地球是我们所知唯一拥有浮力强、富含硅的大陆的星球,但地质学家们仍然无法就它们如何形成达成一致。最古老的大陆岩石可追溯到大约40亿年前,然而地球已有45亿年历史——这5亿年的空白引发了数十年的争论。澳大利亚珀斯科廷大学的地质学家蒂姆·约翰逊及其同事现在认为,这个谜题缺失的部分是宇宙性的:一场强烈而持续的小行星撞击使早期地壳保持高温和薄层,从而使得浮力大陆成为可能。简而言之,我们居住的土地之所以存在,是因为古老的太空岩石把地球揍得够呛。

问题在于,地球婴儿期的地质证据几乎不存在。已知最古老的大陆岩石在约40.3亿年前结晶,处于冥古宙(最初5亿年)的末期。罕见的玄武岩可追溯到约42亿年前,而一些锆石晶体将记录推至44亿年前。除此之外,几乎一无所有。因此,科学家们依赖有根据的猜测,形成了两种主流观点:冥古宙时期板块构造已经运行,地壳在俯冲带上方形成;或者早期地球太热,无法形成刚性板块,地壳在地幔柱上方形成(想想熔岩灯中的蜡块)。然而,这两种观点都面临热量问题。仅凭内部热源,地球似乎太冷,无法支持任何一种过程。正如约翰逊所说:“没人能让它吻合,因为我们没有考虑来自地球外部的能量。”

这些外部能量来自小行星和陨石撞击,在太阳系年轻时要频繁得多。但地球有一种隐藏伤疤的特殊方式——板块构造将地表回收进地幔。因此,约翰逊的团队研究了月球,它缺乏板块构造,仍然保留着古老撞击的痕迹。通过将陨石坑计数与已测年的月球样本进行校准,他们估计了大型天体撞击我们这位邻居的频率。将其按地球更大的尺寸和更强的引力进行缩放,他们得出结论:地球必定被直径超过10公里的数千个撞击体击中。当他们计算传递的能量时,撞击加热在冥古宙的大部分时间里超过了放射性和地核加热大约一个数量级。

将这个重新计算的热量预算输入地球动力学模拟中,团队发现冥古宙的地壳很薄(不到5公里厚),且下方大部分是熔融的,广泛的部分熔融从地表以下仅2到3公里处开始。在大约5公里深度,熔融比例超过体积的30%——远远超过岩石作为连贯板块保持在一起的程度。板块构造根本不可能运作。“俯冲和板块构造要求你的岩石圈是刚性的,可以相互碰撞和俯冲,”约翰逊说。“如果我们的计算接近正确,那是不可能的。”

模拟还产生了地壳向地幔的整体回收,物质滴落到至少600公里的深度。这解释了为什么如此少的冥古宙地壳幸存下来,以及为什么冲击变形的锆石几乎不存在——熔体在冲击波造成持久损伤之前吸收了它们。随着撞击通量在39亿至35亿年前下降,内部热源接管,上地幔冷却,地壳在太古宙早期增厚到约30公里。更厚、更冷、更刚性的地壳最终支持了板块构造,第一批大陆岩石大约在同一时间出现在地质记录中。“一旦你能创造厚地壳,并在其下形成地幔岩石圈,你就可以开始建造大陆,”约翰逊说。

团队承认,大部分论点基于物理建模而非岩石样本,但约翰逊认为鉴于证据的稀缺,这是合理的。