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科學(xué)家揭示地球大陸地殼成分演化歷史

發(fā)布時間:2023-04-03 10:33:00來源: 光明日報

  本報合肥4月2日電(記者丁一鳴 通訊員王敏)日前,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院黃方教授課題組和美國加州大學(xué)Santa Barbara分校Roberta L. Rudnick教授合作,通過冰磧巖和火成巖的釩(V)同位素研究,確定長英質(zhì)成分主導(dǎo)的陸殼形成于距今30億年之后。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《美國國家科學(xué)院院刊》。

  地球自45.6億年前形成以來,經(jīng)歷了漫長的演化和分異。現(xiàn)今的地球是太陽系中唯一一個擁有長英質(zhì)大陸地殼的類地行星。大陸地殼最初的成分是來自地幔的鎂鐵質(zhì)巖漿,而板塊運動使得大陸地殼進一步演化,并形成大面積的長英質(zhì)陸殼。

  大陸地殼的化學(xué)成分變化對地球演化、板塊運動和行星宜居性有著重要的意義。幾十年來,研究者們根據(jù)不同方法得出兩種相反的認識。其一是太古宙早期以來,大陸地殼就已經(jīng)是長英質(zhì)成分主導(dǎo);其二是太古宙中晚期之前,大陸地殼成分仍然是鎂鐵質(zhì)成分主導(dǎo),從鎂鐵質(zhì)向長英質(zhì)成分的轉(zhuǎn)變發(fā)生在太古宙中晚期—元古宙早期。產(chǎn)生爭議的主要原因在于采用的地球化學(xué)指標具有多解性,釩同位素則提供了一個可靠的方法。

  科研人員首先通過分析俯沖帶鈣堿性火成巖的釩同位素組成,對比全球拉斑和鈣堿性火成巖、太古宙綠巖帶火成巖的數(shù)據(jù),在排除磁鐵礦過度結(jié)晶的樣品后,發(fā)現(xiàn)火成巖的釩同位素組成和二氧化硅含量以及氧化鎂含量的相關(guān)性適用于太古宙的樣品。

  為了探索大陸上地殼成分隨時間的變化,研究人員進一步測量了冰磧巖釩同位素組成。冰磧巖常被用來研究大陸地殼組成,但是冰磧巖受到膠結(jié)物質(zhì)以及風(fēng)化改造的影響,其主量元素不能直接用來指示陸殼成分。作為國際上少數(shù)實現(xiàn)高精度釩同位素測量的團隊之一,黃方團隊前期的研究表明,釩同位素組成不易受到風(fēng)化、蝕變改造的影響。冰磧巖的釩同位素組成可用于直接計算其原巖的主量元素含量。

  進一步,研究人員結(jié)合得到的巖漿巖釩同位素組成—二氧化硅含量—氧化鎂含量線性關(guān)系與冰磧巖釩同位素組成,重建了古老大陸上地殼成分,發(fā)現(xiàn)在中太古代(距今30億年前)時大陸上地殼依然以鎂鐵質(zhì)成分為主,而從鎂鐵質(zhì)到長英質(zhì)地殼的轉(zhuǎn)變發(fā)生在距今30億年之后。

  研究人員表示,這個成分轉(zhuǎn)變可能標志著全球板塊構(gòu)造的開始,表明全球板塊構(gòu)造運動的啟動不可能早于30億年前。

(責(zé)編:李雨潼)

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