地球最古老的大陸，何時，及其如何出現在海平面之上？

與任何其他已知行星不同，地球的表面同時擁有大陸和海洋，而陸地是人類和大量生物賴以生存的家園，沒有陸地就沒有自詡為智慧生物的人類。

如今的地球上，陸地佔地球表面積的29.2%，然而在三十多億年前，地球被汪洋覆蓋，陸地沉寂在海洋之下。

地球的第一個大陸被稱為克拉通，即大陸地殼上長期穩定存在的構造單元。多項研究表明，大約25億年前，陸地就已大規模出現，大陸板塊已經形成，板塊構造運動可以驅動大陸開合。

但是地球上的第一塊陸地究竟是何時出現在海平面之上？是什麼力量造就了它們？仍然是未解之謎。

發表在《美國國家科學院院刊》的一項研究為這些問題提供了答案，將陸地出現的時間向前推進了7.5億年。

Part 2

地球的地殼主要由三種岩石組成，從下到上依次是岩漿岩、變質岩和沉積岩。如果從地球表面到16公里深的整個岩石圈算，岩漿岩約佔地殼總體積的65%，是地球含量最多的岩石，沉積岩只佔5%，含量最少。

三大巖類相互轉化

沉積岩雖然所佔比例最少，卻是地球表面覆蓋最廣泛的岩石，在地球表面看到的所有的岩石中，有70%的岩石是沉積岩。它們是由任何母巖在地表或接近地表的條件下遭受風化剝蝕，被水流、冰川、風等作用搬運，最後沉積而成。

因此沉積岩就像一首史詩，一層一層的紋理中記錄了許多地球的歷史資訊，書寫了地球生命的枯榮，儲藏了地球氣候地質環境變遷的資訊。

沉積岩

在地球上，一些沉積岩只能在地球表面形成，所以只要找到最早形成於地表的沉積岩，測量出它們的年齡，就能知道地球最早的陸地形成的時間。

然而，這並非一件易事，岩石形成的時間越早，受到板塊構造運動影響越強烈，許多早期形成的岩石會發生變形或變質，甚至重新被地球板塊拖拽到地殼的深處。

印度辛格布克拉通的一部分

幸運的是地殼中還殘留著一些最古老的大陸碎片。例如位於印度的辛格布克拉通（Singhbhum craton）是構成印度次大陸東部的一塊古老的大陸地殼，辛格布克拉通頂部由幾個古老的砂岩地層組成，也就是在岩石中出現的一些明顯的分層，這些地層最初由海灘、河口和河流中沉積的沙子形成，隨後被掩埋並壓縮成岩石。

於是，科學家分析了辛格布克拉通頂部的極為罕見的沉積岩以及其下的岩漿岩，模擬了大陸出現的時機和機制。

印度辛格布克拉通砂岩

這些沉積岩中儲存著有一種叫做鋯石的礦物，這種礦物含有微量的鈾，鈾會透過放射性衰變為穩定的速率衰變成鉛。因此，科學家可以透過鈾-鉛測年技術來確定岩石的年齡。透過這種方法，科學家確定整個辛格布姆克拉通大約在32億到33億年前就已暴露出海面，開始剝蝕-沉積的陸表成巖過程。

無獨有偶，科學家在南非的卡普瓦爾克拉通以及澳大利亞的皮爾巴拉克拉通發現了類似於印辛格布姆克拉頓的沉積岩，它們形成於同一時間。這表明地球上的第一塊大陸至少在32億年前就已經出現。

但是，陸地是如何一躍而起，突出到海面之上的呢？

Part 3

為了弄清楚這一點，科學家們分析了辛格布克拉通沉積岩下方的岩漿岩，發現它們是由花崗岩組成，透過分析這些花崗岩最初形成的壓力和溫度條件，科學家建立了一個模型來重現形成岩石的條件以及後來它們如何矗立在海洋表面之上。

模型表明大陸上升的秘密在於它們的厚度。根據地殼均衡原理，大陸的陸殼猶如冰山浮在水上一樣浮在軟流圈之上，陸殼和洋殼的各部分都能立在一個浮動面上彼此平衡，要達到這種均衡狀態，地殼的每一部分須有不同的比重或不同的體積，而且任何部分發生比重上或體積上的改變，則會造成地殼均衡的調整。

在地球的早期，所有地塊都浮立在同一深度的底層上面，但是各地塊的密度不等，密度小部分上升變成陸地，密度大的部分下沉，結果各地塊的總質量相等，仍可維持平衡。

地球最初的大陸克拉通之所以能夠存在就是因為它所處的地殼較厚，大約在30億年前辛格布克拉通的大陸地殼已經增長到大約50千米，而那些地殼厚度小於40千米的大陸塊仍沒在水面之下。

但是這種密度的差異是如何造成的呢？秘密就藏在構成克拉通的岩石花崗岩中。

相比其他型別岩漿岩，花崗岩是密度較低的一種岩石。這得益於地球深處的熱流迴圈，不斷迴圈的岩漿會導致熱而輕的物質向上運動（矽鋁質），冷而重的物質向下運動（鐵鎂質），在部分割槽域會造成輕質的矽鋁類物質的富集，並冷卻形成花崗岩。

所以，熱流迴圈及其重力均衡整個過程使克拉通，化學屬性上更輕，而在物理屬性上更厚，從而使陸地上升，浮出水面。

根據新研究的計算，大約在30億年前，辛格布克拉通的大陸地殼已經增長到大約50千米厚，在32到33億年前的時候，穩定的大陸陸塊已經有足夠的浮力，開始上升到海平面以上。這比之前大多數模型所預測的大陸出現時間要早約7億年。同時這也表明地球最早的大陸出現的過程與今天地球上透過板塊碰撞產生陸地抬升的方式完全不同。

在30億年前，陸地的大規模出現存在可能，但是關於地球這一時期的歷史，仍存在幾個重大的問題有待解決：例如究竟有多少陸地一次出現？這些陸地在海平面之上存在了多久？