地球是如何诞生的？

一天上午，世界一流陨石专家、美国自然历史博物馆陨石部主任马丁·普林兹俯身对着自己的办公桌，一位助手和一位博士后站在他身后。三个人聚精会神地审视着一块拳头大小的岩石，兴奋地与一位坐在他们对面的头发稍嫌蓬乱的人交谈。其实，普林兹是在谈一笔生意——普林兹想要得到卖方的一样东西。他们所关注的陨石一年前从天而降，偶然落到阿根廷的山上。它坠落时发出的声响震耳欲聋，吓得一位在附近登山的人晕了过去，等那个人清醒过来后，很快就找到了陨石坠落的地方。这是一块被称为玄武岩的无球粒陨石，外壳呈暗棕色，这是在它快速进入地球大气层时表面熔化而形成的。几经辗转，这块陨石最终落到坐在普林兹对面的卖主手中。普林兹非常想要这块陨石，甚至不惜用一块同等价值的陨石与之交换。然而在此之前，要是想让他把藏品割爱，简直是不可能的。

从陨石看地球

世界上有数百位研究陨石的科学家，普林兹就是其中的一位。他收藏了大量的陨石，其中有许多都是通过类似的交换方式获得的。像普林兹这样的科学家为什么要研究陨石呢？一些研究博物馆为什么要收藏陨石呢？这是因为陨石能够告诉我们太阳系是怎样形成的。自那个初始阶段以来，许多陨石基本上完好无损地留在围绕太阳不停运行的轨道上。这些陨石为我们提供了数千亿年前星系活动的历史资料，这段时间正是最初的固态物质在新生的太阳系上形成到地球从这些固体碎片中出现之间的时期。陨石和从月球上落下的一些岩石，成了这个起始阶段的唯一档案。地球没有为我们提供有关其形成的信息，我们找不到可以回溯到其初始期的岩石。目前，在地球上找到的最古老的岩石只有40亿年的历史。

相对于太阳系演化这个巨大之谜而言，地球小得微不足道。虽然科学家们对遥远过去所发生的事件的观点不一，但大多数人都相信，太阳系开始时是一团由气体分子和小颗粒组成的旋转着的密集云团，是一颗已不存在的恒星的残骸。整个云团慢慢地在旋转中分离，形成一个密集的中心区，云团中间的温度极高，足以把所有的固态物质汽化，这些物质便在中心区四周构成了一个旋转着的扁平盘状物。这些物质中的大多数都留在中心区，然后再次分离，最终形成了太阳系。在这个现在被称为太阳星云的盘状物中，旋转着的气体冷却后凝固成固态细粒。这些物质再次结合，变成了行星。

在组建行星“地球馆”时，普林兹提供了几块能说明太阳演化过程的陨石。他从博物馆的藏品中选出3块。其中，有一块是可以揭示太阳系最早阶段的陨石，名为阿棱德碳球粒陨石。阿棱德是北墨西哥的一个小村子，陨石坠落在该村子附近，因而取名为阿棱德陨石。碳球粒陨石是指这种陨石中含有一定比例的碳，状如胡椒粉，呈细珠球形。球粒陨石是微粒的密集体。陨石中的球粒由普通但怪异的共生镁铁硅矿石组成，可能是在太阳星云闪-发热活动中形成的。陨石球粒存在于含有多种矿物细粒和有机混合物的脉石中。这些脉石还有另外一些不明物质，其中夹杂着的白色物体主要成分是铝和钙，名为铝钙夹杂物（CAls）。CAls在高温下固化，因而必然是太阳星云在温度还是极高时形成的最早的一些固体。测定CAls的产生年代可用放射测年法。放射测年法这种技术可以根据放射性元素衰变产物的含量来确定物体的年代。放射测年法确定：陨石球粒已有45.66亿年的历史了，是太阳系中已知的最古老的物质。

阿棱德陨石之所以重要还有一些其他原因。首先，该陨石和其他碳陨石球粒的成分与太阳可见的外层成分类似（氢、氦和其他一些气态元素除外），所以，它们可能是人类可以得到的太阳星云复杂的成分中最好的样本。由于它们在成分上十分相近，我们可以利用碳陨石球粒推断出太阳系的早期活动情况；其次，阿棱德陨石含有一些坚实的细粒，经历了太阳星云形成时的活动过程而存活下来。其中有些典型的细粒，直径只有数百万毫米到数亿分之一毫米，含有钻石、碳化硅、石墨和刚玉（氧化铝）。这些微粒中碳的各种不同的同位素和其他元素的比例与在太阳系中形成的物质的比例截然不同，所以人们都相信这些细粒是太阳系出现前存在的古老恒星的残存物。

随着太阳星云冷却，镁铁矿石——地球最常见的物质——开始生成。这种物质大多数冷凝下来，与如今水星、金星、地球和火星占据的地带上的初始太阳近似。据我们所知，它们全都是多岩石的，确切地说，都是行星，因为它们是由含硅酸盐的岩石构成的。离太阳更远的地方，温度非常低，气体都凝固起来，所以造成了木星、土星、天王星、海王星和冥王星中含有的冰块比例更高的现象。不过这些情况都是在我们这个故事发生之前的事。在太阳星云冷却时期，那些今后将成为陆地的行星地区中的小微粒在相互碰撞时逐步形成更大的聚集体，而更大的物体聚集更多的物质，于是增大的速度比小星体更快。这一过程的结果是生成了数十亿个“星子”，星子中都有固体，沿着初始太阳周围旋转。

星子生成后的某一时刻，太阳系发生了繁殖活动：太阳变得灼热起来，成为一颗恒星。分解后的尘粒落到太阳星云的中心，那里的引力变得非常大，引起了所谓的核聚变过程。在这个过程中，氢气变成氦原子，同时释放出能量。太阳灼热过程排除了存留在太阳系内部的气体和小粒子，留下的只是些足够大而不受影响的物体——星子。这一过程成了导致我们得以存在的众多偶发事件之一。如果太阳灼热过程发生在星子形成之前，太阳系内部的所有物质就会全被清除干净，那就不可能出现地球和其他多岩石的行星了。

星子在不断碰撞和组合中继续增大，最终其体积变得非常巨大，引力在小物体组成更大物体的过程中起着重要的作用。有种观点认为，当单个物体被一大群小物体包围时，在这个物体毁灭其他物体的过程中，它增大的速度会变得越来越快，结果使得月球大小的物体加速“逃亡”。直到出现两个大的物体主宰了内部的太阳星云，这一过程才停止。这两个大星体最终成了地球和金星。

虽然地球和金星经过数千万年的时间才达到现在这样的规模，但月球大小的物体的增大速度非常快。这可以从“骆驼峡谷”看出。所谓的骆驼峡谷是普林兹为我们提供的第二块陨石。这是一块岩石陨石，是玄武岩球粒陨石之一。这块陨石可能已有几百万年的历史，它是由看似相当平常的玄武岩构成的。玄武岩是火成岩（熔化的岩石凝固而成），所以玄武岩球粒陨石一定来自部分熔化的物体。大部分熔化的热量可能来自放射性元素衰变。一个物体要变热，其体积必须大到具有一定的绝缘能力，以防止热量损失。其最小直径约为2000千米，相当于地球直径的1/6。因此，从玄武岩球粒陨石中可以看出，这样规模的物体在太阳系星云早期历史中已经出现。

人们最熟悉的古老的宇宙残留物自然是铁陨石。这类陨石不是一整块纯铁——大部分含有5%～15%的镍。在落在地球上的900块陨石中，铁陨石占不足50%。但是在收藏品中，铁陨石比较多，原因很简单，因为它们的外观不像普通的岩石，所以很容易被发现。大多数铁陨石（大多数石陨石也一样）很可能都是小行星的碎片。这些小行星围绕着太阳旋转，主要是在火星和木星之间运行。铁陨石是大型行星体的岩芯的残骸，所以从某种意义上来说，也是无法取得的地核的标本。

月球的形成

月球的形成是地球形成过程中的一次具有决定意义的大灾难。月球作为地球的卫星之一，它的运行与其他的卫星不一样，因为月球与地球的质量之比比其他卫星与其行星的质量之比要大得多。事实上，有时候可以把地球和月球一起看作是双行星。月球从何而来？法国物理学家、哲学家勒内·笛卡儿（1596～1650）第一个对此作出科学解释。他认为，在地球变大的过程中（即通过吸引较小的星体而增大），它的周围绕着一团尘埃云，这些尘埃云聚集而成月球。笛卡儿的这一理论写于1630年，伽利略因为日心说受审而被判有罪，笛卡儿的理论也随之受到压制，直到1664年，笛卡儿的论文才得以出版。但是地球和月球运行与这一说法是有冲突的。200年后，才有人提出与之抗衡的新理论。1879年，乔治·达尔文（1845～1912），这位英国著名数学家查尔斯的儿子，在一篇有关月球轨道演化的研究论文中提出，月球是从地球分离出来的。这一理论很快得到英国地球物理学家奥斯蒙德·费希尔（1817～1914）的响应，他提出太平洋就是这一演变留下的一条裂缝（现在我们知道，这是不可能的，因为太平洋只是在数亿年间形成的）。达尔文的说法引起了科学界近一个世纪的争论，结果证明这一学说与地球和月球的运行也不吻合。

现在普遍为大家所接受的理论是：月球是在地球与太阳轨道上一个星体碰撞时形成的。这个星体的体积约是地球的1/10，大约与火星一样大。地质化学的论据说明，这一事件发生在太阳系开始后的大约5000万年期间。这期间，地球的质量已有现今的50%。这个星体与地球成掠射角，并以大约2千米/秒的速度撞击地球，碰撞产生的碎片落到地球周围的轨道上，聚合而成一个个“小月球”，然后这些“小月球”很快就聚合成现在的月球，但是有些碎片落到了地球上，现在地球20%的质量即由此而来。这一理论被一些人接受，但并不普遍，因为虽然现有的证据有力地支持这一理论，但月球岩石的结构和地球-月球系的动态与现今已建立的所有其他理论有冲突。

早期地球的形成

地球的差异，即各地层密度和深度不断增大，是地球史上最重大的事件。这些差异导致地核、地幔、地壳的生成，并最终形成了各大陆。轻的元素从地球内部分离出来，也导致了海洋和大气的生成。“地球的这些部分是如何形成的”是地质学界争论的中心，但有一点是清楚的：虽然各地层在继续演化，但不同的地层大都在地球形成的早期，即在已发现的最古老的地球岩石形成前就已经形成了。

在地球形成的早期，那时地球可能还在增大，铁镍金属从地架上分离出来，开始形成地核。铁镍金属的密度比从其中分离出来的硅酸盐岩石的密度大很多，该金属一旦形成，便沉积到地球的中心。地球的地核原来可能呈熔融状，后来冷却了，所以现在的内核是固态的，只有外核仍然呈熔融状（液态外核快速循环流动着，为地球提供了磁场）。地核虽然是金属，但其中8%～12%是由分解在该金属里的轻元素构成——大多数可能是熔解在金属中的氧、硫和碳的某种化合物。

地核分离后，留下的是硅酸盐地幔，其绝大部分的成分是镁-硅酸盐矿石。标本只存在地幔大约120千米的上层。由于岩浆上升，并伴有岩石喷发到表面，我们才能得到这些标本。通过这些标本，我们知道地幔浅层是由橄榄岩构成的，这些岩石主要是由橄榄石、直辉石和斜辉石构成。还有2700千米的结构通常是凭着地震波速度推测出来的。

地球主要地层成分的平均密度

地壳和地核一样，也是从地幔分离出来的，但是它生成的过程比较慢，事实上，现在还在增大。地壳的密度比地幔小，所以处在地幔之上。

地球开始时是一个热的、熔融状的行星，还是冷的、非熔融状的？还是处于这两种极端的中间状态？这些问题为什么引起人们的兴趣？如果地球是由巨大的星体（例如，火星或水星这样大的星体）激烈碰撞而生成的，那么地球这颗行星的很大部分可能已经熔化了。反之，如果地球是由多个小星体聚积而成，只有它的内部深层才可能呈熔融状。现在人们都倾向于赞同这样的观点：地球的大部分物质在其早期某个增大阶段是呈熔融状态的。

还有一种颇为怪异的观点认为，我们这颗行星一度完全为一种熔化的岩石“海洋”所覆盖。我们有充分的证据证明，月球一度确实处于这种状态。在月球形成后不久，存在一种月球岩浆的海洋，深约400千米。一种构成月球高地（月球较轻区域）的岩石便是证据。这些岩石是由冷却的岩浆海洋结晶而来，密度比周围的岩浆小，浮升起来积聚在月球表面。这个壳体的厚度大约为70千米。

我们再回头说说地核。有一种理论认为，在早期的岩浆海洋中，一些小物体从熔融的金属上落下，形成了地球的地核（其他行星也是如此）。重金属沉积出来，聚集在岩浆海洋的底部和固态或部分熔融层地幔的顶部。最后，大量的金属聚积到这种水平，它们就变得重力方向不稳定，慢慢沉入到低层的半固态地幔中，从而形成地核。

大气和海洋的出现

据推测，当地球接近现在的规模时，增大过程实际上已经减慢，那时就已经出现了大气。据估计，这大约发生在44.6亿年前。大多数大气源自地球本身的“排气”——也就是作为分异过程的一个部分。我们还不清楚早期大气的成分。现在的火山，特别是那些熔岩出自地幔的火山，都会产生大量的水蒸气、二氧化碳和含硫气体（大部分是二氧化硫）。所以，如果以现今活动作为参照，早期的大气应该同样由这些化合物构成。当然，这不能排除早期大气也含有其他化合物（如一氧化碳和甲烷）的可能性。在现在的火山气体中，这些化合物含量很低。早期的大气中没有游离氧，这与现今的火山气体中没有游离氧的情况是吻合的（氧是后来有了光合作用才产生的）。

但是现在的大气差不多含有80%的氮，而现代火山气体中只有少量的氮，这是为什么呢？也许是因为，氮不能在地底深处这类矿石中大量存在，而水和二氧化碳却不一样，能长期深藏在这类矿石中。所以，早期的火山气体中可能含有比现在还要多的氮气，因为在地幔中，氮只能作为气体存在，它很容易逃逸。

还有一个因素能说明为什么大气中有很高比例的氮，那就是：从早期地球释放出来的大多数二氧化碳和水并不存在于现在的大气中。确切地说，海洋中大部分的水和差不多所有的氮以固态矿石形式存在于沉积岩中。三种气体中，只有氮不同，大多数氮留在大气中，日积月累成现在的水平。

当地球表面的温度降低到水的沸点（100℃）以下时，最初的海洋出现了，水以雨的形式从大气层落下。我们找不到有关最早的雨的记载。初生期的地球可能是个环境很恶劣的处所，不断受到巨大陨石的侵袭。有的大陨石坠落时，足以使任何海洋里的水倾泻一空，所以很可能在地球史最初的数亿年中有过几场洪灾。无论如何，现存的最古老、当时在水中形成的岩石都来自西南格陵兰，大约有38亿年的历史了。

我们之所以对早期大气知之甚少，其中一个原因是：由于有了游离氧，后来的生命对大气的依赖性大不如前。具有讽刺意义的是，大气和海洋在早期稳定的环境中确实曾起过重要的作用，有了这样的环境，生命才得以繁衍进化。

放射性和地球的年龄

1896年，科学家发现了放射性。后来新西兰物理学家、麦克西尔大学的物理学教授欧内斯特·拉瑟福德（1871～1937）用α粒子做了实验，首创了原子理论。在1904年他指出，放射性是另一种热源。这意味着所观察到的地球温度的变化率是由于放射性而不是原始热，那么温度变化率在很长的时间内几乎保持不变，因而地球的年龄可能比凯尔文所说的要长得多。拉瑟福德和他的麦克西尔大学的同事弗雷德里克·索迪（1877～1956）所做的研究表明，元素的衰变产生氦（α粒子就是氦的离子）。拉瑟福德在1905年指出，地球的年龄可以根据藏在放射性矿物中的氦的数量计算出来。

与此同时，耶鲁大学的物理学家伯德伦·博尔伍德（1870～1927）发现，铀矿中除了氦，还必然含有铅。博尔伍德推测，铅是铀放射性衰变的最终产物。他接着编写出10个原产地的含铀矿物的数据，据他计算，地球的年龄在4.1万～22亿年之间，因产地不同结果有所不同。在大西洋的另一边，帝国学院的物理学家罗伯特·J . 斯图尔特（1875～1947）也在研究这一课题。他测出22种放射性矿物的样本的成分，并根据与它们相关的氦含量，也计算出地球古老的年龄。

亚瑟·霍尔姆斯（1890～1965）是斯图尔特的学生，后来成了爱丁堡大学的地质学教授。1911年，霍尔姆斯在博尔伍德的研究成果的基础上，获得了含铀矿物的另外一些分析数据，分析结果表明：按特定地区的放射性数据计算出来的地球年龄与地质观察得出的年龄是相符的。他通过确定岩石和矿物的年龄对发展地质年代表所作出的贡献比任何人都大。例如，他在1927年出版的一本通俗小册子《地球的年龄：地质思想入门》中，列举出从23个地区取来的矿物的年龄。霍尔姆斯发现它们与地质根据很吻合，接着便把地球的年龄确定于16亿～30亿年之间。

但是和凯尔文的观点一样，利用铀中铅的衰变测定岩石的年龄的方法自身存在着缺陷。问题是这种方法假定岩石中的铀（化学符号为U）里的所有铅已发生衰变。事实上，铅的4个稳定同位素（化学符号为Pb）中，3个是因放射而形成的，一个从钍（化学符号为Th）衰变而成的，而不是铀。238U和 235U分别衰变为 206Pb和 207Pb，232Th衰变为208Pb。必须记住，并非所有的 206Pb和 207Pb及 208Pb都是放射生成的，第4个同位素 204Pb完全是非放射生成的。因此在实践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来测量样本中放射性生成铅的数量。但是直到1927年，实验化学家弗朗西斯·W. 阿斯顿（1877～1945）在剑桥大学工作期间对此才有所了解。他应用质谱仪（一种用做识别同位素质量的仪器）查明铅是由3个基本同位素构成的，即 206Pb、207Pb和 208Pb。204Pb的相对丰度（元素丰度即元素的相对含量）低得多，在初次试验中没有检测出。

10年后，阿尔弗雷德·尼厄（1911～1994）和他在明尼苏达大学的同事制造了一台经过改进的质谱仪，可以确定同位素相对丰度，并用这个技术研究铅和铀矿。1938年，他们发表了一系列的论文，阐述了 207Pb/ 204Pb和 206Pb/ 204Pb在不同样本中的比例关系中的系统变化，提出这些变化是由于“原生”铅（在刚生成的地球中的铅）和后来因放射性衰变生成的铅的混合而产生的。

1942年，E. K. 格林在莫斯科宣布了自己对地球年龄问题的见解。1946年，F. G. 霍特曼斯（1903～1966）和霍尔姆斯分别在格廷根和爱丁堡各自发表了对同一问题的答案。由于 238U衰变为 206Pb，半衰期为44.68亿年，也由于 235U衰变为 207Pb的半衰期短得多，只有7.37亿年，岩石 207Pb/ 204Pb和 206Pb/ 204Pb的比率在不同速率下因时间不同而有所变化。格林、霍特曼斯和霍尔姆斯三个人都意识到，根据测出样本的 207Pb/204Pb和 206Pb/204Pb比率，可以计算出地球的年龄——如果（1）他们知道地球原生的 207Pb/ 204Pb和 206Pb/ 204Pb的比率，即原始成分的比率；（2）样本经过一定时间与周围环境交换，既没有获得也没有丢失铅或铀，唯一的变化就是样本里的铀变为铅。他们进一步意识到，通过对已知年龄的不同样本中的两种精密计时仪的比较（用于测定年龄的两种比率），即可测出他们的设想是否正确。利用这种方法估计出的地球年龄，最大相差30亿～40亿年。但是困难在于他们并不知道原始成分。地球的原始成分到底是什么？缺乏像地球一样古老的样本，我们该怎么确定呢？

答案来自陨石。加利福尼亚技术学院的克莱·佩特森（1922～1995）和他的同事在1953～1956年间发表的一系列论文中，提到了未解的这部分谜底。他们设想，地球和陨石都是在太阳系中由同一种材料构成，且是在同一时间形成的。如果这一说法正确的话，他们推测出，陨石的原始铅同位素的成分应该与地球未知的原始铅同位素的成分相同。于是，他们测量了“代勃洛峡谷”铁陨石中的铀和铅的含量和陨硫铁矿的同位素比率。这一陨石于5万年前在亚利桑那州坠落，当时还形成了一个陨石坑。陨硫铁里可能含有少量铅，但绝没有数量可观的铀，所以他们争辩道，由于没有铀的存在而产生的放射性铅，陨石中陨硫铁的 207Pb/ 204Pb和 206Pb/ 204Pb比率也和地球原始时的情况一样。既然这种陨硫铁的成分代表地球的原始成分，他们发现地球上的某些样本的年龄只能是45亿年。这个年龄与他们在分析一些陨石后获得的数据相符。此后，佩特森和他的同事们在1955年发表的论文中，提出有力的证据来证明他们早期的假设：因为3块球粒陨石和2块铁陨石的年代一样，可见地球和陨石都是“太阳系的组成部分”。现在我们知道，地球和陨石并非形成于同一时间，特别是在45.66亿年前太阳星云形成后的大约10亿年间，地球才达到现在的规模。但是佩特森和他的同事们说得对：地球和陨石是太阳系的组成部分。除了研究铅，他们也研究其他的同位系，经过无数次的研究，最终正确地确定了地球的年龄。

大陆和大陆壳体

大陆壳体占地球表面41%的面积（有的地方在水下，只有30%的地球表面是在水平面之上），各处的厚度不尽相同。大陆古老而稳定地区被称为稳定地块，平均厚度达43千米。稳定地块比年轻的壳体区域要厚，但是比仍在活跃形成期中的山峦要薄。例如，阿尔卑斯山壳体的厚度约有50千米，而喜马拉雅山后的西藏高原厚达78千米。山脉是在大陆的边缘形成的，大陆相互重叠，壳体就厚，由于这里的大陆交叠在另一个大陆之上，壳体便发生碰撞。随着山脉的挤压，在其侧面逐渐形成了大盆地，堆积起由被侵蚀的山脉提供的沉积物。盆地上累积起来的沉积物可能达10千米之厚。这些沉积物慢慢被掩埋，变成了沉积岩，进一步被埋掩后，沉积岩就变成了变质岩。事实上，深层地壳很大一部分都是变质岩，特别在山麓，因而对山麓的研究是解读山脉历史的主要方法。

上层壳体是我们看得见的，所以已为人所熟知。在广大地区，上层壳体表面有一层数千米厚的沉积物，更深处暴露在山脉和大陆古老的区域上，其上部主要由花岗岩和变质沉积岩构成。可想而知，壳体顶部的岩石一般不像普通的岩石那般致密，每立方厘米大约是2.60～2.75克。反之，下部壳体由于很少暴露在地面，所以鲜为人知。只有为数不多的几种样本是在熔岩中发现的，当岩浆偶尔碰到岩石，这些熔岩穿过去升到表面，但是这些样本很稀少。所以，我们主要是从传播和反射地震波的方式推断出大陆壳体的特性。

我们是如何知道这些信息的？首先，深层壳体的地震波传播的速度比上层快，这说明深层壳体的岩石密度更高。其次，深层壳体的许多地方反射一些地震能，表明许多深层壳体是层层叠叠的。在深层壳体深处，压力比地表面高数千倍，温度高达400℃～700℃，所以这一“地震反射器”可能反映出分层的沉积岩和火成岩在被掩埋的过程中，变成了致密的晶状变质岩。

深层壳体还有一种重要的构成成分，那就是被称为辉长岩的火成岩，这不过是等同于玄武岩的更粗糙的晶粒侵入岩体。辉长岩岩浆（玄武岩岩浆）源自上层地幔的部分熔化。岩浆堆积成管状，然后向上移，侵入附近的壳体的基础。由于这种岩浆相对致密，通常不会成为上层壳体，更不用说到达地面而成为火山了。

比起类似的海洋壳体来，大陆壳体比较厚，通常处于更高的位置，更深地穿入地幔。事实上，大陆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。大陆之所以要高得多，是因为它们“漂浮”在密度更大的地幔上。

大陆“漂浮”也意味着它们根据加在其上的负载做出相应的向上或向下运动。因为虽然下面的热地幔是固态岩石，却仍在延展，只要有足够的时间，它们就会像油灰那样浮动。大陆的垂直运动在有的地方很明显，这些地方的冰层很容易融化，从而减轻了加在大陆上的重量。斯堪的纳维亚便是这样的地区之一。那里的冰盖大约在1.8万年前开始融化，到了8000年前冰盖就完全消失了。隆起最大的地区在过去的1万年间升高了280米以上，现在还在以每年约8毫米的速度升高。抬升时的地质特征被清晰地记录下来，就像古时的海滩在现代已远远高出海平面。

最初的大陆壳体

地球存在的最初7亿年间是初始时期，即45亿～38亿万年前。这时除了少量的叫作锆石和奇石的稀有矿石晶体外，没有别的东西。我们只能通过对月球、陨石和其他行星的认识，间接了解这一遥远年代的情况。例如，布满月球表面的坑坑洼洼表明，地球在初始时也遭受过严重的撞击，但是撞击的频率和规模随着时间的流逝而减缓。在某个未知的时期，也许是地球起源后的数千万年间，已形成几块大陆壳体。现在知道的最古老的地球岩石是阿卡斯嗒片麻岩。这是一种花岗岩变质体，取自加拿大耶洛纳夫以北大约250千米的西北属地。根据这块岩石内所含的稀有锆石晶粒判断，其年龄为40.55亿年。但是，锆石的晶粒本身表明已超过43亿年的历史。由于大多数锆石是随着花岗岩固化而少量生成的，而花岗岩一般只存在于陆壳中，这些古老的锆石的存在表明，在阿卡斯嗒片麻岩出现前，早期的大陆就已经开始形成了。

锆石为我们提供了独一无二的能看到地球遥远过去的机会。看到这时期地球的活动多么令人惊奇，我们可以从中了解到地球的变迁。这种矿石在大多数岩浆（尤其是花岗岩岩浆）中微量结晶，也可能是在火成岩和沉积岩两者变异的过程中（岩石在高温和/或高压影响下矿物质和结构发生变化）形成。锆石非常硬，所以当主岩被抬升或侵蚀时，锆石晶粒通常不受侵蚀影响而存留了下来，顺流而下，作为沉积物的一部分沉积在河床或海岸上。锆石不但坚硬，而且不容易与其他物质发生反应。正因为此，锆石经受得住深埋和变异而存留下来，而且比被发现存留其中的其他岩石更古老。事实上，在变异的过程中，在老晶粒周围通常生成新的边缘，新的锆石上会生成一个生长环。某些锆石会有几个类似树的年轮的生长环，按年龄，老的环外套着一个较年轻的环。这类锆石经历了几轮掩埋、变异、增大和上升，及其主岩的侵蚀，每一个生长环也许都要花数亿年才能形成。锆石的每个晶粒的年龄、每一个生长环的年龄都可以用铀-铅测定。