当巨大的地球地壳板块以极慢的速度碰撞时，它们会形成山脉、引发地震并塑造新的岩石。没有人知道这个被称为板块构造的基本过程是如何或何时开始的。但是一项发表在Nature Geoscience上的实验研究表明，早期板块构造创造了地球上最古老的岩石，这些岩石大约有四十亿年历史，仅比地球45亿年的年龄稍短。
“每个人都在谈论，‘板块构造是什么时候开始的？’”爱丁堡大学火成岩岩石学家、研究作者艾伦·哈斯蒂说。“我认为这是个错误的问题。它基本上一直都存在。”
但是，当地球的岩浆海洋首次凝固时，地球是一个更温暖、更粘稠的星球，其全新的地壳似乎更可能弯曲而不是破裂成板块。使用计算机模型重建这种早期环境的科学家倾向于认为板块构造开始于三十亿年前或更短的时间，因为模拟很难显示该过程是如何在那之前开始的。然而，野外地质学家经常指出加拿大和澳大利亚等地四十亿年前的岩石，作为更早开始的证据。这些古老的岩石似乎是由俯冲作用形成的，即当两个板块碰撞并将其中一个板块推入地球深处的地幔时。
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哈斯蒂和他的同事着手测试这些最古老的岩石是否可能是在更浅的非俯冲深度形成的。他们从西南太平洋的洋壳中提取了样本，该洋壳的成分与地球的第一个大陆地壳相似，并将它们置于高压和高温下，以模拟它们可能在没有俯冲的情况下形成的环境，即地壳上部50公里处。
研究人员发现，这种环境无法产生与四十亿年前岩石具有相同矿物组成的样本。在不同压力和温度下形成的岩石由不同的矿物组成，因此新样本和古代样本之间的这种不匹配表明，古代岩石形成于更深处——超过50公里以下。俯冲是唯一已知的可以深入到如此深度的过程。
“你需要在高得多的压力下形成这些岩石——而获得这种压力最简单的机制是俯冲，”哈佛大学地质学家纳迪亚·德拉邦说，她没有参与这项新研究。
爱丁堡大学博士后研究员、研究合著者莎莉·劳说，早期地球上的俯冲作用可能不如今天那么剧烈，较温暖的地壳不太可能像现代构造板块那样深入地幔。德拉邦说，这引发了关于早期地球的地质躁动如何可能变得自我持续的新问题。“最大的问题是，[地球]在多大程度上能够维持板块构造过程？”她问道。“这是我们需要做更多工作的事情。”