劉文浩　編譯

(中國科學(xué)院蘭州文獻(xiàn)情報中心， 蘭州730000)

?

Science： 地球板塊運(yùn)動始于30億年前*

劉文浩※編譯

(中國科學(xué)院蘭州文獻(xiàn)情報中心， 蘭州730000)

地球板塊運(yùn)動的啟動時間和機(jī)制一直是構(gòu)造地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域備受爭議的一個科學(xué)問題。 2015年11月12日刊登于Nature的一篇文章《地球上板塊構(gòu)造由地幔柱誘導(dǎo)俯沖產(chǎn)生》(Plate tectonics on the Earth triggered by plume-induced subduction initiation)提出， 第1次板塊運(yùn)動是由地幔柱誘導(dǎo)產(chǎn)生， 但是， 對于這一運(yùn)動發(fā)生的最初時間一直未有定論。 一種觀點(diǎn)認(rèn)為， 這一過程在45億年前地球形成不久便已經(jīng)產(chǎn)生， 另外一種觀點(diǎn)則認(rèn)為， 其產(chǎn)生于8億年前后。 2016年1月22日， Science文章《太古代上地殼由鎂鐵質(zhì)向長英質(zhì)的過渡標(biāo)志著板塊運(yùn)動的開始》(Archean upper crust transition from mafic to felsic marks the onset of plate tectonics)報道了馬里蘭大學(xué)的一項最新研究成果， 研究人員基于對鎂元素相關(guān)的微量元素的比值分析， 認(rèn)為最早的板塊運(yùn)動始于30億年前。

板塊運(yùn)動“零點(diǎn)”的地球地殼化學(xué)成分明顯有別于其他類地行星。 相比火星、 水星、 金星甚至是月球， 現(xiàn)今的地球大陸地殼含有更少量的鎂元素。 然而， 在早期歷史中， 地球地殼和其同類非常相似， 具有更高比例的鎂元素。 地殼經(jīng)過演化成為了含有更多花崗巖但是貧鎂的巖石， 最終組成了地球大陸的基巖。 許多地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為， 板塊運(yùn)動驅(qū)動著這種演化過程， 并且使得地殼下部水參加進(jìn)來， 該過程也是形成花崗巖的重要條件。 研究人員強(qiáng)調(diào)， 如果沒有花崗巖， 就不會有大陸， 但是， 如果沒有深部水進(jìn)入地球， 也就不會有花崗巖。 板塊運(yùn)動的開始將大量水引入地幔。 通過對地殼成分和板塊構(gòu)造活動的關(guān)聯(lián)分析， 研究人員提供了最直接的地球化學(xué)證據(jù)來反映板塊運(yùn)動過程。

古巖石中的鎂組分是經(jīng)歷漫長的地質(zhì)歷史而形成的， 因此， 其也可以揭示地殼巖石何時向低鎂狀態(tài)的轉(zhuǎn)化。 但是， 這種證明過程是困難的， 因為直接的證據(jù)“鎂”一旦暴露在巖石表面就會被淋洗至海洋中。 該研究中， 科研人員利用微量元素不溶于水的特征， 成功避免了這一問題。 研究發(fā)現(xiàn)包括鎳、 鈷、 鉻、 鋅在內(nèi)的微量元素在鎂元素被淋失之后可以存在很長的時間。 研究人員通過對比這些元素比例特征得出： 鎳鈷比和鉻鋅比與原巖中高的鎂含量具有一定的相關(guān)性， 可以有效指示過去鎂元素的含量， 這也是首次發(fā)現(xiàn)和使用這種相關(guān)性。

通過對形成于太古宙(4～25億年)以前的大量古老巖石的分析， 研究人員獲得了其微量元素數(shù)據(jù)， 基于這些數(shù)據(jù)， 建立了早期地球的地球化學(xué)成分模型。 該模型可以解釋鎂元素(尤其氧化鎂)在地殼中的含量變化過程。 模擬結(jié)果表明： 在30億年前， 地殼中約有11%的氧化鎂， 在5億年前后， 這一數(shù)值下將至4%， 幾乎與現(xiàn)代的約2%～3%的含量十分接近。 因此， 研究人員推測板塊構(gòu)造或開始于30億年前， 并且在那時起開始形成了我們看到的大陸。 研究人員表示， 由于大陸地殼的演化與地球上許多重大地質(zhì)過程聯(lián)系緊密， 這項研究將可以為未來地球歷史研究提供有力證據(jù)， 對進(jìn)一步了解地球大陸的形成機(jī)制有著積極的作用。

文獻(xiàn)來源： 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.

中圖分類號：P315；

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：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。

※通訊作者： 劉文浩， e-mail: liuwh@llas.ac.cn。