研究发现5.3亿~5.2亿年前现代板块构造建立

本报讯 地球为什么能演化成人类宜居的星球？是什么在推动地球环境持续改善、推动生命出现与不断进化？日前，西北大学教授姚金龙等人与澳大利亚莫纳什大学教授Peter Cawood团队开展合作，从板块构造演化的角度，尝试解答这些问题。他们的相关研究成果近日发表在《自然—通讯》上。

姚金龙等来自中科院院士赵国春领衔的西北大学地质学系超大陆学科团队。“地球能够演化成生命星球，这有其必然性，必然中也有无数的偶然。最重要的必然性就在于地球上存在板块构造。”赵国春表示。

然而，板块构造并非地球与生俱来。约46亿年前开始，从炽热岩浆海到壳幔分异形成软盖层或停滞盖层构造（前板块阶段），到以热俯冲、浅俯冲为特点的早期板块构造阶段，到俯冲活动可能相对停滞的地球中年期，再到以大陆深俯冲为标志的现代板块构造，地球经历了漫长的地质年代旅程。赵国春说，“板块构造每一个阶段对应着地球表生圈层的不同演化阶段。”

板块构造是决定地球表生圈层演化的一级动力学，可谓推动地球时空演化的引擎。目前地质学界认定，板块构造重要的鉴定标志是蛇绿岩和高压变质岩，其中蛇绿岩是保留在大陆上的大洋岩石圈残留，是古大洋曾经存在的直接证据。此外，板块构造要求有稳定的俯冲，且俯冲作用要具有全球性，即全板块尺度。

姚金龙及团队部分成员在青藏高原北缘、塔里木南缘的阿尔金造山带厘定了大型的蛇绿岩套——木拉布拉克蛇绿岩，并发现该蛇绿岩地幔—地壳端元和橄榄岩中的矿物均记录了从大洋中脊向俯冲带上盘演化的二元演化过程，展示其为Mariana型初始俯冲蛇绿岩。同时，他们在蛇绿岩中发现大量大理岩和深海沉积相的红色硅质岩。

通过进一步分析研究，他们总结了冈瓦纳大陆北缘众多东亚陆块所记录的地质事件的时空变化规律，提出原特提斯洋的主体洋盆初始俯冲发生在约5.3亿~5.2亿年前，这一事件与冈瓦纳古大陆南缘、西缘的俯冲带板片回撤相对应。因此，在5.3亿~5.2亿年前发生了一期全球范围内的构造联动事件。

此外，结合Mariana型蛇绿岩成因动力学模拟结果，研究发现地幔温度是控制板块构造演化和该型蛇绿岩形成的关键性因素。据此，他们提出，现代板块构造的启动与Mariana型大洋初始俯冲的出现可能是同步的。

5.3亿~5.2亿年前的全球构造联动，以及多项同期地质现象与化学指标的变化，是地球演化历史上的一个重要里程碑。研究人员发现，这些地质现象与化学指标均指示俯冲活动的显著增强，并首次提出在冈瓦纳大陆聚合阶段、5.3亿~5.2亿年前现代板块构造建立这一观点。

研究人员认为，现代板块构造启动与建立导致板片特别是大陆的深俯冲，这与新元古代晚期以来地球上超高压变质的大量出现是一致的。

研究指出，冈瓦纳大陆聚合过程中现代板块构造的启动与建立，形成了全球范围内多阶段的超大规模造山带，多阶段的超大规模造山剥蚀为大洋提供了丰富的铁、磷等营养物质，促进了蓝藻等海洋植物的光合作用，释放出大量自由氧，造成大气持续增氧。同时，大规模的大陆剥蚀作用埋藏了有机碳和黄铁矿，起到了有机碳封存的作用，阻止了其对大气自由氧的消耗。此外，他们还认为作为板块构造组成部分的大陆弧是大气二氧化碳的主要来源。

因此，研究团队认为，板块构造通过两方面过程促进了新元古代—早古生代大气圈第二次增氧事件；大气圈的持续增氧为埃迪卡拉纪、寒武纪生命大爆发提供了必要条件。（张行勇）

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-021-24422-z