地大新聞網(wǎng)訊 （通訊員 龔松林）近日，我校科研團(tuán)隊(duì)在約束新太古代—古元古代關(guān)鍵轉(zhuǎn)折期造山作用樣式和表生環(huán)境變化等方面取得新的研究進(jìn)展，相關(guān)成果以《古元古代前陸序列記錄了造山樣式和表生環(huán)境變化》為題，發(fā)表于國(guó)際期刊《自然·通訊》。
論文由巴東地質(zhì)災(zāi)害國(guó)家野外科學(xué)觀(guān)測(cè)研究站和全球大地構(gòu)造中心特任副研究員黃波、教授蒂姆·科斯基，以及澳大利亞研究人員合作完成，黃波為論文第一兼通訊作者，蒂姆·科斯基、我校博士研究生劉滿(mǎn)、特任教授付冬、副教授鄧浩和碩士研究生錢(qián)群葉等為合作作者。
圖1 地質(zhì)歷史固體—表生圈層多種代表性指標(biāo)變化趨勢(shì)
地球是已知唯一具有長(zhǎng)英質(zhì)大陸地殼、板塊構(gòu)造和生命的宜居星球，其現(xiàn)今的宜居性由巖石圈、水圈、大氣圈和生物圈之間的相互作用維持。新太古代到古元古代是地球內(nèi)部和表生系統(tǒng)最具變革性的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折期之一，見(jiàn)證了陸地廣泛浮出海平面、克拉通化、超級(jí)克拉通—超大陸旋回和全球板塊構(gòu)造建立等固體圈層演變，以及大規(guī)模含鐵建造、石墨—磷成礦、休倫冰期、大氧化事件和多細(xì)胞真核生物出現(xiàn)等表生圈層變化（圖1）。雖然目前普遍認(rèn)可全球性板塊構(gòu)造至少在新太古代到古元古代已經(jīng)存在，但此時(shí)板塊構(gòu)造樣式，尤其是造山作用樣式與現(xiàn)代俯沖—碰撞體系有何差異，以及固體和表生圈層之間的反饋機(jī)制等前沿?zé)狳c(diǎn)科學(xué)問(wèn)題，仍需進(jìn)一步地質(zhì)約束。
前陸盆地碎屑沉積物是陸-陸或弧-陸碰撞等匯聚板塊邊界的重要沉積檔案，能夠記錄造山帶地殼隆升和去頂作用期間的碎屑源—匯歷史，并有潛力示蹤造山樣式和相關(guān)表生過(guò)程的變化。研究團(tuán)隊(duì)選取華北克拉通南部古元古代早期嵩山群前陸沉積序列，開(kāi)展詳細(xì)野外、構(gòu)造、多礦物年代學(xué)和大數(shù)據(jù)分析等研究。研究表明，該序列沉積于約25.0億年至24.7億年前阿爾泰型（Altaid-style）島弧—微陸塊碰撞形成的前陸盆地，并在約20億年至18億年前喜馬拉雅型（Himalayan-style）陸—陸碰撞造山過(guò)程中轉(zhuǎn)化為褶皺逆沖帶，為華北克拉通兩期造山作用提供了新的沉積學(xué)、年代學(xué)和構(gòu)造地質(zhì)學(xué)約束。
圖2 太古宙晚期和古元古代板塊構(gòu)造示意圖
此外，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)整合構(gòu)造、碎屑金紅石/鋯石和變質(zhì)大數(shù)據(jù)等多方面證據(jù)，約束了新太古代和古元古代明顯不同的變形和變質(zhì)作用樣式，認(rèn)為該樣式差異可能是新太古代和古元古代造山作用和板塊構(gòu)造樣式發(fā)生轉(zhuǎn)變的響應(yīng)，即太古宙以阿爾泰型弧陸增生—軟碰撞、缺乏高壓變質(zhì)作用和形成超級(jí)克拉通等為特征，而古元古代廣泛發(fā)育喜馬拉雅型陸陸碰撞，出現(xiàn)冷俯沖、全球性超大陸聚合等為特征（圖2）。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步提出造山帶隆升—?jiǎng)兾g及硅酸鹽風(fēng)化過(guò)程可能對(duì)古元古代早期水圈、大氣圈和生物圈產(chǎn)生了重要影響，而有機(jī)物埋藏、沉積物俯沖等過(guò)程又進(jìn)一步促使古元古代造山作用樣式的轉(zhuǎn)變，體現(xiàn)了固體—表生圈層相互作用和協(xié)同演變的復(fù)雜地球系統(tǒng)演化觀(guān)。
該研究一方面顯示了基于地質(zhì)約束的多種碎屑副礦物年代學(xué)及大數(shù)據(jù)對(duì)比研究，在示蹤前寒武紀(jì)多期造山作用和變質(zhì)樣式轉(zhuǎn)變方面的潛力，另一方面對(duì)于認(rèn)識(shí)太古宙—元古宙關(guān)鍵轉(zhuǎn)折期造山作用樣式演變、表生環(huán)境變化和固體—表生圈層相互作用等具有啟示意義。
該研究獲得國(guó)家自然科學(xué)基金、“111計(jì)劃”和“地大學(xué)者”人才培育基金等支持。（編輯 孫彥欽 審稿 陳華文）
論文信息：
Huang, B., Liu, M., Kusky, T. M., Johnson, T. E., Wilde, S. A., Fu, D., Deng, H., & Qian, Q. (2023). Changes in orogenic style and surface environment recorded in Paleoproterozoic foreland successions. Nature Communications, 14, 7997. https://doi.org/10.1038/s41467-023-43893-w
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