24亿年前，地球陆地从海中隆起引发全球气候等重大变化学术资讯

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▲该概念图的左边显示了地球的陆地和海洋可能最先出现于超级大陆的形成过程之中，右边是大氧化事件（Great Oxygenation Event, GOE）之后的地球面貌。

页岩是地球上最常见的沉积岩之一，它是由地壳受风化作用形成的。据《自然》杂志5月24日刊发的一篇研究报告称，对页岩的化学特征研究表明，24亿年前，陆地在海洋上方迅速隆起，由此可能引发了全球气候和生物圈的巨大变化。

该研究报告的主要作者、美国俄勒冈大学的地质学家伊利亚·宾德曼（Ilya Bindeman）说，样本中氧17（17O）和氧18（18O）的比率发生了显著变化，并且更为常见的氧16（16O）有所增加，这一发现让研究人员可以分析破解岩石的化学成分及其历史。

通过宾德曼在“稳定同位素实验室”（Stable Isotope Laboratory）的研究分析，科学家们确定了新浮出海平面的地壳是何时开始受到化学和物理风化作用的影响，并从一个更广阔的角度确定了地球现代大气中的水循环过程——水汽蒸馏后在大陆板块之间的运输——是何时开始的。这些研究的支撑证据来自于对278个页岩样本中三种氧同位素的分析。

宾德曼说，根据他之前的模型和相关研究，24亿年前地球上的陆地面积可能已经达到今天所观测到面积的三分之二。一方面，新的陆地出现得很突然，与地幔动态活动中大规模变化同时发生。另一方面，页岩样本中记录的同位素变化也与形成地球上第一个超级大陆（Kenorland）、高山山脉以及高原的大陆板块的假定碰撞时间相吻合。宾德曼介绍道：“地壳需要很厚才能升出海平面，而其厚度不仅取决于地壳物质量的多少，而且还会受到地壳冷热调节作用和地幔粘度的影响——当地球温度很高时，地幔是软的，难以支撑大型的高山。我们的数据表明，在24亿年前这一情况发生了巨大变化。相对较冷的地幔能够支撑起高于海平面的大片陆地。”他指出，当新的陆地从海洋中升起时，当时的地表温度可能要比今天高出几十度。

研究发现，在这个时间范围内这三个氧同位素产生的变化是逐步的。科学家们认为，这就解决了之前关于11亿前到35亿年前之间陆地的逐渐或逐步出现的争论。最初从太空看，地球会是深蓝色上面漂浮了一些白云的景象。之后，早期出现的大陆增加了地表的反射。今天，我们的大陆看上去颜色很暗，是因为地表覆盖的大量植被。

宾德曼指出，新陆地暴露于风化作用后可能会导致温室气体的排放，而诸如二氧化碳的气体会破坏地球的辐射平衡，导致了24亿年前到22亿年前之间的一系列冰川事件，而这可能就是引起了大氧化事件（Great Oxygenation Event, GOE）的导火索。大氧化中大气变化给空气中注入了大量游离氧，从而导致太古宙的灰色岩石被氧化，变成了红色。在没有多少陆地的情况下，来自太阳的光子与水相互作用并使水升温，而新陆地提供的明亮地表，将阳光反射回太空，从而造成“辐射-温室平衡”上额外的旋转效应，从而导致气候变化。宾德曼说：“我们推测，一旦大块陆地出现后，光就会被反射回太空，并引发失控的冰川运动，而地球上也下了它的第一场雪。”

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编译：朱明逸编辑：程建兰

来源：https://phys.org/news/2018-05-sea-billion-years-planet-earth.html