Niedawne badania wykazały, że znaczące zmiany w składzie płaszcza Ziemi rozpoczęły się około 300 milionów lat temu, zbiegając się z początkiem współczesnej tektoniki płyt i powodując globalną niejednorodność chemiczną.
Na współczesnej Ziemi subdukcja płyt w sposób ciągły modyfikuje skład chemiczny płaszcza konwekcyjnego, a różne źródła płaszcza powiązane z tymi procesami były szeroko badane. Nie jest jednak jasne, w jaki sposób ewolucja geodynamiczna Ziemi wpłynęła na skład chemiczny płaszcza konwekcyjnego na przestrzeni czasu oraz kiedy w historii geologicznej Ziemi po raz pierwszy pojawiła się globalna heterogeniczność chemiczna płaszcza konwekcyjnego.
Teraz naukowcy z Instytutu Oceanologii Chińskiej Akademii Nauk (IOCAS) wraz ze współpracownikami z Australii, Szwajcarii i USA zajęli się tymi pytaniami poprzez solidną kompilację danych geochemicznych i izotopowych na temat wewnątrzkontynentalnych skał bazaltowych z przeszłości. miliard lat.
„To badanie rzuca światło na długoterminowy obieg materiałów we wnętrzu Ziemi w geologicznych skalach czasu” – powiedział prof. Liu He z IOCAS, współautor badania.
Badanie zostało niedawno opublikowane w Postęp nauki.
Wgląd w zmiany w składzie płaszcza
Analiza statystyczna składu bazaltów wewnątrzkontynentalnych wskazuje, że bazalty wewnątrzkontynentalne z sygnaturami geochemicznymi wzbogaconymi w izotopy neodymu (Nd) (εNd < 0) występowały dopiero około 300 milionów lat temu (ryc. 1). Okres ten zbiega się z pojawieniem się kimberlitów ze śladami zaangażowania materii skorupy ziemskiej (ryc. 1). Odkrycia te sugerują modyfikację składu płaszcza konwekcyjnego na skalę globalną.
Ponieważ paleogeograficzne położenie wzbogaconych wewnątrzkontynentalnych bazaltów i kimberlitów wskazuje, że odległość od stref subdukcji nie miała wpływu na wzbogacenie płaszcza (ryc. 2), badacze zaproponowali, że wzbogacone sygnatury tych wewnątrzkontynentalnych bazaltów i kimberlitów pochodzą ze starszych, bardziej odległych zjawisk subdukcji .
Ewolucja tektoniki płyt i dynamiki płaszcza
Tektonika płyt w nowoczesnym stylu, charakteryzująca się subdukcją skorupy kontynentalnej i głębokim pękaniem płyt, rozpoczęła się w późnym neoproterozoiku (ok. 700–600 milionów lat temu). We współczesnym reżimie tektonicznym powszechna subdukcja zimna i subdukcja skorupy kontynentalnej, wraz ze zwiększonym strumieniem subdukcji podczas składania superkontynentu (ryc. 3), spowodowały wprowadzenie materiałów ze skorupy i górnego płaszcza do dolnego płaszcza. Po ponad 300 milionach lat te subdukowane płyty można było przetransportować z powrotem do górnego płaszcza poprzez wypływy płaszcza.
„Proces ten mógł zasadniczo zmienić skład płaszcza konwekcyjnego i przyczynić się do powstania wzbogaconej magmy, co ostatecznie doprowadziło do chemicznej heterogeniczności płaszcza na skalę globalną” – powiedział dr Chen Qian z IOCAS, pierwszy autor badania.
Odkrycie wzbogaconych magm pochodzących z płaszcza wewnątrzpłytowego, występujących ok. Zdaniem naukowców 300 milionów lat po powstaniu współczesnej tektoniki płyt dostarcza ważnych informacji na temat procesów napędzanych przez tektonikę płyt, które biorą udział w różnorodności składu ziemskiego płaszcza konwekcyjnego.
„Przedział czasowy jest zgodny z modelami sugerującymi, że wpływ subdukowanych materiałów na skład górnego płaszcza w wyniku tych dynamicznych procesów zajmuje dużo czasu” – powiedział prof. Liu.
Odniesienie: „Globalne perturbacje płaszcza po początku współczesnej tektoniki płyt” Qian Chen, He Liu, Andrea Giuliani, Luc S. Doucet, Tim E. Johnson, Lipeng Zhang i Weidong Sun, 16 października 2024 r., Postęp nauki.
DOI: 10.1126/sciadv.adq7476
