40亿年前的板块构造可能有助于地球上生命的诞生

太古代陆壳形成的可能方法。a)下沉(致密地壳由于重力沉入地幔)，b)大陆地壳在会聚板块边界处的重叠，其密度小于下伏地幔，以及c)在会聚板块边界处的浅俯冲。这项研究支持模型b和模型c。鸣谢:Hastie等人2023和Nutman 2023。

（蜘蛛网eeook.com）据美国物理学家组织网（汉娜·伯德）：地球上形成大陆的最古老的表层，称为地壳，大约有40亿年的历史，由25-50公里厚的火山岩组成，称为玄武岩。最初，科学家认为一个完整的岩石圈地壳覆盖了整个地球，而我们今天看到的单个板块被认为在10亿年后才开始形成。然而，对这一假设的态度正在受到挑战。

这块大陆地壳的形成机制有些神秘，学者们现在认为它可能是由板块构造运动驱动的，这是地球主要表面板块在数十亿年间的运动，形成了我们今天看到的陆地和地形特征。

一种理论专注于板块何时会聚，通常导致一个板块俯冲到另一个板块之下，导致部分熔融以改变岩浆成分，而另一种理论研究地壳本身(深度不到50公里)内发生的机制，这些机制与板块边界完全分离，但也导致部分熔融。

发表在《自然地球科学》上的新研究报告了对海洋高原模拟的实验工作，海洋高原是具有陡峭边缘的大型平坦高地，代表了最初形成于早太古代(36-40亿年前)的早期玄武质地壳。

爱丁堡大学的Alan Hastie博士和他的同事对来自西南太平洋翁通爪哇岛高原的原始海洋高原玄武岩进行了高压高温熔化实验。

这揭示了大陆地壳不能在压力< 1.4千兆帕斯卡(GPa)下形成，压力达到50公里深度，因此表明这种岩浆形成于会聚俯冲带。因此，他们认为板块构造在40亿年前就存在了，即使只是一种原始形式。

这一知识是强有力的，因为板块构造是侵蚀、沉积、山脉形成和火山活动的原因，而这些在大陆地壳的形成中发挥着各种作用。研究小组认为，火山活动释放的气体，特别是一氧化碳和甲烷，可能有助于地球上生命的诞生，因为它们是导致第一个微生物有机体的前生物分子的来源。

除了地球之外，这里富含硅的大陆地壳在火星和金星上也有少量发现，这为更广泛的太阳系中板块构造的作用提供了洞察力。

Hastie博士及其同事研究了多种矿物在不同压力下(1.2-1.4 GPA，相当于约40-50公里深度)的稳定性，以确定它们在哪个点发生转变，潜在地幔温度达到1500-1650摄氏度。该研究的主要矿物是石榴石(已知在压力> 1GPa时稳定，相当于约30公里深度)和斜长石长石(稳定至约1.8GPa，约60公里深度)，金红石(稳定在0.7-1.60公里深度)

实验结果发现，石榴石和金红石在< 1.4 GPA(~ 45-50公里深度)时不稳定，这高于先前的研究发现，但研究小组将其归因于初始海洋地壳具有更高的镁含量，更符合太古代镁铁质(富含铁和镁)地壳的预期成分。

他们还进行了一个反向实验，在使石榴石晶体经受1.4GPa的较低压力之前，他们在较高压力(2GPa)下生长石榴石晶体，并发现石榴石晶体开始分解。随后，他们发现大约1.6 GPA(> 50–55千米深度)的压力对石榴石来说是稳定的，这增加了之前认为的1GPa的稳定性，因此增加了地层深度。因此，俯冲是解释这种反应更合适的机制。

模拟还表明，早期岩浆在穿过地壳时经历了部分结晶，由此晶体从液态岩浆中分离出来，使剩余的岩浆池耗尽了初始晶体中使用的某些元素，因此随着更多晶体的形成，成分不断变化。

通过这一点，研究小组确定角闪石结晶是部分熔化的主要驱动因素，因为它是一种含水矿物，可能通过翻转和掩埋被纳入地壳。这与已知的太古代火山岩特征相符，如英云闪长岩和奥长花岗岩。

格陵兰岛的伊苏阿绿岩带和加拿大的太古代奴隶克拉通被认为是古代俯冲带上方会聚板块边缘的两个残余。在这些地区，变基性(变质的玄武岩和相关岩石)岩浆可能与来自熔融俯冲地壳的流体混合，产生新的富含二氧化硅的岩浆，这是大陆毁灭和再生循环的开始，塑造了我们今天看到的世界。