地球早期的板塊構(gòu)造樣式及其與地球早期大氣氧化的聯(lián)系是地球科學(xué)研究的熱點(diǎn)。在太古宙-古元古宙過(guò)渡期間地球氧化與大陸快速生長(zhǎng)的耦合現(xiàn)象早有報(bào)道，但缺乏兩者關(guān)聯(lián)的直接證據(jù)。地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室Tim Kusky和王璐教授引領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)最近在本領(lǐng)域研究獲得新進(jìn)展。論文發(fā)表在《自然通訊》上，第一作者為中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2021級(jí)直博生、地球科學(xué)學(xué)院國(guó)際菁英班2021屆本科畢業(yè)生彭雅瑩，共同通訊作者為T(mén)imothy Kusky和王璐教授。
造山帶及周緣沉積層序有助于建立造山過(guò)程和地表變化之間的聯(lián)系。該團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期在華北克拉通中部造山帶東緣開(kāi)展大地構(gòu)造研究，并在贊皇地體報(bào)道晚太古代板塊橫向匯聚邊界典型判別標(biāo)志-華北最古老的構(gòu)造混雜巖帶和大規(guī)模板塊水平運(yùn)動(dòng)形成的巨型逆沖推覆體（圖1）。贊皇地體古板塊匯聚邊界東緣沉積層序長(zhǎng)期以來(lái)被認(rèn)為是東部陸塊之上的被動(dòng)大陸邊緣沉積（圖1），而晚太古宙中部造山帶的洋弧通過(guò)匯聚增生在東部陸塊之上。
最近，Kuksy教授引領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)對(duì)于該沉積層序進(jìn)行詳細(xì)野外構(gòu)造-巖石填圖、層序地層學(xué)和年代學(xué)綜合研究，獲得新的突破性認(rèn)識(shí)：發(fā)現(xiàn)這套沉積層序并非是傳統(tǒng)威爾遜旋回中大陸裂解階段形成的被動(dòng)陸緣，而是在多島弧拼貼、大陸匯聚生長(zhǎng)到穩(wěn)定過(guò)程中形成；通過(guò)全球?qū)Ρ龋麄兲岢鲆环N新型被動(dòng)陸緣形成機(jī)制，揭示其對(duì)淺部環(huán)境氧化的推動(dòng)作用。新型被動(dòng)陸緣形成機(jī)制是，大洋弧之間碰撞拼貼使地殼變厚并上升到海平面，從而創(chuàng)造一個(gè)穩(wěn)定的淺水平臺(tái)，當(dāng)大陸從地球早期太古宙海洋中浮現(xiàn)時(shí)，光合產(chǎn)氧生命即可在其中大量繁殖。從而首次提出太古宙-古元古宙構(gòu)造和地表環(huán)境劇變的耦合現(xiàn)象源自板塊構(gòu)造對(duì)地表環(huán)境的改造作用。
基于野外構(gòu)造解析、巖石學(xué)和沉積相恢復(fù)的研究，這套由變砂巖、石英巖、變泥質(zhì)巖和厚層大理巖組成的層序確定為初始大陸（增生和加厚的大洋島弧）邊緣快速沉降形成淺海大陸架環(huán)境下的沉積。然而，碎屑鋯石指示其發(fā)育時(shí)間短（僅~50Ma， 圖2），形成于匯聚板塊邊緣的島弧增生過(guò)程；但現(xiàn)代板塊構(gòu)造理論中，被動(dòng)陸緣通常被認(rèn)為發(fā)育于大陸裂解后的離散型板塊邊緣，且需要經(jīng)歷更長(zhǎng)發(fā)育周期（~180Ma）。綜合未發(fā)現(xiàn)裂解證據(jù)的地質(zhì)事實(shí)，以及該地區(qū)持續(xù)發(fā)生島弧碰撞拼貼的地質(zhì)背景，該被動(dòng)大陸邊緣不屬于大陸裂解成因，而是直接形成于島弧拼貼增厚后的沉降過(guò)程（圖3）。
被動(dòng)大陸邊緣形成的淺海環(huán)境，以及島弧不斷增生和浮出水面提供的物源營(yíng)養(yǎng)，有利于光合生物的大量繁殖和發(fā)育，因此可形成局部的“氧氣涌”。由此，提出一種“增生島弧碰撞后沉降”的新型被動(dòng)大陸邊緣形成機(jī)制。全球太古宙數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)對(duì)比指示，這種類(lèi)型的被動(dòng)大陸邊緣沉積在其所屬的大陸（克拉通）形成和穩(wěn)定前可大量發(fā)育（圖4），并同時(shí)引起氧氣波動(dòng)。而在太古宙-古元古宙過(guò)渡期間橫向板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、大量島弧拼貼引起的大陸生長(zhǎng)，很可能是觸發(fā)古元古宙早期全球大氧化的原因。
論文信息：Peng, Y., Kusky, T., Wang, L., Luan, Z., Wang, C., Liu, X., Zhong, Y., Noreen J.E., 2022, Passive margins in accreting Archaean archipelagos signal continental stability promoting early atmospheric oxygen rise.Nature Communications13, 7821.
doi.org/10.1038/s41467-022-35559-w
圖1.沉積巖層序所在地區(qū)地質(zhì)圖。(a)研究區(qū)位于華北克拉通中部造山帶和東部陸塊交界處。（b）贊皇地區(qū)地質(zhì)圖。（c）贊皇地區(qū)弧陸碰撞造山帶構(gòu)造剖面圖，研究的地層層序所在的位置（C-D）。（d）沉積層序出露區(qū)地質(zhì)填圖。
圖2.沉積層序的建立（左）及碎屑鋯石類(lèi)最大沉積巖年齡的約束結(jié)果（右）。多種計(jì)算方法中，YC2σ（綠色圓形）是最優(yōu)計(jì)算結(jié)果，用于最終的年齡約束（2560-2510Ma）
圖3.贊皇被動(dòng)陸緣形成的大地構(gòu)造演化示意圖。其形成機(jī)制與匯聚板塊邊界中的弧前盆地特征不符，不受到海向（現(xiàn)今西向，圖左）島弧遷移的影響，而是受制于陸向（現(xiàn)今東向，圖右）島弧碰撞增生的過(guò)程。該被動(dòng)陸緣沒(méi)有經(jīng)歷大陸裂解過(guò)程，而是直接形成于拼貼島弧背緣的沉降過(guò)程。
圖4.全球太古宙數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖指示“增生島弧背緣沉降型大陸被動(dòng)邊緣（紫色圓）”在其所屬的大陸/克拉通形成和穩(wěn)定前期（黃色）大量發(fā)育沉積，并同時(shí)引起氧氣波動(dòng)。GOE:全球大氣氧化事件，AOE:太古宙大氣氧化事件.
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