元古宙一直被认为是具有环境演化停滞和构造稳定特征的一段“无聊时期”，以大气和海洋具有极端低氧、条带磁铁矿和冰期事件缺乏等为特征。然而，这一时期似乎并不那么“无聊”，在这期间，哥伦比亚超大陆发生裂解（1.6-1.3 Ga）。最近的研究表明这一时期的氧化作用比预期的更加活跃和强烈，越来越多的证据也表明该时期表层系统演化并不那么“静止”，显示出波动演化特征。目前，仍然不确定是什么因素导致该时期演化特征具有如此波动性。显然，揭示哥伦比亚超大陆的裂解机制无疑对认识这段神秘期具有重要意义。

　　虽然哥伦比亚超大陆的裂解方式可能给该时期的环境效应带来巨大的影响，但对于哥伦比亚超大陆裂解机制的研究却非常薄弱。同时由于哥伦比亚超大陆经历了至今将近二十亿年的地质演化历史，其陆块岩石大多都遭受后期多期次事件的改造，使得揭示哥伦比亚超大陆裂解机制更加困难。为了解决上述问题，中科院广州地球化学研究所、深地科学卓越研究中心的科研人员黄宗莹和袁超及其合作者以位于中亚造山带南部中天山地块的中元古代岩浆岩为切入口，并结合全球陆块的中元古代岩浆和地幔柱活动的相关记录，揭示哥伦比亚超大陆的裂解机制，为理解元古宙神秘时期提供启示。

　　研究结果表明，在中亚造山带中天山地块出露的中元古代岩浆岩主要为一套1.48-1.45 Ga的花岗岩类，显示出I型花岗岩特征，具有俯冲带岩浆成因的特点；它们形成于曾经属于哥伦比亚超大陆外缘的现今北欧地区的芬诺斯坎迪亚（Fennoscandia）边缘。对比这些结果与中天山地块和中亚造山带其他地区以及Fennoscandia现有的中元古代岩浆作用发现，他们都具有相似的典型俯冲岩浆的特征，表明上述区域存在一条与哥伦比亚超大陆裂解相联系的中元古代俯冲体系。进一步通过统计全球陆块的俯冲记录发现，哥伦比亚超大陆的外缘陆块都具有同时期的中元古代俯冲记录（~1.6-1.3 Ga，图1a和图3），而这些俯冲增生记录鲜少在超大陆内部陆块产出（图3），这表明哥伦比亚超大陆在裂解时期存在环超大陆俯冲体系的发育。

图1 （a）哥伦比亚超大陆裂解时期不同陆块的俯冲带（绿色柱条）和地幔柱相关岩浆活动记录（红色和蓝色圆点）统计图；（b）环哥伦比亚超大陆板片俯冲（绿色条带）与地幔柱相关的岩浆活动关系图。环哥伦比亚超大陆在俯冲板片后撤发生地壳减薄时期（crustal thinning）出露有期间歇性的地幔柱相关的岩浆活动（箭头），而在环哥伦比亚超大陆板片发生前进式俯冲地壳加厚时期（crustal thickening）鲜有同时期的地幔柱岩浆活动发生

图2哥伦比亚超大陆裂解时期各陆块中基性岩统计图，中基性岩落入到岛弧和洋岛玄武岩过渡区域，指示俯冲印记叠加

图3 哥伦比亚超大陆裂解时期古地理重建图（1.55–1.35 Ga），指示哥伦比亚超大陆裂解主要是通过环超大陆俯冲作用导致，并在俯冲过程中伴随有多阶段地幔柱相关的岩浆活动产生。A-B为哥伦比亚超大陆裂解从外缘到内部剖面图

　　研究还发现，在环超大陆俯冲发生过程中，总伴随着中元古代间歇性的地幔柱相关的岩浆活动（图1a）。通过地球化学分析，发现这些地幔柱相关的岩浆在地球化学上叠加了俯冲带印记（图2）。这表明环超大陆俯冲与地幔柱相关的岩浆作用具有一定成因上的联系。通过统计哥伦比亚超大陆裂解时期的全球陆块地幔柱相关的岩浆记录和解析环哥伦比亚超大陆俯冲板片几何形态变化特征发现，哥伦比亚超大陆的裂解并不是一个单一的过程，期间伴随有其外缘陆块的地壳变薄与增厚相互交织的过程。其中，在环哥伦比亚超大陆俯冲板片发生后撤地壳减薄时期，总伴随有间歇性的地幔柱相关的岩浆作用的发生，而在环哥伦比亚超大陆板片前进式俯冲发生地壳加厚时期，鲜有同时期地幔柱相关岩浆活动的记录（图1b）。这些观察表明，环超大陆俯冲作用对哥伦比亚超大陆的裂解起着主导作用，并在俯冲进行过程中伴随有地幔柱相关的岩浆活动的出现（图3）。该研究结果因此表明中元古代的构造活动比前人认为的要活跃得多，这可能是这一时期表生环境演化波动的原因。因此，在认识中元古代环境和生命演化与成矿作用时，应考虑环哥伦比亚超大陆俯冲作用的主导作用和伴随的地幔柱相关的岩浆活动对该时期表生效应的影响。

　　相关成果发表在Precambrian Research期刊上。

    论文链接：https://doi.org/10.1016/j.precamres.2021.106287

（同位素地球化学国家重点实验室供稿）