新聞動(dòng)態(tài)廣州地化所、深地科學(xué)卓越研究中心揭示哥倫比亞超大陸的裂解機(jī)制
元古宙一直被認(rèn)為是具有環(huán)境演化停滯和構(gòu)造穩(wěn)定特征的一段“無聊時(shí)期”，以大氣和海洋具有極端低氧、條帶磁鐵礦和冰期事件缺乏等為特征。然而，這一時(shí)期似乎并不那么“無聊”，在這期間，哥倫比亞超大陸發(fā)生裂解（1.6-1.3 Ga）。最近的研究表明這一時(shí)期的氧化作用比預(yù)期的更加活躍和強(qiáng)烈，越來越多的證據(jù)也表明該時(shí)期表層系統(tǒng)演化并不那么“靜止”，顯示出波動(dòng)演化特征。目前，仍然不確定是什么因素導(dǎo)致該時(shí)期演化特征具有如此波動(dòng)性。顯然，揭示哥倫比亞超大陸的裂解機(jī)制無疑對認(rèn)識這段神秘期具有重要意義。
雖然哥倫比亞超大陸的裂解方式可能給該時(shí)期的環(huán)境效應(yīng)帶來巨大的影響，但對于哥倫比亞超大陸裂解機(jī)制的研究卻非常薄弱。同時(shí)由于哥倫比亞超大陸經(jīng)歷了至今將近二十億年的地質(zhì)演化歷史，其陸塊巖石大多都遭受后期多期次事件的改造，使得揭示哥倫比亞超大陸裂解機(jī)制更加困難。為了解決上述問題，中科院廣州地球化學(xué)研究所、深地科學(xué)卓越研究中心的科研人員黃宗瑩和袁超及其合作者以位于中亞造山帶南部中天山地塊的中元古代巖漿巖為切入口，并結(jié)合全球陸塊的中元古代巖漿和地幔柱活動(dòng)的相關(guān)記錄，揭示哥倫比亞超大陸的裂解機(jī)制，為理解元古宙神秘時(shí)期提供啟示。
研究結(jié)果表明，在中亞造山帶中天山地塊出露的中元古代巖漿巖主要為一套1.48-1.45 Ga的花崗巖類，顯示出I型花崗巖特征，具有俯沖帶巖漿成因的特點(diǎn)；它們形成于曾經(jīng)屬于哥倫比亞超大陸外緣的現(xiàn)今北歐地區(qū)的芬諾斯坎迪亞（Fennoscandia）邊緣。對比這些結(jié)果與中天山地塊和中亞造山帶其他地區(qū)以及Fennoscandia現(xiàn)有的中元古代巖漿作用發(fā)現(xiàn)，他們都具有相似的典型俯沖巖漿的特征，表明上述區(qū)域存在一條與哥倫比亞超大陸裂解相聯(lián)系的中元古代俯沖體系。進(jìn)一步通過統(tǒng)計(jì)全球陸塊的俯沖記錄發(fā)現(xiàn)，哥倫比亞超大陸的外緣陸塊都具有同時(shí)期的中元古代俯沖記錄（~1.6-1.3 Ga，圖1a和圖3），而這些俯沖增生記錄鮮少在超大陸內(nèi)部陸塊產(chǎn)出（圖3），這表明哥倫比亞超大陸在裂解時(shí)期存在環(huán)超大陸俯沖體系的發(fā)育。
圖1 （a）哥倫比亞超大陸裂解時(shí)期不同陸塊的俯沖帶（綠色柱條）和地幔柱相關(guān)巖漿活動(dòng)記錄（紅色和藍(lán)色圓點(diǎn)）統(tǒng)計(jì)圖；（b）環(huán)哥倫比亞超大陸板片俯沖（綠色條帶）與地幔柱相關(guān)的巖漿活動(dòng)關(guān)系圖。環(huán)哥倫比亞超大陸在俯沖板片后撤發(fā)生地殼減薄時(shí)期（crustal thinning）出露有期間歇性的地幔柱相關(guān)的巖漿活動(dòng)（箭頭），而在環(huán)哥倫比亞超大陸板片發(fā)生前進(jìn)式俯沖地殼加厚時(shí)期（crustal thickening）鮮有同時(shí)期的地幔柱巖漿活動(dòng)發(fā)生
圖2哥倫比亞超大陸裂解時(shí)期各陸塊中基性巖統(tǒng)計(jì)圖，中基性巖落入到島弧和洋島玄武巖過渡區(qū)域，指示俯沖印記疊加
圖3 哥倫比亞超大陸裂解時(shí)期古地理重建圖（1.55–1.35 Ga），指示哥倫比亞超大陸裂解主要是通過環(huán)超大陸俯沖作用導(dǎo)致，并在俯沖過程中伴隨有多階段地幔柱相關(guān)的巖漿活動(dòng)產(chǎn)生。A-B為哥倫比亞超大陸裂解從外緣到內(nèi)部剖面圖
研究還發(fā)現(xiàn)，在環(huán)超大陸俯沖發(fā)生過程中，總伴隨著中元古代間歇性的地幔柱相關(guān)的巖漿活動(dòng)（圖1a）。通過地球化學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)這些地幔柱相關(guān)的巖漿在地球化學(xué)上疊加了俯沖帶印記（圖2）。這表明環(huán)超大陸俯沖與地幔柱相關(guān)的巖漿作用具有一定成因上的聯(lián)系。通過統(tǒng)計(jì)哥倫比亞超大陸裂解時(shí)期的全球陸塊地幔柱相關(guān)的巖漿記錄和解析環(huán)哥倫比亞超大陸俯沖板片幾何形態(tài)變化特征發(fā)現(xiàn)，哥倫比亞超大陸的裂解并不是一個(gè)單一的過程，期間伴隨有其外緣陸塊的地殼變薄與增厚相互交織的過程。其中，在環(huán)哥倫比亞超大陸俯沖板片發(fā)生后撤地殼減薄時(shí)期，總伴隨有間歇性的地幔柱相關(guān)的巖漿作用的發(fā)生，而在環(huán)哥倫比亞超大陸板片前進(jìn)式俯沖發(fā)生地殼加厚時(shí)期，鮮有同時(shí)期地幔柱相關(guān)巖漿活動(dòng)的記錄（圖1b）。這些觀察表明，環(huán)超大陸俯沖作用對哥倫比亞超大陸的裂解起著主導(dǎo)作用，并在俯沖進(jìn)行過程中伴隨有地幔柱相關(guān)的巖漿活動(dòng)的出現(xiàn)（圖3）。該研究結(jié)果因此表明中元古代的構(gòu)造活動(dòng)比前人認(rèn)為的要活躍得多，這可能是這一時(shí)期表生環(huán)境演化波動(dòng)的原因。因此，在認(rèn)識中元古代環(huán)境和生命演化與成礦作用時(shí)，應(yīng)考慮環(huán)哥倫比亞超大陸俯沖作用的主導(dǎo)作用和伴隨的地幔柱相關(guān)的巖漿活動(dòng)對該時(shí)期表生效應(yīng)的影響。
相關(guān)成果發(fā)表在Precambrian Research期刊上。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.precamres.2021.106287
（同位素地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室供稿）
