揭開地球最古老地殼的面紗:原始地殼的成分和形成過程是什麼?

地球的地殼演化包括了岩石外殼的形成、銷毀和更新。在這些過程中,地殼組成的變異性相比其他類似行星(例如火星、金星和水星)要大得多。不同於其他行星的相對單一地殼,地球的地殼不僅包含海洋板塊,還包括陸地板塊。這一獨特的特性反映了在地球歷史上發生的複雜地殼過程,特別是持續進行的板塊構造運動。關於地球地殼演化的機制,科學家們提出了一系列理論,並根據片段性的地質證據和觀察結果,為早期地球系統的問題提供假設性的解決方案。

早期地殼

早期地殼形成的機制

在地球形成初期,全球都是熔融狀態,這主要是由於以下過程產生並維持的高溫:早期大氣的壓縮、快速的自轉、以及與鄰近的小行星的頻繁碰撞。隨著行星聚集的減緩,地球逐漸冷卻,熔岩海洋中的熱量透過輻射損失到太空中。一種關於熔岩固化的理論認為,當溫度降到一定程度時,熔岩海洋的底部首先會開始結晶,形成一層薄薄的“冷卻地殼”。這層冷卻地殼為淺層地下提供了熱絕緣,保持了足夠的溫度以促進深層熔岩海洋的結晶過程。

在熔岩海洋結晶的過程中,產生的晶體成分會隨著深度的變化而不同,例如在較深的地方主要存在Mg-perovskite,而在較淺的區域則以橄欖石為主。

地殼二分法

地殼二分法指的是海洋板塊和陸地板塊的組成和性質之間的明顯對比。目前,海洋和陸地的地殼是通過板塊構造過程產生和維持的,但早期地殼的二分法並不太可能是由這些機制產生的。研究認為,地殼的二分法可能在全球板塊運動開始之前就已經形成,這是因為當時薄且低密度的陸地岩石覆蓋了整個地球,未能實現下沉。

撞擊造成的影響

許多大型撞擊坑在整個太陽系的行星上均有發現,這些撞擊坑的形成與約40億年前的一個時期有關,該期間被稱為“晚重轟炸”,這段時間結束於約40億年前。近年來的研究還指出,地球的侵蝕速度和持續的板塊運動使得這些撞擊坑如今已經不再可見。如果將月球上觀察到的撞擊坑進行規模擴大,預測至少有50%的地球初始地殼被撞擊盆地覆蓋,這一估算揭示了撞擊壓痕對地球表面的重大影響。

撞擊坑對早期地殼的主要影響包括形成大型坑道、調整地面壓力,提升底層的熱度等。

地殼類型

原始地殼

從熔岩海洋中結晶出來的礦物形成了原始地殼。關於這一過程的可能解釋是,約在44.3億年前,地幔邊緣的固化產生了大陸,這些大陸由富含鎂的超基性岩石組成。

次級地殼

次級地殼的形成主要是通過回收先前的原始地殼,進而產生的基性次級地殼。這一過程中的部分熔融增加了熔融物中的基性成分,大部分次級地殼都在中洋脊形成,構成了海洋地殼。

第三地殼

目前的陸地地殼即為第三地殼,這是最為分化的地殼類型,同其組成與地球的總體組成有著顯著的不同,該地殼含有超過20%的不相容元素,這是由於次級地殼的部分熔融所導致的。

板塊構造的起始

板塊的形成和發展是由早期地幔中的熱斑所引起的,這些熱斑使地殼在表面局部下沉,促進了隨之而來的板塊下沉。數值模型顯示,只有能量強大的熱斑才能夠軟化地殼,並打破其結構。根據模型,初期的俯衝作用在36億年前開始出現。

現代的早期地殼類比

來自阿卡斯塔變質岩石複合體的早期太古代岩石的地球化學特徵與冰島的一些現代中硅岩有著非常相似的地方,這使我們能夠在一定程度上探討當時地殼的組成和形成過程。

在地球奧秘的背後,這些早期地殼的研究不僅幫助我們理解地球的歷史,還激發了對於未來可能發生的地質活動的深思。面對這些複雜的地殼演變機制,我們不禁要問:那麼,地球其他星球的地殼演化是否存在相似之處,還是各自獨特呢?

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