科学家提出大陆形成新理论

宾夕法尼亚州立大学研究人员的一项新研究表明，克拉通是稳定地球大陆的古老结构，它是在大约 30 亿年前通过岩石大气风化引发的过程形成的，而不仅仅是稳定陆地块的出现。 这挑战了传统观点，并对理解行星演化和有利于生命的条件产生了影响。

古老而广阔的大陆地壳（称为克拉通）通过陆地变化、造山和海洋开发，使地球大陆稳定了数十亿年。 宾夕法尼亚州立大学的科学家提出了一种新机制，可以解释大约 30 亿年前克拉通的形成，为地球地质史上一个长期存在的问题提供线索。

杂志中提到的科学家 自然 这些大陆可能不是从地球海洋中形成的稳定陆地，其显着特征是富含花岗岩的上地壳。 相反，大约 30 亿年前，新鲜岩石暴露在风雨中引发了一系列地质过程，最终稳定了地壳，使地壳能够生存数十亿年而不会被破坏或重置。

科学家表示，这些发现可能代表了对潜在宜居类地行星如何演化的新认识。

对行星演化的影响

该研究的作者之一、宾夕法尼亚州立大学地球科学助理教授杰西·雷明克（Jesse Remink）说：“要形成像地球这样的行星，你需要形成大陆地壳，并且需要稳定该地壳。” “科学家们认为这些是同一件事——大陆变得稳定，然后出现在海平面以上，但我们想说的是，这些过程是分开的。

科学家们表示，克拉通从地球表面到上地幔延伸超过 150 公里（即 93 英里），在那里它们就像船的龙骨一样，在整个地质时期使大陆保持在海平面或接近海平面的漂浮状态。

风化作用最终可能会将铀、钍和钾等产热元素集中在浅层地壳中，从而使更深的地壳冷却并凝固。 科学家们说，这种机制创造了一层厚实的岩石层，可能保护大陆底部免受后来的变形，这是克拉通的一个显着特征。

地质过程和产热

宾夕法尼亚州立大学地球科学助理教授、该书的作者安德鲁·斯密 (Andrew Smee) 表示：“形成和稳定大陆地壳的方法包括将这些产热元素（可以被认为是微型热机）集中在地表附近。”学习。 静下心来。 “你每次都必须这样做 玉米 铀、钍或钾衰变，释放出的热量可以提高地壳的温度。 热贴面不稳定，容易变形，无法保持原位。

当风、雨和化学反应分解早期大陆上的岩石时，沉积物和粘土矿物漂流到溪流和河流中，并被带到海洋，在那里形成了含有高浓度铀、钍和钾的页岩状沉积矿床。 。 科学家表示。

这些古老的变质岩称为片麻岩，在北极海岸发现，代表了现在暴露在地表的大陆的根部。 科学家们表示，这些类型岩石中的沉积岩将提供稳定大陆的热机。 图片来源：杰西·雷明克

构造板块之间的碰撞将这些沉积岩深埋在地壳中，页岩的辐射热熔化了下地壳。 熔化的物质会漂浮并上升回上地壳，将产热元素捕获在花岗岩等岩石中，并使下地壳冷却并凝固。

克拉通被认为是在 3 至 25 亿年前形成的，当时铀等放射性元素的衰变速度大约是现在的两倍，释放的热量是现在的两倍。

雷明克说，这项工作强调了中土早期克拉通形成的时间非常适合可能导致其稳定的过程。

“我们可以将其视为行星进化的问题，”雷明克说。 “大陆相对较早的出现可能是创造像地球这样的行星所需的关键要素之一。因为你将创造非常热的放射性沉积物并产生一个位于海平面附近的真正稳定的大陆地壳区域，这是生命传播的绝佳环境。”

研究人员分析了克拉通形成时的太古宙岩石样本中的铀、钍和钾浓度，以根据实际岩石成分评估辐射热生产力。 他们利用这些值创建了克拉通形成的热模型。

“以前，人们不断地研究辐射热产生随时间变化的影响，”斯梅说。 “但我们的研究将岩石产生的热量与大陆出现、沉积物生成和大陆地壳分化联系起来。”

克拉通通常存在于大陆内部，含有地球上一些最古老的岩石，但它们仍然很难研究。 在构造活跃地区，山地带的形成可能会将埋藏在地球深处的岩石带到地表。

但克拉通的起源仍然深藏在地下且难以接近。 科学家们表示，未来的工作将包括对克拉通的古代内部进行采样，或许还可能钻取岩心样本来测试他们的模型。

“这些变质沉积岩融化并产生浓缩铀和钍的花岗岩，就像记录压力和温度的黑匣子飞行记录仪，”斯梅说。 “如果我们能够打开这个档案，我们就可以测试我们的模型对大陆地壳运动路径的预测。”

参考文献：《地下风化稳定大陆》作者：Jesse R. 雷明克，安德鲁·J. 萨米，2024 年 5 月 8 日， 自然。
号码：10.1038/s41586-024-07307-1

宾夕法尼亚州立大学和美国国家科学基金会为这项工作提供了资金。