地球是目前已知唯一拥有板块构造的行星。这些巨大的岩石板块在地幔上缓慢漂移，不仅塑造了大陆，还可能为生命的诞生提供了必要条件。
在一项新发表于《自然》杂志的研究中，一个研究团队揭示了地球最早期地壳的秘密，其历史可以追溯至45亿年前。借此，研究人员也提出了一种全新的方法，有望解答一个长期困扰科学界的重大谜题：板块构造究竟始于何时？
一个重大的科学谜团：板块构造是何时开始的？（图/Wikipedia）
与生命起源息息相关
地球已有约45亿年的历史。一些科学家认为，地球在形成初期并不具备现代意义上的板块构造。部分研究认为，早期地壳处于停滞状态，与火星目前的状态相似。
还有观点提出，早期地球可能曾经历过间歇性的构造活动——一种不连续、时断时续的板块运动。这样的活动可能是由频繁的巨大陨星撞击所触发，但随着时间推移，撞击事件的发生频率逐渐减少，这种构造活动也逐渐趋于平息。
板块构造不仅关系到大陆的形成，也深刻影响着海洋与大气的化学组成。因为板块的移动过程会带走碳和其他关键元素，并参与循环。此外，它还与地球内部的热量释放机制紧密相连。
正因如此，板块构造也被认为与地球上生命的出现和演化密切相关。
大陆地壳的“化学指纹”
构造板块的边界是火山活动频发之地。而位于岛弧上的火山（如著名的太平洋火圈）喷发出的熔岩，具有一种特殊的化学组成，与当今平均大陆地壳的成分极为相似。例如，相对于稀土元素，铌（Nb）的含量明显偏低——科学家将这一现象称为“负铌异常”。
因此，科学界长期认为，如果能在古老岩石中首次发现这种“大陆指纹”，就可能据此推断板块构造的起点。然而，这种方法面临极大挑战。由于板块构造本身会压缩、熔化、重塑地壳，导致真正古老的岩石极为稀缺，来自冥古宙（约45–40亿年前）的原始岩石几乎未能留存。
尽管过去几十年中，多个研究团队尝试借助这一“化学指纹法”推测板块构造的起始时间，但得出的时间跨度极不一致，从8亿年到45亿年不等。这种巨大的不确定性本身，凸显了该方法的局限。
一种新的研究思路
为了突破这一难题，研究团队从2024年初就开始尝试一种全新的方法。他们利用数学模型模拟了地球核心尚在形成时期的地球环境——当时的地表仍是一片沸腾的熔岩海洋。他们特别关注了早期地幔的熔融程度，以及不同化学元素在这一过程中的分布与行为。
研究结果表明，形成于冥古宙的“原地壳”（地球最早的地壳），其化学组成已与现今的大陆地壳非常相似。例如，铌在还原条件下，会表现出一定的“亲铁性”，倾向与金属结合并沉入地核；而稀土元素则被保留在熔融岩浆中，上升到地表，并最终冷却结晶后形成地壳。
这一发现彻底改变了对地球早期历史的理解。它表明，大陆地壳的独特的“化学指纹”并非板块构造启动后才形成，而是在地球刚刚形成、最早的地壳诞生时就已存在，并自此被不断重复、循环于岛弧环境中。
换言之，尽管这一“化学指纹”在大陆地壳中普遍存在，但它的起源早于板块构造的出现，因此无法用于判定板块构造的真正起点，也解释了此前众多研究为何无法就这一问题达成共识。虽然早期的巨大陨星撞击确实可能造成地壳的熔融与重塑，但这些过程只是“回收”已有的大陆成分，而非创造新的地壳化学特征。
部分早期的撞击甚至可能诱发了周期性的俯冲作用，即板块向下和横向划入地幔的过程。这种机制可能最终演变为我们今天所观察到的持续的、自维持的板块构造模式。
然而，新的研究也提示，确切界定这种转变发生的时间点远比想象中复杂，亟需全新的研究方法和模型。
地壳形成的早期图景
研究还指出，早期原地壳可能破碎为多个板块，其中一些区域逐渐增厚，成为最初的大陆片段。它们之间的岩浆可能冷却形成类似现代海洋地壳的结构，构成一个原始的地壳网络。
未来，研究人员将继续借助模拟手段，探讨早期地壳如何逐步失稳并发展出俯冲机制。同时，也将重新审视这一过程在地球长期演化与生命起源中的潜在影响。
这项研究不仅改写了我们对地球形成早期阶段的认知，也为探索其他岩石类行星上大陆构造和生命潜力提供了全新的科学视角。
#参考来源：
https://theconversation.com/new-research-reveals-chemical-secrets-of-earths-crust-4-5-billion-years-ago-253543
https://www.eurekalert.org/news-releases/1078986
https://www.nature.com/articles/s41586-025-08719-3
#图片来源：
封面图&首图：u_pcr38y8yfb/ Pixabay
