和他的团队发现了相反的情况：他们从南非研究的锆石表明，在大约39亿到34亿年前的时期，磁场的强度没有变化，这意味着纬度也没有变化。因为板块构造学包括各种陆地的纬度变化，"板块构造运动很可能在这段时间没有发生，地球一定有另一种方式在清除热量"。进一步加强他们的发现后，研究人员在他们研究的西澳大利亚的锆石中发现了同样的模式。"我们并不是说这些锆石形成于同一个大陆，但看起来它们形成于同一个不变的纬度，这加强了我们的论点，即此时并没有发生板块构造运动，"Tarduno说。停滞的盖子构造：板块构造的替代方案地球是一个热引擎，而板块构造最终是地球热量的释放。但是，停滞不前的板块构造--它导致了地球表面的裂缝--是另一种允许热量从地球内部释放以形成大陆和其他地质特征的手段。板块构造涉及地球表面大型板块的水平运动和互动。塔杜诺和他的同事报告说，平均而言，过去6亿年来的板块至少在纬度上移动了8500公里（5280英里）。相比之下，停滞盖板构造学描述了地球最外层的行为就像一个停滞的盖子，没有积极的水平板块运动。相反，外层保持原位，而地球的内部却在冷却。源自地球内部深处的大型熔融物质羽流可以导致外层开裂。在从地球地幔释放热量方面，停滞的盖层构造不如板块构造那么有效，但它仍然可以导致大陆的形成。"早期的地球并不是一个表面上一切都死气沉沉的星球，"Tarduno说。"事情仍然在地球表面发生；我们的研究表明它们只是没有通过板块构造发生。我们至少有足够的地球化学循环由停滞的盖子过程提供，以产生适合生命起源的条件。"维持一个适宜居住的星球虽然地球是唯一已知的经历板块构造的行星，但其他行星，如金星，也经历了滞留盖板构造，Tarduno说。他说："人们倾向于认为，由于金星上发生的事情，停滞的盖层构造不会建造一个适合居住的星球。金星不是一个非常好的居住地：它有一个破碎的二氧化碳大气层和硫酸云。这是因为热量没有被有效地从行星的表面移除"。如果没有板块构造，地球可能会遇到类似的命运。虽然研究人员暗示，板块构造可能在34亿年后不久就在地球上开始了，但地质学界对具体日期存在分歧。"我们认为，从长远来看，板块构造对于消除热量、产生磁场和保持我们星球上的可居住性非常重要，"Tarduno说。"但是，在一开始，以及十亿年后，我们的数据表明，我们不需要板块构造。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1367827.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1367827.htm

地球上已知最古老的岩石提供了有关早期构造的线索

地球上已知最古老的岩石提供了有关早期构造的线索地球上最古老的岩石：加拿大西北地区40亿年前的花岗岩。资料来源：李宪华教授研究小组然而，我们能在地球过去多深的地方找到板块构造的痕迹呢？板块构造是否一直像今天这样运行，有俯冲和地表物质循环等过程？之前利用数值地球动力学模型进行的研究认为，早在~4.3Ga（GA是相当于10亿年的时间单位）之前，俯冲和循环就已经开始运作了。由于地球本身的年龄只有4.5千兆年，这种说法几乎证明了板块构造从第一天起就开始了。然而，从加拿大北部偏远湖区发现的地球上已知最古老的岩石中获得的新地球化学证据，却为地球最早的历史描绘了一幅截然不同的图景。中国科学院地质与地球物理研究所（IGGCAS）李先华研究员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，于6月30日在《科学进展》（ScienceAdvances）杂志上发表了这一证据。"该研究的共同通讯作者李教授说："我们最古老的样本显示，在4.0Ga时没有表层物质循环的迹象。而我们发现的地表循环成岩浆的最早证据是在3.8Ga之前。"在大约40亿至25亿年前，海水中的硅达到饱和，硅化海底富含重硅。研究发现，在重硅被纳入花岗岩岩浆之前的40亿年与首次被纳入花岗岩岩浆的38亿年之间发生了变化。资料来源：李先华教授课题组花岗岩中的硅（Si）和氧（O）同位素是岩浆中地表物质循环的示踪剂。在远古地球上，由于缺乏可消耗硅的生命形式，海水中的硅含量饱和，并富含重硅。因此，如果海底的任何重硅物质通过俯冲作用被回收到岩浆房中，那么花岗岩样本中就会检测到重硅同位素。"将这一技术应用于古代岩石的困难之一是确定主要的硅同位素组成。这是因为在地球漫长的历史进程中，这些岩石反复受到热量和压力的作用。"锆石是花岗岩石中含量最高的可测定日期的矿物，它还具有很强的抗风化和后期蚀变的能力。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。4.0Ga岩石中没有重硅特征意味着最古老的样本不需要俯冲作用。"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。"论文合著者、澳大利亚卧龙岗大学的艾伦-纳特曼（AllenNutman）说："尽管如此，考虑到最古老的岩石来自单一地点，一个小区域不需要俯冲并不意味着地球在4.0Ga没有板块俯冲。"不过，经过仔细筛选，数据显示在3.8Ga时，Si和O同位素都发生了明显变化。因此，根据目前的数据，研究得出结论，地球地球动力学可能在3.8Ga发生了变化，比如板块俯冲的开始。来自IGGCAS的合著者罗斯-米切尔（RossMitchell）说："这些最古老的岩石能够保存下来已经很了不起了，现在我们了解到，它们还讲述了一个构造时代到来的故事。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1376417.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1376417.htm

对地球磁场及板块构造的新研究正挑战现有生命出现理论

对地球磁场及板块构造的新研究正挑战现有生命出现理论佛罗里达州立大学(FSU)一名教员的研究正在帮助揭示更多有关地球上生命起源所需条件的信息。助理教授理查德·博诺(RichardBono)是一个多机构团队的成员，波诺详细解释了该团队的发现及其对板块构造和地球生命起源的影响。板块构造涉及地球表面大板块的水平运动和相互作用。新的研究表明，移动板块构造——被认为是创造宜居行星所必需的——39亿年前地球上并没有发生。图片来源：罗切斯特大学插图/MichaelOsadciw研究表明，地球磁场在3.9至34亿年前是稳定的，这与已知最古老的化石相对应。与从单个地点获取数据的早期研究不同，研究人员测量了在两个独立的古代大陆块的矿物锆石中发现的磁性载体。研究结果表明，磁场在超过5亿年的时间里一直保持稳定且几乎相同。这种不变的场可以用固定不动的大陆来解释，但在地球历史的大部分时间里，构成大陆的岩石板块在地球表面不断运动——这种现象称为板块构造。这一发现有助于我们确定移动板块构造可能何时开始。为什么这很重要？板块构造被认为是地球上生命存在的基本因素之一。当今大陆和海洋以及像盘古大陆这样的超级大陆的构造是由于板块构造造成的。通过岩石地壳的形成和破坏，板块构造被认为可以控制生命所需元素的循环。然而，移动板块构造开始的时间尚不清楚。如果地球上的生命起源于大约38亿年前，那一定是在这个停滞时期。这一发现表明，现代移动板块构造并不是生命起源的必要条件，这扩大了我们对行星宜居因素的理解。那么这项研究如何扩展了我们对地球现有的了解？先前的研究记录了早在42亿年前就存在来自地核的磁场的证据。但该数据仅来自澳大利亚。因为它来自一个大陆，所以无法用它来检测板块运动。这项研究添加了来自不同大陆的新数据，使我们能够研究不同地点场强的相对变化，这有助于推断可能的板块运动。研究人员在分析了在澳大利亚和南非实地考察期间收集的岩石样本，以寻找尺寸小于一毫米的单个锆石颗粒，并在罗切斯特大学的磁屏蔽实验室中通过用激光加热样品颗粒并使用超高灵敏度磁力计测量磁化强度的变化来测量样品的磁化强度，同时还在加拿大地质调查局使用超高分辨率离子微探针测量了每个锆石颗粒的年龄。利用这些新数据，新的统计分析可以将其与现有的板块运动模型进行比较，在新数据集中看到的情况无法用至少过去6亿年来板块构造过程的正常变化来解释。这项研究是由罗切斯特大学教授JohnTarduno领导的多机构共同努力，其他合著者来自加拿大地质调查局、加州大学圣克鲁斯分校、约翰内斯堡大学、威特沃特斯兰德大学、亚利桑那大学、夸祖鲁-纳塔尔省和日本地质调查局。该研究得到了国家科学基金会的支持。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1369461.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1369461.htm

科学家们错了：微小晶体揭示月球比之前认为的要古老数百万年

科学家们错了：微小晶体揭示月球比之前认为的要古老数百万年西北大学的科学家参与了对宇航员在阿波罗17号任务中采集的月球样本的分析。通过分析1972年阿波罗17号任务中收集的月球微小晶体，科学家们修正了月球的估计年龄。以前认为月球的年龄为44.25亿年，新的分析表明月球的年龄约为44.6亿年，比以前的估计年龄大4000万年。在菲尔德博物馆和格拉斯哥大学研究人员的领导下，西北大学的原子探测断层扫描设备使这项研究成为可能，它"确定"了样本中最古老晶体的年龄。通过揭示这些隐藏在月球尘埃中的锆石晶体的年龄，研究人员得以拼凑出月球形成的时间表。这项研究最近发表在《地球化学展望通讯》（GeochemicalPerspectivesLetters）杂志上。太空研究的技术演变西北大学的迪特尔-伊斯海姆（DieterIsheim）是这项研究的合著者之一，他说："这项研究证明了自1972年最后一次载人月球任务返回地球以来，我们取得了巨大的技术进步。这些样本是在半个世纪前被带到地球的，但直到今天我们才拥有必要的工具来进行必要水平的微观分析，包括原子探针层析成像"。显微镜下的月球锆石晶粒。资料来源：JennikaGreer通过逐原子分析，研究人员能够计算出锆石晶体中有多少原子发生了放射性衰变。当一个原子发生衰变时，它会脱落质子和中子，转化成不同的元素。例如，铀会衰变成铅。由于科学家已经确定了这一过程需要多长时间，因此他们可以通过观察铀原子和铅原子的比例来评估样本的年龄。该研究的资深作者、菲尔德博物馆的菲利普-赫克（PhilippHeck）说："放射性测年的原理有点像沙漏。在沙漏中，沙子从一个玻璃球流到另一个玻璃球，时间的流逝通过沙子在较低玻璃球中的积累来表示。辐射测年的原理与此类似，通过计算母原子的数量和它们转化成的子原子的数量。由于转化率是已知的，因此可以计算出时间的流逝。"Isheim是西北大学麦考密克工程学院材料科学与工程系的研究副教授，同时也是西北大学原子探针断层扫描中心(NUCAPT)的负责人。麦考密克材料科学与工程荣誉教授、NUCAPT创始主任大卫-塞德曼（DavidSeidman）也是这项研究的合著者。赫克是菲尔德博物馆罗伯特-普利兹克陨石和极地研究馆馆长、内高尼互动研究中心高级主任和芝加哥大学教授。格拉斯哥大学研究副教授JennikaGreer是这项研究的第一作者。研究开始时，她还是赫克实验室的博士生。主要作者詹妮卡-格里尔正在使用原子探测器。图片来源：西北大学迪特尔-伊斯海姆（DieterIsheim）月球的形成年代40多亿年前，当太阳系还很年轻，地球还在成长的时候，一个火星大小的巨大天体撞上了地球。巨大的块体脱离地球形成了月球，撞击的能量熔化了最终成为月球表面的岩石。赫克说："当月球表面像那样熔化时，锆石晶体就无法形成和存活。因此，月球表面的任何晶体一定是在月球岩浆海洋冷却后形成的。否则，它们就会被融化，其化学特征也会被抹去。"由于晶体一定是在岩浆海洋冷却后形成的，因此确定锆石晶体的年龄将揭示月球的最小可能年龄。但是，为了确定月球的最大可能年龄，研究人员求助于西北大学的原子探测层析成像仪器。格里尔说："在原子探针层析成像中，我们首先使用聚焦离子束显微镜将一块月球样本削成非常锋利的尖端，就像一个非常漂亮的削铅笔器。然后，我们使用紫外线激光将原子从尖端表面蒸发出来。原子通过质谱仪，它们移动的速度告诉我们它们有多重，进而告诉我们它们是由什么构成的。"在确定了样本中的材料并进行了辐射测定之后，研究人员得出结论，最古老的晶体大约有44.6亿年的历史。这意味着月球至少有这么古老。赫克说，了解月球形成的时间非常重要，因为"月球是我们行星系统中的重要伙伴。它稳定了地球的自转轴。它是一天有24小时的原因。它是我们拥有潮汐的原因。没有月球，地球上的生命将面目全非。这是我们想要更好地了解的自然系统的一部分，而我们的研究为整个画面提供了一块小小的拼图"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1401761.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1401761.htm

古晶体显示淡水的历史可追溯到40亿年前

古晶体显示淡水的历史可追溯到40亿年前科廷大学的研究人员通过对西澳大利亚杰克山的锆石晶体（地球上已知最古老的陆地矿物）进行同位素分析，得出了上述发现。锆石被称为"时间领主"矿物，因为它能抵抗侵蚀和蜕变，其特性更像是历史记录。这种跨越数十亿年的地质耐力让科学家们能够拼凑出地球的远古历史。锆石分析帮助科学家了解了亚利桑那州的一次剧烈流星撞击、地壳板块开始移动的时间，甚至地球生命开始的时间。在这项研究中，研究小组对大约1,000个锆石颗粒进行了测年，发现其中大约10%的锆石颗粒的年龄超过了40亿年。然后，研究小组将离子束对准各个锆石颗粒，测量重氧与轻氧的比例；这一同位素比例是海水和淡水成分的可靠指标。晶体的同位素比值首次揭示了至少40亿年前就存在淡水和干燥陆地的事实HamedGamaleldien/科廷大学他们发现，在年龄分别为40亿年和34亿年的晶体中，存在独特的轻氧同位素组成。因此，这些晶体只能由岩石和淡水形成。水文循环是水在地球上持续流动的过程，对于维持生态系统和支持地球上的生命至关重要，领衔作者哈迈德-加马勒迪恩（HamedGamaleldien）说，"我们能够确定水文循环起源的日期。通过研究矿物锆石微小晶体中的年龄和氧同位素，我们发现了远在40亿年前的异常轻同位素特征。"这意味着海平面以上陆地上的淡水至少有40亿年的历史。这对2021年的一项研究提出了挑战，在这项研究中，科学家们提出了地球在30到40亿年前完全被海水淹没的令人信服的论据。"这种轻氧同位素通常是高温淡水改变地球表面以下几公里处岩石的结果，"Gamaleldien说。"地球深处淡水的证据挑战了现有的理论，即地球在40亿年前完全被海洋覆盖。"科学家HamedGamaleldien在杰克山，这些古老锆石晶体的储藏地HamedGamaleldien/科廷大学这些证据似乎是一个重要的谜团，它揭示了具有45.43亿年历史的地球诞生后，生命是如何迅速形成的。"这一发现不仅揭示了地球的早期历史，而且还表明陆地和淡水为生命在相对较短的时间内--地球形成后不到6亿年--繁衍生息创造了条件，"合著者、科廷大学地球与行星科学学院的雨果-奥利罗克（HugoOlierook）说。"这些发现标志着我们在了解地球早期历史方面迈出了重要一步，并为进一步探索生命起源打开了大门。他们在研究中指出"大陆地壳的出现、淡水的存在以及水文循环的开始，很可能在地球形成后不到6亿年就促进了生命所需的环境壁龛的发展"。这项研究发表在《自然地球科学》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1433678.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1433678.htm