最近的研究发现，地球地幔成分的重大变化始于大约 3 亿年前，与现代板块构造的开始相一致，并导致了全球化学异质性。在当今地球上，板块俯冲不断改变着对流地幔的化学成分，与这些过程相关的各种地幔源已被广泛研究。 然而，地球的地球动力学演化如何影响对流地幔的化学成分，以及对流地幔的全球化学异质性在地球地质历史上何时首次出现，至今仍不清楚。

现在，中国科学院海洋研究所的研究人员与来自澳大利亚、瑞士和美国的合作者一起，通过对过去十亿年间大陆内部玄武岩的地球化学和同位素数据的有力汇编，解决了这些问题。这项研究揭示了地球内部物质在地质时间尺度上的长期循环。

该研究最近发表在Science Advances上。

图 1. 过去十亿年大陆内部玄武岩和金伯利岩中的εNdi。 资料来源：IOCAS

对大陆内部玄武岩成分的统计分析表明，具有钕（Nd）同位素富集地球化学特征（εNd <0）的大陆内部玄武岩仅出现在距今约 3 亿年前（图 1）。 这一时期与带有地壳物质参与特征的金伯利岩的出现相吻合（图 1）。 这些发现表明对流地幔在全球范围内发生了成分变化。

由于富集的大陆内部玄武岩和金伯利岩的古地理位置表明，地幔富集不受距离俯冲带远近的影响（图2），研究人员提出，这些大陆内部玄武岩和金伯利岩中的富集特征源于更古老、更遥远的俯冲事件。

图 2. 板块内岩浆的εNdi与其与最近俯冲带距离的关系。富集的板内玄武岩和金伯利岩的古地理位置表明，地幔富集不受距离俯冲带远近的影响。资料来源：IOCAS

以大陆地壳俯冲和深板块断裂为标志的现代板块构造始于新近纪晚期（约7-6亿年前）。 在现代构造体系下，广泛的冷俯冲和大陆地壳俯冲，加上超大陆组装期间俯冲通量的增加（图 3），将地壳和上地幔中的物质引入了下地幔。 经过3亿多年后，这些俯冲板块可以通过地幔上升流运回上地幔。

"这一过程可能从根本上改变了对流地幔的成分，有助于富集岩浆的形成，最终导致全球范围的地幔化学异质性。"

图 3. 对流地幔的成分演变。 资料来源：IOCAS

据研究人员称，在现代板块构造开始约3亿年后，发现了富集的板内地幔岩浆，这为了解板块构造驱动下地球对流地幔成分多样性的过程提供了重要的启示。

刘教授说："时间框架与模型一致，模型表明俯冲物质通过这些动态过程影响上地幔的组成需要相当长的时间。"

编译自/SciTechDaily