与地球富氧的大气和丰富的水一样，地球的大陆是使地球独具宜居性、能够维持生命的一部分。尽管如此，人们对这些巨大的地壳块的形成原因及其特殊性质知之甚少。一种普遍的假说是，由于大陆地壳的铁含量低于海洋地壳，大陆地壳中缺铁的成分是地球表面大部分地区高于海平面成为陆地、适宜陆地生命生存的原因之一。
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然而，科学家们发现，地球大陆地壳中缺铁、氧化的化学成分，很可能并非如2018年提出的那样，是由石榴石的结晶作用造成的。相反，该团队认为，氧化硫可能是其原因。他们于5月4日在《科学》杂志上发表了他们的发现。
新的大陆地壳来自位于俯冲带的陆弧火山，例如太平洋西北部海岸的喀斯喀特俯冲带。这些区域是海洋板块俯冲到大陆板块之下。
2018年，大陆地壳之所以缺铁且氧化的解释归结于一组硅酸盐矿物的石榴石的结晶作用。根据该理论，陆弧火山下方的岩浆中发现的石榴石会从地球的陆地板块中移除非氧化铁。同时，熔融的岩浆会因缺乏铁而变得更加氧化。
对于陆弧岩浆中缺铁和氧化的这种石榴石解释，对该研究的合著者、史密森尼国家自然历史博物馆的地质学家兼岩石馆长伊丽莎白·科特雷尔来说，曾经很有说服力。然而，其中有一个方面让她感到不安。
“石榴石稳定需要高压，而你在地壳不厚、压力不高的地区发现了这种低铁岩浆，”科特雷尔在一份声明中说。
五年前，科特雷尔和康奈尔大学的梅根·霍利克罗斯以及他们的同事们开始寻找方法来测试石榴石在陆弧火山下方的结晶作用是否真的是形成大陆地壳的必要条件。
为了验证这一点，该团队使用了活塞-缸式压力机来重现陆弧火山下方的巨大压力和高温。在13个不同的实验中，该团队在活塞-缸式压力机中，在与地壳深处岩浆房类似的压力和温度下，从熔岩中生长出石榴石样本——压力大约是苏打水罐内压力的8000倍。实验温度在1742华氏度到2246华氏度之间，足以熔化岩石。
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然后，该团队使用了来自史密森尼国家岩石馆以及世界其他收藏馆的石榴石，这些石榴石的氧化铁和非氧化铁含量已经已知。
随后，这些材料被带到伊利诺伊州美国能源部阿贡国家实验室的先进光子源。利用高能X射线束，该团队进行了X射线吸收光谱分析。这项技术可以通过材料吸收X射线的方式来了解其结构和成分。该团队研究了氧化铁和非氧化铁的含量，以检查和校准X射线吸收光谱测量值，并与早期实验的材料进行比较。
他们发现，石榴石没有从岩石样本中吸收足够多的非氧化铁，不足以解释形成地球大陆地壳的岩浆中的缺铁和氧化程度。
“这些结果使得石榴石结晶模型成为陆弧火山岩浆氧化且缺铁的极其不可能的解释，”科特雷尔说。“更可能的是，大陆地壳下方的地幔条件正在导致这些氧化条件。”
这些发现引发了更多问题，例如氧化和消耗铁在地壳中到底有什么作用，以及是什么在改变这些成分。
目前的主流理论是，氧化硫可能正在氧化铁，并且目前正在史密森尼学会进行研究。这项研究得到了史密森尼学会（“我们独特的星球”倡议的一部分）、国家科学基金会、能源部和莱达·希尔基金会的资助。
