地球有板塊構造，它們之間有時會碰撞、分離或者滑動。這些運動會導致地震、火山、山脈和大洋等地貌的形成。板塊構造也對地球的氣候和生物有重要的影響，比如它可以調節大氣中的二氧化碳濃度，從而影響溫室效應。

但是，地球上一直有板塊構造嗎？如果沒有，那么它是什么時候開始的呢？這是一個很有趣但也很難回答的問題，因為我們沒有直接觀察到地球早期的情況，只能通過一些間接的證據來推斷。其中一個重要的證據就是古地磁學，也就是研究古老巖石中記錄的地磁場信息。地磁場是由地球內部流動的電導性物質產生的，它會隨著時間變化。如果我們能夠測量出古老巖石中記錄的地磁場強度和方向，我們就可以推斷出當時地球內部的運動情況，從而判斷是否存在板塊構造。

但是，要做到這一點并不容易，因為古老巖石很少，而且經過了很多次變形和變質作用，可能會改變或者破壞原來記錄的地磁場信息。所以我們需要找一種能夠保存原始地磁場信息，并且能夠準確測量出來的物質。幸運的是，我們找到了這樣一種物質，那就是鋯石。

鋯石是一種含有鋯、硅和氧的礦物，有時還含有其他元素，如鈾或釷。它們非常耐風化和變質，可以在經受高溫高壓的巖石中存活。鋯石還可以包含其他礦物的微小包裹體，如磁鐵礦，這是一種磁性的氧化鐵。

鋯石對于地質學家來說很重要，因為它們可以提供關于它們所在巖石的年齡、來源和演化的線索。通過測量鋯石中鈾和釷的放射性衰變，我們可以高精度地確定它們的年齡。通過分析鋯石的化學成分和同位素比例，我們可以推斷它們結晶時的巖漿或沉積物的來源和性質。通過研究鋯石的磁性，我們可以了解它們形成時地球磁場的強度和方向。

當鋯石從熔融狀態形成時，它們可以捕獲其中包含小顆粒的磁鐵礦。這些顆粒就像微小的磁鐵，會與周圍的磁場排列一致。當鋯石冷卻時，它們就鎖定了這種取向，并將其保存了數十億年，除非它們再次受到加熱或變形。

那么怎么測量呢？我們使用了一種叫做古地磁強度儀的儀器，它可以對鋯石進行加熱和冷卻的循環，同時測量它們的磁化強度。通過這種方法，我們可以得到鋯石中鐵氧化物顆粒的原始磁化強度，也就是當時地磁場強度的一個指標。我們還可以通過另一種叫做掃描電子顯微鏡的儀器，來觀察鋯石中鐵氧化物顆粒的形狀和分布，從而判斷它們是否是原生的，也就是說是否是在鋯石形成時就存在的，而不是后來被加入或者改變的。

研究人員從南非的巴伯頓綠巖帶采集了一些含有鋯石的沉積巖樣品，這些巖石的年齡大約在39億年到33億年之間，也就是地球歷史上最早的一段時間。他們對這些樣品進行了上述的測量和分析，得到了一些有趣的結果。

首先，研究人員發現鋯石中鐵氧化物顆粒的原始磁化強度在這段時間內基本沒有變化，都在10-20微特斯拉之間。這意味著當時地球表面的緯度也沒有變化，因為地磁場強度和緯度有關系。如果地球上有板塊構造，那么巖石應該會隨著板塊移動而改變緯度，從而導致地磁場強度的變化。但是他們沒有觀察到這種變化，所以推斷當時地球上沒有板塊構造，而是處于一種靜止巖石圈構造的狀態。

什么是靜止巖石圈構造呢？簡單來說，就是地球表面只有一層厚而堅硬的巖石圈，它不會分裂或者移動，而是覆蓋在下面流動的軟流圈之上。這種情況下，地球內部的熱量只能通過巖漿噴發或者導熱來釋放，而不會像板塊構造那樣通過對流循環來釋放。這樣就會導致地球內部溫度較高，地幔粘度較低，地核對地幔的耦合較弱。這些因素都會影響地球內部產生地磁場的過程。

其次，他們發現鋯石中鐵氧化物顆粒的原始磁化強度和之前從澳大利杰克山采集的鋯石中得到的結果非常相似 。這說明這兩個地方的鋯石都記錄了同樣的地球早期歷史，并且證明了鋯石作為古地磁學記錄載體的可靠性。

最后，研究人員發現鋯石中鐵氧化物顆粒的原始磁化強度在33億年左右開始出現明顯的下降，并且在30億年左右達到最低值。這可能意味著當時地球內部發生了一些重要的變化，比如溫度下降、粘度上升、核幔耦合增強等。這些變化可能促進了地球表面巖石圈的破裂和移動，也就是板塊構造的開始。這樣，地球內部的熱量就可以通過對流循環來釋放，從而降低地幔溫度，增強地核對地幔的耦合，進而增強地磁場強度。這一過程可能持續了幾億年，直到地球進入了現在的板塊構造狀態。

這就是最近發表在《自然》的研究結果，它給我們提供了一個新的視角來看待地球早期的構造運動和地磁場演化。研究人員還認為，如果生命是在39億年前就出現了，并且在35億年前就形成了史前細菌群落，那么它們是在一個沒有板塊構造的靜止巖石圈構造的環境中誕生和發展的。這意味著當時地球上沒有像現在那樣的地質循環和化學循環，也沒有像現在那樣的氣候調節和生物多樣性。這對我們理解生命的起源和演化有很大的啟示。(www.wS46.com)

當然，他們的研究還有很多不足和不確定性，比如只采集了有限的樣品，而且只測量了一種物質。他們還需要更多的證據和方法來驗證和完善結論。我們希望能夠找到更古老的巖石和鋯石，來探索更早期的地球歷史。這是一個非常有趣但也非常困難的領域，需要更多的人來參與和貢獻。