近日，中國(guó)海洋大學(xué)海底科學(xué)與探測(cè)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、嶗山實(shí)驗(yàn)室李三忠教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合悉尼大學(xué)EarthByte課題組在國(guó)際地學(xué)頂尖期刊Geology（《地質(zhì)學(xué)》）在線發(fā)表題為“Recurrent super highlands since 2.1 Ga reveal rhythmic coupling between deep Earth and surface evolution”（自21億年以來周期性出現(xiàn)的超級(jí)高地揭示深部地球與地表演化的節(jié)律性耦合）的研究成果。

大陸高程記錄了深部地球動(dòng)力學(xué)與地表過程之間的相互作用，深刻影響著氣候、海洋化學(xué)、風(fēng)化剝蝕與生命演化。然而，大陸高程在漫長(zhǎng)地質(zhì)歷史中如何演化，尤其是地球過去是否曾發(fā)育過可與現(xiàn)代青藏高原和科迪勒拉造山系相比擬的大陸尺度高地，以及何種機(jī)制控制了其形成，長(zhǎng)期以來缺乏全球尺度、內(nèi)部一致的定量約束。

圖1 過去40億年全球古地殼厚度。（a）與大陸古高程（b）演化。

研究團(tuán)隊(duì)整合了超過10萬件經(jīng)嚴(yán)格篩選與校正的全球火成巖地球化學(xué)樣品，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)反演的古地殼厚度，以及考慮了地幔與地殼密度隨時(shí)間變化的均衡模型，首次重建了過去約40億年以來全球活動(dòng)大陸區(qū)域古高程演化序列（圖1）。高程的空間組織性則通過DBSCAN聚類加以刻畫，用以識(shí)別橫向連續(xù)的造山系統(tǒng)。

研究表明，太古宙大部分時(shí)期大陸基本處于海平面之下，至新太古代逐步出露。自約21億年以來，極端高程（第95百分位）多次超過青藏高原級(jí)別的閾值（約4.5km），并形成橫向延展、可達(dá)2000km以上的大陸尺度造山系統(tǒng)，與Columbia（Nuna）、Rodinia、Gondwana和Pangea等主要超大陸聚合階段大體吻合；相比之下，中元古代表現(xiàn)為持續(xù)偏低的地形與微弱的造山聚類，反映了緩慢的板塊匯聚與低效的地殼增厚，并與該時(shí)期偏高的變質(zhì)熱壓比和塊狀斜長(zhǎng)巖巖漿活動(dòng)所指示的偏熱、力學(xué)性質(zhì)偏弱的巖石圈狀態(tài)相一致。Rodinia超大陸裂解之后，極端高程趨于持續(xù)，與更冷、力學(xué)性質(zhì)更強(qiáng)的巖石圈以及更高效的匯聚體制相符。

圖2 各地質(zhì)時(shí)段古高程的DBSCAN空間聚類，紅星標(biāo)示青藏級(jí)（≥4.5km）造山帶聚類中心，顯示超級(jí)高地自古元古代以來反復(fù)出現(xiàn)（完整視頻見原文附件）。

該研究揭示，橫向延展的造山型超級(jí)高地自古元古代以來反復(fù)出現(xiàn)，其形成受板塊運(yùn)動(dòng)學(xué)與巖石圈強(qiáng)度耦合演化的共同控制（圖2）。中元古代標(biāo)志著地球向更冷、巖石圈更強(qiáng)的構(gòu)造體制轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵過渡，這一配置奠定了現(xiàn)代造山作用的基礎(chǔ)，并將深部地球熱演化與長(zhǎng)期地表地形通過節(jié)律性的“內(nèi)部—地表”耦合聯(lián)系起來。

論文第一作者兼通訊作者為周建平博士，合作者包括中國(guó)海洋大學(xué)/嶗山實(shí)驗(yàn)室李三忠教授、劉永江教授、索艷慧教授、曹現(xiàn)志教授、孫國(guó)正副教授以及悉尼大學(xué)EarthByte團(tuán)隊(duì)R. Dietmar Müller院士、博士后研究員Ehsan Farahbakhsh。本研究得到地球深部探測(cè)與礦產(chǎn)資源勘查國(guó)家科技重大專項(xiàng)、創(chuàng)新研究群體項(xiàng)目、西太重大研究計(jì)劃集成項(xiàng)目以及澳大利亞研究理事會(huì)等項(xiàng)目資助。

文章鏈接：

https://doi.org/10.1130/G54718.1

• 信息來源：中國(guó)海洋大學(xué) 海底科學(xué)與探測(cè)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 作者：丁文雁。

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