对地球上最古老的岩石碎片进行分析的新研究揭示了一些最尖锐的证据，其表明地球的地壳在至少32.5亿年前以类似于现代板块构造的方式进行推拉。此外，这项研究还提供了最早的证据--证明了地球的南北磁极何时互换位置。

这两项发现提供了说明这种地质变化可能导致更有利于我们星球上生命出现的环境的线索。

10月24日在《PNAS》上描述了由哈佛大学地质学家Alec Brenner和Roger Fu领导的这项工作其重点是西澳大利亚Pilbara Craton的一部分。这是地球地壳中最古老和最稳定的部分之一。科学家们使用尖端技术和设备表明，地球最早的一些表面是以每年6.1厘米的速度移动的，每百万年移动0.55度。

这一速度是同一研究人员在以前的研究中显示的古代地壳移动速度的两倍多。这种纬度漂移的速度和方向都使板块构造成为最合理和最有力的解释。

研究人员Brenner说道：“有很多工作似乎表明，在地球历史的早期，板块构造实际上并不是地球内部热量释放的主要方式，就像今天一样，通过板块的移动。这个证据让我们更有信心地排除不涉及板块构造的解释。”

图……

比如，调查人员现在可以反驳被称为“真正的极地漂移”和“停滞不前的板块构造”的现象，这两种现象都可以导致地球表面的移动，但并不是现代风格的板块构造的一部分。因为新发现的较高速度跟这两个过程的某些方面不一致，所以结果更倾向于板块构造运动。

在论文中，作者还描述了被认为是地球扭转地磁场的最古老的证据，这意味着南北极的磁力位置翻转。这种类型的翻转在地球的地质历史中是一种常见的现象。事实上，根据NASA的数据，在过去的8300万年时间里，两极翻转了183次，在过去的1.6亿年里也许有几百次。

这种逆转说明了32亿年前地球的磁场有很大的影响。其中的关键是，磁场很可能是稳定的，强大到足以使太阳风不侵蚀大气层。这一洞察力结合板块构造的结果，为最早的生命形式的发展条件提供了线索。

Brenner说道：“它描绘了一幅早期地球的图画，它在地球动力学上已经非常成熟。它有很多相同的动态过程，这些过程导致地球基本上拥有更稳定的环境和表面条件，从而使生命的进化和发展更加可行。”

现在，地球的外壳由约15块不断变化的地壳或板块组成，它们承载着地球的大陆和海洋。在漫长的岁月里，这些板块相互漂移并分离、形成了新的大陆和山脉并使新的岩石暴露在大气中，这引发了在数十亿年里稳定了地球表面温度的化学反应。

板块构造何时开始的证据很难得到，这是因为最古老的地壳碎片被推入内部地幔，永远不会重新浮现。地球上所有岩石中只有5%的年龄超过25亿年，没有岩石的年龄超过约40亿年。

总的来说，这项研究增加了越来越多的研究--表明在地球45亿年的历史中，构造运动发生得比较早，而早期的生命形式是在一个比较温和的环境中产生的。2018年，该项目成员重新访问了Pilbara Craton，该地区延伸约300英里。他们钻进了那里原始而厚实的地壳板块，收集样本，然后回到剑桥后，对其磁性历史进行了分析。

通过使用磁力计、消磁设备和量子钻石显微镜，研究人员创造了一套新技术以确定样品的年龄和磁化方式。这使研究人员得以确定地壳是如何、何时和向哪个方向移动的以及来自地球地磁极的磁性影响。

量子钻石显微镜是由哈佛大学地球与行星科学系(EPS)和物理学系的研究人员合作开发。

对于未来的研究，Fu和Brenner计划继续关注Pilbara Craton，另外还将目光投向它之外的世界各地的其他古代地壳。他们希望找到更早的类似现代板块运动的证据及地球磁极翻转的时间。

Fu教授表示：“最终能够可靠地读取这些非常古老的岩石为观察一个通常更多通过理论而非可靠数据了解的时间段提供了许多可能性。最终，我们有一个很好的机会，其不仅可以重建构造板块开始移动的时间，而且可以重建它们的运动--以及因此驱动它们的深层地球内部过程--是如何随着时间而变化的。”