中美德科学家合作在现代大洋中脊首次发现25亿年前大陆地幔

 来自西南印度洋的典型深海橄榄岩样品，化学成分与年龄证实其代表再循环的太古代克拉通地幔。 刘传周 供图

北京6月2日电 (记者 孙自法)中、美、德三国科学家通过合作研究，最新在现代大洋中脊(洋中脊)首次发现25亿年前大陆地幔，为研究地球早期地表重要组成单元——克拉通的形成演化乃至破坏提供了新的视角。

由中国科学院地质与地球物理研究所刘传周研究员、罗斯·米切尔(Ross Mitchell)研究员联合美国伍兹霍尔海洋研究所亨利·迪克(Henry Dick)研究员、德国马普化学所阿尔伯特·霍夫曼(Albrecht Hofmann)研究员共同完成的这项地球科学研究重要成果论文，北京时间6月2日在国际学术期刊《科学进展》上线发表。

太古代克拉通地幔再循环模型图。 星球研究所王申雯 供图

论文第一作者和共同通讯作者刘传周研究员介绍说，克拉通岩石圈的形成和演化是地球科学核心问题之一。前人提出克拉通地幔的减薄方式包括地幔拆沉、地幔柱热/化学侵蚀等，减薄的太古代(约25亿年前)克拉通地幔通常被默认进入到软流圈中。

考虑软流圈可在全球范围内发生地幔对流，并且在洋中脊发生被动上涌和减压熔融，形成新的大洋岩石圈。因此，现今洋中脊的深海橄榄岩作为软流圈部分熔融后的残留体，是寻找软流圈中的太古代克拉通地幔的最佳载体。

太古代克拉通地幔再循环的数值模拟。 刘传周 供图

为寻找消失的克拉通地幔，并检验克拉通地幔是否能够进入软流圈并通过地幔对流重新循环至现今洋中脊，合作团队对1984年、2001年美国两个海洋调查船航次在印度洋获得的深海橄榄岩样品进行系统研究与详细分析，发现西南印度洋的深海橄榄岩样品与全球深海橄榄岩存在明显的成分差异，而非常类似于太古代克拉通地幔样品。这种相似的成分暗示，西南印度洋深海橄榄岩样品可能代表了进入到软流圈中的太古代克拉通地幔。

刘传周指出，为证实这种推测是否正确，需要准确测定该深海橄榄岩的形成时代。他们通过目前公认测定地幔岩石年龄最好的放射性同位素定年方法，发现绝大多数西南印度洋深海橄榄岩样品的年龄老于25亿年。至此，化学成分和年龄的两方面证据都充分证明，西南印度洋深海橄榄岩样品代表了软流圈中的太古代克拉通地幔。

他说，研究团队首次在现今洋中脊发现有太古代克拉通地幔，为低密度的太古代克拉通地幔可以通过某种构造作用进入软流圈提供了确切的证据。

根据已有资料，太古代克拉通地幔在西南印度洋西段出露的规模为数公里至数十公里，这为未来研究太古代克拉通形成与演化提供了另一种获得样品的途径和重要窗口。研究团队因此认为，未来关于克拉通的研究应该立足陆地，放眼海洋。

刘传周表示，他们的最新研究结果还为证实地球软流圈具有不均一的化学组成提供了充分证据。软流圈是指地球浅部岩石圈以下至地球深部660公里不连续面以上，刚性较弱且能够发生长期缓慢变形的地幔部分，是讨论壳幔相互作用等一系列地质过程的重要参考体系。软流圈不均一性的证实与成因研究，也为认识地球形成演化、圈层相互作用提供了新的思考视角和重要约束。

据了解，人类赖以生存的陆地主要由克拉通和造山带构成，其中克拉通主要形成于18亿年以前的地球早期。根据板块构造理论，洋中脊是海底扩张中心和大洋板块新生地，是地球上最重要的板块离散边界，全球洋中脊总长7万余公里，也是地球上最长的火山链。

在洋中脊下方，深部热的地幔被动上涌并发生熔融，岩浆抽取后形成洋壳，而熔融的残留体则形成岩石圈地幔，洋壳厚度与洋中脊扩张速率有关。沿着整个西南印度洋脊走向，大量深海橄榄岩直接出露在洋中脊的轴部或相邻的转换断层，成为研究深部软流圈地幔的宝贵窗口。(完)

【编辑:苏亦瑜】