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地球为什么有大陆?

我们的星球由大陆组成,这使我们成为太阳系中的特例。没有其他行星像我们这样拥有大陆……而我们还不清楚原因。

作者:Erik Klemetti
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2011年从太空看到的东地中海。图片来源:NASA

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如果你初次来到太阳系,你会被这里的多样性所折服。巨大的气态行星带着光环,大小不一的卫星,从边缘呼啸而来的冰冷彗星,以及大气层厚度各不相同的岩石行星。似乎没有两颗行星/卫星的形成方式是相同的,但有一颗确实是个特例。

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那就是地球。我们的星球拥有液态水(很奇怪!)拥有生命(更奇怪!)拥有不停转动的板块构造(继续的奇怪!)甚至拥有太阳系中独一无二的巨大岩石块(非常奇怪!)这些巨大的岩石块就是大陆,它们由花岗岩、砂岩、片麻岩、板岩、安山岩、流纹岩等岩石组成。

太阳系中的其他行星几乎完全是玄武岩或类似的岩石,但地球不同。不,地球的大部分玄武岩表面都被深邃的海洋覆盖,而是让其独特的地质特征显露出来,让大陆岩石向任何路过的观察者展示。

所有这些独特的特征都是相互关联的。板块构造可能存在于地球上,因为我们地表有液态水。生命可能是丰富的水和火山活动的结果。地球大陆的组成可能是生命与岩石相互作用的产物。这一切都是矿物、岩石和生物在漫长时间演化过程中形成的,造就了今天的地球。

大陆到底是什么?

加拿大地盾的一部分景象,这是地球上最古老的大陆地壳之一,位于西北地区黄刀镇附近。图片来源:awmcphee/Wikimedia Commons。

awmcphee/Wikimedia Commons。

关于大陆的形成,仍然有很多未知。我们非常确定,没有其他行星拥有地球这样富含硅质的大陆块。火星可能拥有一些地质学家所谓的“演化”岩石(也就是说,比玄武岩更富含硅)。金星也可能有一点。月球拥有斜长岩高地,这有点像大陆,只不过它们是由漂浮在原始岩浆海洋中的较轻矿物形成的……而且那些高地大部分都是同一种物质。

没有其他行星拥有像地球大陆这样复杂多样的火山岩、沉积岩、变质岩和冷却的岩浆混合体。目前的理论,基于在澳大利亚发现的微小锆石晶体的年龄,表明我们的陆地可能在40多亿年前就开始形成。然而,它们是快速形成接近当前大小,还是随着时间缓慢增长,这仍然是一个悬而未决的问题。

是什么让大陆如此特别?

它们比地球上的另一种板块——海洋板块——密度更小、厚度更大。我们的海盆之所以存在,主要是因为它们下方的地壳是密度更大、更薄的玄武岩板块,这意味着它们在地球的延性地幔中较低的位置(注意:地球的地幔并非由熔融的岩浆组成)。而大陆则因其较低的密度和较厚的剖面而处于较高位置,这就像一个排球比网球在水中的浮起高度更高(我们称之为均衡论)。

这种差异不仅仅是造成了地球表面形状的差异。大陆的浮力如此之大,以至于它们无法像密度更大的洋壳一样被推入地球地幔。因此,形成了大陆碰撞形成的造山带以及俯冲带(及其火山),在这些地方,洋壳潜入大陆地壳之下。

大陆也在不断变化。随着板块构造的运动,出现了“超大陆旋回”(也称为威尔逊旋回),大陆碰撞形成像盘古大陆这样的巨大超大陆,然后在数亿年内分裂。如今,我们唯一接近超大陆的东西是欧洲、亚洲和印度的联合体。

大陆的核心

我们大陆最古老的部分被称为克拉通(如果这些岩石暴露在地表,则称为地盾)。它们代表着每个主要大陆的核,通常比整个大陆小得多。这些区域在数亿到数十亿年内没有经历过碰撞或裂谷等活跃构造过程。

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在北美,克拉通延伸从加拿大北部和格陵兰(拥有可追溯到3-40亿年前的最古老岩石)向南延伸至德克萨斯州,但只有部分暴露在地表。大多数大陆不仅仅是它们的克拉通,所以我们知道大陆并非在地球早期历史上一蹴而就。你可以在下面的世界克拉通地图上了解大陆的古老核心。

世界地质省份地图。橙色区域是最古老的克拉通/地盾。图片来源:USGS。

USGS。

最大的问题之一可能是是什么启动了大陆的形成……又是什么让它得以延续。这似乎在太阳系的其他岩石行星上都没有发生。这意味着地球上有一些内在因素——我们的液态水和熔融/固态核心——帮助大陆发展到如此程度。然而,正如他们所说,这还不是全部。

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下周,我将讨论一些新的研究,这些研究表明大陆开始形成的原因可能来自遥远的太空。同时,使我们的大陆成为太阳系中化学组成特例的过程可能与生命本身有关。关于地球大陆的事情只会变得越来越奇特。

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