對地球上最古老的岩石碎片進行分析的新研究揭示了一些最尖銳的證據，其表明地球的地殼在至少32.5億年前以類似於現代板塊構造的方式進行推拉。此外，這項研究還提供了最早的證據–證明了地球的南北磁極何時互換位置。

這兩項發現提供了說明這種地質變化可能導致更有利於我們星球上生命出現的環境的線索。

10月24日在《PNAS》上描述了由哈佛大學地質學家Alec Brenner和Roger Fu領導的這項工作其重點是西澳大利亞Pilbara Craton的一部分。這是地球地殼中最古老和最穩定的部分之一。科學家們使用尖端技術和設備表明，地球最早的一些表面是以每年6.1厘米的速度移動的，每百萬年移動0.55度。

這一速度是同一研究人員在以前的研究中顯示的古代地殼移動速度的兩倍多。這種緯度漂移的速度和方向都使板塊構造成為最合理和最有力的解釋。

研究人員Brenner說道：“有很多工作似乎表明，在地球歷史的早期，板塊構造實際上並不是地球內部熱量釋放的主要方式，就像今天一樣，通過板塊的移動。這個證據讓我們更有信心地排除不涉及板塊構造的解釋。”

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比如，調查人員現在可以反駁被稱為“真正的極地漂移”和“停滯不前的板塊構造”的現象，這兩種現像都可以導致地球表面的移動，但並不是現代風格的板塊構造的一部分。因為新發現的較高速度跟這兩個過程的某些方面不一致，所以結果更傾向於板塊構造運動。

在論文中，作者還描述了被認為是地球扭轉地磁場的最古老的證據，這意味著南北極的磁力位置翻轉。這種類型的翻轉在地球的地質歷史中是一種常見的現象。事實上，根據NASA的數據，在過去的8300萬年時間裡，兩極翻轉了183次，在過去的1.6億年裡也許有幾百次。

這種逆轉說明了32億年前地球的磁場有很大的影響。其中的關鍵是，磁場很可能是穩定的，強大到足以使太陽風不侵蝕大氣層。這一洞察力結合板塊構造的結果，為最早的生命形式的發展條件提供了線索。

Brenner說道：“它描繪了一幅早期地球的圖畫，它在地球動力學上已經非常成熟。它有很多相同的動態過程，這些過程導致地球基本上擁有更穩定的環境和表麵條件，從而使生命的進化和發展更加可行。”

現在，地球的外殼由約15塊不斷變化的地殼或板塊組成，它們承載著地球的大陸和海洋。在漫長的歲月裡，這些板塊相互漂移並分離、形成了新的大陸和山脈並使新的岩石暴露在大氣中，這引發了在數十億年裡穩定了地球表面溫度的化學反應。

板塊構造何時開始的證據很難得到，這是因為最古老的地殼碎片被推入內部地幔，永遠不會重新浮現。地球上所有岩石中只有5%的年齡超過25億年，沒有岩石的年齡超過約40億年。

總的來說，這項研究增加了越來越多的研究–表明在地球45億年的歷史中，構造運動發生得比較早，而早期的生命形式是在一個比較溫和的環境中產生的。2018年，該項目成員重新訪問了Pilbara Craton，該地區延伸約300英里。他們鑽進了那裡原始而厚實的地殼板塊，收集樣本，然後回到劍橋後，對其磁性歷史進行了分析。

通過使用磁力計、消磁設備和量子鑽石顯微鏡，研究人員創造了一套新技術以確定樣品的年齡和磁化方式。這使研究人員得以確定地殼是如何、何時和向哪個方向移動的以及來自地球地磁極的磁性影響。

量子鑽石顯微鏡是由哈佛大學地球與行星科學系(EPS)和物理學系的研究人員合作開發。

對於未來的研究，Fu和Brenner計劃繼續關注Pilbara Craton，另外還將目光投向它之外的世界各地的其他古代地殼。他們希望找到更早的類似現代板塊運動的證據及地球磁極翻轉的時間。

Fu教授表示：“最終能夠可靠地讀取這些非常古老的岩石為觀察一個通常更多通過理論而非可靠數據了解的時間段提供了許多可能性。最終，我們有一個很好的機會，其不僅可以重建構造板塊開始移動的時間，而且可以重建它們的運動–以及因此驅動它們的深層地球內部過程–是如何隨著時間而變化的。”