加州大学圣地亚哥分校 信用:CC0公共领域 加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋学研究所和芝加哥大学的科学家们的一项新研究揭示了地球科学中一个激烈争论的问题:板块俯冲是何时开始的？ 根据12月公布的调查结果
9在《科学进步》杂志上，这个过程本可以从3开始
750亿年前，重塑地球表面，为适合生命生存的星球搭建舞台
对于像斯克里普斯助理教授和该研究的主要作者莎拉·艾伦这样的地球化学家来说，地球最早可居住性的线索在于古代岩石的组成元素——特别是钛
艾伦分析了加拿大苔原上阿卡斯塔片麻岩群中已知的地球上最古老的岩石样本——片麻岩4的露头
020亿岁
这些岩石的年代是从地球形成之初的Hadean eon开始的，它是由一颗在我们现代眼中看起来很陌生的行星上的地狱般的条件所定义的
艾伦的研究集中在同位素上，同位素是同一种元素根据中子数量的变化
她从宾夕法尼亚州立大学助理教授杰西·雷明克(Jesse Reimink)提供的阿科斯塔片麻岩中提取样本，将岩石碎片粉碎成粉末，然后加热形成玻璃珠，这一过程使她试图分析的钛得以溶解
一旦冷却，珠子溶解在酸中，钛与其他元素化学分离
阿隆斯随后在芝加哥大学由她的同事尼古拉斯·道法斯领导的起源实验室使用质谱仪测定了样品中钛同位素的变化
艾伦将这些样本与在俯冲带形成的新的现代岩石进行了比较
在3岁的样本中
750亿年前，她注意到了与现代板块在结构和成分上的相似之处，表明板块俯冲开始于那个时候
艾伦说:“以前已经对这些岩石进行了大量的研究，以仔细确定它们的年代，并提供地球化学和岩石学背景。”
“我们非常幸运地获得了测量钛同位素组成的机会，这是一种在这些样品中迅速发展的同位素系统
" 众所周知，研究古代俯冲带的历史和开始是困难的
当地壳被向内推进地幔时，岩石不断被破坏，留下了一些可以追溯到地球最早历史的样本
科学家们长期以来一直在争论板块构造和俯冲何时开始的，估计范围从0
85比4
20亿年前——超过地球历史的三分之二
发现板块俯冲开始的时间意味着确定地球何时从一个由穿过海洋表面的短暂陆块主导的星球转变为一个由长寿大陆组成的星球，在那里长期的生物地球化学循环受火山脱气和再循环进入地球内部的控制
当海洋地壳和大陆地壳碰撞时，板块俯冲发生
因为大陆地壳更厚，密度更小，海洋地壳以每年几厘米的平均速度被向下推入地幔
这种与地幔的接触产生了足够热的区域，使得岩浆可以逃逸到地表，形成了像圣殿山这样的火山
海伦斯和其他人在环太平洋发现
板块构造和俯冲带决定了地球的外观，推动了大陆板块和盆地的形成，这些板块和盆地将被填满成为海洋
它们也是地球表面化学特性的主要控制因素，并可能对地球维持生命的能力负责
这些构造带对新出现的大陆的形成负有责任，并通过调节大气中温室二氧化碳的数量对气候提供重要的控制
在40亿年前的岩石样本中，艾伦发现了与现代岩石的相似之处，这些现代岩石是在羽状环境中形成的，比如夏威夷和冰岛，那里的一块大陆正在一个热点上漂移
然而，在3岁的岩石中
750亿年后，她注意到在现代俯冲带形成岩石的趋势发生了转变，这表明在地球历史的那个时期，这些区域开始形成
“虽然钛同位素数据的趋势没有提供板块构造正在全球发生的证据，但它确实表明了湿岩浆作用的存在，这支持了此时的俯冲，”亚伦说
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