与任何其他已知行星不同，地球的表面同时拥有大陆和海洋，而陆地是人类和大量生物赖以生存的家园，没有陆地就没有自诩为智慧生物的人类。

如今的地球上，陆地占地球表面积的29.2%，然而在三十多亿年前，地球被汪洋覆盖，陆地沉寂在海洋之下。

地球的第一个大陆被称为克拉通，即大陆地壳上长期稳定存在的构造单元。多项研究表明，大约25亿年前，陆地就已大规模出现，大陆板块已经形成，板块构造运动可以驱动大陆开合。

但是地球上的第一块陆地究竟是何时出现在海平面之上？是什么力量造就了它们？仍然是未解之谜。

发表在《美国国家科学院院刊》的一项研究为这些问题提供了答案，将陆地出现的时间向前推进了7.5亿年。

Part 2

地球的地壳主要由三种岩石组成，从下到上依次是岩浆岩、变质岩和沉积岩。如果从地球表面到16公里深的整个岩石圈算，岩浆岩约占地壳总体积的65%，是地球含量最多的岩石，沉积岩只占5%，含量最少。

三大岩类相互转化

沉积岩虽然所占比例最少，却是地球表面覆盖最广泛的岩石，在地球表面看到的所有的岩石中，有70%的岩石是沉积岩。它们是由任何母岩在地表或接近地表的条件下遭受风化剥蚀，被水流、冰川、风等作用搬运，最后沉积而成。

因此沉积岩就像一首史诗，一层一层的纹理中记录了许多地球的历史信息，书写了地球生命的枯荣，储藏了地球气候地质环境变迁的信息。

沉积岩

在地球上，一些沉积岩只能在地球表面形成，所以只要找到最早形成于地表的沉积岩，测量出它们的年龄，就能知道地球最早的陆地形成的时间。

然而，这并非一件易事，岩石形成的时间越早，受到板块构造运动影响越强烈，许多早期形成的岩石会发生变形或变质，甚至重新被地球板块拖拽到地壳的深处。

印度辛格布克拉通的一部分

幸运的是地壳中还残留着一些最古老的大陆碎片。例如位于印度的辛格布克拉通（Singhbhum craton）是构成印度次大陆东部的一块古老的大陆地壳，辛格布克拉通顶部由几个古老的砂岩地层组成，也就是在岩石中出现的一些明显的分层，这些地层最初由海滩、河口和河流中沉积的沙子形成，随后被掩埋并压缩成岩石。

于是，科学家分析了辛格布克拉通顶部的极为罕见的沉积岩以及其下的岩浆岩，模拟了大陆出现的时机和机制。

印度辛格布克拉通砂岩

这些沉积岩中保存着有一种叫做锆石的矿物，这种矿物含有微量的铀，铀会通过放射性衰变为稳定的速率衰变成铅。因此，科学家可以通过铀-铅测年技术来确定岩石的年龄。通过这种方法，科学家确定整个辛格布姆克拉通大约在32亿到33亿年前就已暴露出海面，开始剥蚀-沉积的陆表成岩过程。

无独有偶，科学家在南非的卡普瓦尔克拉通以及澳大利亚的皮尔巴拉克拉通发现了类似于印辛格布姆克拉顿的沉积岩，它们形成于同一时间。这表明地球上的第一块大陆至少在32亿年前就已经出现。

但是，陆地是如何一跃而起，突出到海面之上的呢？

Part 3

为了弄清楚这一点，科学家们分析了辛格布克拉通沉积岩下方的岩浆岩，发现它们是由花岗岩组成，通过分析这些花岗岩最初形成的压力和温度条件，科学家建立了一个模型来重现形成岩石的条件以及后来它们如何矗立在海洋表面之上。

模型表明大陆上升的秘密在于它们的厚度。根据地壳均衡原理，大陆的陆壳犹如冰山浮在水上一样浮在软流圈之上，陆壳和洋壳的各部分都能立在一个浮动面上彼此平衡，要达到这种均衡状态，地壳的每一部分须有不同的比重或不同的体积，而且任何部分发生比重上或体积上的改变，则会造成地壳均衡的调整。

在地球的早期，所有地块都浮立在同一深度的底层上面，但是各地块的密度不等，密度小部分上升变成陆地，密度大的部分下沉，结果各地块的总质量相等，仍可维持平衡。

地球最初的大陆克拉通之所以能够存在就是因为它所处的地壳较厚，大约在30亿年前辛格布克拉通的大陆地壳已经增长到大约50千米，而那些地壳厚度小于40千米的大陆块仍没在水面之下。

但是这种密度的差异是如何造成的呢？秘密就藏在构成克拉通的岩石花岗岩中。

相比其他类型岩浆岩，花岗岩是密度较低的一种岩石。这得益于地球深处的热流循环，不断循环的岩浆会导致热而轻的物质向上运动（硅铝质），冷而重的物质向下运动（铁镁质），在部分区域会造成轻质的硅铝类物质的富集，并冷却形成花岗岩。

所以，热流循环及其重力均衡整个过程使克拉通，化学属性上更轻，而在物理属性上更厚，从而使陆地上升，浮出水面。

根据新研究的计算，大约在30亿年前，辛格布克拉通的大陆地壳已经增长到大约50千米厚，在32到33亿年前的时候，稳定的大陆陆块已经有足够的浮力，开始上升到海平面以上。这比之前大多数模型所预测的大陆出现时间要早约7亿年。同时这也表明地球最早的大陆出现的过程与今天地球上通过板块碰撞产生陆地抬升的方式完全不同。

在30亿年前，陆地的大规模出现存在可能，但是关于地球这一时期的历史，仍存在几个重大的问题有待解决：例如究竟有多少陆地一次出现？这些陆地在海平面之上存在了多久？

Part 4

陆地的出现对地球的演化和生命的出现都会产生深远的影响。

陆地首次出现会引发风化和侵蚀等过程。裸露在地表的岩浆岩中的二氧化硅等物质风化，会从大气中吸收二氧化碳，从而使地球大气中二氧化碳含量降低，让早期地球的全球逐渐冷却。事实上也证明在约30亿年前的时候，也就是第一批大陆从海洋中出现后不久，最早的冰川沉积物开始出现。

风化剥蚀模型图

地表的风化和侵蚀过程也会将钾、磷等元素带入海洋，为地球生命产生 DNA 和其他生物构建提供关键的物质成分。不仅如此，陆地为生命的生长提供了浅海环境，便于早期的藻类生物贴附其上进行光合作用，吸收大气中二氧化碳，并将氧气引入大气，造成良性循环，从而让整个的地球环境变得利于生物生存。

因此，当陆地从海平面探出了头那一刻起，地球自此穿越了冥古宙的黑暗时代，迎来崭新的篇章，生命的种子开始悄悄发芽。

参考文献：
https://www.pnas.org/content/118/46/e2105746118/tab-article-info