地球是如何誕生的？

一天上午，世界一流隕石專家、美國自然歷史博物館隕石部主任馬丁·普林茲俯身對著自己的辦公桌，一位助手和一位博士后站在他身后。三個人聚精會神地審視著一塊拳頭大小的巖石，興奮地與一位坐在他們對面的頭發稍嫌蓬亂的人交談。其實，普林茲是在談一筆生意——普林茲想要得到賣方的一樣東西。他們所關注的隕石一年前從天而降，偶然落到阿根廷的山上。它墜落時發出的聲響震耳欲聾，嚇得一位在附近登山的人暈了過去，等那個人清醒過來后，很快就找到了隕石墜落的地方。這是一塊被稱為玄武巖的無球粒隕石，外殼呈暗棕色，這是在它快速進入地球大氣層時表面熔化而形成的。幾經輾轉，這塊隕石最終落到坐在普林茲對面的賣主手中。普林茲非常想要這塊隕石，甚至不惜用一塊同等價值的隕石與之交換。然而在此之前，要是想讓他把藏品割愛，簡直是不可能的。

從隕石看地球

世界上有數百位研究隕石的科學家，普林茲就是其中的一位。他收藏了大量的隕石，其中有許多都是通過類似的交換方式獲得的。像普林茲這樣的科學家為什么要研究隕石呢？一些研究博物館為什么要收藏隕石呢？這是因為隕石能夠告訴我們太陽系是怎樣形成的。自那個初始階段以來，許多隕石基本上完好無損地留在圍繞太陽不停運行的軌道上。這些隕石為我們提供了數千億年前星系活動的歷史資料，這段時間正是最初的固態物質在新生的太陽系上形成到地球從這些固體碎片中出現之間的時期。隕石和從月球上落下的一些巖石，成了這個起始階段的唯一檔案。地球沒有為我們提供有關其形成的信息，我們找不到可以回溯到其初始期的巖石。目前，在地球上找到的最古老的巖石只有40億年的歷史。

相對于太陽系演化這個巨大之謎而言，地球小得微不足道。雖然科學家們對遙遠過去所發生的事件的觀點不一，但大多數人都相信，太陽系開始時是一團由氣體分子和小顆粒組成的旋轉著的密集云團，是一顆已不存在的恒星的殘骸。整個云團慢慢地在旋轉中分離，形成一個密集的中心區，云團中間的溫度極高，足以把所有的固態物質汽化，這些物質便在中心區四周構成了一個旋轉著的扁平盤狀物。這些物質中的大多數都留在中心區，然后再次分離，最終形成了太陽系。在這個現在被稱為太陽星云的盤狀物中，旋轉著的氣體冷卻后凝固成固態細粒。這些物質再次結合，變成了行星。

在組建行星“地球館”時，普林茲提供了幾塊能說明太陽演化過程的隕石。他從博物館的藏品中選出3塊。其中，有一塊是可以揭示太陽系最早階段的隕石，名為阿棱德碳球粒隕石。阿棱德是北墨西哥的一個小村子，隕石墜落在該村子附近，因而取名為阿棱德隕石。碳球粒隕石是指這種隕石中含有一定比例的碳，狀如胡椒粉，呈細珠球形。球粒隕石是微粒的密集體。隕石中的球粒由普通但怪異的共生鎂鐵硅礦石組成，可能是在太陽星云閃-發熱活動中形成的。隕石球粒存在于含有多種礦物細粒和有機混合物的脈石中。這些脈石還有另外一些不明物質，其中夾雜著的白色物體主要成分是鋁和鈣，名為鋁鈣夾雜物（CAls）。CAls在高溫下固化，因而必然是太陽星云在溫度還是極高時形成的最早的一些固體。測定CAls的產生年代可用放射測年法。放射測年法這種技術可以根據放射性元素衰變產物的含量來確定物體的年代。放射測年法確定：隕石球粒已有45.66億年的歷史了，是太陽系中已知的最古老的物質。

阿棱德隕石之所以重要還有一些其他原因。首先，該隕石和其他碳隕石球粒的成分與太陽可見的外層成分類似（氫、氦和其他一些氣態元素除外），所以，它們可能是人類可以得到的太陽星云復雜的成分中最好的樣本。由于它們在成分上十分相近，我們可以利用碳隕石球粒推斷出太陽系的早期活動情況；其次，阿棱德隕石含有一些堅實的細粒，經歷了太陽星云形成時的活動過程而存活下來。其中有些典型的細粒，直徑只有數百萬毫米到數億分之一毫米，含有鉆石、碳化硅、石墨和剛玉（氧化鋁）。這些微粒中碳的各種不同的同位素和其他元素的比例與在太陽系中形成的物質的比例截然不同，所以人們都相信這些細粒是太陽系出現前存在的古老恒星的殘存物。

隨著太陽星云冷卻，鎂鐵礦石——地球最常見的物質——開始生成。這種物質大多數冷凝下來，與如今水星、金星、地球和火星占據的地帶上的初始太陽近似。據我們所知，它們全都是多巖石的，確切地說，都是行星，因為它們是由含硅酸鹽的巖石構成的。離太陽更遠的地方，溫度非常低，氣體都凝固起來，所以造成了木星、土星、天王星、海王星和冥王星中含有的冰塊比例更高的現象。不過這些情況都是在我們這個故事發生之前的事。在太陽星云冷卻時期，那些今后將成為陸地的行星地區中的小微粒在相互碰撞時逐步形成更大的聚集體，而更大的物體聚集更多的物質，于是增大的速度比小星體更快。這一過程的結果是生成了數十億個“星子”，星子中都有固體，沿著初始太陽周圍旋轉。

星子生成后的某一時刻，太陽系發生了繁殖活動：太陽變得灼熱起來，成為一顆恒星。分解后的塵粒落到太陽星云的中心，那里的引力變得非常大，引起了所謂的核聚變過程。在這個過程中，氫氣變成氦原子，同時釋放出能量。太陽灼熱過程排除了存留在太陽系內部的氣體和小粒子，留下的只是些足夠大而不受影響的物體——星子。這一過程成了導致我們得以存在的眾多偶發事件之一。如果太陽灼熱過程發生在星子形成之前，太陽系內部的所有物質就會全被清除干凈，那就不可能出現地球和其他多巖石的行星了。

星子在不斷碰撞和組合中繼續增大，最終其體積變得非常巨大，引力在小物體組成更大物體的過程中起著重要的作用。有種觀點認為，當單個物體被一大群小物體包圍時，在這個物體毀滅其他物體的過程中，它增大的速度會變得越來越快，結果使得月球大小的物體加速“逃亡”。直到出現兩個大的物體主宰了內部的太陽星云，這一過程才停止。這兩個大星體最終成了地球和金星。

雖然地球和金星經過數千萬年的時間才達到現在這樣的規模，但月球大小的物體的增大速度非?？?。這可以從“駱駝峽谷”看出。所謂的駱駝峽谷是普林茲為我們提供的第二塊隕石。這是一塊巖石隕石，是玄武巖球粒隕石之一。這塊隕石可能已有幾百萬年的歷史，它是由看似相當平常的玄武巖構成的。玄武巖是火成巖（熔化的巖石凝固而成），所以玄武巖球粒隕石一定來自部分熔化的物體。大部分熔化的熱量可能來自放射性元素衰變。一個物體要變熱，其體積必須大到具有一定的絕緣能力，以防止熱量損失。其最小直徑約為2000千米，相當于地球直徑的1/6。因此，從玄武巖球粒隕石中可以看出，這樣規模的物體在太陽系星云早期歷史中已經出現。

人們最熟悉的古老的宇宙殘留物自然是鐵隕石。這類隕石不是一整塊純鐵——大部分含有5%～15%的鎳。在落在地球上的900塊隕石中，鐵隕石占不足50%。但是在收藏品中，鐵隕石比較多，原因很簡單，因為它們的外觀不像普通的巖石，所以很容易被發現。大多數鐵隕石（大多數石隕石也一樣）很可能都是小行星的碎片。這些小行星圍繞著太陽旋轉，主要是在火星和木星之間運行。鐵隕石是大型行星體的巖芯的殘骸，所以從某種意義上來說，也是無法取得的地核的標本。

月球的形成

月球的形成是地球形成過程中的一次具有決定意義的大災難。月球作為地球的衛星之一，它的運行與其他的衛星不一樣，因為月球與地球的質量之比比其他衛星與其行星的質量之比要大得多。事實上，有時候可以把地球和月球一起看作是雙行星。月球從何而來？法國物理學家、哲學家勒內·笛卡兒（1596～1650）第一個對此作出科學解釋。他認為，在地球變大的過程中（即通過吸引較小的星體而增大），它的周圍繞著一團塵埃云，這些塵埃云聚集而成月球。笛卡兒的這一理論寫于1630年，伽利略因為日心說受審而被判有罪，笛卡兒的理論也隨之受到壓制，直到1664年，笛卡兒的論文才得以出版。但是地球和月球運行與這一說法是有沖突的。200年后，才有人提出與之抗衡的新理論。1879年，喬治·達爾文（1845～1912），這位英國著名數學家查爾斯的兒子，在一篇有關月球軌道演化的研究論文中提出，月球是從地球分離出來的。這一理論很快得到英國地球物理學家奧斯蒙德·費希爾（1817～1914）的響應，他提出太平洋就是這一演變留下的一條裂縫（現在我們知道，這是不可能的，因為太平洋只是在數億年間形成的）。達爾文的說法引起了科學界近一個世紀的爭論，結果證明這一學說與地球和月球的運行也不吻合。

現在普遍為大家所接受的理論是：月球是在地球與太陽軌道上一個星體碰撞時形成的。這個星體的體積約是地球的1/10，大約與火星一樣大。地質化學的論據說明，這一事件發生在太陽系開始后的大約5000萬年期間。這期間，地球的質量已有現今的50%。這個星體與地球成掠射角，并以大約2千米/秒的速度撞擊地球，碰撞產生的碎片落到地球周圍的軌道上，聚合而成一個個“小月球”，然后這些“小月球”很快就聚合成現在的月球，但是有些碎片落到了地球上，現在地球20%的質量即由此而來。這一理論被一些人接受，但并不普遍，因為雖然現有的證據有力地支持這一理論，但月球巖石的結構和地球-月球系的動態與現今已建立的所有其他理論有沖突。

早期地球的形成

地球的差異，即各地層密度和深度不斷增大，是地球史上最重大的事件。這些差異導致地核、地幔、地殼的生成，并最終形成了各大陸。輕的元素從地球內部分離出來，也導致了海洋和大氣的生成?！暗厍虻倪@些部分是如何形成的”是地質學界爭論的中心，但有一點是清楚的：雖然各地層在繼續演化，但不同的地層大都在地球形成的早期，即在已發現的最古老的地球巖石形成前就已經形成了。

在地球形成的早期，那時地球可能還在增大，鐵鎳金屬從地架上分離出來，開始形成地核。鐵鎳金屬的密度比從其中分離出來的硅酸鹽巖石的密度大很多，該金屬一旦形成，便沉積到地球的中心。地球的地核原來可能呈熔融狀，后來冷卻了，所以現在的內核是固態的，只有外核仍然呈熔融狀（液態外核快速循環流動著，為地球提供了磁場）。地核雖然是金屬，但其中8%～12%是由分解在該金屬里的輕元素構成——大多數可能是熔解在金屬中的氧、硫和碳的某種化合物。

地核分離后，留下的是硅酸鹽地幔，其絕大部分的成分是鎂-硅酸鹽礦石。標本只存在地幔大約120千米的上層。由于巖漿上升，并伴有巖石噴發到表面，我們才能得到這些標本。通過這些標本，我們知道地幔淺層是由橄欖巖構成的，這些巖石主要是由橄欖石、直輝石和斜輝石構成。還有2700千米的結構通常是憑著地震波速度推測出來的。

地球主要地層成分的平均密度

地殼和地核一樣，也是從地幔分離出來的，但是它生成的過程比較慢，事實上，現在還在增大。地殼的密度比地幔小，所以處在地幔之上。

地球開始時是一個熱的、熔融狀的行星，還是冷的、非熔融狀的？還是處于這兩種極端的中間狀態？這些問題為什么引起人們的興趣？如果地球是由巨大的星體（例如，火星或水星這樣大的星體）激烈碰撞而生成的，那么地球這顆行星的很大部分可能已經熔化了。反之，如果地球是由多個小星體聚積而成，只有它的內部深層才可能呈熔融狀?，F在人們都傾向于贊同這樣的觀點：地球的大部分物質在其早期某個增大階段是呈熔融狀態的。

還有一種頗為怪異的觀點認為，我們這顆行星一度完全為一種熔化的巖石“海洋”所覆蓋。我們有充分的證據證明，月球一度確實處于這種狀態。在月球形成后不久，存在一種月球巖漿的海洋，深約400千米。一種構成月球高地（月球較輕區域）的巖石便是證據。這些巖石是由冷卻的巖漿海洋結晶而來，密度比周圍的巖漿小，浮升起來積聚在月球表面。這個殼體的厚度大約為70千米。

我們再回頭說說地核。有一種理論認為，在早期的巖漿海洋中，一些小物體從熔融的金屬上落下，形成了地球的地核（其他行星也是如此）。重金屬沉積出來，聚集在巖漿海洋的底部和固態或部分熔融層地幔的頂部。最后，大量的金屬聚積到這種水平，它們就變得重力方向不穩定，慢慢沉入到低層的半固態地幔中，從而形成地核。

大氣和海洋的出現

據推測，當地球接近現在的規模時，增大過程實際上已經減慢，那時就已經出現了大氣。據估計，這大約發生在44.6億年前。大多數大氣源自地球本身的“排氣”——也就是作為分異過程的一個部分。我們還不清楚早期大氣的成分?，F在的火山，特別是那些熔巖出自地幔的火山，都會產生大量的水蒸氣、二氧化碳和含硫氣體（大部分是二氧化硫）。所以，如果以現今活動作為參照，早期的大氣應該同樣由這些化合物構成。當然，這不能排除早期大氣也含有其他化合物（如一氧化碳和甲烷）的可能性。在現在的火山氣體中，這些化合物含量很低。早期的大氣中沒有游離氧，這與現今的火山氣體中沒有游離氧的情況是吻合的（氧是后來有了光合作用才產生的）。

但是現在的大氣差不多含有80%的氮，而現代火山氣體中只有少量的氮，這是為什么呢？也許是因為，氮不能在地底深處這類礦石中大量存在，而水和二氧化碳卻不一樣，能長期深藏在這類礦石中。所以，早期的火山氣體中可能含有比現在還要多的氮氣，因為在地幔中，氮只能作為氣體存在，它很容易逃逸。

還有一個因素能說明為什么大氣中有很高比例的氮，那就是：從早期地球釋放出來的大多數二氧化碳和水并不存在于現在的大氣中。確切地說，海洋中大部分的水和差不多所有的氮以固態礦石形式存在于沉積巖中。三種氣體中，只有氮不同，大多數氮留在大氣中，日積月累成現在的水平。

當地球表面的溫度降低到水的沸點（100℃）以下時，最初的海洋出現了，水以雨的形式從大氣層落下。我們找不到有關最早的雨的記載。初生期的地球可能是個環境很惡劣的處所，不斷受到巨大隕石的侵襲。有的大隕石墜落時，足以使任何海洋里的水傾瀉一空，所以很可能在地球史最初的數億年中有過幾場洪災。無論如何，現存的最古老、當時在水中形成的巖石都來自西南格陵蘭，大約有38億年的歷史了。

我們之所以對早期大氣知之甚少，其中一個原因是：由于有了游離氧，后來的生命對大氣的依賴性大不如前。具有諷刺意義的是，大氣和海洋在早期穩定的環境中確實曾起過重要的作用，有了這樣的環境，生命才得以繁衍進化。

放射性和地球的年齡

1896年，科學家發現了放射性。后來新西蘭物理學家、麥克西爾大學的物理學教授歐內斯特·拉瑟福德（1871～1937）用α粒子做了實驗，首創了原子理論。在1904年他指出，放射性是另一種熱源。這意味著所觀察到的地球溫度的變化率是由于放射性而不是原始熱，那么溫度變化率在很長的時間內幾乎保持不變，因而地球的年齡可能比凱爾文所說的要長得多。拉瑟福德和他的麥克西爾大學的同事弗雷德里克·索迪（1877～1956）所做的研究表明，元素的衰變產生氦（α粒子就是氦的離子）。拉瑟福德在1905年指出，地球的年齡可以根據藏在放射性礦物中的氦的數量計算出來。

與此同時，耶魯大學的物理學家伯德倫·博爾伍德（1870～1927）發現，鈾礦中除了氦，還必然含有鉛。博爾伍德推測，鉛是鈾放射性衰變的最終產物。他接著編寫出10個原產地的含鈾礦物的數據，據他計算，地球的年齡在4.1萬～22億年之間，因產地不同結果有所不同。在大西洋的另一邊，帝國學院的物理學家羅伯特·J . 斯圖爾特（1875～1947）也在研究這一課題。他測出22種放射性礦物的樣本的成分，并根據與它們相關的氦含量，也計算出地球古老的年齡。

亞瑟·霍爾姆斯（1890～1965）是斯圖爾特的學生，后來成了愛丁堡大學的地質學教授。1911年，霍爾姆斯在博爾伍德的研究成果的基礎上，獲得了含鈾礦物的另外一些分析數據，分析結果表明：按特定地區的放射性數據計算出來的地球年齡與地質觀察得出的年齡是相符的。他通過確定巖石和礦物的年齡對發展地質年代表所作出的貢獻比任何人都大。例如，他在1927年出版的一本通俗小冊子《地球的年齡：地質思想入門》中，列舉出從23個地區取來的礦物的年齡?；魻柲匪拱l現它們與地質根據很吻合，接著便把地球的年齡確定于16億～30億年之間。

但是和凱爾文的觀點一樣，利用鈾中鉛的衰變測定巖石的年齡的方法自身存在著缺陷。問題是這種方法假定巖石中的鈾（化學符號為U）里的所有鉛已發生衰變。事實上，鉛的4個穩定同位素（化學符號為Pb）中，3個是因放射而形成的，一個從釷（化學符號為Th）衰變而成的，而不是鈾。238U和 235U分別衰變為 206Pb和 207Pb，232Th衰變為208Pb。必須記住，并非所有的 206Pb和 207Pb及 208Pb都是放射生成的，第4個同位素 204Pb完全是非放射生成的。因此在實踐上普遍都用放射生成的和非放射生成的同位素的比例，例如，利用 207Pb/ 204Pb和206Pb/ 204Pb來測量樣本中放射性生成鉛的數量。但是直到1927年，實驗化學家弗朗西斯·W. 阿斯頓（1877～1945）在劍橋大學工作期間對此才有所了解。他應用質譜儀（一種用做識別同位素質量的儀器）查明鉛是由3個基本同位素構成的，即 206Pb、207Pb和 208Pb。204Pb的相對豐度（元素豐度即元素的相對含量）低得多，在初次試驗中沒有檢測出。

10年后，阿爾弗雷德·尼厄（1911～1994）和他在明尼蘇達大學的同事制造了一臺經過改進的質譜儀，可以確定同位素相對豐度，并用這個技術研究鉛和鈾礦。1938年，他們發表了一系列的論文，闡述了 207Pb/ 204Pb和 206Pb/ 204Pb在不同樣本中的比例關系中的系統變化，提出這些變化是由于“原生”鉛（在剛生成的地球中的鉛）和后來因放射性衰變生成的鉛的混合而產生的。

1942年，E. K. 格林在莫斯科宣布了自己對地球年齡問題的見解。1946年，F. G. 霍特曼斯（1903～1966）和霍爾姆斯分別在格廷根和愛丁堡各自發表了對同一問題的答案。由于 238U衰變為 206Pb，半衰期為44.68億年，也由于 235U衰變為 207Pb的半衰期短得多，只有7.37億年，巖石 207Pb/ 204Pb和 206Pb/ 204Pb的比率在不同速率下因時間不同而有所變化。格林、霍特曼斯和霍爾姆斯三個人都意識到，根據測出樣本的 207Pb/204Pb和 206Pb/204Pb比率，可以計算出地球的年齡——如果（1）他們知道地球原生的 207Pb/ 204Pb和 206Pb/ 204Pb的比率，即原始成分的比率；（2）樣本經過一定時間與周圍環境交換，既沒有獲得也沒有丟失鉛或鈾，唯一的變化就是樣本里的鈾變為鉛。他們進一步意識到，通過對已知年齡的不同樣本中的兩種精密計時儀的比較（用于測定年齡的兩種比率），即可測出他們的設想是否正確。利用這種方法估計出的地球年齡，最大相差30億～40億年。但是困難在于他們并不知道原始成分。地球的原始成分到底是什么？缺乏像地球一樣古老的樣本，我們該怎么確定呢？

答案來自隕石。加利福尼亞技術學院的克萊·佩特森（1922～1995）和他的同事在1953～1956年間發表的一系列論文中，提到了未解的這部分謎底。他們設想，地球和隕石都是在太陽系中由同一種材料構成，且是在同一時間形成的。如果這一說法正確的話，他們推測出，隕石的原始鉛同位素的成分應該與地球未知的原始鉛同位素的成分相同。于是，他們測量了“代勃洛峽谷”鐵隕石中的鈾和鉛的含量和隕硫鐵礦的同位素比率。這一隕石于5萬年前在亞利桑那州墜落，當時還形成了一個隕石坑。隕硫鐵里可能含有少量鉛，但絕沒有數量可觀的鈾，所以他們爭辯道，由于沒有鈾的存在而產生的放射性鉛，隕石中隕硫鐵的 207Pb/ 204Pb和 206Pb/ 204Pb比率也和地球原始時的情況一樣。既然這種隕硫鐵的成分代表地球的原始成分，他們發現地球上的某些樣本的年齡只能是45億年。這個年齡與他們在分析一些隕石后獲得的數據相符。此后，佩特森和他的同事們在1955年發表的論文中，提出有力的證據來證明他們早期的假設：因為3塊球粒隕石和2塊鐵隕石的年代一樣，可見地球和隕石都是“太陽系的組成部分”?，F在我們知道，地球和隕石并非形成于同一時間，特別是在45.66億年前太陽星云形成后的大約10億年間，地球才達到現在的規模。但是佩特森和他的同事們說得對：地球和隕石是太陽系的組成部分。除了研究鉛，他們也研究其他的同位系，經過無數次的研究，最終正確地確定了地球的年齡。

大陸和大陸殼體

大陸殼體占地球表面41%的面積（有的地方在水下，只有30%的地球表面是在水平面之上），各處的厚度不盡相同。大陸古老而穩定地區被稱為穩定地塊，平均厚度達43千米。穩定地塊比年輕的殼體區域要厚，但是比仍在活躍形成期中的山巒要薄。例如，阿爾卑斯山殼體的厚度約有50千米，而喜馬拉雅山后的西藏高原厚達78千米。山脈是在大陸的邊緣形成的，大陸相互重疊，殼體就厚，由于這里的大陸交疊在另一個大陸之上，殼體便發生碰撞。隨著山脈的擠壓，在其側面逐漸形成了大盆地，堆積起由被侵蝕的山脈提供的沉積物。盆地上累積起來的沉積物可能達10千米之厚。這些沉積物慢慢被掩埋，變成了沉積巖，進一步被埋掩后，沉積巖就變成了變質巖。事實上，深層地殼很大一部分都是變質巖，特別在山麓，因而對山麓的研究是解讀山脈歷史的主要方法。

上層殼體是我們看得見的，所以已為人所熟知。在廣大地區，上層殼體表面有一層數千米厚的沉積物，更深處暴露在山脈和大陸古老的區域上，其上部主要由花崗巖和變質沉積巖構成?？上攵?，殼體頂部的巖石一般不像普通的巖石那般致密，每立方厘米大約是2.60～2.75克。反之，下部殼體由于很少暴露在地面，所以鮮為人知。只有為數不多的幾種樣本是在熔巖中發現的，當巖漿偶爾碰到巖石，這些熔巖穿過去升到表面，但是這些樣本很稀少。所以，我們主要是從傳播和反射地震波的方式推斷出大陸殼體的特性。

我們是如何知道這些信息的？首先，深層殼體的地震波傳播的速度比上層快，這說明深層殼體的巖石密度更高。其次，深層殼體的許多地方反射一些地震能，表明許多深層殼體是層層疊疊的。在深層殼體深處，壓力比地表面高數千倍，溫度高達400℃～700℃，所以這一“地震反射器”可能反映出分層的沉積巖和火成巖在被掩埋的過程中，變成了致密的晶狀變質巖。

深層殼體還有一種重要的構成成分，那就是被稱為輝長巖的火成巖，這不過是等同于玄武巖的更粗糙的晶粒侵入巖體。輝長巖巖漿（玄武巖巖漿）源自上層地幔的部分熔化。巖漿堆積成管狀，然后向上移，侵入附近的殼體的基礎。由于這種巖漿相對致密，通常不會成為上層殼體，更不用說到達地面而成為火山了。

比起類似的海洋殼體來，大陸殼體比較厚，通常處于更高的位置，更深地穿入地幔。事實上，大陸的表面平均高出海平面125米，一部分（15%）高出2千米。反之，海洋的平均深度是4千米。大陸之所以要高得多，是因為它們“漂浮”在密度更大的地幔上。

大陸“漂浮”也意味著它們根據加在其上的負載做出相應的向上或向下運動。因為雖然下面的熱地幔是固態巖石，卻仍在延展，只要有足夠的時間，它們就會像油灰那樣浮動。大陸的垂直運動在有的地方很明顯，這些地方的冰層很容易融化，從而減輕了加在大陸上的重量。斯堪的納維亞便是這樣的地區之一。那里的冰蓋大約在1.8萬年前開始融化，到了8000年前冰蓋就完全消失了。隆起最大的地區在過去的1萬年間升高了280米以上，現在還在以每年約8毫米的速度升高。抬升時的地質特征被清晰地記錄下來，就像古時的海灘在現代已遠遠高出海平面。

最初的大陸殼體

地球存在的最初7億年間是初始時期，即45億～38億萬年前。這時除了少量的叫作鋯石和奇石的稀有礦石晶體外，沒有別的東西。我們只能通過對月球、隕石和其他行星的認識，間接了解這一遙遠年代的情況。例如，布滿月球表面的坑坑洼洼表明，地球在初始時也遭受過嚴重的撞擊，但是撞擊的頻率和規模隨著時間的流逝而減緩。在某個未知的時期，也許是地球起源后的數千萬年間，已形成幾塊大陸殼體?，F在知道的最古老的地球巖石是阿卡斯嗒片麻巖。這是一種花崗巖變質體，取自加拿大耶洛納夫以北大約250千米的西北屬地。根據這塊巖石內所含的稀有鋯石晶粒判斷，其年齡為40.55億年。但是，鋯石的晶粒本身表明已超過43億年的歷史。由于大多數鋯石是隨著花崗巖固化而少量生成的，而花崗巖一般只存在于陸殼中，這些古老的鋯石的存在表明，在阿卡斯嗒片麻巖出現前，早期的大陸就已經開始形成了。

鋯石為我們提供了獨一無二的能看到地球遙遠過去的機會?？吹竭@時期地球的活動多么令人驚奇，我們可以從中了解到地球的變遷。這種礦石在大多數巖漿（尤其是花崗巖巖漿）中微量結晶，也可能是在火成巖和沉積巖兩者變異的過程中（巖石在高溫和/或高壓影響下礦物質和結構發生變化）形成。鋯石非常硬，所以當主巖被抬升或侵蝕時，鋯石晶粒通常不受侵蝕影響而存留了下來，順流而下，作為沉積物的一部分沉積在河床或海岸上。鋯石不但堅硬，而且不容易與其他物質發生反應。正因為此，鋯石經受得住深埋和變異而存留下來，而且比被發現存留其中的其他巖石更古老。事實上，在變異的過程中，在老晶粒周圍通常生成新的邊緣，新的鋯石上會生成一個生長環。某些鋯石會有幾個類似樹的年輪的生長環，按年齡，老的環外套著一個較年輕的環。這類鋯石經歷了幾輪掩埋、變異、增大和上升，及其主巖的侵蝕，每一個生長環也許都要花數億年才能形成。鋯石的每個晶粒的年齡、每一個生長環的年齡都可以用鈾-鉛測定。