非洲 - 阿拉伯地区显生宙热年代学记录：时空交织的地质密码

研究人员为探究非洲 - 阿拉伯地区地壳热演化，构建热年代学数据库，揭示其时空变化，助力地质研究。

　　非洲 - 阿拉伯地区，这片古老的大地，在地球漫长的演化历程中扮演着极为重要的角色。自新元古代晚期冈瓦纳大陆形成以来，它就占据着大陆核心位置，历经了无数次地质变迁的洗礼。在显生宙，这里成为了板块运动的 “大舞台”，多次遭受伸展构造运动和岩浆活动的影响，期间还穿插着时空受限的挤压事件，就像一部波澜壮阔的地质史诗。

随着冈瓦纳大陆逐渐解体，从区域二叠 - 三叠纪卡鲁裂谷作用引发的广泛伸展，到侏罗纪南极洲、马达加斯加 - 印度相继脱离非洲大陆，再到白垩纪至古近纪东非被动大陆边缘和北非地区的持续断裂、盆地形成与沉降，地质活动从未停歇。最终，始新世至今的非洲 - 阿拉伯裂谷系统（AARS）逐渐成型，它如同一把巨大的 “剪刀”，将努比亚（非洲）、索马里（东非）和阿拉伯板块等逐渐分离，重塑了区域地质格局。

然而，想要精准地确定这些地质事件发生的时间和空间顺序，以及背后的地球动力学机制，却困难重重。地质地层在漫长的地质历史中保存状况不佳，地下数据也十分稀少，这让地质学家们难以直接获取关键信息。虽然地球物理技术能帮助我们了解当前的热机械状态，但想要回溯过去，构建远古时期的模型，却面临着验证困难的问题。

为了突破这些困境，地质学家们把目光投向了低温热年代学技术。这一技术就像是地质历史的 “解码器”，能够通过分析矿物中放射性子体产物的保留情况，来揭示地壳在不同时期的温度变化，进而推断出构造隆升、侵蚀剥蚀和沉积埋藏等地质过程。在非洲 - 阿拉伯地区，磷灰石裂变径迹（AFT）和 (U - Th)/He（AHe）分析等低温热年代学方法得到了广泛应用，帮助研究人员深入了解裂谷相关的热扰动、地形演化和沉积物来源等问题。

但是，以往的研究存在诸多局限性。单个研究的样本数量有限，空间范围也较为局限，无法对区域尺度的构造和地球动力学现象进行深入探究。而且，这些研究数据分散在众多文献中，难以整合利用，严重阻碍了对该地区长期地质演化的深入理解。

为了解决这些问题，来自澳大利亚悉尼大学、墨尔本大学等多个研究机构的研究人员展开了一项综合性研究。他们构建了一个涵盖整个非洲 - 阿拉伯裂谷系统区域的低温热年代学数据库，整合了大量的磷灰石、锆石和榍石裂变径迹分析数据，以及磷灰石、锆石和榍石 (U - Th)/He 年龄数据，其中还包含许多新的分析数据。此外，数据库中还纳入了数字化的热历史和埋藏历史模型，全面记录了该地区显生宙的热演化过程。这些数据通过地球银行（EarthBank）平台公开共享，为全球地质学家提供了宝贵的研究资源。相关研究成果发表在《Scientific Data》上。

在研究方法上，研究人员主要运用了以下几种关键技术：首先是裂变径迹分析，包括外部探测器法和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA - ICP - MS）法。外部探测器法通过蚀刻矿物表面，暴露自发裂变径迹，再利用热中子照射和蚀刻外部探测器来确定裂变径迹密度和长度；LA - ICP - MS 法则结合了激光剥蚀技术和质谱分析，能够更精确地测定单个颗粒的铀浓度和裂变径迹数据。其次是 (U - Th)/He 热年代学分析，用于测量矿物中由于放射性衰变产生的⁴He 含量，从而确定矿物的年龄和热历史。此外，研究人员还运用了电子探针微分析（EPMA）技术，直接分析磷灰石晶体的化学成分，以评估其对裂变径迹退火动力学的影响。对于热历史和埋藏历史模型，研究人员采用了数值模拟的方法，利用 QTQt、HeFTy 等软件，结合已发表的裂变径迹退火和 He 扩散模型，对地质材料的时间 - 温度历史进行量化分析。

研究结果方面，通过对大量数据的分析，研究人员发现了一系列与红海、亚丁湾和东非裂谷系统（EARS）发育相关的上地壳冷却事件。这些冷却事件反映了自晚古近纪以来该地区的构造演化过程，揭示了裂谷形成和发展对地壳热状态的显著影响。同时，数据还提供了这些地区继承的显生宙构造 - 热历史信息，这些信息对后续岩浆活动和伸展应变的时空分布起到了重要的控制作用。例如，通过对不同地区热年代学数据的分析，研究人员能够追踪到岩浆活动的时间和空间变化，以及伸展应变在不同地质时期的分布特征。此外，热历史和埋藏历史模型的分析结果展示了该地区地壳在不同地质时期的温度变化和埋藏过程，为理解区域地质演化提供了重要的时间 - 温度约束。

研究结论和讨论部分，该研究构建的数据库为非洲 - 阿拉伯地区的地质研究提供了全面而系统的数据支持，有助于验证未来的构造研究和数值地球动力学及景观演化模型。这一成果就像是为地质学家们打开了一扇通往远古地质历史的大门，让他们能够更深入地了解该地区地壳热演化的奥秘。然而，研究也指出，当前热年代学数据在空间分布上并不均匀，部分地区数据匮乏，这限制了对早期显生宙构造和长波长动态地形发展的研究。而且，对于观测到的冷却或加热时期的准确性和地质意义，仍存在一定的不确定性。未来的研究需要进一步填补数据空白，采用一致的建模协议对所有样本进行批量建模，同时结合地球动力学和景观演化模型，综合考虑多种因素的相互作用，以更全面地理解非洲 - 阿拉伯地区地壳热通量的地质意义。