Science： 地球板块运动始于30亿年前*

刘文浩　编译

(中国科学院兰州文献情报中心， 兰州730000)



Science： 地球板块运动始于30亿年前*

刘文浩※编译

(中国科学院兰州文献情报中心， 兰州730000)

地球板块运动的启动时间和机制一直是构造地质学领域备受争议的一个科学问题。 2015年11月12日刊登于Nature的一篇文章《地球上板块构造由地幔柱诱导俯冲产生》(Plate tectonics on the Earth triggered by plume-induced subduction initiation)提出， 第1次板块运动是由地幔柱诱导产生， 但是， 对于这一运动发生的最初时间一直未有定论。 一种观点认为， 这一过程在45亿年前地球形成不久便已经产生， 另外一种观点则认为， 其产生于8亿年前后。 2016年1月22日， Science文章《太古代上地壳由镁铁质向长英质的过渡标志着板块运动的开始》(Archean upper crust transition from mafic to felsic marks the onset of plate tectonics)报道了马里兰大学的一项最新研究成果， 研究人员基于对镁元素相关的微量元素的比值分析， 认为最早的板块运动始于30亿年前。

板块运动“零点”的地球地壳化学成分明显有别于其他类地行星。 相比火星、 水星、 金星甚至是月球， 现今的地球大陆地壳含有更少量的镁元素。 然而， 在早期历史中， 地球地壳和其同类非常相似， 具有更高比例的镁元素。 地壳经过演化成为了含有更多花岗岩但是贫镁的岩石， 最终组成了地球大陆的基岩。 许多地质学家认为， 板块运动驱动着这种演化过程， 并且使得地壳下部水参加进来， 该过程也是形成花岗岩的重要条件。 研究人员强调， 如果没有花岗岩， 就不会有大陆， 但是， 如果没有深部水进入地球， 也就不会有花岗岩。 板块运动的开始将大量水引入地幔。 通过对地壳成分和板块构造活动的关联分析， 研究人员提供了最直接的地球化学证据来反映板块运动过程。

古岩石中的镁组分是经历漫长的地质历史而形成的， 因此， 其也可以揭示地壳岩石何时向低镁状态的转化。 但是， 这种证明过程是困难的， 因为直接的证据“镁”一旦暴露在岩石表面就会被淋洗至海洋中。 该研究中， 科研人员利用微量元素不溶于水的特征， 成功避免了这一问题。 研究发现包括镍、 钴、 铬、 锌在内的微量元素在镁元素被淋失之后可以存在很长的时间。 研究人员通过对比这些元素比例特征得出： 镍钴比和铬锌比与原岩中高的镁含量具有一定的相关性， 可以有效指示过去镁元素的含量， 这也是首次发现和使用这种相关性。

通过对形成于太古宙(4～25亿年)以前的大量古老岩石的分析， 研究人员获得了其微量元素数据， 基于这些数据， 建立了早期地球的地球化学成分模型。 该模型可以解释镁元素(尤其氧化镁)在地壳中的含量变化过程。 模拟结果表明： 在30亿年前， 地壳中约有11%的氧化镁， 在5亿年前后， 这一数值下将至4%， 几乎与现代的约2%～3%的含量十分接近。 因此， 研究人员推测板块构造或开始于30亿年前， 并且在那时起开始形成了我们看到的大陆。 研究人员表示， 由于大陆地壳的演化与地球上许多重大地质过程联系紧密， 这项研究将可以为未来地球历史研究提供有力证据， 对进一步了解地球大陆的形成机制有着积极的作用。

文献来源： Tang M， Chen K， Rudnick R L. Archean upper crust transition from mafic to felsic marks the onset of plate tectonics. Science， 2016， 351(6271): 372-375. doi: 10.1126/science.aad5513.

中图分类号：P315；

文献标识码：D；

doi:10.3969/j.issn.0235-4975.2016.04.004

* 收稿日期：2016-02-22； 采用日期： 2016-03-08。

※通讯作者： 刘文浩， e-mail: liuwh@llas.ac.cn。