課本上說一句硅鋁層只在大陸地殼，真解釋起來可不容易

為什麼大洋地殼中沒有硅鋁層，而陸地地殼含有硅鋁層呢？

知乎用戶，心還在 人去了

這個問題的實質就是比較大陸地殼和大洋地殼的成分區別，從化學成分（地球化學）的角度來考慮兩者的形成過程，對吧。確實是很大的題目，只能淺談。回答中的名詞不懂的可以搜到。

1.審題和介紹

硅鋁層，Sial，是指地殼 Conrad 面以上的的主要由沉積岩與花崗岩等中酸性岩石（酸性岩的硅、鋁含量高，一般的「硅鋁質」岩石就是指這些酸性岩）組成的部分，化學上 O、Si、Al 為主，也含有較高 Na、K，被認為在大洋中不發育；硅鎂層，Sima，指 Conrad 面以下的地殼，成分偏鎂鐵質；兩者的命名源於硅、鋁、鎂元素英文名稱的前兩個字母，是以前的地質學家對地殼物質主要成分的高度概括和對結構的簡單劃分，在百度和維基還是可以看到的。現在這兩個稱謂在學界已經過時，因為不論是地球化學還是地球物理的證據都表明地殼的成分和結構有高度的不均一性，是很複雜的。也就是說不能把地殼、地球內部的結構想像成許多理想的均質球殼套在一起。只不過我們向別人介紹時這些順序是沒錯的，因此本題目可以認為不是偽命題。

2.前人工作 review

我按網頁答案從上到下的順序和各位交流一下吧～

@summer ice 大人提到了蛇綠岩和大洋地殼的結構，並告訴了我們大洋地殼中是可以有酸性岩的。沒錯，比如大洋中的一些斜長花崗岩，並且她的上排右圖已經表達了洋殼結構的複雜性，但是我們會發現不同岩性出現的順序還是問題不大的。蛇綠岩Ophiolite，我就不多再討論了，題主應該也有一定知識背景。不過必須指出蛇綠岩的傳統概念基本都是有問題的，外國專家們誤以為看到的幾個經典剖面就是大洋岩石圈切開的應有的樣子，然而許多研究區與之相悖，以西藏的為例，雅江蛇綠岩並不發育堆晶岩和席狀輝綠岩牆群（圖片來源是這裡，點大看）：

雅魯藏布蛇綠岩——事實與臆想 -Yarlung Zangbo ophiolite：A critical updated view

其實西藏的蛇綠岩在 1939 年就有人提出來了：Central himalaya geological observations of the Swiss expeditions 1936，希望大家能感受到研究、探索與爭辯以及確立共識之艱難。@summer ice 還提到了現代洋殼年齡的問題（它取決於板塊的大小和運動速度，進一步取決於岩石圈、軟流圈的熱狀態和成分），認為這個時間尺度內不足以使洋殼產生高度分異的複雜結構或成分，這在一定程度上可以解釋大洋地殼相對簡單的結構。

另外一位答主（@鯨魚）也比較切要地從兩種地殼的成因上解釋了兩者的區別，即形成大洋地殼的岩漿簡單地來自地幔，而形成最初大陸地殼的岩漿來自大洋地殼繼續的分異，兩者存在本質區別。這個答案涉及大陸地殼成因，暫時還是有爭議的，不過題主大體按此理解是可以的。

一貫正確也提到了密度差這個重點，並打比方解釋了大陸地殼聚散的原因，我也認同這種現象的規律性與周期性，但是當地球完全冷卻之時這種「風」可能就停了。我比較相信板塊運動是熱力學狀態演化與地球初始形成時的動力學狀態共同作用的結果。

關於迅捷斥候的答案，其實沒怎麼看懂；不建議對岩漿岩採用兩分法，因為這又涉及兩個端元是如何形成的。玄武岩和花崗岩並非一開始就存在，尤其是花崗岩，可以參考其他類地行星。這個答案的重點是在現代板塊構造的俯衝帶的一些岩漿活動，圖片展示了一些構造單元。

總而言之，題主可以先明確：大陸地殼與大洋地殼成因不同，因而成分不同；硅鎂層比硅鋁層重，後者可以逐漸地浮到前者之上，大陸的海拔高于海底；大洋地殼結構並不簡單地可用蛇綠岩來描述，蛇綠岩本身就存在多樣性，而大陸地殼的結構比大洋地殼更加複雜，由年代跨度極大的（40 億年至今）不同物質成分組成，洋殼的存在時間有限，一般不會超過 2 億年；大陸地殼的成因仍存在爭議。

3.部分文獻中對問題的相關看法

引用一些較新文章裡面的觀點來說明吧。

又厚又輕的大陸地殼主要形成於太古宙，約 30-25 億年以前（Dhuime et al., 2015；Lee et al., 2016；劉樹文等，2015）。大陸地殼整體成分是安山質的，所以你可以理解為硅鋁層和硅鎂層的綜合，也就是上下地殼的差異。（冥古宙到太古宙的）早期大陸地殼主要由花崗質片麻岩區和綠岩帶構造單元組成。當時的地球更熱，地溫梯度更高，有廣泛的火山和岩漿活動。地球動力學體制研究表明，冥古宙到古太古代以地幔柱構造體制佔主導地位：30 億年以前，地幔柱活動和地幔對流使岩石圈不斷加厚（你可以理解為表明冷卻固結的岩石圈受到來自下方的不斷補充）。初始的地殼，或者說地球表面某些位置（不見得是全球性同期產生的）的一層玄武質岩石，在地幔對流向地球深處運動的沉降部位，被地幔拖曳，使其逆沖堆疊並不斷增厚。在其深部發生麻粒岩相 - 榴輝岩相變質、部分熔融形成初始的大陸地殼花崗質岩石，也就是題主所說的「硅鋁層」物質，並孕育了早期高溫狀態的板塊熱俯衝。現代板片俯衝構造體制此後逐漸成為重要的主導體制。

同時，現有證據和模擬研究也表明（Gazel et al., 2015），俯衝帶洋殼熔融是可以形成新生地殼的。我們可以認為，在俯衝帶發生部分熔融作用形成硅鋁質酸性岩漿，就是大陸地殼硅鋁層的起源，儘管有大牛不太認同（Rudnick et al., 1995）。而洋殼起初本身是沒有硅鋁層的，除非洋殼岩石進一步演化產生這種成分。

4.再審視問題

為什麼大洋地殼沒有硅鋁層，大陸地殼有？問題本身可以簡單回答的：兩者完全是地球不同演化階段才出現的產物，形成之時，陸殼就是具有上部硅鋁質成分為主的特徵，而洋殼就是以玄武岩為主的鎂鐵質岩層。兩者若要直接關聯起來，中間可能確實要加一步變質作用。

多寫了一點，希望引出不同的觀點來指教。

提到的一些文獻：

Dhuime B, Wuestefeld A, Hawkesworth C J. Emergence of modern continental crust about 3 billion years ago[J]. Nature Geoscience, 2015, 8(7):552-555.

Gazel E, Hayes J L, Hoernle K, et al. Continental crust generated in oceanic arcs[J]. Nature Geoscience, 2015, 8(4):321-327.

Lee C T A, Yeung L Y, Mckenzie N R, et al. Two-step rise of atmospheric oxygen linked to the growth of continents[J]. Nature Geoscience, 2016.

Rudnick R L. Making continental crust[J]. Nature, 1995, 378(6557):571-578.

劉樹文, 王偉, 白翔,等. 前寒武紀地球動力學(Ⅶ):早期大陸地殼的形成與演化[J]. 地學前緣, 2015, 22(6):97-108.