由于地质资料的匮乏，目前人们对太古代地球地貌的了解十分有限。尽管大陆地壳可能在40亿年之前已经和现今大陆的规模一样，但它被淹没或暴露的程度尚不清楚。大洋岩石圈的演化是了解早期地球陆地暴露规模的一个关键因素。尽管现今大洋岩石圈随着年龄增加而逐渐下沉，但近期耶鲁大学Rosas和Korenaga根据地幔对流数值模拟表明由于太古代地幔中高的放射性同位素的存在，内部加热较高，促使地幔停止下沉，可能导致海底在25亿之前变浅（图1）。基于该模式，该研究认为以火山岛和重新浮出海面的海底山脉或海洋高原形式出现的暴露陆地块可以长时间地保持为陆地，并且可能是太古代唯一稳定的陆地斑块。因此，该研究对生命起源的可能地点进行了重新评估，并指出生命可能起源于陆地而不是海洋环境。该项研究成果近期发表于Nature Geoscience。
图1 现今及早期地球海洋岩石圈的水深演化。
核碱基（nucleobase）起源于早期地球或起源于地球外部。然而，具有自我复制能力的复杂生物分子的合成涉及到碱基聚合成核苷酸和核酸。因为聚合需要精确的热力学条件，而这些条件在早期的地球上不太可能普遍存在，所以在讨论自然发生（abiogenesis）的可能地点时，对太古代地表环境的了解是至关重要的。目前，自然发生的候选地点包括深海热液喷口或火山侧翼附近温暖的小池塘（Warm little ponds）。尽管，温暖的小池塘通过季节性的干湿和/或冻融循环允许长期聚合，但太古代存在暴露的陆地则是该假设成立的先决条件。为了评估太古宙暴露陆块的可能性，耶鲁大学Rosas和Korenaga通过数值模拟系统地探讨了辐射成因加热对海平面、洋中脊深度和陆壳暴露面积等海底地貌的影响。为了模拟海底地形的演化，该研究采用有限元方法整合了含温度黏度和放射性加热的二维(2D)热对流方程。运行时间为5亿年，该研究思路是首先计算二维脊-平行热演化，然后水平平均，以规定的板块速度构造一个二维的脊-垂直的地幔热结构。该研究通过改变单位质量的加热速率（H）来测量放射性加热的效果，并将沉降量与H = 0时的预测值进行比较。模拟结果表明海底水深对辐射源加热最为敏感，其中H >0导致海床下沉速度比HSC（half space cooling）模型预测的要慢（图2）。该模型推断，当大洋岩石圈年龄约为0.5 ~ 1亿年时，整个太古代的海底变浅。随着H的减少，海底变浅速率降低，在17 亿年之后，海底持续下沉（图2）。相反，软流圈粘度变化对岩石圈下部对流的发生有显著影响(减少粘度导致岩石圈下部对流更早发生)（图2）。当粘度范围1019- 1020 Pa s，沉降曲线的总体演化对于一个给定的H，改变不明显，表明早期地球海底变浅可能与软流圈粘度无关（图2）。
该研究表明放射成因加热对海底深度影响明显，并证实了在早期地球，由于地幔存在较高浓度的产热元素，在25亿年前可能存在洋底变浅的过程。该研究进一步利用干舷模型（freeboard model）模拟了太古代表面环境，模拟方式包括大陆地壳快速生长和逐渐生长两种模式（图3）。尽管选择的大陆地壳生长模式确实对洋盆大小和海平面有影响，但不同模式下太古代的海底变浅都持续存在（图3）。因此，该研究结果有力地证明太古代存在海底变浅，淹没的海山和海洋高原可能会重新浮出水面（图1）。
图3 不同水通量下，快速和渐变生长模式地表环境模拟结果。
太古代陆地的存在为许多生命起源模型提供了地质学的证据。尽管聚合物有可能在矿物表面的帮助下形成或在靠近通风口的孔隙空间内形成，但该研究的结果为温暖的小池塘（Warm little ponds）模型作为替代的生命形成位置提供了证据。尽管这些海洋岛屿和高原的空间范围可能有限，但这些陆地块保持在陆地上的证据是充分的，因为这是由长期的地幔加热所支持的。考虑到深海热液喷口作为一个可能生命自然发生（abiogenesis）地点的热力学限制，本研究结果表明，温暖的小池塘是一个可行的生命起源地点，即生命或起源于陆地而非海洋环境。
该项研究近期发表在Nature Geoscience上：Rosas, J. C., & Korenaga, J. (2021). Archaeanseafloors shallowed with age due to radiogenic heating in the mantle. Nature Geoscience. doi:10.1038/s41561-020-00673-1
