大陸為什麼會分成幾大板塊?它是什麼時候開始「漂移」的?

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，關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。巖石圈板塊下沉到地幔的部分熔融產生了花崗巖。這種板塊鑲嵌產生的花崗巖裡有一種質地堅硬的晶體——鋯石。

古老鋯石的存在，讓地質學家推測，大約在4 0億年前的某個時候，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的證據在地球的最深處——太平洋的馬裡亞納海溝。太平洋板塊下沉到地幔，形成了馬裡亞納海溝，這裡包含有4 4億年前的古老熔巖，可能是地球上最早的鑲嵌地帶。

但是對古老巖石中花崗巖化學成分的研究和分析表明，地球的板塊構造大約開始於2 7億至3 0億年前。那時候的巖石圈並沒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。

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。巖石變形產生的彎曲，以及板塊下沉到地幔，導致地表產生了痕跡和「弱區」。隨著時間推移，「弱區」被一次又一次削弱，像一個不斷受到跑步產生的壓力的腳踝，直到被破壞。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，伯科維奇和法國裡昂大學的地球物理學家理察做了一項研究，以弄清什麼樣的破壞能使巖石圈強烈變形。地幔作為巖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構成。晶體小的巖石更容易變形，在鑲嵌過程中，巖石被扭曲，同時在剪應力作用下發生性狀改變、晶體變小，「弱區」變得明顯。儘管地幔中的熱量可能會幫助巖石中的橄欖石和輝石晶體再次長大，或者說「治癒弱區」，但這兩種類型的巖石將會競爭生存空間：一種的存在就抑制了另一種的生長。一旦晶體變得足夠小，一直存在的「弱區」就變成了板塊邊界。伯科維奇和理察在《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休眠一段時間後繼續擴大的原因，也說明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。因為金星的表面溫度高出地球表面4 0 0℃，這種極高的溫度能使巖石增長得更快，從而「治癒弱區」， 板塊邊界就不會形成。

「人們一直猜測，存在小顆粒的巖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，以及巖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的保羅· 塔科利教授這樣談到。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」機制對在巖石圈產生的「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。研究者構建的地球早期模型非常簡單，在幾十億年前，地球內部的溫度非常高，地球物質也異常活躍，很多火山在地表和地幔翻騰。所以巖石圈總是不安分，活躍和沉默互相摻雜，而不是像伯科維奇研究中模擬的那樣隨著時間的推移均勻地消長。