| |
 |
图 全球不同克拉通TTG中Ba含量随时间的长期变化
在国家自然科学基金项目（批准号：41890832、42172217、41902057）等资助下，中国科学院地质与地球物理研究所黄广宇、Ross Mitchell和郭敬辉团队，在板块构造起始时代研究方面取得新进展。相关成果以“太古宙陆壳Ba含量揭示出板块俯冲起始时代的全球性地域差别（Barium content of Archaean continental crust reveals the onset of subduction was not global）”为题，于2022年11月2日在《自然·通讯》 （Nature Communications）杂志在线发表。论文链接： https://www.nature.com/articles/s41467-022-34343-0。
板块构造的提出至今已逾半个世纪，尽管已得到了广泛验证和支持，但是仍存在着很多未解之谜。其中，板块构造的起始时间一直是争议最大的热点问题。根据现今板块构造的地质资料，科学家总结出一些板块构造公认的识别标志。但是当不同方法被用在限定板块构造启动时代时，给出的结果却可以从晚于10亿年到早于40亿年不等。差别之大的原因既有各类指标之间的差异，也有地球早期地质记录不完整所致。因此，选择一种普遍发育的地质记录，观察其中板块构造相关指标的变化规律，或许能够获得更明确的认识。
太古宙陆壳最普遍的岩石组合单元，就是英云闪长岩（tonalite）-奥长花岗岩（trondhjemite）-花岗闪长岩（granodiorite）组合（TTG岩套）。TTG组合实际上构成了太古宙大陆地壳的主体，在全球各个太古宙大陆都有高比例分布。同时，TTG岩石可以准确定年，是研究早期地球动力学过程非常理想的研究对象。因此，太古宙TTG岩石的地球化学数据库，是太古宙各类地质记录中最丰富和完整的，有最好的代表性。
本研究发现, TTG岩浆形成后，其Ba含量不容易受到后期分离结晶和同化混染的改造，能更好的反映岩浆形成时的组分。利用相平衡模拟，以太古宙平均玄武岩作为原岩进行熔融模拟。结果显示，只有在低温高压的环境下能够形成高Ba含量的TTG岩浆，即只有俯冲环境下才能形成高Ba的TTG岩浆。
进一步检视和分析现有的全球不同克拉通的TTG数据库，发现了全球TTG岩石中Ba含量随时间演化的新规律，即在Ba含量随时间进程保存平稳的背景中，出现了3次Ba含量显著增高事件，分别发生在37亿年、32亿年和27亿年左右，应该是板块俯冲作用直接的岩石成因地球化学效应。进一步检验发现，不同克拉通TTG岩石中，Ba含量的突然增高的时间并不相同，可能指示了板块俯冲作用发生的时间在各克拉通是不同的。其中，Slave克拉通的俯冲作用可能在40亿年就开始了，北大西洋克拉通和Kaapvaal克拉通紧随其后，分别在37亿年和35亿年开始出现俯冲作用。在30亿年左右，俯冲作用已经涉及到了大多数的克拉通。而较为年轻的克拉通，如Superior克拉通，则在27亿年开始出现俯冲作用（图）。
板块俯冲作用起始时代的地域差异性，受控于很多因素，包括岩石圈的厚度，地幔的温度，岩石圈地幔和软流圈地幔的密度差，放射性生热元素含量等。这些因素在全球范围内肯定是不均匀的，而俯冲作用的发生取决于各个因素的耦合，各方面条件均合适地方便会率先发生俯冲作用。同时，任何一处的水平运动不会孤立存在，而是在其他地区有相应的运动来平衡。因此俯冲作用会在全球各个位置相继发生，最终形成全球联动的板块构造，时间应该出现在27亿年之后。这与地球长期的热演化史是一致的。