今天是2023年1月30日 科普地图 | 个人中心 | 创意中心 | 管理中心

登录 | 注册

首页 > 科普安徽 > 科普聚焦

板块构造最大争议终结? 中科院给出答案文章来源:科普中国 发布时间:2023-01-22

板块构造是地球区别于太阳系内其他内地线性的主要构造特征。地球是我们人类和所有已知生命物种的共同家园,地球依据性的建立,改善和长期的维持包括生命,活动所需要的营养物质的循环补给,适宜的大气温度,湿度,氧含量等等,都是依赖于板块构造驱动的。

那么板块构造理论与量子力学,分子生物学以及相对论被誉为是20世纪自然科学4大突破。那板块构造自提出到现在,已经超过了半个世纪,也得到了广泛的验证和支持。但是尽管如此,仍然存在着很多未解之谜,比方说板块构造的起始时间就是一直以来争议最大的热点问题。今天我们就来聊一聊这个话题。

根据陷阱板块构造的地质,地球化学研究以及地球物理观测资料,科学家总结出一些板块构造公认的识别标志,比方说地球化学特点,高压变质作用,?地磁等等。但是这些标志或者说指标,用来确定现实中的板块构造是成功的。但是扩展到地球早期的太古宙,就存在很多的不确定性,用来识别的和确认板块构造启动时间,出现了比较大的偏差。

这些标志或者说指标,用来确定现实中的板块构造是成功的,但是扩展到地球早期的太古宙,就存在很多不确定性。用来识别和确定板块构造的启动时间,出现较大的偏差。不同的方法给出的板块构造的启动时间,可以从早于40亿年到晚于10亿,年跨度是相当的大。当然了造成如此大的偏差除了上述的这些不同的标志和指标,当然也与地球早期地质记录的不完整有很大的关系。因此而选择一种普遍发育的定制记录,观察其中板块构造,相关指标的这种变化规律或许能够获得更明确的一些认识。

太古洲大陆地壳的最主要的岩石单元,是英云闪长岩,奥长花岗岩以及花岗闪长岩组合,也就是所谓的TTG岩套。那么这些延伸可占大陆地壳延伸的50%以上,并且在全球各个太古洲大陆,克拉通都有广泛的分布,所以说他们是研究早期地球动力学过程,非常理想的研究对象。

那么已有的研究显示,TTG当中的钡含量更可能是代表了岩浆形成的组分,如果俯冲作用于大牙高原底下,地壳熔融形成的TTG岩浆,在钡含量有所不同,那么全球TTG中钡含量随时间的长期变化,就能够判断俯冲作用的起始。

正是基于这样的一个认识,中科院的研究团队,以太古宙平均玄武岩作为原岩,进行了相平衡模拟。那么他们的研究结果显示,只有在低温高压的环境下,能够形成高钡含量的TTG岩浆。也就是只有俯冲环境下才能形成高倍的TTG岩浆。

通过分析现有的全球不同克拉通的TTG数据库,他们发现全球的TTG当中,钡含量随着时间的变化曾经出现过三次正向改变。分别发生在37亿年,31亿年以及28亿年左右。那么进一步检验发现不同克拉通的TTG钡含量的正向变化时间并不相同,其中斯坦福克拉通的俯冲作用,可能在40亿年左右就开始了,而北大西洋克拉通和这个卡普瓦尔克拉通紧随其后,分别在37亿年和35亿年开始俯冲作用。那么紧接着在30亿年左右俯冲左右,已经涉及到了大多数的克拉通,而较为年轻的克拉通,比如说这个superior克拉通则是在27亿年开始出现俯冲作用,这些与前人的报道的区域地质资料是完全一致的。

那么这个板块俯冲作用起始时代的地域差异性受控于很多因素,包括岩石圈的厚度,地幔的温度,还有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等这些方面。地球并不是均匀的,因此俯冲作用的发生,取决于各个因素的耦合关系,当各方面的条件都适合的地方就会率先发生俯冲作用。任何一处的水平运动不会孤立存在,而是通过其他地区有相应的运动来平衡。因此说俯冲作用会相继在全球各个位置相继发生,最终形成全球联动的板块构造,那么这个时间就是27亿年之后。

作者:董汉文

来源: 星空计划