构造间隔拍摄

你不太可能点击“播放”，然后在眼前观看《deep time》的展开。一个国际科学家团队已经做到了刚刚发布的这是过去十亿年里第一次完整的构造板块重建——跨越了地球存在时间的近四分之一。

过去十亿年的全板块构造动态。白色区域代表海洋地壳，绿色区域是模拟的大陆岩石圈，蓝色区域是现在的大陆地壳。尖状线是俯冲带;蓝线是洋中脊;黑线是变换边界。Ma =数百万年前。1秒= 2500万年。资料来源:meredith等人2021年出版的《地球科学评论》。

这是令人着迷的:就像不合适的拼图碎片一样，一块块的大陆碰撞在一起，演变成超级大陆，分裂，然后再以新的形态碰撞在一起——视频中的每一秒都向前跳跃了2500万年。

阿德莱德大学(University of Adelaide)的地质学家艾伦·柯林斯(Alan Collins)是该研究小组的成员，他表示，这将帮助我们理解复杂生命是如何开始的。

直到地球45亿年历史的最后10亿年，生命才学会了如何形成细胞，如何结合它们，并制造出复杂的生物。

柯林斯说:“关于为什么会发生这种情况，我们有一百万种假设，但目前没有一种是科学的。”“我们没有模型来描述这个世界是什么样的。”

尽管科学家们知道许多生活所需的元素,如磷在我们的DNA——来自地球深处,一定是拖到表面在某种程度上,我们没有宏观的了解地球的许多复杂、相互关联的系统进化。这种框架的缺乏意味着我们无法量化或测试地球气候或生命进化的模型。

但是这个重建，很快就会发表在杂志上地球科学评论并由法国里昂Université的安德鲁•梅迪思领导——这可能是答案。

来自法国、加拿大、中国和澳大利亚的研究人员收集了数十年的地质数据，重建了地球的构造脉冲，然后将其输入到由美国国家地理学会开发的软件中EarthByte悉尼大学的研究小组。

叫GPlates,软件就像GIS——一个系统用于表示数据相关的位置在地球表面,但为了达到在时间绘制世界地图上的最大可能的规模历史:在板块边界以及他们如何演变,大陆碰撞和撕裂。

“这真是一个惊人的结果，”没有参与这项研究的澳大利亚国立大学地质学家路易斯·莫雷西说。

莫雷西解释说，要弄清楚过去的世界是什么样子是极其困难的，尤其是因为海底持续时间不长:它总是在俯冲带被回收到地球深处。

“这意味着我们实际上没有任何板块历史长达10亿年——没有任何板块历史超过2亿年——所有的板块都经历了5次以上的变化!””他说。“所以有很多间接证据串连在一起，使这成为可能。”

以前的板块运动模型大多是基于大陆漂移通过观察大陆岩石。某些岩石在形成时的位置可以通过观察它们在地球磁场中的“冻结”特征来确定。根据这个特征，古地磁地质学家可以计算出它们最初的纬度——即使它们的故乡大陆已经漂移了数千公里。

但这是一个棘手的技巧。这些“时间机器”岩石需要含有放射性物质，才能准确测定年代。而且很难找到没有变形、融化或重置的旧标本。

另外，由于很难弄清楚古代海洋的位置，之前的板块重建缺失了大量的数据。

相反，这项新研究专注于板块边界，并研究它们是如何随时间变化的。

莫雷西解释说:“板块不断地挤压着周围的大陆，使它们相互碰撞。”“这意味着地质记录中充满了旧板块边界和板块过去活动的证据。

“我们有数十亿年的大陆记录，例如，古老的山脉带即使在被侵蚀后，也会在岩石和沉积记录中留下痕迹，所以我们有证据表明10亿年前的板块存在，尽管它们早已进入地幔。”

这就是这个团队所寻找的:他们挖出,审查和合成的研究在过去的几十年里,包括找出山(大陆相互冲击的地方),在海洋盆地(大陆散了,分开),和海洋的深度测量法(这是海洋的深度相对海平面之下;它与大洋中脊、俯冲带和海沟的位置有很大关系)。

柯林斯说:“这实际上只是在整个地球范围内进行的数据挖掘。”当他们将这些数据拼凑在一起时，就产生了“一个可怕的四维拼图:表面是三维的，然后它也会穿越时间。”

2017年，合作进行了类似的全板重建延伸至10 - 5亿年前，这段时间包含了地球历史上一些最激动人心的时刻，包括大规模的气候波动和动物生命的爆发。

现在，研究小组增加了最近的5亿年，把我们带到了现代。

这项工作的重要意义不仅在于对地质学的理解，还在于为过去十亿年席卷地球的令人难以置信的变化提供背景。

从大约7.2亿年前开始，两次大冰期将地球吞没在从极地到赤道的冰川中，这一事件被称为“雪球地球”。当我们从冰中出现时，原生动物——第一个真正的动物——进化了。到6.35亿年前，第一批复杂的多细胞生物在温暖的浅海中繁盛起来，5亿年前，生物多样性爆发，形成了我们今天所知的所有动物的祖先。

像“雪地球”这样的气候事件被认为与板块构造和生命的进化在一个错综复杂的因果关系网中相互关联。

例如，山脉的大规模风化可能使我们进入了冰河时代。全球冰川会碾碎山脉，将大量营养物质送入海洋，这可能导致细菌大量繁殖，大量产生氧气，将大气的成分改变为我们今天所熟悉的大气层我们所知道的生活在进化而来。

柯林斯指出:“如果没有板块构造论，我们肯定不会在这里。”

这种全球板块重建可以帮助科学家开始理解——并量化——地球系统之间的复杂关系。

这只是追求包罗万象的地球系统理论的一条线索，提出了地球科学中一些最广泛的问题:地球是如何形成的?为什么它会这样运动和呼吸?生命是如何产生的?

但为了更准确地回答这些问题，这个模型需要更加详细:目前，它主要是2D的，显示了随着时间的推移，地球表面板块的大小和位置。下一步是向上建造，计算出山脉在什么时候在哪里，以及山脉在不同海拔处的长度，因为这是理解它们对气候影响的关键。

毫无疑问，该模型也将发生变化，因为它受到世界各地其他研究人员的审查、反馈和合作，他们将有希望帮助扩大数据集和完善地图。

莫雷西指出:“我可以想象，模型中较近期的部分是非常稳健的，而较古老的部分将受到较少的约束。”

柯林斯欣然承认，在制作这个模型的过程中有相当多的猜测——这就是为什么以前从未有人做过这个模型的原因。

他解释说:“没有人会为了生产这些模型而冒这么大的风险，因为它们身上的一切都是有争议的。”“对于非洲中部或其他地方的每一块岩石的每一个解释，其他人会有不同的年龄，或者认为它是在不同的构造环境中形成的。”

但即使是建立这个模型也是向前迈出的一步，因为他们已经把它变成了一种其他研究人员可以研究的格式。这款名为GPlates的软件有意为用户友好且开源。任何人都可以进来并提出异议——将日期向后推几亿年，或者将一段数据解释为裂谷边缘而不是俯冲带——然后根据他们的专业知识对模型进行修改。

柯林斯表示，这种模式只是第一步，“但你必须从某个地方开始”。

我们也有可能追溯并重建更远的地球，到20亿年前甚至更久远的时间。

“我们不知道的东西太多了，”柯林斯说。“地质学是非常年轻的——作为一种理论，板块构造论只有50或50年的历史，所以我们仍在研究有关现代地球的所有这些东西，更不用说3亿年前的情况了。

“但美妙的是，证据都在那里。它们都在大陆周围的岩石中——这只是关于学习阅读它们的新方法。”

澳大利亚皇家学院有一个基于这篇文章的教育资源。你可以访问它在这里．