地質學中有一個經久不衰的問題：將地球陸地塑造成如今的樣貌的板塊運動，是從何時開始的？
我們現在的地球外殼大約由15塊堅硬的地殼組成，這些板塊的運動塑造了大陸的位置，創造出了多樣而獨特的地貌。由於板塊構造對於地球的發展和生命的演化來說都至關重要，因此地球板塊構造究竟最早可以追溯到什麼時間，成了許多科學家都希望解開的謎題。
過去，人們普遍認為板塊構造作為一個完善的全球性過程，大概在地球上存在了28億年；並認為在更早的時間裡，由於地球內部的溫度過高，使得地表不可能形成冰冷堅硬的板塊，也不可能發生大陸深俯衝作用（即一個地殼板塊俯衝到另一個地殼板塊之下）。
然而，最近哈佛大學的一個地質學家團隊，在分析了超過30億年之久的古老岩石後發現，板塊運動可能在
32億年前就已經開始了。這個時間比之前一直以為的要早了4億年。而這一更早的時間也意味著，地殼板塊的運動或許也在一定程度上，使地球變得更適合生命生存。這一新的研究結果被髮表在了近期的《科學進展》雜誌上。 在這項新研究中，地質學家從一個名為皮爾巴拉克拉通（Pilbra Craton）的區域採集了許多古老岩石樣本，通過分析這些岩石中的含鐵礦物的磁性方向，發現在33.5億至31.8億年前之間，這塊克拉通每年以至少2.5釐米的速度在地球上漂移。
○ 西澳大利亞皮爾巴拉克拉通的地質圖，從地圖比例來看，這幅圖中顯示的寬幅大約為500公里。| 圖片來源：Alec Brenner / Harvard University
克拉通意為穩定地塊，是一種原始、厚重且非常穩定的地殼，它們通常位於板塊構造的中間。研究中所涉及到的皮爾巴拉克拉通位於西澳大利亞，它在南迴歸線以北，大約處於南緯21°，是地球上最古老的地殼之一，目前已知那裡的最古老岩石已有35億年之久。
他們取樣的是一種名為Honeyeater玄武岩的岩石，這些玄武岩是在31.9億至31.8億年前形成的，它們最初以熔岩的形式出現，然後在冷卻的過程中變得堅固。當這些熔岩還處於熔融狀態時，其中的含鐵礦物就會在熔岩中旋轉，併為了與地球的南北磁極保持一致而調整自己的方向。
因此，通過追蹤這些含鐵礦物的磁性方向在玄武岩的形成過程中呈現出的變化，就能確定這塊克拉通移動的速度有多快。這種在岩石中保存完好的“磁性路標”，是科學家長期以來用以重建板塊運動的重要依據，他們藉此能追溯漂移的大陸的運動軌跡。
但是，由於地球板塊在過去的幾十億年裡不斷地摩擦和移動，已經使得地球表面發生了多次改變，導致留下來的超過30億年的露頭（露出地表的礦脈和礦床）非常少。而Honeyeater玄武岩便是這為數不多的可作為研究早期地球的絕佳場所之一。
○ 論文的主要作者Roger Fu教授於西澳大利亞的Honeyeater玄武岩邊。| 圖片來源：Alec Brenner / Harvard University
Honeyeater玄武岩非常古老，而難能可貴的是，這些古老的岩石並沒有受到太多變質作用（變質作用產生的熱量和壓力可以改變岩石中的礦物質，並可能重置它們的磁性方向）的影響。
研究小組檢測了235個Honeyeater玄武岩樣本，通過藉助一種名為量子鑽石顯微鏡的儀器，他們在微米尺度上探測到了磁性痕跡，併為這些岩石繪製了一幅高分辨率的磁性方位圖。
根據這幅圖，研究人員推測出在大約32億年前，這塊克拉通的緯度約為45°。不過由於目前研究人員還尚不明確當時的地球磁極方向與現在是相同還是相反，因此他們還不能確定這是北緯45°還是南緯45°。但無論是哪種情況，可以確定的是，這一小塊古老的地殼曾經以一種緩慢、漸進、穩定的方式在運動，這是現代板塊構造的一個標誌。
地質學家Alec Brenner是這篇論文的第一作者，他表示，新的發現是一個將地球板塊構造記錄追溯到更早的地球歷史時期的地質證據，這表明早期地球與現代地球可能比我們想象中更加相似。
而更早的板塊運動時間也意味著，地球上的生命演化在某種程度上曾受到板塊構造的影響：板塊構造可以將曾埋在地下的岩石暴露在大氣中，促進這些岩石與大氣之間的化學反應，進而在數百萬到數十億年的時間裡調節對生命演化來說至關重要的氣候。
參考來源：
https://www.sciencenews.org/article/earth-plate-tectonics-may-have-started-earlier-than-we-thought
https://phys.org/news/2020-04-tectonic-plates-shifting-earlier-previously.html
https://advances.sciencemag.org/content/6/17/eaaz8670.full
封面圖來源：Alec Brenner / Harvard University
