近日，中国科学院南海海洋研究所边缘海与大洋地质重点实验室研究员张运迎团队联合其他科研团队，在洋壳初始俯冲以及陆壳形成机制方面取得新进展。相关成果发表在Geological Society of America Bulletin《美国地质学会通报》和International Journal of Earth Sciences《国际地球科学杂志》上。张运迎研究员为论文第一作者，孙珍研究员、香港大学孙敏教授、中国地质科学院地质研究所尹继元研究员、中国科学院广州地球化学研究所袁超和夏小平研究员为论文共同作者。
地球为何拥有板块构造和大陆，是21世纪地球科学十大科学问题之一。板块俯冲是维系地球圈层间协同演化的关键，其引发的地球表层与内部之间的物质循环不仅影响着地球内部的物质组成，还调节着地表宜居环境；同时，大陆地壳作为陆生生命的居住地，其表面风化作用也调节着地球气候演变。
然而，科学家们对板块构造学说的关键一环（即：洋壳初始俯冲机制）以及大陆地壳的形成机制（如：洋内弧基性玄武质成分如何转变为具有陆壳特征的长英质组分）尚没有统一的认识。
针对以上问题，研究团队对古亚洲洋构造域准噶尔地区的寒武纪蛇绿岩以及石炭-二叠纪花岗岩进行了锆石U-Pb-Hf-O同位素研究。研究表明：（1）寒武纪蛇绿岩中的长英质岩石具有类似地幔的Hf-O同位素组成，表明其来源于初始俯冲阶段的洋壳熔融和弧玄武岩浆分异。结合区域资料，研究提出早寒武世该区存在一个长达1000 km、东西向的洋内弧俯冲带，其初始俯冲与冈瓦纳大陆聚合以及劳亚大陆裂解有关（图1），解答了西南古亚洲洋寒武世初始俯冲在全球范围内的动力学机制；（2）研究还发现，早于320 Ma的花岗岩具有类似地幔的O同位素组成，晚于320 Ma的花岗岩展现出地壳特征的O同位素组成，表明晚期花岗岩具有再循环表壳物质的加入。结合区域资料，研究认为弧–弧碰撞引起的表生物质再循环和熔融作用促进着大洋弧地壳转变为大陆地壳（图2）。
本研究以早寒武世古亚洲洋为例，回答了洋壳俯冲的初始机制和大洋地壳转变为大陆地壳的机制，为全面认识板块构造学说提供重要科学依据。
上述研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、广东省实验室（广州）人才团队引进重大专项等项目联合资助。
相关论文信息：
Zhang, Y.Y., Sun, M., Yin, J.Y., Yuan, C., Sun, Z., Xia, X.P., 2022. Subduction initiation of the western Paleo-Asian Ocean linked to global tectonic reorganization: Insights from Cambrian island-arc magmatism within the West Junggar, NW China. Geological Society of America Bulletin 134, 3099–3112.
Zhang, Y.Y., Sun, M., Yin, J.Y., Yuan, C., Sun, Z., Xia, X.P., 2022. Maturation of East Junggar oceanic arc related to supracrustal recycling driven by arc–arc collision: perspectives from zircon Hf–O isotopes. International Journal of Earth Sciences, 111, 2519–2533.
图1 早寒武世全球板块以及西准噶尔构造位置重建图
图2 洋内弧地壳成熟化机制示意图，弧-弧碰撞引起再循环表壳物质的部分熔融促进着大洋弧地壳转变为大陆地壳
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