200 Ma造山帶和克拉通的因素分布（Dang et al., 2020）。深灰色、新研灰色、究探解淺灰色、大陸定深綠色、早期中決濟南歷城外圍大學(xué)生（服務(wù)）vx《749-3814》提供外圍女上門服務(wù)快速選照片快速安排不收定金面到付款30分鐘可到達淺綠色和藍色區(qū)域分別代表太古宙克拉通、裂解陸裂2.2–1.6 Ga造山帶、過程關(guān)鍵1.6–0.7 Ga造山帶、因素<0.7 Ga造山帶、新研目前被淹沒的大陸區(qū)域和海洋巖石圈。數(shù)據(jù)來自IGCP 440項目（Li et al., 2008）
（神秘的地球uux.cn報道）據(jù)中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所：超大陸裂解作為超大陸循環(huán)的重要組成部分，一直是全球構(gòu)造演化的重要問題。近二十年來對于超大陸裂解的研究，主要集中在裂解的驅(qū)動力問題，即地幔柱的推力作用（active force）與俯沖帶后撤的拉力作用（passive force）的相對重要性上面，對于決定超大陸裂解位置因素缺乏深入研究，特別是對地球巖石圈中非剛性組成部分——造山帶的重要性缺乏討論。
造山帶作為巖石圈的重要組成部分，相較于克拉通來說，它的物理性質(zhì)（例如粘度、厚度、屈服應(yīng)力等）更弱，因此在流變學(xué)上更容易發(fā)生破裂。事實上，在岡瓦納大陸的破裂過程中，大約45%的破裂邊界都沿著古老造山帶的輪廓演化（Krabbendam et al., 2000），這表明造山帶在一定程度上影響超大陸的破裂位置。同時，200 Ma至今的全球大火成巖省的重建結(jié)果顯示，大多數(shù)超大陸的破裂位置都伴隨著大火成巖省的分布（例如CAMP、Parana、 NAIP等；Storey, 1995），由此認為地幔柱作用對超大陸的裂解具有重要作用，近年來也有學(xué)者提出這種大火山巖省和大陸裂解的空間耦合關(guān)系是因為地幔柱傾向就位于巖石圈內(nèi)的淺薄帶內(nèi)（Buiter and Torsvik, 2014；萬博等, 2019；Niu et al., 2020）。
近期，北京大學(xué)的博士研究生生黨卓和張南副教授聯(lián)合澳大利亞科廷大學(xué)李正祥教授等人在Nature出版集團的刊物 Communications Earth & Environment發(fā)表論文，探討了在Pangea 超大陸早期裂解過程（200-100 Ma）中決定大陸裂解的關(guān)鍵因素。他們在全球造山帶重建數(shù)據(jù)（圖1）的基礎(chǔ)上，將200 Ma全球非剛性的造山帶和剛性的克拉通組成的大陸巖石圈引入3D地幔對流模型，同時考慮全球俯沖帶后撤作用、部分熔融對于巖石圈的弱化作用以及核幔邊界熱化學(xué)異常層LLSVP等因素的影響，模擬在中大西洋以及南大西洋裂解階段地幔柱以及造山帶的作用。模型結(jié)果顯示，在中大西洋的裂解過程中，第一期熱柱的噴發(fā)（～195 Ma）觸發(fā)了中大西洋的打開，而之后的中大西洋裂解主要沿著大陸巖石圈中的造山帶（軟弱區(qū)域）擴展，這與地球演化史中中大西洋大火成巖省（CAMP）的噴發(fā)時間略早于中大西洋的打開時間、噴發(fā)中心位置位于中大西洋中心，以及中大西洋的破裂沿著Alleganian-Variscan-Herynian 造山帶的古地理重建事實相吻合。同樣的，在緊隨著的南大西洋打開階段，第二期熱柱的噴發(fā)（～135 Ma，對應(yīng)于Parana 大火成巖省）觸發(fā)了南大西洋的打開，而南大西洋的裂解階段是由巖石圈內(nèi)軟弱帶（對應(yīng)于Aracuai-West Congo等造山帶）誘導(dǎo)演化的。
值得指出的是，南大西洋北部的西非克拉通和亞馬遜克拉通在南大西洋打開前是一個完整的克拉通，同時在西非克拉通和其臨近的撒哈拉克拉通中間存在著相對較弱的造山帶。那么為什么南大西洋的打開位置不在相對更容易打開的造山帶區(qū)域，轉(zhuǎn)而破壞了物理性質(zhì)更強的克拉通呢？本項研究結(jié)果表明，在中大西洋的打開過程中，CAMP熱柱誘發(fā)的部分熔融作用弱化了其相鄰區(qū)域的西非和亞馬遜組成的完整克拉通，使得其物理性質(zhì)相較于造山帶更容易發(fā)生破裂。在南大西洋打開過程中，破裂從南向北進行演化，經(jīng)過北部弱化的大陸巖石圈的誘導(dǎo)，最終導(dǎo)致了南大西洋和中大西洋的貫通。南大西洋的破裂過程強調(diào)了地幔柱部分熔融對大陸巖石圈的弱化作用相對于超大陸破裂的重要性。
此項研究進一步指出，在三維地幔對流模型中，俯沖帶形狀對于地幔柱噴發(fā)位置的重要意義。在俯沖帶曲率高的區(qū)域，其下降流更加強烈，相應(yīng)的產(chǎn)生的地幔回流也更加強烈，更容易產(chǎn)生熱柱。
這項研究表明，地幔柱引發(fā)的大火山巖省的噴發(fā)觸發(fā)了超大陸破裂，決定了破裂的初始位置，而之后的破裂演化是由造山帶引導(dǎo)，破裂位置沿著造山帶輪廓進行演化，因此相對軟弱的更年輕的造山帶一定程度上決定了大陸破裂的最終形狀。這項研究對超大陸破裂的動力學(xué)機制提供了新的認識。這項研究還進一步通過重建俯沖帶曲率、造山帶分布、大火成巖省的相關(guān)關(guān)系有可能重建Rodinia和Columbia超大陸的破裂過程。
致謝：感謝萬博研究員的寶貴修改意見。
主要參考文獻
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Dang Z, Zhang N, Li Z X, et al. Weak orogenic lithosphere guides the pattern of plume-triggered supercontinent break-up[J]. Communications Earth & Environment, 2020, 1(1): 1-11.
Krabbendam M, Barr T D. Proterozoic orogens and the break-up of Gondwana: why did some orogens not rift?[J]. Journal of African Earth Sciences, 2000, 31(1): 35-49.
Li Z X, Bogdanova S V, Collins A S, et al. Assembly, configuration, and break-up history of Rodinia: a synthesis[J]. Precambrian Research, 2008, 160(1-2): 179-210.
Niu Y. On the cause of continental breakup: A simple analysis in terms of driving mechanisms of plate tectonics and mantle plumes[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2020, 194: 104367.
Storey B C. The role of mantle plumes in continental breakup: case histories from Gondwanaland[J]. Nature, 1995, 377(6547): 301-308.
萬博, 吳福元, 陳凌等. 重力驅(qū)動的特提斯單向裂解-聚合動力學(xué)[J].中國科學(xué):地球科學(xué), 2019, 49: 2004-2017. |
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