世界が変わる瞬間（文字通り） — ハーバード・ガゼット

地球の歴史は、プレートの大きな板に書かれています。

の プレートの動き 陸塊を形成し、海洋を形成し、進化と生命の多様性の舞台となる多様な気候と生息地を作り出しました。

しかし、この壮大なドラマは深い謎から始まります。大陸プレートと海洋プレートがいつ移動し始めたのか?リソスフェアは45億年前の地球形成直後から動き始めたのか、それともここ10億年のうちに動き始めたのか?

ハーバード大学の地球科学者らによる新しい研究は、約35億年前のプレート移動の最も古い、しかし直接的な証拠を示している。で 勉強 最近『サイエンス』誌に発表された論文で、研究チームは、プレートの動きが（必ずしも現代型であるとは限らないが）地球の初期の歴史を形作ったことを示した。

「タイミングについては非常に幅広い年齢層が提案されています」と筆頭著者は述べた アレック・ブレナー、博士号’24年、ケネス・C・グリフィン総合文化大学院の地球惑星科学専攻で研究を行った。 「今回の研究により、35億年前にはプレートが地球の表面で動き回っているのが確認できたと言えます。」

この新たな発見は、世界最古のよく保存された岩石の一部、西オーストラリア州のピルバラ・クラトンから得られたもので、そこには始生代の地層が含まれている。始生代とは、地球が初期の微生物の生命を育み、天体からの衝撃を受けていた40億年から25億年前の期間である。ピルバラ地域には、シアノバクテリアなどの単細胞生物によって堆積されたストロマトライトや微生物岩など、既知の最古の生命の証拠がいくつか含まれています。

地球惑星科学教授率いるチーム ロジャー・フー フー氏は、地球の磁場の変化を調べて惑星の初期の歴史を再現する地球物理学の分野である古地磁気学を専門としています。昨年、研究チームは古代の生物に関する論文を発表しました。 隕石の衝突 同じ現場で。

古地磁気は、地球の磁場の特性を明らかにするだけでなく、プレートの動きを追跡するためにも使用できます。古代の鉱物粒子の磁気信号を分析することで、研究者は形成時の岩石の方位と緯度を推測することができ、古代のサンプルを古 GPS ユニットのように使用することができます。

「地球のユニークなもののほとんどすべては、あるレベルでプレートテクトニクスと関係があります」とフー氏は言う。 「ある時点で、地球は、それほど特別ではない、同じような物質をもつ太陽系の別の惑星から、非常に特別なものへと変化しました。プレートテクトニクスが地球をこの分岐した軌道に乗せ始めたという非常に強い疑いがあります。」

新しい研究で研究者らは、北極ドームと呼ばれる地域に点在する100以上の場所から収集した900以上の岩石サンプルを分析した。

彼らは、中空ビットとダイヤモンドの歯を備えた電気ドリルを使用し、手動ポンプ式の園芸用噴霧器で冷却しながら、円筒形のサンプル、つまり「コア」を抽出しました。その後、コンパスとゴニオメーター（角度を測定するための装置）を備えた器具を穴に挿入して、サンプルの位置を正確に記録しました。

ハーバード大学に戻ると、コアはクッキーのようにスライスされ、トレイに並べられ、コンパスの針よりも 10 万倍小さい磁気信号を測定できる機械である磁力計に置かれました。磁鉄鉱鉱物が磁化を失うまで、サンプルは摂氏 590 度まで徐々に高温に加熱されながら繰り返し測定されました。段階的に加熱することで、研究者は岩石の歴史のさまざまな時期からの磁気信号を分離することができます。結局、分析には約 2 年かかりました。

「私たちは非常に大きな賭けに出ました」と、現在イェール大学の博士研究員であるブレナー氏は語った。 「何千ものコアの消磁には何年もかかります。そして、それは報われたでしょうか。これらの結果は私たちの想像を超えていました。」

強磁性鉱物では、電子の向きは磁極を指すコンパスの針のような役割を果たします。電子の向きは、岩石が形成されたときの磁極に対する 3D 地球儀上の位置に関するヒントも提供し、緯度を示します。

35億年前の直後、3,000万年にわたる一連の岩石を分析したところ、東ピルバラ層の一部が緯度53度から77度に移動し、数百万年にわたって年間数十センチの変動があり、時計回りに90度以上回転したことが判明した。約 1,000 万年以内に運動は減速し、その後、ほとんど運動しない期間が続きました。

この動きを他の場所の始生代の遺跡と比較するために、研究者らは南アフリカにある現代の遺跡であるバーバートン・グリーンストーン・ベルトを調査した。これまでの古地磁気研究では、後者が赤道付近に位置し、同じ期間中はほぼ静止していることが示されている。どうやら、2つの遠く離れた地域では異なる漂流パターンがあったようです。

現代世界では、北アメリカプレートとユーラシアプレートは年間約 2.5 センチメートル、つまり 1 インチずつ遠ざかっています。

蓋、「ダイナモアクション」など

地球がいつ、どのようにして、地球物理学者が「活動的な蓋」と呼ぶ現在の形態のプレートテクトニクスになったのかは未解決の疑問のままである。さまざまな理論は、初期の地球には「停滞した蓋」（壊れていない単一の地球プレート）、「緩慢な蓋」（ゆっくりと移動するプレート）、または「一時的な蓋」（散発的に移動するプレート）があったと仮定しています。新しい研究では、蓋の停滞は除外されていますが、プレートの動きのどのモデルが最も可能性が高いかを区別することはできません。 Fu チームは、この疑問に答えるためにさらなる研究を進めています。

「私たちは地殻プレートの動きを観察していますが、そのためにはプレート間に境界が存在し、これまで多くの人が主張してきたように、リソスフェアは世界中で壊れることのない大きな殻ではなかったことが必要です」とブレナー氏は述べた。 「代わりに、それは相互に移動できる異なる部分に分割されました。」

研究チームはまた、既知の中で最も古い症例も発見した。 地磁気逆転 — 惑星の磁場が時々反転する現象。逆転後は、コンパスの針が北ではなく南を指すことになります。

この現象は、電流と磁場を生成する地球コア内の溶鉄の対流を含む「ダイナモ作用」によって支配されていると考えられています。最後の逆転は約78万年前に起こりました。

フー氏は、新たな証拠は、35億年前には逆転が最近の歴史に比べて頻繁に起こっていなかったことを示唆していると述べた。 「それ自体は決定的なものではありませんが、発電機が現在とはわずかに異なる体制にあった可能性があることを示唆しています。」