地球上的第一块大陆比我们想象的要早数亿年
一项新的研究表明，地球上的第一块大陆，被称为cratons（克拉通），是在32亿至32亿年前从海洋中出现的。
这项研究推翻了之前对克拉通何时首次从水中升起的预估。因为各种研究表明，大规模的克拉通出现发生在大约25亿年前。
没有参与这项新研究的俄勒冈大学地质学教授伊利亚·宾德曼 (Ilya Bindeman) 说：“早在34亿年前，大陆就已经部分脱离水，这一点是毫无疑问的。” 这是因为科学家们发现了沉积岩——它是由其他经过侵蚀和风化的岩石碎块形成的——这可以追溯到那个时代，因为这种沉积岩只有在陆地突破早期的地球海洋表面时才能形成。
但是宾德曼在一封电子邮件中告诉《生命科学》（Live Science），尽管地质学家知道至少有部分克拉通一定是在 30 亿多年前显露出来的，但它们出现的确切时间和程度仍然存在一定争议。该研究的作者认为，整个克拉通，不仅仅是一小块的陆地，在33亿年前从海洋中便已出现，尽管当时地球缺乏推动这些漂浮的地壳向上移动所需的“现代板块构造”。
对于11月8日发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS) 上的这项新研究，作者徒步前往位于印度东部的辛格布姆克拉通。第一作者、莫纳什大学地球大气及澳大利亚墨尔本环境学院的博士后研究员 Priyadarshi Chowdhury说，之前在克拉通发现了古代沉积岩的“口袋”，研究小组想要确定它们的确切年龄和形成方式的性质。
在河流或海滩般的环境中，Chowdhury 告诉《生命科学》说：“当我们将所有沉积袋联系到一起时，我们发现它们都是同时形成的，”。这意味着大部分克拉通同时暴露在空气和流动的水中。 “这就像我们意识到，好吧，我们正在做某事的时候。
迄今为止，研究小组对这些岩石进行了检查，以寻找称为锆石的微小晶体，其中含有放射性元素铀。 “我们从岩石中取出锆石——这是一个非常乏味的过程，”乔杜里说。 “你可以想象，寻找锆石就像大海捞针一样，”因为锆石颗粒的直径只有几十微米，类似于非常细的沙子。
这张特写照片显示了印度辛格布姆克拉通的古老沉积岩。（图片来源：由 Priyadarshi Chowdhury 提供）
收集锆石后，研究小组使用一种称为质谱的技术用激光照射晶体，以揭示它们的化学成分。由于铀以固定的速率衰变为铅，研究小组可以通过检查每个样品中铀与铅的比例确定岩石的年龄；据此，他们估计整个克拉通大约在32亿至33亿年前显露在外。
但是，是什么力量首先将印度辛格布姆克拉通显露出水面呢？为了弄清楚这一点，该文作者从克拉通取样了火成岩，研究出岩石是通过热岩浆的结晶形成的。这些火成岩位于克拉通沉积岩的正下方，形成了一种“基底”，乔杜里说。
他说，这些火成岩的化学成分编码信息体现了有关它们最初形成时的压力和温度。考虑到这些化学成分，该团队建立了一个模型来重建形成岩石的条件，然后迫使它们露出海洋表面。
该模型表明，大约35亿至32亿年前，地壳下的炽热岩浆流淌导致部分克拉通变厚，并富含具有浮力的轻质材料，如西西里和石英。Chowdhury 说，与周围较致密的岩石相比，这个过程使克拉通“物理上厚而化学上轻”，从而使陆地块浮出水面。
科学家从印度 Singhbhum 克拉通收集岩石的现场照片。（图片来源：由Priyadarshi Chowdhury提供）
其他克拉通包含与印度辛格布姆克拉通年龄相似的沉积岩，包括南非的卡普瓦尔克拉通和澳大利亚的皮尔巴拉克拉通。研究作者在他们的报告中写道，根据这项新研究，这些克拉通也有可能在超过 30 亿年前全部出现。尽管大陆的这种大规模出现是可能的，但仍然存在有关这一地球历史时期的几个较大问题：一次究竟有多少土地暴露在外，这些陆地在水面上停留了多长时间？乔杜里认为在这一点上，这两个问题的答案仍然是个谜。
宾德曼说：“许多本可以出现的岩石现在已经向下倾斜了”，这意味着它们滑到了邻近的地壳块下，并被推入了下面的地幔中。Eos 报道说，一般而言，大陆地壳比海洋下方的地壳更不容易受到倾斜俯冲的影响，但它仍然会受到作用于地壳内外的各种力的影响而变形和损坏。 “你会发现你进入地质记录的时间越长，岩石就越少……”
同时乔杜里指出，但即使一些克拉通在首次出现在水面后不久就沉入海中，它们也会引发地表世界的重大变化。
例如，地球上首次出现陆地的现象会引发风化和侵蚀等过程，而这些过程又会将磷等元素带入海洋，为地球上的第一批生命形成提供关键因素。乔杜里认为，也就是说，被称为蓝藻或蓝绿藻的生物最终会进入海洋，并通过光合作用将氧气引入大气。
乔杜里还提出，在大约24.5亿年前，氧气成为地球大气层的主要成分之前，有证据表明各处出现了所谓的氧气气味。他推测，这些气味可能与克拉通的首次出现有关，因为陆地附近可能出现了少量的蓝藻，并增加了局部范围内的氧气含量。
与此同时，陆地上二氧化硅等物质的风化现象会从大气中吸收二氧化碳，从而在区域范围内冷却地球。风化二氧化硅的这种副作用是众所周知的。据 Eos 报道，如今，硅酸盐岩石的风化每年从大气中吸收约1.5亿至3.3亿吨（136-2.99 亿公吨）的二氧化碳。
关于克拉通何时以及如何完全出现，“辩论可能会继续，”宾德曼说。 他补充到，在理论上，新克拉通的发现将有助于一劳永逸地解决这个问题。
“每个人都在研究一些早已为人所知的地方”，但未被发现的显露之处可能隐藏在南极洲或俄罗斯的未开发地区，找到它们可能有助于填补地球上第一块大陆何时以及如何出现的全球空白，宾德曼告诉《生命科学》。
BY: Nicoletta Lanese
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参考资料
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3.原文来自：https://www.space.com/earth-first-continents-cratons-study
本文由天文志愿文章组-茗。翻译自文章作者Nicoletta Lanese的作品，如有相关内容侵权，请在作品发布后联系作者删除。
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