世界最古老的大洋岩石圈残片

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在中国华北发现了世界最古老的大洋岩石圈残片。发现世界上最古老的大洋岩石圈残片有何意义?北京大学地质学系的李江海副教授为读者详细介绍世界上最古老的大洋岩石圈残片的发现经过。

  大洋地球之窗

   在20世纪60至70年代地球科学发生了一场革命,这就是板块构造理论的诞生,这主要来自于人类对海洋知识的积累和升华。在此之前地球科学理论主要依据对大陆的研究形成了多种地球演化的假说。板块构造理论第一次以全球的观点科学地认识地球的演化,以简单明了的概念表达了地球的演化,从而迅速地在地球科学界传播和普及。

  全球海底构造图表达人类对全球海洋研究的成果。由于大洋的覆盖,人类对海底的构造和地质了解甚少,直到20世纪50至 60年代全球深海探测研究及大洋钻探计划的开展,才获得了地球另外2/3面积的系统认识。人们第一次知道,大洋地壳的年龄远远年轻于大陆,很少大于2亿年,而大陆已获得的最古老的矿物年龄为42亿年。全球的汪洋大海之下还深藏着全球最大规模的海底山脉——海岭,它们首尾相接纵观大西洋、印度洋、太平洋及北冰洋大洋的中央,长度达65000公里。正是在这些海岭的中央,炽热的岩浆从地幔上涌喷发,并以每年厘米级的速度向两侧扩展,推动板块之间的分离。如大西洋东西两岸之间的距离将越来越远,尽管在2亿年前北美洲和欧洲,非洲和南美洲曾经连结在一起。

  随着年龄的增长,大洋板块最终会在海沟的位置俯冲进入地幔深处而消失,并诱发强烈的地震和火山爆发,形成环太平洋周边的壮观地震带、火山链及丰富的金属成矿带,并使大陆地壳不断增长。

  大陆上留存大洋地壳

  大陆板块之间也会相向运动,而最终发生碰撞,形成纵观欧亚大陆南部的阿尔卑斯山脉和喜马拉雅山脉,并且山脉在今天还在不断上升,地中海最终将消亡变为陆地。在这些碰撞的位置上,大洋地壳残片可以被挤压而仰冲到大陆上保存下来,形成一种特殊的岩石类型,地质学家们称为蛇绿岩。实例如沿雅鲁藏布江分布的蛇绿岩。蛇绿岩由多种岩石组成,构成一个具有成因联系的大家族,它们代表大洋岩石圈壳从顶到底的层序变化。

  地球演化跌宕起伏

  板块构造尚有许多重要的问题有待研究,其中,古板块之间碰撞的位置(称为缝合线)的寻找,成为最具挑战性的地球科学问题,因为,它们记录了古大洋通过板块水平运动、发生碰撞而消失的位置。过去30年的地质研究,世界各地已发现大量的蛇绿岩,地质学家们据此划分了不同时期板块碰撞的界线,最老蛇绿岩年龄达 17至20亿年。地球是否保留了更古老的大洋岩石圈残片?最古老的板块在哪里?成为国际地球科学界关注的重大问题。

  中国科学家在过去的20余年中发现了众多的蛇绿岩,它们主要出现于青藏高原和中国最北部地区,记录了多个古老大洋的闭合,证明亚洲大陆是6亿年以来由许多小陆块碰撞聚合形成的,是世界上组成最复杂的大陆。

  过去十年的研究证明大陆块体在地质历史上曾多次聚合离散,构成丰富多彩的地球演化历史的宏伟画卷。在20世纪90年代加拿大和南非的地质学家们曾分别在北美和非洲南部发现26至27亿年前大陆块体之间曾碰撞缝合的地质证据,并引起科学界的关注,遗憾的是在板块缝合线的位置上大洋地壳残片并未保留下来。

  激动人心的发现

  中国地质科学家们近十年的研究表明,华北大陆中部可能存在一条古老陆块碰撞缝合带。他们从1996年开始在华北中部沿着缝合带的位置寻找古大洋的地质记录,先后在五台山、恒山、南北太行山、吕梁山、泰山、燕山的广大范围内进行研究,最终在华北的冀东地区取得主要进展,通过2001年5月以来前后4次在该地区详细的野外工作,初步证明这里保存了世界时代最古老、完整的大洋岩石圈残片。华北新发现这一蛇绿岩杂岩厚度巨大,层序完整,在大范围内出现,从顶部到底部依次为条带状含铁建造、枕状熔岩、席状岩墙杂岩、均质的辉长岩杂岩、层状辉长岩、镁铁质-超镁铁质堆积岩、超镁铁质地幔构造岩。初步测定其中辉长岩的同位素年龄为2504.9+2.2Ma,为世界已知最古老的蛇绿岩,比先前世界公认的最老的北美和芬兰的蛇绿岩还要老5亿年。它的发现对于认识大洋地壳的增生机制,地球早期热状态以及早期板块构造具有重要意义。

 


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