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西北大学学报（自然科学版） 2021年第6期51卷 1007-1018页

作者：姚金龙赵国春韩以贵刘潜余珊 Simon Williams 何艳红李阳西北大学地质学系/大陆动力学国家重点实验室陕西西安710069 香港大学地球科学系中国香港

板块构造是维持岩石圈与表生系统之间物质与能量交换循环、保持地球生命力的一级动力学机制,但是板块构造在地球上并非与生俱来。板块构造的演化主要受控于地幔温度下降,并部分受俯冲带富水沉积物的影响。自太古代板块构造启动以来,其... 详细信息

板块构造是维持岩石圈与表生系统之间物质与能量交换循环、保持地球生命力的一级动力学机制,但是板块构造在地球上并非与生俱来。板块构造的演化主要受控于地幔温度下降,并部分受俯冲带富水沉积物的影响。自太古代板块构造启动以来,其经历了热俯冲、浅俯冲为特征的早期板块构造阶段、地球中年期以及冷俯冲、深俯冲为特征的现代板块构造阶段。新元古代晚期,特别是显生宙以来,地球上开始广泛出现低温/压(T/P)比的超高压变质岩;与此同时,同样受控于地幔温度的马里亚纳型大洋初始俯冲蛇绿岩开始出现于地球上了。这显示新元古代以来,由于地幔温度下降,板块构造体制进入深俯冲阶段。在此阶段,随着冈瓦纳古大陆的逐步聚合,在530~520 Ma,其周缘形成了俯冲带并发生了全球性的构造联动。此外,活动陆缘数量、温压比(T/P)、锆石Hf-O同位素演化趋势等都在早寒武世达到了峰值或低谷,表明早寒武世全球俯冲通量达到了一个新高度,俯冲作用达到全板块尺度。因此,启动于新元古代的现代板块构造,很可能在早寒武世才建立起来,在此之前,经历了构造转换阶段。板片的深俯冲造就了冈瓦纳古大陆聚合阶段史无前例、高耸入云的造山带,这些巨型山脉显著改变了地球的气候,为海洋输送了大量Fe,P等营养物质,促进了海洋初级生产力。此外,这一时期的高俯冲通量导致CO_(2)的构造排气量达到峰值。全球性构造过程显著提高了初级生产力,引发新元古代大气增氧事件(NOE),为早寒武世生命大爆发提供了必要条件。在此之后,地球表生气候环境逐渐接近现代地球,多门类高级生命繁盛,多圈层密切协同演化的现代地球系统逐渐建立。

关键词：现代板块构造现代地球系统冈瓦纳大陆造山作用俯冲带多圈层协同演化

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板块构造样式的演化及其对地幔热状态的影响 ——基于全球岩浆岩地球化学数据的统计学研究

板块构造样式的演化及其对地幔热状态的影响 ——基于全球岩浆岩...

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作者：陈茜中国科学院大学(中国科学院海洋研究所)

学位级别：硕士

地球是太阳系中已知的唯一存在板块构造的行星,板块构造的演化对大陆地壳生长、造山作用过程、地幔的热状态变化、地球内部物质循环、以及地表环境等都有非常深远的影响。地球早期的上地幔温度很高,难以形成坚固稳定的大洋板块来维持持... 详细信息

地球是太阳系中已知的唯一存在板块构造的行星,板块构造的演化对大陆地壳生长、造山作用过程、地幔的热状态变化、地球内部物质循环、以及地表环境等都有非常深远的影响。地球早期的上地幔温度很高,难以形成坚固稳定的大洋板块来维持持续性的俯冲作用。随着地幔温度的逐渐降低,地球的板块构造样式在新元古代晚期发展为以全球范围持续性的深俯冲、冷俯冲为特征的现代板块构造。地幔温度是控制岩石圈物理性质和化学组分、软流圈深度,以及板块构造样式的关键因素。前人研究表明,地球的地幔温度从中太古代（约40-25亿年前）开始逐渐降低,但在此之后地幔温度的详细变化过程,目前还鲜有研究。本文统计了全球陆内玄武岩的地球化学成分,以玄武岩的碱性指数[A.I.=（NaO+KO）/（Si O–38）]来反映玄武质岩浆形成时的温度和压力条件,从而限定了新元古代-显生宙这10亿年来地幔潜在温度（T）的演化规律。统计结果显示,T在新元古代早期稳定在约1450°C左右;而在雪球地球事件（约720-635百万年前）开始以后,T在约180百万年的时间内迅速下降了约50°C。T在这一时期的突然降低很可能是现代样式的板块构造在全球范围启动的结果。雪球地球事件期间,大量的沉积物被运移堆积于海沟,对板块俯冲界面起到了润滑作用,从而加速了俯冲过程,大量的冷的大洋岩石圈被输送至地幔,导致地幔迅速降温,触发了现代板块构造的开始。现代板块构造的开始对碳酸盐俯冲和深部碳循环具有深远的影响,而这方面的研究目前还相对薄弱。本文基于全球基性-超基性岩浆岩的统计学分析,发现埃迪卡拉纪结束后出现了大量的霞石质岩浆活动。霞石类岩石是硅不饱和的高碱性岩石,通常形成于含碳酸盐地幔的低程度部分熔融。本文将霞石质岩石全球范围内的喷发归因于地幔的加速降温和俯冲碳酸盐通量的增加。晚元古代末期,现代板块构造开始后,大量冷的大洋和大陆物质俯冲进入地幔造成地幔温度迅速降低,减弱了俯冲碳酸盐在浅部的脱碳作用,使更大通量的碳酸盐俯冲至深部地幔,从而导致大量霞石类岩石的形成。由此产生的霞石类岩石和其它高碱性岩石具有较高的氧逸度,因此现代板块构造开始后,地幔温度的迅速降低和深部碳循环的增强可能会对显生宙以来地表较高的氧气含量有所贡献。综上所述,本文的研究结果表明,现代板块构造在新元古代末期的启动造成了地幔温度的快速降低和地球深部碳循环作用的增强。

关键词：地幔降温板块构造样式现代板块构造深部碳循环地球化学大数据

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