我国学者与海外合作者在新太古代板块构造样式研究方面取得进展

　　

图1 相平衡-微量元素模拟揭示俯冲带地热梯度（左）及构造模式（右）

 

图2 太古宙-元古宙之交板块构造过程及其对地球固体-表生圈层影响的概念模型

　　在国家自然科学基金项目（批准号：42102244、41890834和4191144020）等资助下，中国地质大学（武汉）黄波副研究员、蒂姆·科斯基教授团队与澳大利亚和加拿大研究人员合作，在太古宙晚期板块构造运行特征及样式限定等方面取得新进展。相关成果以“离散和汇聚板块边界共生组合指示新太古代板块构造（Coexisting divergent and convergent plate boundary assemblages indicate plate tectonics in the Neoarchean）”为题，于2022年10月28日在线发表在《自然·通讯》（Nature Communications）上。全文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-34214-8。

　　板块构造促进了地球深部和地表圈层的相互作用，从根本上塑造了地球环境和宜居性。然而，板块构造出现时间及其样式如何随着地幔逐渐冷却而演变、如何影响地表圈层，是固体地球科学领域长期存在争议的前沿和热点科学问题之一。针对该问题，研究团队对华北克拉通南缘太古宙晚期（25.5－25.1亿年前）安沟杂岩开展了综合地质研究，识别出具有时空关联的大洋中脊—被动陆缘和俯冲带上盘岛弧/弧前岩石构造单元，它们分别形成于离散和汇聚板块边界，表明此时存在海底扩张、俯冲起始、俯冲增生、岛弧岩浆作用和弧陆碰撞等板块相对运动过程，为板块构造已经启动提供了新的地质证据。

　　此外，基于地球化学特征和热力学—微量元素正演模拟，提出俯冲板片部分熔融形成TTG岩浆的成因模型，限定该俯冲带地热梯度为440~470?°C/GPa，与显生宙暖（热）俯冲带一致（图1）。通过太古宙末期和显生宙俯冲带和造山带样式对比，研究人员认为太古宙末期的板块构造过程与显生宙已具有一定的相似性。研究团队提出了一个概念模型阐述新太古代广泛发育的板块构造过程可能对太古宙—元古宙之交及随后岩石圈、海洋、大气圈和生物圈演化产生的影响（图2）。离散和汇聚板块边界地质过程促进了这一时期地幔热散失、大陆地壳垂向和侧向生长、陆壳浮出水面、BIF成矿、弧陆碰撞造山作用、陆壳风化剥蚀和二氧化碳消耗、海洋营养输入和初级生产力增加、地球增氧（GOE）和第一次雪球地球形成等重大地质、成矿和环境演变过程。

　　该研究不仅表明板块构造至少启动于新太古代，也为限定板块构造样式、理解该时期板块边界过程及其资源环境效应提供了新思路。