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《Geology 》:地质学突破——锆石同位素揭示地球古环境与构造变迁的新面貌

已有 1148 次阅读 2024-2-16 16:36 |个人分类:地球科学|系统分类:海外观察

近日,美国爱达荷州立大学Kurt E. Sundell科研团队在锆石地球化学能否记录全球沉积物俯冲这一重要地质课题上取得了突破性进展。2024年2月2日,国际权威学术期刊《地质学》正式发表了这一研究成果。

该研究聚焦于一个从1000 Ma至今的全新锆石δ18O数据库的分析工作。数据显示了一系列正负同位素偏移现象,这些偏移在全球背景框架下得到了全面解读。经过精细敏感性测试,研究人员揭示这些偏移实际源自区域构造环境的影响。具体来说,在低Tonian-Cryogenian时期(见注释1),锆石δ18O所呈现的偏低值曾被解释为雪球地球冰川融水气候信号,如今发现它们主要存在于中亚大别苏鲁造山带、埃及蛇绿岩以及早于Cryogenian期冰川作用的马达加斯加幼年岛弧发育出的超高压岩石中。

埃迪卡拉纪至寒武纪以及泥盆纪阶段出现的正向异常,过去常被理解为反映雪球地球侵蚀过程和陆地植物兴起的现象,实则源于冈瓦纳板块上部地壳来源。而新近纪的异常则是与黄石公园和冰岛相关的火成岩活动导致的结果。研究进一步指出,锆石地球化学汇编中的采样偏差类似于古生物学中的“lagerstatten”(富含精美化石的特殊保存地点)效应和“专著效应”(单个研究者的大规模贡献),这都可能导致了某些人工产物的过度表达。长期来看,锆石δ18O的趋势大致跟随了碰撞花岗岩和大陆弧生成的过程,更多记录的是单个造山带内部沉积物和沉积岩的熔融事件,而非全球沉积物俯冲变化的直接证据。

值得注意的是,全球锆石地球化学的综合数据一直以来都被广泛应用于揭示板块构造样式及地表环境变迁的证据。尤其是锆石δ18O参数,长期以来被视为全球沉积物俯冲并融入火成岩熔体过程的代理指标。然而,先前利用此类汇编进行研究时,通常忽视了地质和地理背景的具体考量。Sundell教授及其团队的最新成果为此领域的深入探索提供了更为细致且全面的视角。

原文信息:https://pubs.geoscienceworld.org/gsa/geology/article-abstract/doi/10.1130/G51817.1/633945/Does-zircon-geochemistry-record-global-sedimentredirectedFrom=fulltext

期刊信息

Geology:《地质学》,创刊于1973年。隶属于美国地质学会官方网址:https://pubs.geoscienceworld.org/geology

注释1:Tonian-Cryogenian时期是地质年代中的一个时间段,位于元古宙的后期。具体来说:

  • Tonian时期:大约开始于1000百万年前(Ma),结束于720 Ma,这是元古宙Neoarchean和Paleoproterozoic之间的时期。这个时期的地球表面环境发生了显著变化,包括大气和海洋化学成分的变化、陆地的进一步汇聚以及可能的生命演化事件。

  • Cryogenian时期:紧接着Tonian时期之后,从约720 Ma持续到635 Ma。这一时期以其极端的全球冰川事件而闻名,这些事件可能导致了“雪球地球”(Snowball Earth)现象,即地球表面大部分地区被冰雪覆盖的状态。尽管气候极其寒冷,但Cryogenian时期也可能是复杂多细胞生物(如埃迪卡拉生物群)起源和发展的关键时期。

在这两个时期中,地球的地壳构造活动、气候变化以及生命的进化都经历了重大转折,对理解地球历史和生命史具有重要意义。Kurt E. Sundell小组的研究发现,Tonian-Cryogenian期锆石δ18O的变化,并非简单反映全球沉积物俯冲过程,而是与特定区域的构造环境有密切关系。



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