科学家们终于解开了一个30亿年的谜团：铸就地球大陆的隐藏热量
陆壳超高温灭菌分化示意图显示了将未成熟的大陆地壳提炼成稳定地壳和克拉通的过程。图片来源：自然地球科学（2025）。DOI：10.1038/s41561-025-01820-2
（化石网cnfossil.com）据今日科学新闻：数十亿年来，地球大陆一直是不可动摇的生命平台——山脉、森林、文明和生态系统无尽舞蹈的广阔、不可移动的基础。然而，在这种稳定性之下隐藏着一个让科学家们困惑了一个多世纪的秘密。为什么地球的大陆却如此持久地保持坚固，而海底却在不断自我更新？是什么无形的力量将这些大陆锻造成持久的石头纪念碑？
现在，宾夕法尼亚州立大学和哥伦比亚大学的科学家们让我们比以往任何时候都更接近答案。在发表在《自然地球科学》上的一项开创性研究中，他们揭示了一个惊人的事实：大陆稳定的关键不仅在于岩石本身，还在于曾经塑造它们的热量。
在火中锻造：建造大陆的热量
研究表明，要形成那种持续数十亿年的大陆地壳，下地壳必须达到 900 摄氏度以上的灼热温度——几乎与熔岩一样热。正是这种极端的高温使得铀和钍等放射性元素向上迁移，携带热量并冷却更深的地壳。
随着下地壳的冷却，它变得越来越坚固、更坚硬，形成了大陆经得起时间考验的坚实基础。科学家们说，这个过程是锻造地球稳定性的熔炉——一种地质创造行为，使我们的星球表面适合生命存在。
“稳定的大陆是宜居性的先决条件，”该研究的主要作者、宾夕法尼亚州立大学的地球科学家安德鲁·斯迈说。“但为了让他们获得这种稳定性，他们必须冷静下来。为了冷却，他们必须将所有这些产生热量的元素——铀、钍和钾——移向地表。
如果没有这种热传递，深层地壳将保持熔化、不稳定且不断变化。相反，地球学会了如何自我淬炼——像铁匠在锻造后冷却钢一样硬化它的外壳。
学会冷却的星球
我们所知道的大陆地壳——厚实、富含硅且寿命长——出现在大约三十亿年前。在此之前，地球的外壳更年轻、更薄、更混乱，不断被火山活动和构造剧变循环利用。
几十年来，科学家们一直认为，融化预先存在的地壳对于形成大陆至关重要。但 Smye 和他的同事、哥伦比亚大学的 Peter Kelemen 发现，仅熔化是不够的。地壳不得不过热，温度比之前想象的要高数百度。
“我们基本上找到了如何制作大陆的新配方，”Smye 说。“它们需要变得比之前想象的要热得多——大约高 200 度。”
像钢铁一样锻造大陆
为了解释他们的发现，斯迈做了一个生动的类比。想象一下锻钢。将金属加热，直到它变得足够柔软以重塑，但又不会熔融到失去结构的程度。每一次锤击，杂质都会被去除，金属的内部结构也会重新调整——变得更坚固、更坚韧、更有弹性。
同样，地球深处的构造力就像锤子一样，而高温则像熔炉一样起作用。他们一起将普通地壳变成了非凡的东西——大陆地壳的强度足以抵抗数十亿年的破坏。
“地壳的锻造，”Smye 说，“需要一个能够承受超高温的熔炉。
阅读岩石：来自地球最古老材料的证据
为了验证他们的想法，研究人员分析了从欧洲和美国西南部的阿尔卑斯山收集的岩石——地壳在造山过程中被深埋并重新加热的地方。他们还利用了来自全球各地的数百个样本，研究了古代变质过程留下的化学指纹。
大陆地壳的组成。该图显示了上（红色）和下（蓝色）大陆地壳估计的主要元素和微量元素浓度值，归一化为块状大陆地壳。灰色阴影箭头分别强调Th和U中上地壳和下地壳的富集和消耗。图片来源：自然地球科学（2025）。DOI：10.1038/s41561-025-01820-2
他们发现了一个明显的模式：在 900°C 以上熔化的岩石比在较低温度下熔化的岩石含有更少的铀和钍。这表明放射性元素在强烈加热期间被驱逐出去，通过地壳向上迁移。
“在来自如此多不同地方的岩石中看到如此一致的信号是很少见的，”Smye 说。“这是那些灵光乍现的时刻之一——你意识到大自然正试图告诉我们一些事情。”
早期地球隐藏的热量
数十亿年前，地球比今天热得多。行星地壳内的放射性衰变产生的热量大约是现在的两倍。这种额外的热能为地壳达到超高温并经历稳定大陆的“锻造”过程提供了必要的条件。
“系统中有更多的热量可用，”Smye 解释道。“今天，我们预计不会生产出那么多稳定的地壳，因为可用于锻造它的热量较少。”
这意味着我们所站立的大陆——古老、广阔和持久——是我们几乎无法想象的炽热过去的产物。他们的力量记录了地球年轻时，地球燃烧得更热，更努力地将自己塑造成生命的摇篮。
从地质学到技术：现代影响
这一发现不仅仅是关于遥远的过去。它对现代世界具有真正的影响，尤其是对我们寻找关键矿物的影响。
数十亿年前，当铀、钍和钾等放射性元素在地壳中迁移时，它们携带了其他有价值的元素——包括锂、锡和钨。这些稀土元素对智能手机、电动汽车和可再生能源系统等现代技术至关重要，通过形成大陆的相同地质过程集中在特定地区。
了解这些元素是如何移动的以及它们在哪里沉降可以帮助地质学家在当今找到新的矿藏。“如果你破坏了含有铀、钍和钾的矿物的稳定性，”斯迈说，“你也会释放出大量的稀土元素。
通过追溯塑造大陆的热和化学的古老路径，科学家们可能会发现可持续、高效地满足现代物质需求的新方法。
其他世界的教训
这项研究的影响远远超出了地球。稳定我们大陆的过程也可能在宇宙中的其他岩石行星上发挥作用。如果是这样，行星科学家可以利用这些发现作为寻找宜居世界的指南。
稳定的大陆不仅仅是地质学上的奇观，它们对生命至关重要。如果没有稳定的陆地，海洋将占据主导地位，气候将剧烈波动，生态系统将难以持久。行星地壳的冷却和硬化可能是使其成为生命家园的关键步骤之一。
“我们的结果表明，创造地球稳定大陆的过程可能发生在其他地方，”斯迈说。“这为我们提供了一种思考行星宜居性的新方式——要寻找哪些迹象，以及是什么让行星真正像地球。”
经久不衰的星球
我们脚下的大陆讲述着一个关于火、压力和时间的变革故事。它们提醒我们，稳定不是从静止中诞生的，而是从斗争中诞生的。撕裂年轻地球的同样力量也将其锻造成持久的东西。
当我们走过古老的山脉或触摸屹立数十亿年的岩石时，我们正在触摸那个伟大的行星熔炉的遗产。大陆是一个曾经炽热的世界的冷却伤痕——没有它们，生命和文明都不会存在。
热与石的永恒之舞
即使是现在，地球的变化还没有结束。在我们脚下的深处，地幔仍在翻腾，地壳仍在弯曲和破裂。山脉升起和侵蚀，大陆漂移和碰撞。然而，在这一切中，古老的地基仍然存在——坚强而无声的见证，见证了曾经塑造它们的热量。
地球大陆的故事归根结底是转变的故事。这是一个世界学会了锻造自己的故事——不是追求完美，而是走向忍耐。从火中形成;从混乱中，稳定。
在这种稳定中，生活找到了开始的地方。
更多信息：Andrew J. Smye 等人，稳定大陆的超热起源，自然地球科学（2025 年）。DOI：10.1038/s41561-025-01820-2
