科學家認為地球的第一個外層是一個單一堅固但可變形的殼

今天的地球是一個充滿活力的行星，外層由巨大的板塊組成，板塊之間一起研磨，滑過彼此或彼此下沉，引發地震和火山。另一些則在海底山脊處分離，其中熔岩從主要海洋盆地的中心擴散出來。

但是新的研究表明，情況並非總是如此。相反，地球形成並開始冷卻後不久，地球的第一個外層是一個單一的，堅固但可變形的殼。後來，這種殼開始更廣泛地摺疊和裂開，產生現代板塊構造。

這項研究是地質研究界長期以來的爭論中的最新研究：板塊構造是否是立即開始的，或者是地球首先經歷了一個覆蓋整個地球的堅固外殼的長期階段？新的結果表明實體殼模型最接近真正發生的事情。

馬裡蘭大學地質學教授邁克爾·布朗（Michael Brown）說，「第一個大陸地殼形成的模型通常分為兩類：一些調用現代板塊構造，另一些則不是。我們的研究支持後者，一個『停滯蓋』在地球歷史早期形成了地球的外殼。」

為了得出這些結論，來自科廷大學和西澳大利亞地質調查局的邁克爾·布朗（Michael Brown）和他的同事研究了從東皮爾巴拉地區收集的岩層，這是位於西澳大利亞州的一個大面積的古老的花崗岩地殼。大約有25到36億年歷史，這裡岩石是已知最古老的。（地球約有45億歲。）研究人員特別選擇具有通常與火山弧相關的化學成分的花崗岩，火山弧是板塊構造活動的跡象。

布朗和他的同事還觀察了來自庫卡爾形成的玄武岩岩石。玄武岩是火山爆發時產生的岩石，但它也形成海底，因為玄武岩熔體在海洋盆地中心擴張脊噴發。在現代板塊構造學中，當海底玄武岩到達大陸時，它在地球表面下沉降或沉降，在那裡它產生流體，使上覆地幔熔化並最終在地表下產生大量花崗岩。

以前的研究表明，庫卡爾玄武岩可能是皮爾巴拉地區中花崗岩的源岩，因為它們的化學組成相似。布朗和他的合作者開始驗證這一點，但也測試另一個長期的假設：庫卡爾玄武岩可能以某種方式融化形成花崗岩，而不是地球表面以下玄武岩的板塊俯衝？

為了解決這個問題，研究人員進行熱力學計算，研究人員進行熱力學計算，以確定平均庫爾玄武岩的相平衡。相平衡是對物質在各種溫度和壓力條件下的行為的精確描述，包括熔融開始的溫度、所產生的熔體的量及其化學組成。

例如，最簡單的相平衡圖之一描述了水的行為：在低溫和（或）高壓下，水形成固體冰，而在高溫和（或）低壓下，水形成氣態蒸汽。相平衡更多地涉及岩石，其具有複雜的化學成分，其可以具有基於溫度和壓力的非常不同的礦物組合和物理特性。

使用庫卡爾玄武岩和皮爾巴拉花崗岩作為起點，布朗他的同事構造了一系列建模實驗，以反映在沒有板塊構造的古地球中可能發生的情況。他們的結果表明，皮爾巴拉花崗岩確實可以從庫卡爾玄武岩形成。

更重要的是，這種轉變可能發生在與『停滯蓋』或覆蓋整個行星的單個殼體一致的壓力和溫度場景中。

板塊構造基本上影響地球內部岩石的溫度和壓力。當岩石板塊在地球表面下沉降時，岩石開始相對較涼，並且需要時間來獲得熱量。當它達到更高的溫度時，岩石也已達到相當於高壓的顯著深度，相同的原理，潛水者在更深的水深處經歷更高的壓力。

相比之下，『停滯蓋』狀態在相對淺的深度和低壓下將非常熱。地質學家稱之為「高熱梯度」。

布朗說：「我們的研究結果表明，皮爾巴拉花崗岩是通過在高熱梯度環境中融化的庫卡爾玄武岩或類似材料而產生的。另外，庫卡爾玄武岩的組成也表明它們也來自較早一代的源岩。我們得出結論，在板塊構造開始之前，多階段過程產生了地球的第一大陸在『停滯蓋』情景中。」

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