目前，地球是唯一被确认能够维持生命的星球，这在很大程度上要归功于板块构造的动态变化。这一过程在循环利用重要的生物地球化学元素和确保地球温度保持恒定方面发挥着关键作用。 俯冲--板块构造的破坏力，将一个板块推到另一个板块之下--是板块构造伟大循环程序最明显的标志。
地球上最古老的岩石：加拿大西北地区 40 亿年前的花岗岩。资料来源：李宪华教授研究小组
然而，我们能在地球过去多深的地方找到板块构造的痕迹呢？板块构造是否一直像今天这样运行，有俯冲和地表物质循环等过程？
之前利用数值地球动力学模型进行的研究认为，早在 ~4.3 Ga（GA是相当于 10 亿年的时间单位）之前，俯冲和循环就已经开始运作了。由于地球本身的年龄只有 4.5 千兆年，这种说法几乎证明了板块构造从第一天起就开始了。
然而，从加拿大北部偏远湖区发现的地球上已知最古老的岩石中获得的新地球化学证据，却为地球最早的历史描绘了一幅截然不同的图景。
中国科学院地质与地球物理研究所（IGGCAS）李先华研究员领导的研究人员与来自澳大利亚、加拿大和中国的同事合作，于6月30日在《科学进展》（Science Advances）杂志上发表了这一证据。
"该研究的共同通讯作者李教授说："我们最古老的样本显示，在4.0 Ga时没有表层物质循环的迹象。而我们发现的地表循环成岩浆的最早证据是在3.8 Ga之前。"
在大约 40 亿至 25 亿年前，海水中的硅达到饱和，硅化海底富含重硅。研究发现，在重硅被纳入花岗岩岩浆之前的40亿年与首次被纳入花岗岩岩浆的38亿年之间发生了变化。资料来源：李先华教授课题组
花岗岩中的硅（Si）和氧（O）同位素是岩浆中地表物质循环的示踪剂。在远古地球上，由于缺乏可消耗硅的生命形式，海水中的硅含量饱和，并富含重硅。因此，如果海底的任何重硅物质通过俯冲作用被回收到岩浆房中，那么花岗岩样本中就会检测到重硅同位素。
"将这一技术应用于古代岩石的困难之一是确定主要的硅同位素组成。这是因为在地球漫长的历史进程中，这些岩石反复受到热量和压力的作用。"
锆石是花岗岩石中含量最高的可测定日期的矿物，它还具有很强的抗风化和后期蚀变的能力。将超高精度分析技术应用于锆石，可以为检测到的硅同位素组成是否代表主要特征提供最可靠的约束。4.0Ga岩石中没有重硅特征意味着最古老的样本不需要俯冲作用。
"研究人员的]研究提出了评估数据的系统筛选标准。我必须赞扬他们对锆石 Si 和 O 同位素数据的仔细评估。"论文合著者、澳大利亚卧龙岗大学的艾伦-纳特曼（Allen Nutman）说："尽管如此，考虑到最古老的岩石来自单一地点，一个小区域不需要俯冲并不意味着地球在 4.0 Ga 没有板块俯冲。"
不过，经过仔细筛选，数据显示在 3.8 Ga 时，Si 和 O 同位素都发生了明显变化。因此，根据目前的数据，研究得出结论，地球地球动力学可能在3.8 Ga发生了变化，比如板块俯冲的开始。
来自IGGCAS的合著者罗斯-米切尔（Ross Mitchell）说："这些最古老的岩石能够保存下来已经很了不起了，现在我们了解到，它们还讲述了一个构造时代到来的故事。"