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我国学者与海外合作者首次在现代洋中脊发现大于25亿年的大陆克拉通地幔

资助成果

2022-06-23   来源 : 地球科学部

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图1 西南印度洋脊海底构造及深海橄榄岩采样位置

 

图2 太古宙克拉通地幔从大陆再循环至洋中脊的模型图

  在国家自然科学基金项目(批准号:42025201)资助下,中国科学院地质与地球物理研究所刘传周研究员与美国、德国科学家开展合作,对西南印度洋超慢速洋脊的深海橄榄岩开展了系统的年代学、岩石学与地球化学研究,并结合数值模拟研究,提出冈瓦纳大陆裂解过程中,南非太古宙克拉通地幔通过地幔柱热化学侵蚀作用进入软流圈,并通过地幔对流作用循环至现今西南印度洋中脊。相关成果以“太古宙克拉通地幔循环至洋中脊(Archean cratonic mantle recycled at a mid-ocean ridge)”为题,2022年6月1日在线发表于《科学进展》(Science Advances)。全文链接:https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abn6749

  大陆主要由克拉通和造山带构成,其中克拉通主要形成于18亿年以前的地球早期,是地球表层的重要组成单元。古老克拉通多具有巨厚(>200 公里)的岩石圈根,且由于其密度和热流值较低、刚性较大,能够避免遭受后期地质作用的改造,因此被认为是地球上最稳定的地区。然而,大量的研究表明全球克拉通的巨厚岩石圈根可以发生部分乃至整体性的移除,从而导致克拉通发生显著的岩石圈减薄,甚至导致其失去稳定性而发生强烈的破坏。减薄的太古宙克拉通地幔通常被默认进入到软流圈中。考虑软流圈可以在全球范围内发生地幔对流,并且在洋中脊发生被动上涌和减压熔融,从而形成新的大洋岩石圈。因此,现今洋中脊的深海橄榄岩作为软流圈部分熔融后的残留体,是寻找软流圈中的太古宙克拉通地幔的最佳载体。

  本研究系统分析了西南印度洋深海橄榄岩的化学组成(图1),发现它们的成分特征与太古宙克拉通地幔包体具有相似之处,而与前人发表的全球深海橄榄岩存在显著的差异,并通过测定其全岩Re-Os 同位素,确定部分它们代表太古宙克拉通地幔(最老年龄为~28亿年)。在此基础上,开展地球动力学数值模拟研究,提出这些样品可能来源于南非太古宙克拉通,在地幔柱热侵蚀作用下进入软流圈,经由地幔对流循环至现今西南印度洋脊(图2)。

  本研究结果为证实低密度的太古宙克拉通地幔可以通过某种构造作用进入软流圈提供了确切的证据,为研究克拉通的形成演化乃至破坏提供了新的视角。克拉通岩石圈的形成和演化是地球科学的核心问题之一。根据海底拖网的资料,太古宙克拉通地幔在西南印度洋脊出露的规模为数公里至数十公里,这为未来克拉通地幔研究提供了除地幔包体以外的另一个重要窗口。此外,该结果对于认识软流圈地幔不均一性的规模与成因、地球早期陆壳增生的时间与机制提供了重要的制约。


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