數十億年來，地球大陸一直保持著非常穩定的狀態。它是山脈、生態系統和人類文明的基礎。但它們長期穩定性背後的原因一直困擾著科學家一個多世紀。現在，賓夕法尼亞州立大學和哥倫比亞大學的研究人員發現了明確的證據來解釋大陸是如何演化的。如何建立和維持寬容？而這背後的關鍵因素是熱量。
在發表於的一項新研究中 自然地質學研究小組發現，形成持久的大陸地殼需要下地殼的溫度超過 900 攝氏度。這些極端條件使得鈾和釷等放射性元素向上移動。當這些元素衰變時，它們會產生熱量。以及從更深的地殼遷移到更高的層次。它們帶走熱量。這個過程有助於地殼下方冷卻和硬化。並最終強化
研究人員表示，這一發現超出了對地球地質的理解。它們還可以幫助現代人尋找有價值的重要礦物。這對於智能手機、電動汽車和可再生能源系統等技術是必要的，它也可以作為在其他地方尋找潛在宜居行星的指南。
穩定地殼的過程也分佈著鋰、錫和鎢等稀土元素，揭示了今天可能在哪裡發現這些礦物的新線索。類似的熱驅動機制可能發生在其他岩石行星上。它為行星科學家提供了一個額外的信號，以識別可以支持生命的世界。
賓夕法尼亞州立大學地球科學副教授、該論文的主要作者安德魯·斯邁（Andrew Smye）表示：“穩定的大陸是宜居性的先決條件。但為了穩定它們，它們必須冷卻下來。” “為了冷卻。他們必須將所有產熱元素，如鈾、釷和鉀，轉移到地表，因為如果這些元素在深處，它們就會產生熱量並融化地殼。”
Smai 解釋說，今天的地殼大約在 30 億年前開始形成。在此之前，地殼有很大不同。它缺乏現代大陸富含矽的元素。科學家們長期以來一直懷疑舊地殼的融化在形成穩定的大陸板塊方面發揮了關鍵作用。但這項研究表明，這個過程需要的溫度比之前想像的要高得多。
“基本上。我們發現了一個關於如何建造大陸的新公式。它們一定比之前想像的要熱得多，200 度甚至更高，”Smai 說。
他將這個過程比作鍛鋼。
“金屬被加熱，直到它足夠軟，可以用錘子加工，”薩邁說。 “在非常高的溫度下轉變金屬的過程會重組金屬並去除雜質。這兩者都使金屬更堅固。最終，材料的耐用性決定了鍛鋼。同樣，在形成山脈時使用的構造力移動了大陸。我們表明，鍛造這種地殼需要極高溫度的窯爐。”
為了得出結論，研究人員分析了來自歐洲阿爾卑斯山和美國西南部的岩石樣本。結合之前科學研究的信息，他們檢查了岩石樣本中的化學信息。數百個變沉積岩和變火岩的例子構成了下地殼的大部分。並按照最高轉變溫度排列。這是岩石大部分仍呈固態時的最高溫度。但有物理和化學變化。
Smye 和合著者、哥倫比亞大學地質學和環境科學教授 Peter Kelemen 表示，該團隊比較了在高溫 (HT) 和超高溫 (UHT) 條件下形成的岩石。研究發現，在 900°C 以上熔化的岩石中鈾和釷的含量始終低於在較冷條件下形成的岩石。
“在這麼多不同地方的岩石中很難看到一致的信號，”他說。 “這是你靈光一現的時刻之一，你會想，‘大自然正試圖在這裡告訴我們一些事情。’”
他解釋說，大多數類型的岩石融化發生在 650 °C 以上的溫度下，即比沸水溫度略高六倍多的溫度。每深度一公里，溫度升高約20°C。由於最穩定的大陸板塊底部厚度約為 30 至 40 公里，因此 900°C 的溫度並不正常，需要設計新的溫度結構。
薩邁解釋說，在世界歷史早期，構成地殼的放射性元素（包括鈾、釷和鉀）產生的熱量。大約是今天的兩倍。
“系統中有更多的熱量，”他說。 “今天，我們認為地殼不可能如此穩定。因為鍛造地殼所需的熱量更少。”
他補充說，了解這些超高溫反應如何動員地殼中的元素非常重要。它對於了解重要礦物質的分佈和濃度具有更廣泛的意義。這是一組備受追捧的金屬，事實證明開采和尋找具有挑戰性。如果科學家能夠首先理解分散有價值元素的反應，理論上，他們就能更好地找到現有材料的新礦藏。
“如果你破壞了含有鈾、釷和鉀的礦物質的穩定性，你也會釋放出大量的稀土元素，”他說。
美國國家科學基金會資助了這項研究。
