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日前，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院黃方教授課題組和美國加州大學(xué)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(zhì)成分主導(dǎo)的陸殼形成于距今30億年之后。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《美國國家科學(xué)院院刊》。

地球自45.6億年前形成以來，經(jīng)歷了漫長的演化和分異。現(xiàn)今的地球是太陽系中唯一一個擁有長英質(zhì)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(zhì)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(zhì)陸殼。

大陸地殼的化學(xué)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(jù)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(jīng)是長英質(zhì)成分主導(dǎo)；其二是太古宙中晚期之前，大陸地殼成分仍然是鎂鐵質(zhì)成分主導(dǎo)，從鎂鐵質(zhì)向長英質(zhì)成分的轉(zhuǎn)變發(fā)生在太古宙中晚期—元古宙早期。產(chǎn)生爭議的主要原因在于采用的地球化學(xué)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(shù)據(jù)，在排除磁鐵礦過度結(jié)晶的樣品后，發(fā)現(xiàn)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(guān)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(jié)物質(zhì)以及風(fēng)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(shù)實現(xiàn)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(fēng)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(jié)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(guān)系與冰磧巖釩同位素組成，重建了古老大陸上地殼成分，發(fā)現(xiàn)在中太古代(距今30億年前)時大陸上地殼依然以鎂鐵質(zhì)成分為主，而從鎂鐵質(zhì)到長英質(zhì)地殼的轉(zhuǎn)變發(fā)生在距今30億年之后。

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

光明日報