91精品国产手机在线-白筒袜嫩萝双腿之间乳白液体-青青操手机在线视频观看-日本中文字幕人妻日韩-日韩精品在线观看视频网站-天堂资源中文最新版在线一区-欧美专区一区二区三区-国产综合亚洲欧美在线-国产精品久久久久久福利69堂

  1. 首頁 > 生活百科 >

PNAS：W同位素制約地球早期地幔對流模式

PNAS：W同位素制約地球早期地幔對流模式
文章插圖

PNAS：W同位素制約地球早期地幔對流模式
文章插圖


PNAS：W同位素制約地球早期地幔對流模式
文章插圖

冥古宙和太古宙的地球具有與現(xiàn)代板塊構(gòu)造完全不同的構(gòu)造體制。地球早期構(gòu)造樣式研究是近年來固體地球科學(xué)領(lǐng)域的前沿?zé)狳c之一。早期地幔性質(zhì)及其對流模式是揭示地球早期構(gòu)造樣式關(guān)鍵。最近發(fā)表的關(guān)于太古宙巖石樣品的W同位素研究表明太古宙地幔主要以局部的、相對獨立的小規(guī)模對流為主（Mei et al., 2020; Tusch et al., 2021），冥古宙形成的早期地幔不均一因此得以在該地幔對流模式下保存下來。
短壽命放射性衰變體系（如：182Hf-182W、146Sm-142Nd和129I-129Xe體系）受后期地質(zhì)作用影響較小，常用于制約地球早期的地質(zhì)過程和演化歷史。冥古宙和始太古代地球樣品具有正的μ182W值；而自古太古代起（距今36億年之后），地球樣品（巖性以英云閃長巖-奧長花崗巖-花崗閃長巖和科馬提質(zhì)巖石為主）中出現(xiàn)μ182W正值、負(fù)值和零值共存的局面；而現(xiàn)今地幔則被認(rèn)為具有相對均一的W同位素組成，μ182W值為零（Mei et al., 2020）。因此，地幔的W同位素經(jīng)歷了一個均一化的過程。研究不同時代巖石樣品的W同位素組成能夠揭示地幔的均一化程度和過程，從而反映不同時期地幔物質(zhì)混合的效率，制約地幔對流模式。澳大利亞Pilbara克拉通具有形成年齡為35億年到27億年不等的巖石，是開展此項研究的良好天然實驗室。
近期，德國科隆大學(xué)Tusch及其合作者在PNAS上發(fā)表了他們關(guān)于Pilbara克拉通太古宙巖石W同位素組成的研究（Tusch et al., 2021）。結(jié)果見圖1。根據(jù)樣品的W/Th比值可以判斷樣品是否遭受過后期流體作用改造。Pilbara克拉通Warrawoona群未受后期作用影響的幔源巖石樣品μ182W值為+12.6 ± 1.4（95%置信區(qū)間，圖1紅色區(qū)域水平部分），Warrawoona群受后期流體作用影響的幔源巖石樣品（流體改造作用引起樣品W再富集）具有較低的μ182W值，為+8.1 ± 1.4（95%置信區(qū)間，圖1灰色區(qū)域），更年輕的幔源巖石樣品（3.35 Ga、3.18 Ga和3.1 Ga）則具有更低的μ182W值（圖1紅色區(qū)域下降部分）。Pilbara克拉通巖石圈來源巖石樣品的μ182W值為+8.3 ± 1.0（95%置信區(qū)間，圖1藍(lán)色區(qū)域）。
PNAS：W同位素制約地球早期地幔對流模式
文章插圖


對于地球古老樣品中存在的μ182W正異常通常有兩種解釋。第一種解釋與后增薄層模型（LateVeneer）有關(guān)。后增薄層假說認(rèn)為在地球核幔分異結(jié)束后，約有0.5%~1%地球質(zhì)量的隕石物質(zhì)加入到地幔成為地幔強親鐵元素的主要來源。這些加入的地外物質(zhì)平均成分相當(dāng)于球粒隕石，μ182W值約為-190（Kleine et al., 2004），遠(yuǎn)低于地幔值。現(xiàn)今地幔可被視為后增薄層物質(zhì)添加前的地幔與后增薄層物質(zhì)完全混合的結(jié)果，因此如果地幔并未與后增薄層物質(zhì)完全混合，則其相對于現(xiàn)今地幔具有μ182W正異常且虧損強親鐵元素（Willbold et al., 2011; Willbold et al., 2015）。第二種解釋則與早期地幔分異過程有關(guān)。在滅絕核素182Hf衰變完全之前（太陽系形成后的前90 Ma內(nèi)）發(fā)生的地幔分異事件產(chǎn)生的高Hf/W比值源區(qū)經(jīng)182Hf衰變形成具有μ182W正異常的源區(qū)。值得注意的是該分異事件也會造成Sm-Nd分餾，滅絕核素146Sm的衰變使得具有μ182W正異常的源區(qū)同時具有μ142Nd正異常（Touboul et al., 2012；Rizo et al., 2016）。
Pilbara克拉通最古老的幔源巖石與其它克拉通古老巖石一樣具有μ182W正異常（圖2）。未受后期作用影響的具有μ182W正異常的樣品相對于現(xiàn)代地幔虧損強親鐵元素，且樣品不具有142Nd異常。因此，Pilbara克拉通太古宙巖石樣品中的μ182W正異常源于早期地幔與后增薄層物質(zhì)的不完全混合，冥古宙形成的地幔儲庫在早期地幔對流中被保存了至少10億年。因此，文章認(rèn)為太古宙地幔物質(zhì)混合效率低下，地幔對流規(guī)模較小，對流環(huán)相對獨立，偶爾發(fā)生局部地幔在垂向上的均一化。Pilbara克拉通3.3 Ga到3.1 Ga樣品μ182W值降低表明太古宙地球存在一個由停滯蓋（stagnant lid）構(gòu)造體制向板塊構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換的過渡期。文章還強調(diào)該認(rèn)識與前人基于太古宙巖石W同位素組成變化得出的地球在3.6-2.7Ga時經(jīng)歷了由地幔柱構(gòu)造體制向板塊構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換的結(jié)論是一致的（Mei et al., 2020）。
PNAS：W同位素制約地球早期地幔對流模式
文章插圖

【PNAS：W同位素制約地球早期地幔對流模式】

推薦閱讀