地球大陸事怎麼破碎的？

文/大衛?貝爾科維奇 譯/賈沖

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地球表面的大陸板塊一直在不斷移動，這種緩慢的過程重新塑造著地表構造。這在太陽系裡是獨一無二的。然而，對於板塊運動的推動力，以及運動開始的時間，我們所知甚少。最近，一項新的研究可能會幫助我們解開這個謎題：地球表面在什麼時間，以什麼方式分離為板塊，然後開始了漫長的漂移？

由於地表構造的不斷循環和覆蓋，如今所留下的地質證據明顯不足。但地質學家的確發現了一些線索，岩石圈板塊下沉到地幔的部分熔融產生了花崗岩質。這種板塊鑲嵌形式所產生的花崗岩里有一種質地堅硬的晶體——鋯石。古老鋯石的存在，讓一些地質學家推測，大約在40億年前的某個時候，地殼上發生了斷斷續續的鑲嵌現象。其他可以證明這一現象發生的是在地球的最深處——太平洋的馬里亞納海溝。太平洋板塊下沉到地幔形成了馬里亞納海溝，這裡包含有44億年前的古老熔岩，可能是地球上最早的鑲嵌地帶。

但是通過對古老岩石中花崗岩化學成分的研究和分析，大量的化學和地質數據表明，地球的板塊構造大約開始於27億至30億年前。那時候的岩石圈，並不在地表形成堅實的殼，而是分為很多厚厚的板塊，板塊被下面流動著的地幔驅動著，滑來滑去，分開或者相撞。這種移動的方式還不能用現在所謂的「拼圖」來形容，但是板塊已經開始四處走動了。

兩種不同的推測引起了激烈的爭論，但有一種解釋可以調和這兩個不同的時間。耶魯大學地球物理學家大衛?伯科維奇提出，地表構造開始運動的過程中，地球早期的時間或許會停滯。岩石變形產生的彎曲，以及板塊下沉到地幔，導致地表產生了痕迹和「弱區」。隨著時間推移，弱區被削弱一次又一次，像一個不斷受到跑步產生的壓力的腳踝，直到「弱區」被破壞。

為了更好地理解這些「弱區」的發展，以及它們如何導致板塊產生邊界。伯科維奇和法國里昂大學的地球物理學家理查德做了一項研究：什麼樣的破壞能使岩石圈強烈變形。地幔作為岩石圈非常重要的一部分，是一個相對簡單的結構，主要由橄欖石和輝石兩種岩石構成。晶體小的岩石更容易變形，在鑲嵌形式下的岩石受到作用變得彎曲和扭轉，同時剪應力加在上面，往往會導致岩石變質，晶體變小，「弱區」就變得明顯。儘管地幔中的熱量可能會幫助岩石中的橄欖石和輝石晶體再次長大，或者說「治癒」，但這兩種類型的岩石將會競爭生存空間：一種的存在就是抑制了另一種的生長。一旦當晶體損壞得足夠小，一直存在的「弱區」就變成了板塊邊界。伯科維奇和理查德在《自然》上發表了這些內容。

這個過程不僅解釋了地球的板塊邊界可以在「假惺惺」休眠一段時間的情況下仍然發展，而且也突顯出了，板塊構造不會發生在和地球大小類似、質量相近的金星上的原因。因為金星表面溫度高出地表400℃，這種極高的溫度能使岩石增長得更快，從而「治癒」弱區，這樣的話，板塊邊界就不會形成。

「人們一直猜測，存在小顆粒的岩石圈促成了板塊的構成。伯科維奇的研究向我們解釋了板塊第一次是如何形成的，以及岩石圈為什麼能把這些『弱區』保留很長時間。」蘇黎世瑞士聯邦理工學院Paul Tackley教授這樣談到。他還補充說，無論板塊構造是什麼時間開始的，這種「顆粒尺寸減小」機制對於在岩石圈產生的「弱區」是非常重要的。

但這樣的機制還不能消弭關於板塊構造開始時間的爭論。研究者所構建的地球早期模型非常簡單，在幾十億年前，地球內部溫度非常高，地球物質也異常活躍，很多火山在地表和地幔翻騰。所以岩石圈總是不安分，活躍和沉默互相摻雜，而不是像伯科維奇研究的過程里那樣，隨著時間的推移均勻消長。

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