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地球最初的大陆出现得比预想的更早

2019年度十大科学故事排名第46位。

作者:Erik Klemetti
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地质学家们长期以来一直在争论大陆何时首次形成。一项新模型表明,它们在大约5亿年前,也就是我们星球动荡的童年时期就已成形——这可能意味着生命也更早开始。来源:Science Photo Library

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我们之所以存在,都归功于大陆。

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在太阳系的所有岩石行星中,只有我们的星球拥有比周围地壳更低密度的岩石质量,能够高出海平面。然而,我们的星球并非天生就拥有它们。

我们知道,这些陆地是板块构造的直接结果,当大陆地壳和海洋地壳相互作用,在地幔的熔岩上移动时。但我们不知道大陆何时或以多快的速度形成——这是关于地球早期历史最艰巨的问题之一。一些地质学家认为,大部分大陆是在过去10亿年内出现的。另一些人则认为,自从约46亿年前地球形成以来,它们一直在缓慢而稳定地形成。还有一些学派认为,陆地是在碎片碰撞然后分裂的过程中,断断续续形成的。

解决这个谜团所需的证据很难找到。地质学家通常会分析地球已知最古老的地壳样本——可以追溯到冥古宙,即40亿至25亿年前——来试图确定第一批大陆何时形成。但这些物质很少有幸存下来。

一些研究人员认为,44亿年前澳大利亚的锆石晶体——最古老的岩石保存下来的组成部分——是早期大陆地壳的证据,但这是一个有争议的结论。

阿德莱德大学的Derrick Hasterok及其同事采取了一种新的方法来解决这个谜团。他们收集了近25000个样本的海量地球化学数据,以绘制出地球地壳在过去40亿年里产生的热量。大陆由花岗岩组成,花岗岩富含钾、铀和钍等放射性元素。当这些元素衰变时,它们会以已知的速率产生热量。

今年7月,该团队在《前寒武纪研究》杂志上报告称,他们发现了我们星球早期历史模型中的一个“热量赤字”,这只能通过过去比先前认为的更多的花岗岩来解释。

该团队的结果表明,大陆地壳可能比大多数现有模型认为的早半亿年形成。由于当时存在更多的放射性元素,这些早期大陆会很不稳定。这些元素产生的热量可能是地质记录中后来水平的四倍,使得第一批大陆容易熔化和重塑——因此不太可能保存下来。

这比岩石的年龄更重要。如果新模型是正确的,并且第一批大陆比预想的更早出现,这意味着当时板块构造就已经在运行了。板块构造一直是地球上的驱动力,例如,它产生了排放二氧化碳的火山,并影响了洋流和风流。没有这种对气候的影响,地球可能仍然是一个没有生命的星球。而且,如果这个动态过程比我们想象的开始得更早,那么生命的篇章也可能随之开始。

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