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图片来源：Pixabay 来源 Insidescience.org 原作 Charles Q. Choi 翻译 刘羽畅 编辑 魏潇 一项新的研究发现，地球上最早的大陆的出现时间可能比过去预想中早了约 7.5 亿年，并且其从海洋中浮现的方式与现代大陆上升的方式完全不同——早期的固体岩石可能会漂浮在从地下涌出的岩浆上，形成大陆。 与其他任何已知行星不同，地球表面同时存在陆地和海洋。陆地的出现极大地影响了大气层、海洋、气候和生命繁衍。例如，大陆上涌现的径流（编者注：降雨超过土壤入渗量时产生的地表水流）是海洋中许多关键营养物质的主要来源，比如磷——一种构成 DNA 和其他重要生物成分所必需的元素。 该项研究的共同作者、澳大利亚墨尔本莫纳什大学（Monash University）的地质学家 Priyadarshi Chowdhury 表示：“对于地球早期生命形式的建立和维持来说，将这些必需营养物质输送进早期地球的海洋至关重要。因此第一块陆地的出现对于我们的星球而言是一个关键事件。” 地球上最早的大陆克拉通（Craton），在何时以怎样的方式从海洋中浮现，是一个仍未确定的问题。过去的研究认为，它的出现大约始于 25 亿年前，由板块构造运动驱动——当今地球表面巨大岩石板块的漂移、撞击和沉降都属于板块构造运动。 在该项新研究中，研究人员将研究重点聚焦于一块古老的大陆碎片——辛格布姆克拉通（Singhbhum Craton），它构成了印度东部的部分地区，拥有着地球上最古老的土壤。通过分析 36 亿至 28 亿年前的火山岩和沉积岩，研究人员尝试建立模型以了解克拉通从海洋中上升的时间和机制。 以往的研究重点通常集中在岩石中发现的微小痕迹上，这些痕迹记录了大陆上升和侵蚀导致的全球性海洋化学成分变化。该项研究的共同作者、澳大利亚布里斯班昆士兰大学（University of Queensland）的地质学家 Jacob Mulder 表示：“不过，由于海洋面积广大，可能需要经过数千万年甚至数亿年其化学成分才会在全球范围内产生足够大的变化，才能被岩石中保留的地球化学标记记录下来。” 相比之下，这项新研究将重点放在最早的克拉通上河流和海滩的罕见沉积岩。Chowdhury 指出，这些远古岩石中微观锆石颗粒的年龄或许为早期大陆出现的时间“提供了最直接和明确的限定”。 这项新研究表明，地球上克拉通的出现最早始于33亿年前，比以往多数模型预测的时间早了约 7.5 亿年。此外，研究人员指出，板块构造运动可能并未在这些克拉通的上升过程中发挥重要作用。 Mulder 说：“随着来自地球深处的岩浆的注入，克拉通逐渐膨胀，因此很可能上升到海平面以上，可见第一批大陆上升到海平面的过程可能与今天地壳上升的过程完全不同。” 大陆岩石在化学分解的过程中可以捕获温室气体二氧化碳。Chowdhury 表示：“地球上最早的陆地在 33 亿至 30 亿年前的浮上及其风化作用使大气中的二氧化碳含量下降，进而导致了全球气温下降，在约 30 亿年前的地质记录中第一次出现的冰川沉积物也印证了这一假设。” 此外，Mulder 表示：“大陆上浮引发了地球表面环境的根本性变化，这对于一些关键矿床的开发至关重要。例如，地球上最大的铁矿床形成于新生大陆地壳周围的浅海中。该项研究将有助于开发下一代模型，从而进一步了解支撑着现代社会的金属矿床的形成过程和位置。” 美国马里兰大学（University of Maryland）的地质学家 Michael Brown 并未参与这项研究，他指出，应该进一步研究同一年代范围的所有主要克拉通，从而全面了解克拉通的上升。 Chowdhury 也表示，对其他古代大陆碎片的类似研究将有助于更好地了解全球范围内大陆出现的时间和范围。 同时，科学家们也提醒称目前仍无法确定早期地球拥有多少陆地。Mulder 表示，更好地估计约 30 亿年前存在多少裸露地面 “对于理解各种地球化学循环的演变至关重要”。 此外，目前尚不确定地球最早的大陆的平坦程度。Chowdhury 问道：“早期的大陆大多是平坦的，还是有着包含大型山脉在内的重要地形？”他还指出，地形情况将影响陆地物质发生侵蚀并流入早期海洋的速度。 科学家们 11 月 8 日在《美国科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）上详细介绍了他们的发现。 原文链接： https://www./news/earths-first-continents-may-have-appeared-earlier-previously-thought 本文来自微信公众号“科研圈”。如需转载，请在“科研圈”后台回复“转载”，或通过公众号菜单与我们取得联系。相关内容禁止用于营销宣传。  科研圈 《环球科学》杂志旗下综合性学术传播与服务平台。 2101篇原创内容 公众号 【标题】Magmatic thickening of crust in non–plate tectonic settings initiated the subaerial rise of Earth’s first continents 3.3 to 3.2 billion years ago 【作者】Priyadarshi Chowdhury, Jacob A. Mulder, Peter A. Cawood, Surjyendu Bhattacharjee, Subhajit Roy, Ashlea N. Wainwright, Oliver Nebel, Subham Mukherjee 【期刊】PNAS 【时间】2021.11.16 【DOI】https:///10.1073/pnas.2105746118 【链接】 https://www./content/118/46/e2105746118 【摘要】When and how Earth's earliest continents—the cratons—first emerged above the oceans (i.e., emersion) remain uncertain. Here, we analyze a craton-wide record of Paleo-to-Mesoarchean granitoid magmatism and terrestrial to shallow-marine sedimentation preserved in the Singhbhum Craton (India) and combine the results with isostatic modeling to examine the timing and mechanism of one of the earliest episodes of large-scale continental emersion on Earth. Detrital zircon U-Pb(-Hf) data constrain the timing of terrestrial to shallow-marine sedimentation on the Singhbhum Craton, which resolves the timing of craton-wide emersion. Time-integrated petrogenetic modeling of the granitoids quantifies the progressive changes in the cratonic crustal thickness and composition and the pressure–temperature conditions of granitoid magmatism, which elucidates the underlying mechanism and tectonic setting of emersion. The results show that the entire Singhbhum Craton became subaerial ∼3.3 to 3.2 billion years ago (Ga) due to progressive crustal maturation and thickening driven by voluminous granitoid magmatism within a plateau-like setting. A similar sedimentary–magmatic evolution also accompanied the early (>3 Ga) emersion of other cratons (e.g., Kaapvaal Craton). Therefore, we propose that the emersion of Earth’s earliest continents began during the late Paleoarchean to early Mesoarchean and was driven by the isostatic rise of their magmatically thickened (∼50 km thick), buoyant, silica-rich crust. The inferred plateau-like tectonic settings suggest that subduction collision–driven compressional orogenesis was not essential in driving continental emersion, at least before the Neoarchean. We further surmise that this early emersion of cratons could be responsible for the transient and localized episodes of atmospheric–oceanic oxygenation (O2-whiffs) and glaciation on Archean Earth. |
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