地球曾是一颗“大水球”？
如果地球上根本没有陆地，我们会不会早就进化成了“鱼人”？
可以像鱼类一样畅游深海，乘坐水下交通工具穿梭通勤，在海底建起霓虹闪烁的龙宫城市……听起来是不是挺酷的？在这个没有陆地的平行宇宙里，人类似乎能点亮一套完全不同的科技树，过上另一种惬意的生活？
但遗憾的是，从地球演化的视角来看，这一切大概率不会发生。
水下文明想象图
图片来源：AI生成
陆地：地球生命跃迁的基石
如果地球从未有过大片陆地，而是被一片汪洋覆盖，那么这个星球可能不会有文明，不会有鱼形的人类，不会有繁荣的动植物群落，不会有稳定的气候，氧气会少得可怜，生命可能会停留在极其原始的状态，以极其卑微的形式躲在深渊里，漂浮在漫无边际的海水里。
由于氧气的匮乏，地球可能会被富甲烷的有机霾覆盖，在太空中看，地球可能会变成一颗橙色星球——这会是一个贫瘠、荒芜的世界。
早期地球可能被富含甲烷的有机霾覆盖，
有机霾吸收了蓝光，导致太空中
看到的地球变成了橙色
图片来源：AI生成
大陆不仅为我们今天的文明提供几乎所有的资源和能源，它还通过风化等多种地质作用，调控着碳循环、水循环、营养元素循环，影响着大气和海水的化学组成。大陆是维系地球气候、生态系统稳定的支柱，是地球生命得以跃迁的基石。
藏在地球表面的“双峰密码”
陆地之所以存在，或者说，地球之所以有海陆之分，本质上是因为固体地球表面有两个优势高度面，高度分布呈现典型的双峰式特征，高度较低的地方形成了海洋，较高的地方形成陆地。
大约 100 年前，魏格纳也正是受到地球表面两个优势高度的启发，提出地球存在两种截然不同的地壳——陆壳与洋壳。这就像从一袋橘子里把橘子都拿出来，按大小排好放在桌子上，你发现这些橘子的大小不是连续变化，而是集中在两种大小，一种和拳头差不多，一种和乒乓球差不多，你会意识到，这些橘子可能属于两个不同的品种。
我们世世代代生活在陆地上，依赖着陆地，但是大陆对于我们仍然神秘。相比之下，人类探索海洋不过半个多世纪，我们已经了解了洋壳的绝大多数秘密。实际上，大陆的许多特殊性，也是在上世纪末海洋探测兴起后才逐渐被认识到。大陆起源和演化的许多问题，至今困惑着科学界。
穿越30亿年：
寻找“水球地球”的蛛丝马迹
岩石中记录着许多蛛丝马迹，暗示地球早期并不存在大面积陆地。例如，在地球早期，火山喷发形成的熔岩流，大多表现为枕状构造，像一个个枕头，这是典型的水下喷发特征，而陆上喷发的记录很少，这让许多学者推测，地球早期可能并不像今天这样拥有大片的陆地。
早期的地球可能是一个大水球！如果真是如此，那么大陆是什么时候从海洋中浮出水面的，成为真正意义上的大陆？
大陆岩石的风化过程会改变整个地球表面的水的氧同位素组成，出露的大陆面积越大，参与风化的岩石越多，水被改造的就越明显。有学者发现，在更早时期，海水氧同位素受到大陆风化改造的信号非常微弱；大约从30亿至25亿年前开始，这种改造信号才逐渐变得明显。
这似乎暗示，大陆正是在这一时期开始大规模浮出水面。另一些能够代表大陆出露的证据是古土壤，古土壤是岩石暴露在空气中，经历长期、复杂的风化过程形成的。许多古老大陆的地层中，古土壤的大面积出现也是在 30 亿年前后，这与海水的记录吻合。
陆壳是如何“浮”出海面的？
如果以上的证据是可靠的，地球为什么没有从一开始就有海陆二分？是什么因素控制大陆的出露？
木块浮出水面的高度，正比于整块木块的厚度
图片来源：AI生成
本质上，要让陆地稳定地露出海面，形成海陆格局，地球的固体表面需要有足够的高度差，这个高度差必须大于海水的深度，否则，一切都被海水淹没。而影响地球固体表面高度差的关键是地壳厚度差。
想象两个木块漂浮在水中，更厚、密度更低的木块浮出水面的高度必然更高，这是浮力原理告诉我们的。现在，我们把这两块木块替换成洋壳和陆壳，在亿万年的时间尺度上，陆壳与洋壳“漂浮”在流动的地幔里，就像两个木块漂浮在水里，陆壳相比洋壳更厚，密度稍低，从而拥有更高的海拔。
大陆出露与生命的“奇妙巧合”
在地球早期，或许海水的体积更大，海洋更深？但是我们对早期海洋的深度几乎一无所知。或许问题出在地壳这一边？地球早期的地壳缺乏足够的厚度差异，也就无法支撑表面的高度差？
这个问题追问下去，地球早期为什么没能在局部形成足够厚的地壳？地球早期比现在更热，岩石的强度更低，更“软”，高度更高的地壳可能会更容易向周围垮塌。或者，地壳厚度增加到一定程度，地壳的密度在高压下大大增加，不再能够提供浮力，地壳无法通过增厚来获得高度？
再换个角度，地球为什么会在局部形成更厚的地壳？为什么不是到处都差不多厚？这样一切不就都淹没在全球海洋里了吗？这个问题的本质涉及到陆壳的起源，然而遗憾的是，这么基本的问题，我们至今还没有研究清楚，学界仍然有许多争议。
这些问题，地质学家仍然在探索。大陆起源与出露的问题，看似无比遥远，无比宏大，但却关乎这个星球上的每一个生灵。大陆浮出海面的那一刻，改变的或许不仅是地球的样貌，还有整颗行星此后数十亿年的命运。
要知道，地球大气中，氧气浓度的第一次跃升，就发生在大约 24 亿年前，恰好在推测的大陆出露时间窗口之后。这种精妙的“巧合”很难不让人琢磨背后的联系。
阿拉斯加的铜河（Copper River）
源源不断地把泥沙输送到太平洋。
这些泥沙携带着磷等营养元素，
为海洋生物的光合作用提供养分
图片来源：NASA
作者：唐铭 北京大学地球与空间科学学院教授
审核：刘颖 李培元 张超 杨柳