最近的研究發現，地球地函成分的重大變化始於大約3 億年前，與現代板塊構造的開始一致，並導致了全球化學異質性。在當今地球上，板塊俯衝不斷改變對流地函的化學成分，與這些過程相關的各種地函源已被廣泛研究。 然而，地球的地球動力學演化如何影響對流地函的化學成分，以及對流地函的全球化學異質性在地球地質歷史上何時首次出現，至今仍不清楚。

現在，中國科學院海洋研究所的研究人員與來自澳洲、瑞士和美國的合作者一起，透過對過去十億年間大陸內部玄武岩的地球化學和同位素數據的有力彙編，解決了這些問題。這項研究揭示了地球內部物質在地質時間尺度上的長期循環。

該研究最近發表在Science Advances上。

圖1. 過去十億年大陸內部玄武岩和金伯利岩中的εNdi。 資料來源：IOCAS

對大陸內部玄武岩成分的統計分析表明，具有釹（Nd）同位素富集地球化學特徵（εNd <0）的大陸內部玄武岩僅出現在距今約3 億年前（圖1）。 這段時期與帶有地殼物質參與特徵的金伯利岩的出現相吻合（圖1）。 這些發現顯示對流地函在全球範圍內發生了成分變化。

由於富集的大陸內部玄武岩和金伯利岩的古地理位置表明，地函富集不受距離俯衝帶遠近的影響（圖2），研究人員提出，這些大陸內部玄武岩和金伯利岩中的富集特徵源於更古老、更遙遠的俯衝事件。

圖2. 板塊內岩漿的εNdi與其與最近俯衝帶距離的關係。富集的板內玄武岩和金伯利岩的古地理位置表明，地函富集不受距離俯衝帶遠近的影響。資料來源：IOCAS

以大陸地殼俯衝和深板塊斷裂為標誌的現代板塊構造始於新近紀晚期（約7-6億年前）。 在現代構造體系下，廣泛的冷俯衝和大陸地殼俯衝，加上超大陸組裝期間俯衝通量的增加（圖3），將地殼和上地函中的物質引入了下地函。 經過3億多年後，這些俯衝板塊可以透過地函上升流運回上地函。

“這個過程可能從根本上改變了對流地函的成分，有助於富集岩漿的形成，最終導致全球範圍的地函化學異質性。”

圖3. 對流地函的成分演變。 資料來源：IOCAS

據研究人員稱，在現代板塊構造開始約3億年後，發現了富集的板內地函岩漿，這為了解板塊構造驅動下地球對流地函成分多樣性的過程提供了重要的啟示。

劉教授說：”時間框架與模型一致，模型顯示俯衝物質透過這些動態過程影響上地函的組成需要相當長的時間。”

編譯自/ SciTechDaily