在地球形成于 46 亿年前之后，翻滚的炽热岩浆和沸腾的气体覆盖了地球。这片火海的某些区域最终冷却到足以结壳，使地球的第一批坚硬岩石像矿渣一样漂浮在炽热的液体上。但它们只不过是一层薄薄的表面。坚实陆地的厚实根基形成的时间要长得多。
大陆究竟如何——以及以多快的速度——出现和增长，这是一个持续争论的问题。科学界的传统观点长期以来认为，仅地球内部的运作就驱动了大陆的形成。但最近的发现已将焦点转向一个曾经被认为是异端的观点：大型小行星撞击也发挥了建设性作用。
一个基本的假设是，小行星的轰击——在地球的婴儿期很频繁——在大约 38 亿年前几乎已经消失殆尽。那时，地球已经冷却到足以让新生的海洋孕育微生物生命。此后发生的重大撞击通常被认为是罕见的，并且具有彻底的破坏性。（想想恐龙的灭绝。）
关于支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
然而，最近，科学家们不得不努力应对一项意外发现，即在 38 亿年前至 25 亿年前之间发生了一系列巨大的撞击，这段时期是地球的青年期，被称为太古代。小行星具有摧毁地壳的声誉，这似乎与太古代的一个标志相矛盾：太古代是地球历史上大陆形成最多产的时期。据估计，今天大陆地壳的 65% 是在那段时间形成的。
为了调和这个明显的难题，地质学家们正在古代岩石记录中搜寻线索，以了解这些巨大的碰撞如何塑造了地球。其中一位地质学家——堪培拉澳大利亚国立大学的教授安德鲁·Y·格里克森——通过 40 年的实地考察确信，地外撞击实际上帮助了地球第一批大陆的生长，包括那些残余物现在保存在南非和西澳大利亚古代核心中的大陆。
许多科学家对格里克森的论断投去了试探性的目光，认为关于古代地球上发生的事情的直接证据极其稀少且存在争议。然而，对大型撞击潜在影响的计算机模拟为他的假设提供了一些有趣的佐证。现在就彻底改革关于大陆早期演化的经典观点可能还为时过早，但即使是怀疑论者也同意，现在是时候考虑来自太空的这些强大力量对地球造成的后果了。
陆地，前方！
在太古代小行星撞击的潜在影响受到关注之前，科学家们花费了数十年的时间来破译大陆的起源。这些努力一直很棘手，因为创造一块大陆是一个非常复杂的过程；它需要建立一块足够厚且具有浮力的地壳板块，使其不再沉回地球炽热的内部。这种特性使今天的大陆与海洋下的地壳如此不同。相对较薄且密度较高的富铁海洋地壳很容易下沉，其中大部分在其形成后的短短 2 亿年内就下沉了。另一方面，大陆地壳富含花岗岩等密度较低的岩石，这些岩石使一些古代碎片漂浮至今，就像海上的冰山一样，已经漂浮了近 40 亿年。
关于地球第一块大陆的故事，不同的教科书各有不同，但一个常见的版本是这样的
在行星诞生后遭受猛烈的小行星轰击的短暂喘息期间，地球自然冷却的趋势导致地表反复结壳。这种地壳并非完全连续；它由几十块碎片组成，这些碎片在不断翻滚的岩浆上滑行。就像熔岩灯中升起的滚烫蜡油一样，热地幔岩石柱上升，在穿过地表时略微冷却，然后下沉——很容易将最初的、超高密度的地壳碎片一起拖下去。与此同时，火山喷出地球内部的气体，形成了原始大气层，雨水从天空中凝结，在薄薄的结壳岩浆之上形成了浅海。
故事情节继续说道，当上升岩石柱的热量在致密地壳沉没之前将其部分熔化时，大陆的胚胎就形成了——从而使熔点较低的较轻矿物质分离出来。这种新分离出的岩浆比周围的岩石更具浮力，往往会上浮；一旦凝固，这种较轻的岩石以后就不太可能下沉。
轻岩浆的部分熔化和分离的反复循环最终导致了花岗岩的产生。我们不可能知道这个过程的具体时间，但至少地球婴儿期最初 1.6 亿年的痕迹仍然存在：微小的、44 亿年前的锆石晶体从原始花岗岩中侵蚀出来，后来沉积在现在澳大利亚的年轻沉积岩地层中[参见约翰·W·瓦利的“早期地球是凉爽的？”；《大众科学》，2005 年 10 月]。
早期花岗岩的这些痕迹可能只是最初的岩石块体的一个次要组成部分，这些岩石块体生长得足够厚，可以突出于早期海洋之上。而且它们肯定与今天的大陆相去甚远，今天的大陆覆盖了地球表面 30% 的面积，平均厚度为 35 公里。早期原大陆可能缓慢地增长高度，就像今天的大陆一样：它们之间的碰撞将增厚的地壳合并成更大的地块，而热地幔柱则引发了来自下方的新的岩浆涌动。
大多数地质学家都认为，在 30 亿年前，地球拥有了第一块真正的大陆：一块贫瘠、火山遍布的岩石堆，几乎肯定比今天的澳大利亚还要小。甚至有可能，今天澳大利亚和非洲的古代核心或克拉通是最初大陆的一部分。俄亥俄州欧柏林学院的地质学家布鲁斯·M·西蒙森指出，西澳大利亚的皮尔巴拉克拉通和南非风景秀丽的巴伯顿山地的卡普瓦尔克拉通“在地质上惊人地相似”，他花了几个月的时间梳理这两个地区干燥、灌木丛生的山坡露头。“我坚信巴伯顿和皮尔巴拉是同一个大陆，后来分裂成了两块。”
第一块大陆位于地球的哪个位置尚不清楚，但随着地球炽热的内部持续翻滚，那块陆地分裂开来，其他陆地也随之涌现。随后发生了一系列有据可查的大陆分裂和合并事件，最终形成了现代的格局。
知道在哪里寻找
地壳板块的运动清楚地解释了大陆从幼年到成年的转变。但在此之前发生的事情充满了不确定性。这就是为什么地质学家转向南非和澳大利亚的那些古代地貌，以寻找关于大陆起源的线索。与其他现代大陆的克拉通相比，卡普瓦尔和皮尔巴拉经历了较少的变质作用，并且仍然是太古代地壳保存最完好的一些痕迹。在这些克拉通中，特别令人感兴趣的是绿岩带——岩石构造，它们形成于 35 亿年前至 24 亿年前之间，正值第一块大陆即将形成之际。
自 20 世纪 70 年代以来，大多数地质学家都将绿岩带解释为古代类似于火山岛链的构造，这些火山岛链沿着碰撞地壳板块的重叠边缘出现——后来成为大陆地块的一部分。地壳碰撞持续数百万年，下层板块越来越深地潜入地球炽热的内部，形成一个被称为俯冲带的深海沟。当岛屿随着下沉的板块向海沟移动时，这些较厚的部分被推到迫近的陆地地块的侧面；它们没有被与其母体地壳一起拉下来，而是被从顶部刮掉。内华达山脉和美国西部其他山脉就是以这种方式附着在北美西部的。
然而，格里克森指出，这种现代风格的大陆增长无法解释在绿岩带中看到的所有地质特征。多年前，当他详细研究南非和澳大利亚的绿岩带时，他发现这些绿岩带最古老的部分——那些在 30 亿年至 35 亿年之间的部分——似乎都是垂直堆积的，因为侵蚀的物质以层状沉积在从下方向上推的穹顶状花岗岩形成岩浆体之间。这些构造没有表现出任何俯冲的明显迹象：沉积物和火山物质在两个地壳碎片碰撞时水平累积。
缺乏俯冲的证据并不令人意外。大多数研究人员都认为，板块构造在太古代早期可能效率较低，如果它曾经存在的话。当时的地球更热，因此驱动板块运动的熔岩灯状对流也不那么剧烈。不过，格里克森表示，一定有某种快速的力量参与了太古代绿岩带最古老部分的形成。其中各种岩石的具体年龄表明，巨大的花岗岩体是在一系列突然的、界限分明的事件中侵入的。但是，如果俯冲不是驱动力，那又是什么呢？
这些困难促使格里克森寻找新的解释，以说明是什么塑造了太古代的地球。他知道，大多数地质学家都忽略了一个因素，那就是小行星和彗星碰撞的潜在影响。小行星轰击在大约 39 亿年前达到顶峰，但对月球陨石坑的研究表明，大型撞击一直持续到大约 32 亿年前。后来的轰击是否也参与其中？找出答案的第一步是确定地球上此类撞击的有力证据。这些证据是否已被摧毁，或者地质学家是否在没有意识到的情况下看到了它？
固体撞击
两位美国地质学家在 1986 年回答了后一个问题。在他们每年一度前往巴伯顿山脉绿岩带的考察研究中，斯坦福大学的唐纳德·R·洛和路易斯安那州立大学的加里·R·拜尔利偶然发现了一层薄薄的古代海洋沉积物，其中含有数百个空心、玻璃状的小球。经过仔细检查，这些沙粒大小的球体看起来与所谓的撞击球粒几乎完全相同，撞击球粒已成为 6500 万年前小行星撞击地球、结束恐龙统治的最有力证据之一。这些巴伯顿球粒的年代可追溯到 32 亿年前——加上在澳大利亚皮尔巴拉克拉通发现的另一个球粒层——成为大型地外物体在太古代撞击地球的第一个证据。
随之而来的是更多的发现。洛和拜尔利知道，来自恐龙灭绝撞击的球粒层在全球范围内都有出现，因此他们很快将澳大利亚的球粒层与他们在巴伯顿发现的 35 亿年前的撞击联系起来。他们还在南非发现了另外两个 32 亿年前的球粒层。西蒙森也在 20 世纪 90 年代初在皮尔巴拉地区勘探铁矿层时，偶然发现了意想不到的球粒层，将这一系列令人惊讶的小行星撞击事件延伸到了太古代末期 25 亿年前之后。
考虑到古代撞击，检查太古代绿岩带为这些地质学家提供了关于小行星及其后果的更多见解。例如，从球粒中富含镁和铁的成分来看，洛和拜尔利推断，这些迷途的太空岩石很可能撞击了海洋盆地的致密岩石——可能距离保存球粒着陆的区域相当远。他们说，他们在南非发现的每个球粒层都伴随着席卷全球的海啸迹象，这进一步证实了小行星撞击的是海洋而不是裸露的陆地。
格里克森指出，在皮尔巴拉地区，一些撞击发生的时间与“大量角砾岩的形成，包括直径达 250 米的岩块”相吻合。这种杂乱的岩块是该地区主要地震断层沿线地球表面隆起和塌陷的破碎结果。的确，强烈的强烈地震群将是大型小行星撞击最直接的影响之一。
显然，太古代早期的撞击并非地球可以轻易承受的。洛和拜尔利根据球粒的分布以及与其他年轻撞击喷射物的比较，估计他们的小行星很大：直径在 20 到 50 公里之间。（相比之下，最佳估计表明，导致恐龙灭绝的那颗迷途小行星的宽度不超过 15 公里。）小行星尺寸的这些迹象助长了格里克森的观点，即它们可能在大陆形成中发挥了作用。他很快开始关注岩石记录中其他突然的变化，这些变化就发生在他认为特别具有启发意义的三次撞击前后：洛和拜尔利发现的聚集在 32 亿年前左右沉积在南非沉积物中的那些撞击。
在最近的一篇技术论文中，格里克森观察到，这些撞击发生的时间与这些地区首次升出海平面的主要迹象相吻合——据推测形成了新的大陆地块。具体而言，撞击之前沉积的岩石记录包括厚厚的海洋地壳层和在海底形成的沉积物类型。他解释说，在包含小行星撞击的时期，那些玄武岩层发生变形、隆起和侵蚀——这种剧变很容易归因于小行星碰撞的冲击。相比之下，在三次撞击之后形成的所有岩石都代表了只能在陆地上形成的岩石的侵蚀残余物。这一变化表明，在小行星撞击后不久，地球内部的巨大力量将地壳抬升到海面之上，花岗岩和其他大陆型岩石形成，并最终被侵蚀。
格里克森进一步认为，小行星撞击本身就是这种剧变的根源。对于他的论点最关键的是，大约 32 亿年前从下方侵入皮尔巴拉和卡普瓦尔地区的大量花岗岩形成岩浆。格里克森认为，小行星撞击和这种新岩浆形成的时间相似不仅仅是巧合；它们是因果关系。他断言，它们改变地球的力量“导致了早期新生大陆的大幅隆起和花岗岩岩浆的侵入，这两者都证明了至少部分大陆地壳的剧烈起源。”关键问题是：是什么加热过程产生了岩浆？格里克森的回答是：32 亿年前小行星撞击的破坏性力量改变了地幔对流模式，引发了新的地幔柱上升并从下方加热地壳。
建设性批评
格里克森的论断是否合理，很大程度上取决于迷途小行星的大小。西蒙森认为，从地球内部运作的角度来看，一块像导致恐龙灭绝的小行星那么大的岩石充其量只不过是“挡风玻璃上的虫子”。但如果太古代早期的撞击真的有两倍那么大，它们可能会留下更持久的印记。普渡大学地球物理学家杰伊·梅洛什说，特别是直径达 50 公里的大型撞击确实可能会改变地球内部的热流模式。根据他和他的同事为其他目的开发的假想撞击计算机模拟，梅洛什描述了足够大的太古代早期小行星撞击实际上可能如何帮助大陆增厚。
在这个假设的情景中，梅洛什假设一颗 50 公里宽的小行星以大约每秒 20 公里的速度撞击海洋盆地。这种撞击不会挖掘出陨石坑；相反，它会产生一片巨大的熔岩海，其宽度约为 500 公里，深度也差不多。如果这样一个由小行星引起的岩浆湖形成在地幔柱之上，其强烈的热量会抑制上升的岩石柱，然后将其偏转到周围区域。偏转到致密海洋地壳下方的岩石柱可能会产生新的岛屿，这些岛屿可能会在很久以后找到通往俯冲带的路径，并从侧面加厚正在增长的大陆。或者，如果偏转的岩石柱恰好在已经包含密度较低岩石的原大陆下方上升，那么新的热源可能足以产生新的向上涌动的花岗岩岩浆，例如位于皮尔巴拉和卡普瓦尔绿岩带中的那些岩浆，从而从下方加厚大陆。
但梅洛什警告说，这种情况充满了不确定性。要证明特定的小行星偏转了地幔柱，从而创造了在岩石记录中发现的特定大陆胚胎，实际上是不可能的。小行星产生的陨石坑早已被俯冲或侵蚀殆尽。即使一个岩石柱确实是花岗岩产生的原因，谁又能说它在小行星撞击之前没有已经在原大陆下方上升呢？
最后，格里克森阐明了太古代早期小行星撞击与今天大陆古代碎片中新岩浆涌入之间惊人的时间巧合——并且他将它们与宇宙撞击实际上如何导致这种岩浆产生的可信机制联系起来。“这是一种非常可能的关于可能发生的事情的假设，”洛说。“但这只是一种解释。” 然而，毫无疑问，改变地球的撞击中断了地球的内部动力——而且它们的破坏性可能并非完全是毁灭性的。