研究提醒板块爬升起始时代的全球性地区不同_互联网资讯__分享互联网新鲜有趣好玩的事物-云易优站长平台

板块构造是地球区别于太阳系其他类地行星的次要构造特征。地球是人类和所有已知生命物种的配合家园，其宜居性的成立、改善和持久维持，包罗生命活动所需营养物量的轮回补给，适宜的大气温度、湿度、氧含量等等，都有赖于板块构造驱动的地球各圈层持续不竭的物量-能量交换。板块构造的提出至今已逾半个世纪，虽然已得到了普遍验证和撑持，但是仍存在着良多未解之谜。此中，板块构造的起始时间不断是争议更大的热点问题。

按照现今板块构造的地量地球化学研究和地球物理材料，科学家总结出一些板块构造公认的识别标记，包罗地球化学特征、高压变量感化、洋壳残片/蛇绿岩、古地磁等方面。那些标记和目标，用来确定显生宙的板块构造是胜利的，但是推展到地球早期的太古宙就存在良多不确定性，用来识别和确认板块构造的启动时代，则呈现较大的误差，差别办法给出的板块构造启动时代能够从晚于10亿年到早于40亿年不等（图1）。例如，通过研究金刚石的N含量及C-N同位素，科学家（Smart et al.，2016）认为南非Kaapvaal克拉通的金刚石中高的N含量及正的δ15N同位素指示地表岩石的再轮回，板块构造在35亿年已经起头。通过研究金刚石中包裹体组分，有学者发现32亿年前的金刚石中为单一的地幔岩石包裹体，而30亿年以来的金刚石中起头呈现榴辉岩包裹体，从而提出板块构造可能发作在30亿年以后（Shirey et al., 2011）。通过研究金刚石中硫化物包裹体的S同位素，科学家（Smit et al.，2019）发现30亿年以来的硫化物包裹体具有太古宙地表情况的33S非量量分馏，板块构造应发作在30亿年以后。操纵大陆地壳生长曲线在30亿年起头趋于平稳，学者认为30亿年起头呈现陆壳的再轮回，可能指示了板块构造的启动（Dhuime et al., 2012）。通过研究大陆地壳成分演化规律，有学者成立了大陆地壳成分与页岩和冰碛岩中Ni/Co和Cr/Zn的联络，认为在30亿年起头呈现大量长英量地壳，全球性的板块构造应发作在30亿年（Tang et al., 2016）。通过总结全球变量感化的地温梯度，有学者认为在27亿年摆布，起头呈现地球早期的双变量带，指示了板块构造从此时起头（Brown, 2006）。同样是变量感化的角度，有学者（Stern et al.，2005）则认为蓝片岩（冷爬升变量岩）的初次呈现指示了板块构造的启动发作在10亿年以后。区别于地球最早期的滞壳构造以垂向构造为主，板块构造以程度标的目的的运动为主。在一些古老的克拉通记录了古老的程度构造。例如，在格陵兰岛的研究发现大约有37-38亿年的古老增生构造（Komiya et al.,1998），在西澳Pilbara克拉通发现有32亿年的程度构造（van Kranendonk et al., 2007），在加拿大苏必利尔克拉通发现有27亿年的程度构造（Lin et al., 2005），都被解释为板块构造启动的证据。地球物理的材料对板块构造的启动也有奉献。科学家在加拿大Slave克拉通发现有残留的35亿年的切斜界面，在96-124 km深处的倾斜角度低于20°，被解释为板块爬升的陈迹（Chen et al., 2009）。在西澳Pilbara克拉通东部，科学家操纵古地磁发现32亿年的玄武岩记录了古纬度的偏转，可能反映了板块构造驱动的程度运动（Brenner et al., 2020）。基于华北克拉通的短周期密集不雅测剖面材料，连系全球其他克拉通地球物理材料，有学者（Wan et al.，2020）指出全球联动的板块构造发作于20亿年。

上述研究给出的板块构造启动时代从晚于10亿年到早于40亿年。如许的不同源于各类标记和目标之间的差别，也由地球早期地量记录不完好招致的特定记录本色上的区域性所致。因而，选择一种遍及发育的地量记录，察看此中板块构造相关目标的变革规律，或许可以获得更明白的认识。

寡所周知，太古宙大陆地壳的最次要岩石单位，是英云闪长岩（tonalite）-奥长花岗岩（trondhjemite）-花岗闪长岩（granodiorite）组合（TTG岩套），可占大陆地壳岩石构成的50%以上，而且在全球各个太古宙大陆/克拉通都有高比例散布。同时，TTG岩石是硅饱和岩浆结晶的岩石，大量发育可定年矿物锆石，能够准确定年，是研究早期地球动力学过程十分抱负的研究对象。在TTG成因研究的50年汗青中，学术界倾向于认为TTG是由含水玄武岩在角闪岩相（中-低亚相系）至榴辉岩相（高压相系）变量感化中经部门熔融构成。此中，中-低压相系可能代表了大洋高原下地壳情况，而高压相系则与爬升感化相关。因为构成的压力差别，TTG的微量元素也呈现出差别的特点。然而，TTG的构成其实不仅仅依靠部门熔融过程，岩浆从构成到侵位过程中要履历别离结晶和同化混染，那些过程会革新岩浆的微量元素含量，使得依靠微量元素判别构成压力失去效力。例如，在南非和加拿大发育的TTG中均发现有斜长石堆晶的现象。因为斜长石中含有较高的Sr，而缺乏Y和重稀土含量，形成中低压前提下构成的岩浆通过斜长石堆晶就能构成“高压型TTG”。比拟较而言, Ba在斜长石和长英量熔体间的分配系数趋近于1，即斜长石的堆晶不会形成岩浆Ba含量的变革。在次要造岩矿物中，Ba仅在钾长石和黑云母傍边相容。然而，那些矿物的参加也会形成岩浆K和Ni含量的升高，那与天然TTG的成分其实不吻合。而对Ba不相容的矿物的别离结晶会形成岩浆Mg#的降低，那也与天然TTG成分不吻合。因而TTG中的Ba含量更可能代表岩浆构成时的组分。若是爬升感化与大洋高原下地壳熔融构成的TTG岩浆在Ba含量有所差别，那么全球TTG中Ba含量随时间的持久变革就能判断爬升感化的起始。

基于上述认识，中国科学院地量与地球物理研究所副研究员黄广宇、研究员Ross Mitchell和研究员郭敬辉结合国际合做者，以太古宙均匀玄武岩做为原岩停止了相平衡模仿。成果显示，只要在低温高压的情况下可以构成高Ba含量的TTG岩浆（图2），即只要爬升情况下才气构成高Ba的TTG岩浆。通过火析现有的全球差别克拉通的TTG数据库，发现全球的TTG中Ba含量随时间演化，曾呈现过3次正向的改动，别离发作在37亿年、31亿年和28亿年摆布。进一步查验发现差别克拉通TTG中Ba含量的正向变革时间其实不不异。此中，Slave克拉通的爬升感化可能在40亿年就起头了，北大西洋克拉通和Kaapvaal克拉通紧随其后，别离在37亿年和35亿年起头呈现爬升感化。在30亿年摆布，爬升感化已经涉及到了大大都的克拉通。而较为年轻的克拉通，如SuPErior克拉通，则在27亿年起头呈现爬升感化（图3）。那些与前人报导的区域地量记录（图1）是一致的。

板块爬升感化起始时代的地区差别性，受控于良多因素，包罗岩石圈的厚度、地幔的温度、岩石圈地幔和软流圈地幔的密度差、放射性生热元素含量等。在那些方面，地球并非平均的。因而爬升感化的发作取决于各个因素的耦合，各方面前提均适宜的处所便会率先发作爬升感化。任何一处的程度运动不会孤立存在，而是通过其他地域有响应的运动来平衡。因而爬升感化会相继在全球各个位置相继发作，最末构成全球联动的板块构造，时间应该呈现在27亿年之后。那与地球持久的热演化史是一致的（图4）。

相关研究功效颁发于Nature Communications。

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