Jorden beräknas vara cirka 4,5 miljarder år gammal, med liv som först dök upp för cirka 3 miljarder år sedan.

För att reda ut denna otroliga historia, forskare använder en rad olika tekniker för att bestämma när och var kontinenter flyttade, hur livet utvecklades, hur klimatet förändrades över tiden, när våra hav steg och föll, och hur landet formades. Tektoniska plattor – de enorma, ständigt rörliga stenplattor som utgör det yttersta lagret av jorden, skorpan – är centrala i alla dessa studier.

Tillsammans med våra kollegor, vi har publicerat den första plattektoniska kartan över en halv miljard år av jordens historia, från 1, 000 miljoner år sedan till 520 miljoner år sedan.

Tidsintervallet är avgörande. Det är en period då jorden gick igenom de mest extrema klimatsvängningar som är kända, från "Snowball Earth" isiga extremer till superheta växthusförhållanden, när atmosfären fick en stor injektion av syre och när flercelligt liv dök upp och exploderade i mångfald.

Nu med denna första globala karta över plattektonik genom denna period, vi (och andra) kan börja bedöma rollen av plattektoniska processer på andra jordsystem och till och med ta itu med hur rörelsen av strukturer djupt inne på vår jord kan ha varierat under en miljardårscykel.

Jorden rör sig under våra fötter

Den moderna jordens tektoniska plattgränser kartläggs i olidliga detaljer.

I den moderna jorden, globala positioneringssatelliter används för att kartlägga hur jorden förändras och rör sig. Vi vet att uppåtgående plymer av het sten från över 2, 500 km djupt i planetens mantel (skiktet under jordskorpan) träffade planetens fasta ryggsköld (skorpan och den övre delen av manteln). Detta tvingar stela tektoniska ytplattor att röra sig i takt med att en fingernagel växer.

På andra sidan av de uppåtgående varma bergsplymerna finns områden som kallas subduktionszoner, där stora delar av havsbotten störtar ner i den djupa jorden. Så småningom träffade dessa nedåtgående oceaniska plattor gränsen mellan kärn- och mantelskikten på jorden, ca 2, 900 km ner. De kommer tillsammans, bildar termiska eller kemiska ansamlingar som så småningom ger upphov till dessa upp-brunnszoner.

Det är fascinerande grejer, men dessa processer skapar också problem för forskare som försöker se tillbaka i tiden. Planeten kan bara kartläggas direkt under de senaste 200 miljoner åren. Före det, tillbaka under de föregående fyra miljarder åren, majoriteten av planetens yta saknas, eftersom all skorpa som låg under haven har förstörts genom subduktion. Oceanisk skorpa håller helt enkelt inte:den dras ständigt tillbaka djupt in i jorden, där det är otillgängligt för vetenskapen.

Kartlägga jorden på djupet

Så vad gjorde vi för att kartlägga jorden på djupet? För att ta reda på var plåtmarginalerna var och hur de förändrades, vi letade efter proxies – eller alternativa representationer – av plattmarginaler i det geologiska arkivet.

Vi hittade stenar som bildades ovanför subduktionszoner, vid kontinentala kollisioner, eller i sprickorna där plattorna slets isär. Våra data kom från stenar som hittats på platser inklusive Madagaskar, Etiopien och långt västra Brasilien. Den nya kartan och tillhörande arbete är resultatet av ett par decenniers arbete av många utmärkta doktorander och kollegor från hela världen.

Vi har nu mer detaljer, och sikte på långt längre tillbaka i geologisk tid, än som tidigare var tillgängliga för dem som studerar jorden.

Med andra metoder, breddgraderna på kontinenter i det förflutna kan beräknas, eftersom vissa järnhaltiga stenar fryser magnetfältet i dem när de bildas. Det här är som en fossil kompass, med nålen pekande i marken i en vinkel relaterad till latituden där den bildades - nära ekvatorn är magnetfältet ungefär parallellt med jordens yta, vid polerna störtar den direkt ner. Du kan se detta idag om du köper en kompass i Australien och tar den till Kanada:kompassen fungerar inte särskilt bra, som nålen kommer att vilja peka ner i jorden. Kompassnålar är alltid balanserade för att förbli i stort sett horisontella i det område de är designade för att fungera i.

Men, dessa så kallade "paleomagnetiska" mätningar är svåra att göra, och det är inte lätt att hitta stenar som bevarar dessa rekord. Också, de berättar bara om kontinenterna och inte om plattmarginaler eller haven.

Varför kartlägga antik plattektonik?

Bristen på antika tektoniska kartor har ställt till ett stort problem för hur vi förstår vår jord.

Tektoniska plattor påverkar många processer på jorden, inklusive klimatet, biosfären (livssfären på den yttre delen av planeten), och hydrosfären (vattenkretsloppet och hur det cirkulerar runt planeten och hur dess kemi varierar).

Genom att helt enkelt omfördela tektoniska plattor, och därigenom flytta positionerna (latituderna och longituderna) för kontinenter och oceaner, kontroller placeras på var olika växter och djur kan leva och vandra.

Plattgränsplatser styr också hur havsströmmar omfördelar värme och vattenkemi. Olika vattenmassor i havet innehåller subtilt olika grundämnen och deras olika former, kända som isotoper. Till exempel, vattnet i de djupa haven var ofta inte vid ytan på många många tusen år, och har en annan sammansättning än vattnet som för närvarande finns på havets yta. Detta är viktigt eftersom olika vattenmassor innehåller olika mängder näringsämnen, omfördela dem till olika delar av jorden, förändra potentialen för liv på olika platser.

Tektoniska plattor påverkar också hur mycket av solens strålning som reflekteras tillbaka ut i rymden, förändra jordens temperatur.

Hur snabbt tektoniska plattor rör sig har också varierat över tiden. Under olika perioder i jordens historia fanns det fler vulkaner i mitten av havet än det finns idag, skapa vattenrörelser som att driva upp havsvatten över kontinenterna. Vid dessa tider, vissa typer av vulkanutbrott var vanligare, pumpa ut mer gas i atmosfären.

Bergskedjor bildas när tektoniska plattor kolliderar, som påverkar havs- och atmosfäriska strömmar samt exponerar stenar för att eroderas. Detta låser växthusgaser, och släpper ut näringsämnen i havet.

Förstå forntida plattektonik och vi går på något sätt till att förstå det antika jordsystemet. Och jorden som den är idag, och in i framtiden.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.