科研速递 | 现代板块构造启动于何时?地大科研团队研究成果提供关键岩石学证据

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发表时间:2022-04-08 09:20
       近日,地大(武汉)全球大地构造中心主任蒂姆·科斯基教授带领的课题组在国际著名综合类期刊《美国科学院院刊》(PNAS)发表论文《新太古代榴辉岩相洋壳指示现代板块构造》。该文报道了华北克拉通中部造山带遵化构造带内最新识别出的新太古代末期(约25 亿年前)形成的榴辉岩相的残留洋壳,这是目前世界上已知最古老的造山带型榴辉岩相洋壳残余,为现代板块构造至少启动于新太古代(25亿年前)提供了关键岩石学证据。

       对形成宜居地球有重大贡献的板块构造过程,究竟在地球上运行了多久,科学界一直争议不断,答案从数亿年到数十亿年不等,有学者认为随着地幔的不断冷却,板块厚度及强度发生改变,板块构造样式也随之不断发生变化,从早期板块构造转变为现代板块构造。尤其是,一直以来缺乏太古宙(25亿年前)早期地球上现代板块构造活动的确凿判别性证据。

上营太古代榴辉岩野外照片和岩石样品抛光切面(暗红色为石榴石,灰绿色为单斜辉石),野外照片显示榴辉岩层被围岩辉长岩包裹


       蒂姆·科斯基教授带领团队通过详细野外填图、变质岩石学、地球化学和同位素年代学等综合研究,在华北克拉通新太古代末期(25-25.2亿年前)中部造山带内遵化—上营蛇绿混杂岩中识别出榴辉岩相洋壳残余,为地球在太古宙就已存在现代板块构造提供了关键岩石学证据。该洋壳残余主要以基性—超基性岩石团块的形式分布于高度变形的混杂岩中,呈现出典型“基质夹岩块”的野外特征,与现代板块构造体系俯冲带内的混杂岩特征完全一致。


       其中,变辉长岩团块及其包裹的石榴单斜辉石岩具有正常大洋中脊玄武岩(N-MORB)地球化学特征,为洋壳辉长岩变质而来,辉长岩的年龄经年代学测试确定为25.3—25.2亿年之前形成。石榴单斜辉石岩峰期变质温压条件为792–890°C/1.98–2.45 GPa,达到榴辉岩相变质级别。年代学数据表明,该期变质作用主要发生于24.7亿年之前。该论文认为:遵化—上营蛇绿混杂岩中的石榴单斜辉石岩和变辉长岩团块,代表了俯冲的太古宙残留洋壳。该洋壳曾至少俯冲至65—70 千米深度,发生榴辉岩相变质作用,随后洋壳断离并在俯冲隧道中发生差异性折返,构成蛇绿混杂岩。


       该论文第一作者为地学院博士研究生宁文彬,共同通讯作者为地学院和地质过程与矿产资源国家重点实验室蒂姆·科斯基教授和王璐研究员,合作作者为湖北巴东地质灾害国家野外科学观测研究站黄波副研究员。