哈佛地球科学家揭示35亿年前地球板块开始运动——首次直接证据显示早期地壳漂移
2026年3月一项最新研究表明，地球的构造板块在约35亿年前就已开始运动，为长期悬而未决的“板块何时起始运动”这一核心问题提供了最清晰的直接证据。
在地球历史的编年史中，构造板块扮演着核心角色。数十亿年的运动塑造了大陆、开启了海洋，并孕育了支持生命的气候与环境。科学家们一直在争论，地球的外壳是在4.5亿年前形成后不久就开始移动，还是这一过程更晚才启动。哈佛地球科学家们的最新研究，发表于《科学》杂志（Science）3月，首次直接证据显示，板块运动可追溯至35亿年前。研究结果表明，即便早期板块运动与今日系统不同，也在塑造年轻地球的过程中起到了重要作用。
“关于时机的年龄估算范围很广，”哈佛大学肯尼斯·C·格里芬研究生艺术与科学学院地球与行星科学系（EPS）的首席作者阿莱克·布伦纳博士（2024届博士）表示，“通过这项研究，我们可以明确说，在35亿年前，地球表面已有板块在运动。”
这一突破来自地球最古老、保存最完好的岩石之一，位于澳大利亚西部的 Pilbara 克隆岩体。该地区的岩石形成于原始宙（Archean Eon），那时早期微生物已存在，地球亦频繁遭受外太空撞击。Pilbara 地区还保存着最早的生命证据，包括基质石和由蓝绿菌等单细胞微生物形成的微生物沉积物。
该研究团队由哈佛大学地球与行星科学系的 Roger Fu（罗杰·傅）教授领衔，团队自2017年开始研究东 Pilbara 地区。傅教授专攻古地磁学，这一领域利用岩石中保存的地磁场记录来重建地球过去的历史。早期工作中，团队还在同一地点识别出古代陨石撞击的迹象。
利用古地磁学作为地质 GPS古地磁学不仅让科学家研究地球磁场，还能追踪地壳块体随时间的移动。矿物晶粒中锁定的微小磁信号就像一份记录，记录了岩石在地球上形成时的位置。通过分析这些信号，研究人员可以确定岩石形成时的方位与纬度，实际上将其变成了一种古代 GPS。
“几乎地球所有独特之处都与构造板块在某种程度上有关，”傅教授说。“在某个时刻，地球从一个与太阳系中其他具有相似材料的普通星球，转变为一个非常特殊的星球。我们非常强烈地怀疑，构造板块的运动使地球走上了这种发散的轨道。”
大规模岩石分析揭示板块漂移为此，研究团队对北极穹顶（North Pole Dome）地区的 100 多个地点采集了超过 900 个岩石样本。研究人员使用专业设备从岩石中钻取圆柱形岩芯，并用罗盘和角度计等工具仔细记录每个样本的位置。在实验室中，这些岩芯被切成薄片，并使用高灵敏度磁力计进行分析，该磁力计可检测比指南针针尖弱得多的磁信号。样品被逐步加热至 590 摄氏度，以分离其历史中不同时间段的磁信号。整个分析过程耗时约两年。
“我们做了一个大赌注，”布伦纳说，他现在是耶鲁大学的博士后。‘去磁数千个岩芯需要多年时间。结果证明这笔赌注非常值得！这些结果远远超出了我们最狂野的想象。’”
35 亿年前板块运动的证据在磁性矿物中，电子的排列像一把微型指南针，指向地球磁极。该排列还揭示了岩石形成时在地球上的位置，包括纬度。通过考察距 35 亿年前约 3 万 0 千年后的岩石，研究人员发现东 Pilbara 地区的部分区域纬度从 53° 漂移至 77°，每年漂移数十厘米，持续数百万年，并顺时针旋转超过 90 度。（由于磁极偶尔逆转，仍不确定此运动是否发生在北半球或南半球。）大约 1,000 万年后，运动减慢并最终趋于稳定。
为比较，团队研究了南非巴伯顿绿岩带（Barberton Greenstone Belt）的岩石。早期研究显示，该地区在同一时期保持在赤道附近，基本保持静止。这表明地球不同部分的地壳以不同方式运动。
如今，构造板块仍在运动，只是速度很慢。例如，北美板块与欧亚板块每年以约 2.5 厘米（约 1 英寸）的速度分离。
重新思考板块构造的起源科学家们仍在努力确定地球何时以及如何发展出现代板块构造系统，称为“活跃盖”。一些理论认为，早期地球存在“停滞盖”（单一不连通的全球板块）、“缓慢盖”（缓慢运动的板块）或“间歇盖”（板块间歇性运动）。该研究排除了停滞盖理论，表明地球表面已经分成了可移动的块体。然而，它尚未确定早期板块行为的主要类型。进一步研究正在进行，以解决此问题。
“我们看到板块运动的现象，说明板块之间存在边界，岩石圈并不是如许多人之前所说的那样一个巨大的、完整的地壳。相反，它被分成了不同的块体，彼此之间可以相对运动。”布伦纳说。
史上最古老的磁场反转被发现研究人员还识别出了已知最古老的地磁反转——这是一种地磁场翻转的过程，使得指南针指向南方而非北方。地磁翻转被认为是由地球核心中熔融铁的“发电机作用”所驱动的，它产生电流和磁场。最近一次逆转发生在约 78 万年前。
根据傅教授的说法，新的发现表明，3.5 亿年前此类逆转发生的频率低于现在。‘这本身并不具决定性，但它暗示发电机可能在与今天略有不同的状态下运作，’他表示。
勇编撰自论文"Paleomagnetic detection of relative plate motions and an infrequently reversing core dynamo at 3.5 Ga".Science.2026相关信息，文中配图若未特别标注出处，均来源于自绘或公开图库。
