En bestående fråga inom geologi är när jordens tektoniska plattor började trycka och dra i en process som hjälpte planeten att utvecklas och formade dess kontinenter till de som finns idag. Vissa forskare tror att det hände för cirka fyra miljarder år sedan, medan andra tror att det var närmare en miljard.

En forskargrupp ledd av Harvard-forskare letade efter ledtrådar i gamla stenar (äldre än 3 miljarder år) från Australien och Sydafrika, och fann att dessa plattor rörde sig för minst 3,2 miljarder år sedan på den tidiga jorden. I en del av Pilbra Craton i västra Australien, en av de äldsta bitarna av jordskorpan, forskare fann en latitudinell drift på cirka 2,5 centimeter per år, och daterade motionen till 3,2 miljarder år sedan.

Forskarna tror att denna förändring är det tidigaste beviset på att moderna plattrörelser hände för mellan två till fyra miljarder år sedan. Det bidrar till växande forskning att tektoniska rörelser inträffade på den tidiga jorden. Resultaten publiceras i Vetenskapliga framsteg .

"I grund och botten, detta är ett geologiskt bevis för att förlänga rekordet av plattektonik på jorden längre tillbaka i jordens historia, sa Alec Brenner, en av tidningens huvudförfattare och medlem i Harvard's Paleomagnetics Lab. "Baserat på bevisen vi hittade, det ser ut som att plattektonik är en mycket mer sannolikt process som har inträffat på den tidiga jorden och det talar för en jord som ser mycket mer lik dagens än vad många tror."

Plattektoniken är nyckeln till livets utveckling och planetens utveckling. I dag, jordens yttre skal består av cirka 15 stela block av skorpa. På dem sitter planetens kontinenter och hav. Rörelsen av dessa plattor formade platsen för kontinenterna. Det hjälpte till att bilda nya och det skapade unika landformer som bergskedjor. Det exponerade också nya stenar för atmosfären, vilket ledde till kemiska reaktioner som stabiliserade jordens yttemperatur under miljarder år. Ett stabilt klimat är avgörande för livets utveckling.

När de första förändringarna inträffade har länge varit en fråga för stor debatt inom geologi. All information som belyser det är värdefull. Studien, publicerad på jordens dag, hjälper till att fylla några av luckorna. Det antyder också löst de tidigaste livsformerna som utvecklats i en mer måttlig miljö.

"Vi försöker förstå de geofysiska principerna som driver jorden, sa Roger Fu, en av tidningens huvudförfattare och biträdande professor i jord- och planetvetenskap vid fakulteten för humaniora och naturvetenskap. "Plattektoniken cirkulerar element som är nödvändiga för liv in i jorden och ut ur den."

Plattektonik hjälper planetforskare att förstå världar bortom denna, för.

"För närvarande, Jorden är den enda kända planetkroppen som har stabilt etablerat plattektonik av något slag, sade Brenner, en tredjeårs doktorand vid Graduate School of Arts and Sciences. "Det ankommer verkligen på oss när vi söker efter planeter i andra solsystem för att förstå hela uppsättningen av processer som ledde till plattektonik på jorden och vilka drivkrafter som inträffade för att initiera den. Det skulle förhoppningsvis ge oss en känsla av hur lätt det är för plattektonik kommer att hända i andra världar, speciellt med tanke på alla kopplingar mellan plattektoniken, livets utveckling och stabiliseringen av klimatet."

För studien, medlemmar i projektet reste till Pilbara Craton i västra Australien. En kraton är en ur, tjock, och mycket stabil bit av skorpan. De finns vanligtvis i mitten av tektoniska plattor och är de gamla hjärtan på jordens kontinenter.

Detta gör dem till den naturliga platsen att gå till för att studera den tidiga jorden. Pilbara Craton sträcker sig cirka 300 miles över, täcker ungefär samma område som delstaten Pennsylvania. Stenar där bildades så tidigt som för 3,5 miljarder år sedan.

År 2017, Fu och Brenner tog prover från en portion som heter honungsätarens basalt. De borrade i klipporna där och samlade kärnprover på ungefär en tum breda.

De tog med proverna tillbaka till Fus labb i Cambridge, där de placerade proverna i magnetometrar och avmagnetiseringsutrustning. Dessa instrument berättade för dem om stenens magnetiska historia. Den äldsta, Den mest stabila biten av den historien är förhoppningsvis när stenen bildades. I detta fall, det var 3,2 miljarder år sedan.

Teamet använde sedan sina data och data från andra forskare, som har avmagnetiserat stenar i närliggande områden, hittills när stenarna skiftade från en punkt till en annan. De hittade en avdrift på 2,5 centimeter per år.

Fu och Brenners arbete skiljer sig från de flesta studier eftersom forskarna fokuserade på att mäta bergarternas position över tid medan andra arbeten tenderar att fokusera på kemiska strukturer i bergarterna som tyder på tektoniska rörelser.

Forskare använde det nya Quantum Diamond Microscope för att bekräfta sina fynd från 3,2 miljarder år sedan. Mikroskopet avbildar magnetfälten och partiklarna i ett prov. Den utvecklades i samarbete mellan forskare vid Harvard och MIT.

I tidningen, forskarna påpekar att de inte kunde utesluta ett fenomen som kallas "true polar wander". Det kan också göra att jordens yta förskjuts. Deras resultat lutar mer mot plattektonisk rörelse på grund av tidsintervallet för denna geologiska rörelse.

Fu och Brenner planerar att fortsätta analysera data från Pilbara-kratonen och andra prover från hela världen i framtida experiment. En kärlek till naturen driver dem båda, och så gör ett akademiskt behov av att förstå jordens planetariska historia.

"Detta är en del av vårt arv, sa Brenner.