Nature：板块运动开始的时间又被提前了

上善若水……

板块构造是地球重要而独特的持续循环过程，直接或间接地控制着地球的几乎所有功能，包括大气条件、造山（大陆形成）、火山和地震等自然灾害、矿床的形成和海洋的维持。在这个过程中，地球的大型大陆板块不断移动，地球（地壳）的顶层被再循环到地幔中，并通过火山活动等过程被新的层所取代。

以前人们认为板块构造是在27亿年前开始的，一个国际科学家小组利用一滴水的微观残留物通过板块构造进入地球深部地幔，以表明这一过程是在6亿年前开始的。近日，一篇关于他们的研究的文章发表在高影响力学术期刊《自然》（Nature）上，这篇文章证明了板块构造始于33亿年前。

摘要：

水强烈地影响着地幔，影响着地幔的物理性质，比如促进其熔化，增强其对流的能力等。地幔中的水还可以用来追踪地表储层的循环直至深部地幔，提供了地球内部的含水量及其演化等信息，这一认识对于理解全球地球动力学至关重要。科马提岩（富含MgO的超镁铁质岩浆）是地幔在高压下高度熔融的结果，因此是示踪深部地幔化学成分和含水量的极好探针。最近在加拿大和津巴布韦27亿年前科马提岩中最富镁橄榄石的熔融包裹体中发现，地幔熔融过程中表现出类似地球化学行为的元素（例如铈）中含有过量的水。在这里，我们通过分析这些熔融包裹体中的氘与氢的比率来厘定这种水的地幔来源，并与巴伯顿绿岩带中33亿年前科马提岩的类似数据进行对比。从氢同位素比率来看，发现这些熔体的地幔源含有过量的水，这意味着至少从古太古代（36亿至32亿年前）起，地球内部就存在一个深层含水地幔储层。重建的科马提岩初始氢同位素组成中的氘比地表储层或典型地幔更为亏损，但类似于海水混合之后的特征，可能在俯冲过程中，由脱水的海洋地壳提供。这些结果，结合科马提岩地幔源中过量的氯和铅的亏损表明，海水改变了岩石圈循环进入深部地幔，可以说是在33亿年前开始的俯冲作用。

测定地幔中H2O浓度的常用方法是在海底玄武岩玻璃(地幔起源的淬火和分异的熔体)或这些熔岩早期结晶矿物中的玻璃状熔体包裹体中分析。由于H、O和Ce在矿物和熔体之间的分配方式相似，因此H2O/ Ce与地幔熔融分馏和程度无关，代表了地幔源的H2O/ Ce比值。大多数来自大洋中脊和大洋岛屿的幔源玄武岩玻璃的H2O/Ce = 200 100几乎是恒定的，这意味着现代地幔中H2O浓度的范围相对狭窄。

不同年龄的科马提岩橄榄石中的熔体包裹体Ba/Nb比值与整体硅酸盐地球(BSE)相似，但H2O/Ce比值要高得多。我们之前对加拿大和津巴布韦Abitibi和Belingwe绿岩带约2.7 Gyr年龄的科马提岩熔体包裹体的研究表明，它们的原生熔体具有中等的水分含量(0.2 wt% ~ 0.6 wt% H,0)，但在Ce上有大量的H2O过剩。这一特征被解释为它们的地幔源中存在过量的H2O，可能是在科马提岩穿过过渡带时夹带到科马提岩源中。然而，一些橄榄石中的熔体包裹体也表现出H20超过Ce的现象，认为这是由于当H2O的外部压力超过包裹体内部的压力时，H通过宿主橄榄石扩散得到的结果6-8。如图la所示。更多的熔体表现出H20亏损(图la中H20/Ce比低于同生海底玻璃)到H通过主橄榄石扩散损失，或在包封前通过熔体脱气。

More information: Alexander V. Sobolev et al. Deep hydrous mantle reservoir provides evidence for crustal recycling before 3.3 billion years ago, Nature (2019).

以上内容来源于：EarthScience读书会