地球的第一大洲比想象的早了数亿年

　　一项新的研究表明，地球上最早的大陆，被称为克拉通，是在 33 亿至 32 亿年前从海洋中出现的。比想象的早了数亿年。这推翻了之前对克拉通首次从水中升起的时间的估计，因为各种 研究表明，大规模克拉通的出现发生在大约 25 亿年前。

　　俄勒冈大学地质学教授伊利亚·宾德曼（Ilya Bindeman）没有参与这项新研究，他说：“早在 34 亿年前，大陆就部分地露出水面是毫无疑问的。” 那是因为科学家们发现了沉积岩——它由经历过侵蚀和风化的其他岩石的破碎部分形成——可以追溯到那个时代。这种沉积岩只有在陆地突破早期地球海洋表面后才能形成。

　　宾德曼在一封电子邮件中告诉 Live Science：“尽管地质学家知道至少部分克拉通必须在 30 亿多年前暴露出来，但它们出现的确切时间和范围仍然存在争议。”研究作者认为，整个克拉通，而不仅仅是小块陆地，在 33 亿年前从海洋中出现，尽管当时地球缺乏推动那些漂浮的地壳向上移动所需的“现代式板块构造”。

　　对于这项于 11 月 8 日发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS) 上的新研究，作者徒步前往位于印度东部的 Singhbhum Craton。第一作者、莫纳什大学地球大气学院博士后研究员 Priyadarshi Chowdhury 说：“之前在克拉通发现了古代沉积岩的口袋，该团队想确定它们的确切年龄和它们形成方式的性质。”

　　Chowdhury 告诉 Live Science 说：“当我们将所有沉积袋连接在一起时，我们发现它们都是同时形成的。”在河流或类似海滩的环境中。这意味着克拉通的大部分同时暴露在空气和流水中。

　　迄今为止，研究小组检查了这些岩石中是否含有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，找到锆石就像从大海捞针中找到一根针。因为锆石颗粒的直径只有几十微米，这使得它们类似于非常细的沙子。”

　　收集锆石后，该团队使用一种称为质谱的技术，用激光对晶体进行了切割，以揭示它们的化学成分。铀以固定的速率衰变成铅，因此通过检查每个样品中铀与铅的比例，该团队可以确定岩石的年龄；据此，他们估计整个克拉通大约在 32 亿至 33 亿年前暴露出来。

　　但是是什么力量首先将 Singhbhum Craton 赶出了水面？为了弄清楚这一点，作者从克拉通中取样了火成岩，这意味着岩石是通过热岩浆结晶形成的。Chowdhury 说：“这些火成岩位于克拉通中沉积岩的正下方，形成一种‘基底’。”

　　他说，这些火成岩的化学成分编码了它们最初形成时的压力和温度信息。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，然后迫使它们穿过海洋表面。

　　该模型表明，大约在 35 亿至 32 亿年前，地壳下方的热岩浆羽流导致克拉通的部分增厚，并富含有浮力的轻质材料，如西西里岛和石英。Chowdhury 说：“与周围更致密的岩石相比，这个过程使克拉通‘物理上很厚，化学上很轻’，从而使陆地浮出水面。”

　　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 30 亿多年前全部出现。但是，虽然大陆的这种大规模出现是可能的，但关于地球历史的这一时期仍然存在几个巨大的问题：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？Chowdhury 说：“在这一点上，这两个问题的答案仍然是个谜。”

　　宾德曼说：“许多可能出现的岩石现在都被俯冲了。这意味着它们滑到相邻的地壳下方并被推入下面的地幔中。”Eos 报告说：总的来说，大陆地壳比海底发现的地壳更不容易发生俯冲，但它仍然会被作用在地壳上和地壳下的各种力变形和损坏。“你进入地质记录的时间越长，岩石就越少……。”

　　但乔杜里指出，即使一些克拉通在首次浮出水面后不久就潜入海中，它们也会引发地表世界的重大变化。

　　“例如，地球上第一次出现陆地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，为地球上的第一个生命形式提供关键成分。也就是说，被称为蓝细菌，或蓝绿色生物藻类，最终会填充海洋，并通过光合作用，引入氧气到大气中。”乔杜里说。

　　乔杜里说：“在大约 24.5 亿年前，氧气成为地球大气的主要组成部分之前，有证据表明所谓的氧气气味到处出现。他推测，这些气味可能与克拉通的首次出现有关，因为在陆地附近可能出现了少量蓝藻，并在局部范围内增加了氧气含量。”

　　他说：“与此同时，陆地上的二氧化硅等材料的风化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，硅酸盐岩的风化作用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，辩论可能会继续下去。”宾德曼说。他补充说：“理论上，新克拉通的发现将有助于一劳永逸地解决问题。”

　　“每个人都在研究一些早已为人所知的地方。”但未发现的露头可能隐藏在南极洲或俄罗斯未开发的地区，找到它们可能有助于填补地球第一块大陆何时以及如何出现的全球图景。”宾德曼告诉 Live科学。