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地壳为什么是分层的？
研究人员发现，上陆壳中放射性元素的富集需要高温变质作用来熔化下陆壳中的矿物质。地壳为什么是层状的？首先出现在 Sciworthy 上。
来源:Sciworthy自 42 亿年前地球形成以来，地球内部的炽热岩石已经冷却并形成晶体，这些晶体经过数百万年的积累，形成了具有层状成分的表面岩石，称为大陆地壳。大陆地壳如何形成的地质证据来自大型、古老的地壳块，称为克拉通。克拉通已经存在了数十亿年，形成了大陆的核心。
科学家表明，大陆地壳上部 10 至 15 公里（6 至 9 英里）含有高浓度的铀和钍等元素，这些元素会随着时间的推移而衰变并释放热量，称为放射性元素。然而，地壳下部 20 公里（12 英里）的放射性元素非常少。这种行星尺度差异的原因受到高度质疑，因为地球科学家不知道什么形成过程可以产生这种独特的特征。
早期研究人员认为，当构造板块碰撞时，放射性元素的浓度可能会发生变化。板块碰撞使下地壳温度升高到足以熔化含有铀和钍的矿物，如锆石和独居石。新熔化的矿物形成岩浆，然后在上地壳中上升并结晶。为了测试这一过程是否形成了层状大陆地壳，研究人员安德鲁·J·斯迈（Andrew J. Smye）和彼得·B·凯尔曼（Peter B. Keleman）将世界各地研究的地球化学数据整合到一个数学模型中，比较不同温度下放射性元素浓度的变化。
研究小组将他们的全球分析分为两类岩石，这些岩石深埋在地壳中，并通过称为变质作用的过程承受巨大的压力和温度。第一类包括由埋在地壳深处的侵蚀颗粒堆积而成的岩石，这些颗粒受到高压和高温的作用，称为变沉积岩。第二类包括岩浆从地球深处升起并在经历高压和高温之前凝固而形成的岩石，称为变火成岩。
研究人员分析了 2 种深地壳岩石中每一种的 3 个子类别。第一种是未经历过强压力或温度的岩石，第二种是经受 650 至 900°C（约 1,200 至 1,650°F）温度的岩石，第三种是经受 900 至 1,100°C（约 1,650 至 2,000°F）的岩石。研究人员对不同温度下的 3 种岩石类型的地球化学进行了建模，以确定超高温变质作用是否会导致地壳放射性元素的分化。
Smye 和 Keleman 发现，在温度低于 900°C 的变沉积岩或变火成岩中，独居石都不会熔化，这些深地壳岩石中钍含量相对较高就表明了这一点。另外，他们发现，在 900°C 以上，变沉积岩中的铀和钍浓度下降，这表明锆石和独居石等矿物正在融化。熔化的矿物进入岩浆并上升到上地壳，留下放射性元素贫乏约 0.10 ppm 的变沉积岩。
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研究小组得出的结论是，上地壳中铀和钍的富集需要高于 900°C 的温度才能引发下地壳中锆石和独居石的熔化。 900°C 以上的温度与大陆板块的运动和碰撞有关。这一结果表明，地球分化的证据已经保存了超过 30 亿年，涵盖了地球大部分的地质历史。自稳定的大陆地壳形成以来，上地壳中铀和钍的富集一直记录着超高温变质作用产生的层理。