科学家们踏上了时光倒流的旅程，以解开地球早期历史的奥秘，他们使用称为锆石的微小矿物晶体来研究数十亿年前的板块构造。该研究揭示了早期地球存在的条件，揭示了地壳、地核和生命出现之间复杂的相互作用。

板块构造允许地球内部的热量散逸到地表，形成大陆和生命出现所必需的其他地质特征。因此，“人们一直假设板块构造是生命所必需的，” 在 罗切斯特大学地球与环境科学系任教的 约翰·塔杜诺 (John Tarduno)说。但新的研究对这一假设提出了质疑。

Tarduno 是 William R. Kenan, Jr. 地球物理学教授，他是 发表在 《自然》 杂志上的一篇论文的主要作者，该论文研究了 39 亿年前的板块构造，当时科学家认为地球上出现了第一批生命痕迹。研究人员发现，在此期间并未发生移动板块构造。相反，他们发现，地球正在通过所谓的停滞盖状态释放热量。结果表明，尽管板块构造是维持地球生命的关键因素，但这并不是生命起源于类地行星的必要条件。

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“我们发现当生命最初被认为起源时并没有板块构造，而且在之后的数亿年里也没有板块构造，”Tarduno 说。“我们的数据表明，当我们寻找孕育生命的系外行星时，这些行星不一定需要具有板块构造。”

锆石研究中的意外弯路

研究人员最初并没有着手研究板块构造。

“我们正在研究锆石的磁化，因为我们正在研究地球的磁场，”Tarduno 说。

锆石是含有磁性颗粒的微小晶体，可以在锆石形成时锁定地球的磁化强度。通过对锆石进行年代测定，研究人员可以构建一个时间线来追踪地球磁场的发展。

地球磁场的强度和方向随纬度而变化。例如，目前的磁场在两极最强，赤道最弱。有了有关锆石磁性的信息，科学家们可以推断出锆石形成的相对纬度。也就是说，如果地球发电机(产生磁场的过程)的效率是恒定的，并且磁场强度在一段时间内发生变化，则形成锆石的纬度也必须发生变化。

但塔杜诺和他的团队发现了相反的情况：他们研究的南非锆石表明，在大约 3.9 到 34 亿年前的这段时间里，磁场强度没有发生变化，这意味着纬度也没有发生变化。

Tarduno 说，由于板块构造包括不同大陆块的纬度变化，“这段时间可能没有发生板块构造运动，地球一定有另一种散热方式。”

进一步加强他们的发现，研究人员在他们从西澳大利亚研究的锆石中发现了相同的模式。

“我们并不是说锆石形成​​于同一个大陆，但看起来它们形成于相同的不变纬度，这加强了我们的论点，即此时没有发生板块构造运动，”Tarduno 说。

停滞盖构造：板块构造的另一种选择

地球是一个热机，板块构造最终是地球释放热量。但停滞的盖构造——导致地球表面出现裂缝——是另一种允许热量从地球内部逸出以形成大陆和其他地质特征的方法。

板块构造涉及地球表面大板块的水平运动和相互作用。Tarduno 和他的同事报告说，平均而言，过去 6 亿年的板块在纬度上移动了至少 8,500 公里(5280 英里)。相比之下，停滞盖构造学描述了地球最外层如何表现得像一个停滞盖，没有活跃的水平板块运动。相反，当地球内部冷却时，外层仍然存在。源自地球内部深处的大量熔融物质会导致外层破裂。停滞盖构造在从地幔释放热量方面不如板块构造有效，但它仍然可以导致大陆的形成。

“早期地球并不是一颗表面上一切都死了的行星，”Tarduno 说。“事情仍在地球表面发生;我们的研究表明它们并不是通过板块构造发生的。我们至少有足够的地球化学循环由停滞的盖子过程提供，以产生适合生命起源的条件。”