Det finns ett mysterium i jordens gamla förflutna, och ledtrådarna ligger i Australiens ökenstenar och andra gamla platser.

Det senaste århundradet har sett snabba framsteg i vår förståelse av hur jorden bildades, och hur kontinenternas rörelse genom platttektonik fortsätter att forma våra länder, hav och bergskedjor.

Men geologer är ännu inte överens om en viktig fråga:hur var jorden innan plattorna bildades?

Ny forskning, publicerad i tidningen Geologi , stöder teorin om att den tidiga jorden var mycket vulkaniskt aktiv, och att bevis på den våldsamma övergången till platttektonik fortfarande kan ses idag.

"Geologi bygger på en idé, enhetlighet, att vi kan studera geologiska processer som förekommer i dag och använda dessa för att förstå hur jorden fungerar vid tidsskalor på miljoner år, "säger Dr Adam Beall, som studerade tidig jorddynamik under sin doktorsexamen projekt vid University of Melbourne.

"Denna metod bryts ner när vi försöker förstå den tidiga jorden, för det var varmare och betedde sig på ett helt annat sätt. Geologer har den svåra uppgiften att föreställa sig hur jordens äldsta kontinenter bildas av processer som vi inte längre kan observera. "

"Det finns två vyer, "säger professor Louis Moresi, från School of Earth Sciences vid University of Melbourne.

"Det ena är att det inte fanns något som" före plattektonik. " Det fanns ett moln av damm, du bildade jorden, och när det kristalliseras ut och blir fast får du omedelbart någon form av platttektonik.

"Och sedan är det andra paradigmet att de första miljarder åren av jorden inte var något som modern plåttektonik."

Jorden värms hela tiden inifrån av radioaktivitet, och denna värme måste gå någonstans. Tallrikstektonik, kallas ibland kontinental drift, är planetens sätt att släppa ut denna värme.

"Med platttektonik, hela havsbassängen rullar över, som sätter in de kalla yttre sakerna inuti och de heta insidan på ytan, så får du ut energin, säger professor Moresi.

Forskare är överens om att den tidiga jorden var varmare och mer radioaktiv än den är idag. Så om det inte fanns någon platttektonik, vart tog all värme vägen?

Geologer letade någon annanstans i solsystemet efter en alternativ förklaring.

Io, en av Jupiters 69 månar, är den mest vulkaniskt aktiva platsen i solsystemet, och professor Moresi säger att detta kan vara en modell för den gamla jorden.

"På månen Io, den inre värmen vänder sig till utsidan vulkaniskt så att du i princip har dessa oändliga vulkanutbrott. "

Denna teori, som ökar i popularitet, kallas "Heat-Pipe Earth".

Professor Moresi och hans kollegor har byggt en dator med öppen källkod av litosfären, som täcker jordskorpan och övre manteln, till ett djup av cirka 200 kilometer, och detta var det perfekta verktyget för att modellera värme-rörets jord.

Dr Beall, under sin doktorsexamen arbete under uppsikt av professor Moresi och samarbete med docent Katie Cooper från Washington State University, använde detta program, kallas Underworld, att modellera tidig jordens övergång till platttektonik, med fokus på det tunna lagret av fast sten-kallat "Heat-Pipe lock"-som skulle ha täckt det mesta av Heat-Pipe Earth.

Och genom att göra det kan de ha löst ett andra geologiskt mysterium - varför finns det delar av jorden som inte påverkas av platttektonik?

Medan det mesta av jordskorpan ständigt har krossats, smält, upplyft och eroderad genom platttektonikens handlingar, vissa regioner, kallas kratoner, har inte förändrats på miljarder år. Exempel på dessa stora, mestadels platta landformer finns i västra Australien, Amazonasbassängen, Södra Afrika och delar av Kanada.

"Plattektonik skapar en massiv struktur som Himalaya, men så småningom kommer det bara att urholka, säger professor Moresi.

"Och ändå sitter dessa kratoner bara där, och de deformeras inte särskilt mycket, och vi kan fortfarande se originalet, nästan fyra miljarder år gammal struktur på vissa ställen. "

Delar av Australien är byggda av dessa gamla kratoner, och de är källan till mycket av vår mineralrikedom, inklusive de stora järnmalmsfyndigheterna i västra Australien.

Professor Moresi säger att värmerörsteorin förklarar hur dessa bergarter ursprungligen bildades, men inte varför de är så starka.

Tjocka lager av vulkaniskt berg har kartlagts, stöder tanken att den kratoniska skorpan ursprungligen bildades genom många vulkanutbrott. Men professor Moresi säger att denna process bör bilda tunna lager av sten, medan kratoner är mycket tjocka, mer än 200 kilometer.

"Så de måste ha bildats i en tid där de kunde bli väldigt tjocka, och väldigt mycket stark, " han säger.

"Den extrema tjockleken på dessa gamla kratoner föreslogs först för mer än 50 år sedan, men ingen har kunnat lösa mysteriet om varför de är så tjocka, "säger Dr Beall.

"Några år sedan, vår kollega i detta projekt, Docent Katie Cooper, kom med en hypotes om att kratonerna hade tjocknat när kall mantelsten sjunkit nedanför.

"En ovanligt stor mängd sjunkande mantelstenar krävs och jag undrade om detta kan utlösas av att platttektonik initieras, vilket skulle ha varit katastrofalt och troligen inträffat vid en liknande tidpunkt som kratonbildning. "

Forskarna testade denna idé med datormodellen. I simuleringarna, kratonerna bildas under den våldsamma övergången från värmerör till plattektonik.

"Vår lösning är ganska enkel, säger professor Moresi.

"Under övergången till platttektonik, jorden går igenom denna fullständiga vältning. Det har lagrat mycket energi i en miljard år eller så, och sedan släpps allt på en kort period. Och du kan se i videon att den platta tunna stenen blir skrynklig i dessa zoner av denna mycket starka, impulsiv vältning.

"Och det upprepas inte, för när plattetektoniken väl startar är det ett annat paradigm och du bygger inte upp den stressen igen.

"Så i en åtgärd skapar du dessa otroligt starka stenar som sedan håller i miljarder år."