板块构造起源的发掘证据 地平线:《欧盟研究与创新》杂志

板块构造学说-描述了地壳是如何分离成漂浮并在下面的可塑岩石层上滑动的板块-在大约50年前被科学广泛接受。 据信,这一过程通过使各大洲得以形成,碰撞时抛出巨大的山脉,形成火山岛并引发灾难性地震,从而在很大程度上塑造了我们周围的世界。

但是,关于地球板块在45亿年的历史中是如何形成,何时形成的,仍存在争议,估计范围从不到十亿年前到43亿年前。

法国蒙彼利埃大学的地质学家雨果·莫雷拉(Hugo Moreira)博士说,还不清楚板状构造运动究竟有多快演化。 地壳是突然分裂成多个板块,并开始移动了几千万年,还是这个过程变得更加渐进,需要几亿年或更长时间?

理解这一点可能不仅对于了解行星本身的进化至关重要,而且对于了解生命如何在地球上开始也至关重要。 板块构造所创造的条件被认为首先使地球变得宜居,并为复杂的多细胞生命的繁荣提供了必需的营养。

水晶时光胶囊

Moreira博士和他的同事正在寻找微小锆石晶体中的这些问题的答案,锆石晶体由于具有极强的鲁棒性而成为地球遥远过去的时光胶囊。 尽管不断发生风化和地质事件,但经常发现它们保存在岩石中。

这些晶体中的许多晶体以前都是通过分析同位素所包含的同位素(不同形式的元素)的放射性衰变而确定的。 迄今为止,已经发现了一些 44亿年前,是最早已知的地壳碎片。

莫雷拉博士说:“这就是锆石之所以令人惊奇的原因,因为尽管构成各大洲的岩石被破坏了,但锆石在沉积记录中得以幸存。” 他说,科学家以前曾使用锆石晶体来研究地球大陆壳的历史,但还不足以为板块构造的起源提供明确的共识。

该组织成员莫雷拉(Moreira)博士说:“在分析了成千上万种方法之后,我们仍然没有达成协议。” 里程碑 该项目由蒙彼利埃大学法国国家科学研究中心的地学研究员Bruno Dhuime博士领导。

研究人员希望使用这些晶体(通常大小约为毫米的十分之一毫米,或者大约是头发的粗细)来提高我们对板块构造时间和演化的了解。

MILESTONE小组将钻探到甚至更小的规模(约百分之一毫米),以检查残留在锆石晶体中的磷灰石和长石矿物的痕迹。 莫雷拉博士说,这些“夹杂物”中的锶和铅同位素可以为锆石的形成源以及是否在停滞的或移动的板块以下的各种岩浆中发生提供了前所未有的细节。

他说,这将是迈向更好地了解我们的星球如何进化的关键一步。 “如果我们设法测量这些微小包裹体的同位素组成,我们可能会说出锆石从中结晶出来的岩石成分是什么。 也许我们可以了解到地壳在当时是如何演化的以及岩浆是在哪种构造背景下形成的。”

通过建立一个包含专门的高灵敏度质谱仪的实验室(可以测量原子特性的设备),可以进行这种小规模的分析。

该小组希望从下个月开始分析样品,最终调查来自世界各地的5,000多个不同年龄的锆石中的夹杂物,以建立广泛的图像。 莫雷拉博士说:“我们要做的是查明板块构造何时是全球性的,而不是何时将其局部化为孤立的点。”

地下结构

在规模的另一端,其他研究人员一直在寻找在太平洋和非洲板块地下深处发现的两个大型大陆结构的板块构造起源的线索。

这些“热化学堆”是位于地球核心和地幔之间边界以下约2900公里的神秘结构,是在1990年代借助地震层析成像技术(由地震或爆炸产生的地震波成像)发现的。 它们被探测为潜在潜在温暖的物质区域,地震波的传播速度与周围地幔的传播速度不同,但是关于它们到底是什么,包括其组成,寿命,形状和起源,仍然存在很多争议。

地球科学家菲利普·赫伦(Philip Heron)博士解释说,在过去的几十年中,关于它们与地球表面运动的拟定联系已经引起了激烈的争论,因此它们潜在地参与了板块构造的出现。在 铜板 杜伦大学的项目。

他说:“这些堆被认为会影响物质在行星内部的移动方式,从而影响表面随时间的变化。” 表面上的事件可能反过来推动其活动。

一种理论认为,这些桩在较长的地质时期内是稳定的,其边缘与地球表面板块构造所涉及的关键特征(如超级火山)的位置相对应。

但是,它们的极端深度使这些桩难以直接观察。 埃隆博士说:“鉴于这些结构的位置是珠穆朗玛峰的100倍,它们可能是我们所知最少的地球上最大的事物。”

鉴于这些结构的位置是珠穆朗玛峰的100倍,它们可能是我们所知最少的星球上最大的物体。”

英国达勒姆大学Philip Heron博士

超级电脑电源

TEROPPLATE项目利用了超级计算机的力量进行了调查。 该团队使用1000多台计算机协同工作,开发了地球的3D模型,以显示地下深部高温区域的假定化学成分如何影响深层地幔柱的形成和位置。

但是,他们的模型表明,板块构造中的桩可能比最初想象的要被动得多,如果没有桩,世界仍将形成相似的地质特征。 赫隆博士说:“当观察形成超级火山的大羽状烟羽的位置时,我们的数值模拟表明,化学堆并不是其中的控制因素。”

但是他补充说,这些发现还没有完全定论,也为其他有趣的研究途径打开了大门-例如探索这些结构不断穿过地幔而不是基本静止的含义。

他说:“这加重了理论,即化学堆可能不是刚性的并且不能固定在我们的星球上,并且深地球可能随着我们表面上各大洲的移动而容易地演化。” “这是促使人们开始更加深入的努力。”

TEROPPLATE的一些结果还表明,这些桩可能足够坚固,可以在地球最早的生命中幸存下来。 Heron博士补充说,这使得他们有可能成为板块构造学的开始者,从而在我们尚不了解的过程中扮演角色。

所有这些都可能对理解我们在地球上的位置也有影响。 莫雷拉博士说,例如,如果板块构造学在地球历史的早期迅速发展,那么它可能会引发一些问题,例如为什么复杂的生命没有那么早就出现,或者两者之间有多紧密的联系。

赫伦博士补充说:“从根本上理解板块构造的来源可能是生命的本质。” “在地球上,没有什么东西没有受到它的影响。”

本文中的研究由欧盟资助。 如果您喜欢这篇文章,请考虑在社交媒体上分享。


This article was originally published in Horizon, the EU Research and Innovation magazine

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