當巨大的地球地殼板塊以極慢的速度碰撞時，它們會形成山脈、引發地震並塑造新的岩石。沒有人知道這個被稱為板塊構造的基本過程是如何或何時開始的。但是一項發表在Nature Geoscience上的實驗研究表明，早期板塊構造創造了地球上最古老的岩石，這些岩石大約有四十億年曆史，僅比地球45億年的年齡稍短。
“每個人都在談論，‘板塊構造是什麼時候開始的？’”愛丁堡大學火成岩岩石學家、研究作者艾倫·哈斯蒂說。“我認為這是個錯誤的問題。它基本上一直都存在。”
但是，當地球的岩漿海洋首次凝固時，地球是一個更溫暖、更粘稠的星球，其全新的地殼似乎更可能彎曲而不是破裂成板塊。使用計算機模型重建這種早期環境的科學家傾向於認為板塊構造開始於三十億年前或更短的時間，因為模擬很難顯示該過程是如何在那之前開始的。然而，野外地質學家經常指出加拿大和澳大利亞等地四十億年前的岩石，作為更早開始的證據。這些古老的岩石似乎是由俯衝作用形成的，即當兩個板塊碰撞並將其中一個板塊推入地球深處的地幔時。
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哈斯蒂和他的同事著手測試這些最古老的岩石是否可能是在更淺的非俯衝深度形成的。他們從西南太平洋的洋殼中提取了樣本，該洋殼的成分與地球的第一個大陸地殼相似，並將它們置於高壓和高溫下，以模擬它們可能在沒有俯衝的情況下形成的環境，即地殼上部50公里處。
研究人員發現，這種環境無法產生與四十億年前岩石具有相同礦物組成的樣本。在不同壓力和溫度下形成的岩石由不同的礦物組成，因此新樣本和古代樣本之間的這種不匹配表明，古代岩石形成於更深處——超過50公里以下。俯衝是唯一已知的可以深入到如此深度的過程。
“你需要在高得多的壓力下形成這些岩石——而獲得這種壓力最簡單的機制是俯衝，”哈佛大學地質學家納迪亞·德拉邦說，她沒有參與這項新研究。
愛丁堡大學博士後研究員、研究合著者莎莉·勞說，早期地球上的俯衝作用可能不如今天那麼劇烈，較溫暖的地殼不太可能像現代構造板塊那樣深入地幔。德拉邦說，這引發了關於早期地球的地質躁動如何可能變得自我持續的新問題。“最大的問題是，[地球]在多大程度上能夠維持板塊構造過程？”她問道。“這是我們需要做更多工作的事情。”