地球?yàn)槭裁茨苎莼扇祟愐司拥男乔颍渴鞘裁丛谕苿?dòng)地球環(huán)境持續(xù)改善、推動(dòng)生命出現(xiàn)與不斷進(jìn)化？日前，西北大學(xué)教授姚金龍等人與澳大利亞莫納什大學(xué)教授Peter Cawood團(tuán)隊(duì)開展合作，從板塊構(gòu)造演化的角度，嘗試解答這些問題。他們的相關(guān)研究成果近日發(fā)表在《自然—通訊》上。
姚金龍等來自中科院院士趙國春領(lǐng)銜的西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系超大陸學(xué)科團(tuán)隊(duì)。“地球能夠演化成生命星球，這有其必然性，必然中也有無數(shù)的偶然。最重要的必然性就在于地球上存在板塊構(gòu)造。”趙國春表示。
然而，板塊構(gòu)造并非地球與生俱來。約46億年前開始，從熾熱巖漿海到殼幔分異形成軟蓋層或停滯蓋層構(gòu)造（前板塊階段），到以熱俯沖、淺俯沖為特點(diǎn)的早期板塊構(gòu)造階段，到俯沖活動(dòng)可能相對停滯的地球中年期，再到以大陸深俯沖為標(biāo)志的現(xiàn)代板塊構(gòu)造，地球經(jīng)歷了漫長的地質(zhì)年代旅程。趙國春說，“板塊構(gòu)造每一個(gè)階段對應(yīng)著地球表生圈層的不同演化階段。”
板塊構(gòu)造是決定地球表生圈層演化的一級動(dòng)力學(xué)，可謂推動(dòng)地球時(shí)空演化的引擎。目前地質(zhì)學(xué)界認(rèn)定，板塊構(gòu)造重要的鑒定標(biāo)志是蛇綠巖和高壓變質(zhì)巖，其中蛇綠巖是保留在大陸上的大洋巖石圈殘留，是古大洋曾經(jīng)存在的直接證據(jù)。此外，板塊構(gòu)造要求有穩(wěn)定的俯沖，且俯沖作用要具有全球性，即全板塊尺度。
姚金龍及團(tuán)隊(duì)部分成員在青藏高原北緣、塔里木南緣的阿爾金造山帶厘定了大型的蛇綠巖套——木拉布拉克蛇綠巖，并發(fā)現(xiàn)該蛇綠巖地幔—地殼端元和橄欖巖中的礦物均記錄了從大洋中脊向俯沖帶上盤演化的二元演化過程，展示其為Mariana型初始俯沖蛇綠巖。同時(shí)，他們在蛇綠巖中發(fā)現(xiàn)大量大理巖和深海沉積相的紅色硅質(zhì)巖。
通過進(jìn)一步分析研究，他們總結(jié)了岡瓦納大陸北緣眾多東亞陸塊所記錄的地質(zhì)事件的時(shí)空變化規(guī)律，提出原特提斯洋的主體洋盆初始俯沖發(fā)生在約5.3億~5.2億年前，這一事件與岡瓦納古大陸南緣、西緣的俯沖帶板片回撤相對應(yīng)。因此，在5.3億~5.2億年前發(fā)生了一期全球范圍內(nèi)的構(gòu)造聯(lián)動(dòng)事件。
此外，結(jié)合Mariana型蛇綠巖成因動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果，研究發(fā)現(xiàn)地幔溫度是控制板塊構(gòu)造演化和該型蛇綠巖形成的關(guān)鍵性因素。據(jù)此，他們提出，現(xiàn)代板塊構(gòu)造的啟動(dòng)與Mariana型大洋初始俯沖的出現(xiàn)可能是同步的。
5.3億~5.2億年前的全球構(gòu)造聯(lián)動(dòng)，以及多項(xiàng)同期地質(zhì)現(xiàn)象與化學(xué)指標(biāo)的變化，是地球演化歷史上的一個(gè)重要里程碑。研究人員發(fā)現(xiàn)，這些地質(zhì)現(xiàn)象與化學(xué)指標(biāo)均指示俯沖活動(dòng)的顯著增強(qiáng)，并首次提出在岡瓦納大陸聚合階段、5.3億~5.2億年前現(xiàn)代板塊構(gòu)造建立這一觀點(diǎn)。
研究人員認(rèn)為，現(xiàn)代板塊構(gòu)造啟動(dòng)與建立導(dǎo)致板片特別是大陸的深俯沖，這與新元古代晚期以來地球上超高壓變質(zhì)的大量出現(xiàn)是一致的。
研究指出，岡瓦納大陸聚合過程中現(xiàn)代板塊構(gòu)造的啟動(dòng)與建立，形成了全球范圍內(nèi)多階段的超大規(guī)模造山帶，多階段的超大規(guī)模造山剝蝕為大洋提供了豐富的鐵、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)了藍(lán)藻等海洋植物的光合作用，釋放出大量自由氧，造成大氣持續(xù)增氧。同時(shí)，大規(guī)模的大陸剝蝕作用埋藏了有機(jī)碳和黃鐵礦，起到了有機(jī)碳封存的作用，阻止了其對大氣自由氧的消耗。此外，他們還認(rèn)為作為板塊構(gòu)造組成部分的大陸弧是大氣二氧化碳的主要來源。
因此，研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，板塊構(gòu)造通過兩方面過程促進(jìn)了新元古代—早古生代大氣圈第二次增氧事件；大氣圈的持續(xù)增氧為埃迪卡拉紀(jì)、寒武紀(jì)生命大爆發(fā)提供了必要條件。（張行勇
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