科學家揭示地球大陸地殼成分演化歷史

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日前，中國科學技術大學地球和空間科學學院黃方教授課題組和美國加州大學Santa Barbara分校Roberta L. Rudnick教授合作，通過冰磧巖和火成巖的釩(V)同位素研究，確定長英質成分主導的陸殼形成于距今30億年之后。相關研究成果在線發表于《美國國家科學院院刊》。

地球自45.6億年前形成以來，經歷了漫長的演化和分異。現今的地球是太陽系中唯一一個擁有長英質大陸地殼的類地行星。大陸地殼最初的成分是來自地幔的鎂鐵質巖漿，而板塊運動使得大陸地殼進一步演化，并形成大面積的長英質陸殼。

大陸地殼的化學成分變化對地球演化、板塊運動和行星宜居性有著重要的意義。幾十年來，研究者們根據不同方法得出兩種相反的認識。其一是太古宙早期以來，大陸地殼就已經是長英質成分主導；其二是太古宙中晚期之前，大陸地殼成分仍然是鎂鐵質成分主導，從鎂鐵質向長英質成分的轉變發生在太古宙中晚期—元古宙早期。產生爭議的主要原因在于采用的地球化學指標具有多解性，釩同位素則提供了一個可靠的方法。

科研人員首先通過分析俯沖帶鈣堿性火成巖的釩同位素組成，對比全球拉斑和鈣堿性火成巖、太古宙綠巖帶火成巖的數據，在排除磁鐵礦過度結晶的樣品后，發現火成巖的釩同位素組成和二氧化硅含量以及氧化鎂含量的相關性適用于太古宙的樣品。

為了探索大陸上地殼成分隨時間的變化，研究人員進一步測量了冰磧巖釩同位素組成。冰磧巖常被用來研究大陸地殼組成，但是冰磧巖受到膠結物質以及風化改造的影響，其主量元素不能直接用來指示陸殼成分。作為國際上少數實現高精度釩同位素測量的團隊之一，黃方團隊前期的研究表明，釩同位素組成不易受到風化、蝕變改造的影響。冰磧巖的釩同位素組成可用于直接計算其原巖的主量元素含量。

進一步，研究人員結合得到的巖漿巖釩同位素組成—二氧化硅含量—氧化鎂含量線性關系與冰磧巖釩同位素組成，重建了古老大陸上地殼成分，發現在中太古代（距今30億年前）時大陸上地殼依然以鎂鐵質成分為主，而從鎂鐵質到長英質地殼的轉變發生在距今30億年之后。

研究人員表示，這個成分轉變可能標志著全球板塊構造的開始，表明全球板塊構造運動的啟動不可能早于30億年前。（記者丁一鳴 通訊員王敏）

編輯：王韻

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