地球科学动态监测快报

2023年第15期

科学家重新确定地球大陆形成时间

2023年7月11日,《地球科学评论》(Earth-Science Reviews)发表题为《全球铅同位素系统:建立反映地球动态演化的新框架》(The global lead isotope system: Toward a new framework reflecting Earth's dynamic evolution)的文章。该文指出,32亿年是地球历史上的一个关键转折点,地球从层状蛋糕结构转变为一种新的重新混合的模式,可能是由全球规模的板块构造运动的开始所驱动,这一过程至今仍主导着地球的动态演化。

U-Th-Pb系统可能是地球科学家最常使用的同位素系统之一,广泛应用于在地球上发生过的地质事件的日期和成分追踪。然而在地球的铅同位素研究中存在2个主要悖论:①假设地球是由球粒陨石组成并且均匀演化而来,那么地球上所有化学储层的出现都应该与4.55Ga的陨石等时线(也称为地质年代线)有关,但事实上并非如此,所有已知的化学储层与碳质球粒陨石相比更具有放射性成因(含有过量的206Pb和207Pb);②测得海洋玄武岩中232Th/238U比值与根据Pb同位素比值预测的时间积分232Th/238U比值之间存在明显差异。由于当今地球的具体组成和地幔中U/Pb和Th/U分选的开始时间也尚未确定,所以这2个悖论凸显了目前对地球演化理解的局限性。

鉴于此,在该研究中,澳大利亚科廷大学的研究人员通过研究澳大利亚丰富的铅锌矿床,首先回顾上述2个悖论并且提出相应的想法:针对第1个悖论,研究人员认为现代地球物质的铅同位素值属于一阶且位于之前估计的Pb分异线上,但由于地球来源物质的混合和分异引起的二阶复杂性,认为数据主要位于地质年代线的右侧。而针对第2个悖论,由于地球表面发现的岩石大多起源于浅层具有高放射性的储层,在那里,由于长期的重力分异和俯冲导致地幔再混合时优先集中了更多的放射性物质,而现代全球数据库的数据也刚好验证了这一观点。然后基于当前对数据的重新评估和地球动力学的理解建立了一个新模型。该模型一方面证实了在地球的分离组分中存在不同的Pb同位素演化路径,而现今上陆壳便是其中一个终端;另一方面,还表征了地球上Pb演化的2个阶段,也根据数据定义了地球主要成分分化和再混合开始时间约为32亿年,可能指示当时全球板块构造运动的开始。

研究人员表示,在地球材料U-Pb定年过程中,Pb演化模型的选择对非放射性成因Pb校正具有潜在的深远意义。

(王晓晨 编译)