世界最古老的大洋岩石圈殘片

在中國華北發現了世界最古老的大洋岩石圈殘片。發現世界上最古老的大洋岩石圈殘片有何意義？北京大學地質學系的李江海副教授為讀者詳細介紹世界上最古老的大洋岩石圈殘片的發現經過。

大洋地球之窗

在20世紀60至70年代地球科學發生了一場革命，這就是板塊構造理論的誕生，這主要來自於人類對海洋知識的積累和昇華。在此之前地球科學理論主要依據對大陸的研究形成了多種地球演化的假說。板塊構造理論第一次以全球的觀點科學地認識地球的演化，以簡單明瞭的概念表達了地球的演化，從而迅速地在地球科學界傳播和普及。

全球海底構造圖表達人類對全球海洋研究的成果。由於大洋的覆蓋，人類對海底的構造和地質瞭解甚少，直到20世紀50至60年代全球深海探測研究及大洋鑽探計劃的開展，才獲得了地球另外2／3面積的系統認識。人們第一次知道，大洋地殼的年齡遠遠年輕於大陸，很少大於2億年，而大陸已獲得的最古老的礦物年齡為42億年。全球的汪洋大海之下還深藏著全球最大規模的海底山脈——海嶺，它們首尾相接縱觀大西洋、印度洋、太平洋及北冰洋大洋的中央，長度達65000公里。正是在這些海嶺的中央，熾熱的岩漿從地幔上湧噴發，並以每年厘米級的速度向兩側擴展，推動板塊之間的分離。如大西洋東西兩岸之間的距離將越來越遠，儘管在2億年前北美洲和歐洲，非洲和南美洲曾經連結在一起。

隨著年齡的增長，大洋板塊最終會在海溝的位置俯衝進入地幔深處而消失，並誘發強烈的地震和火山爆發，形成環太平洋周邊的壯觀地震帶、火山鏈及豐富的金屬成礦帶，並使大陸地殼不斷增長。

大陸上留存大洋地殼

大陸板塊之間也會相向運動，而最終發生碰撞，形成縱觀歐亞大陸南部的阿爾卑斯山脈和喜馬拉雅山脈，並且山脈在今天還在不斷上升，地中海最終將消亡變為陸地。在這些碰撞的位置上，大洋地殼殘片可以被擠壓而仰衝到大陸上保存下來，形成一種特殊的岩石類型，地質學家們稱為蛇綠巖。實例如沿雅魯藏布江分佈的蛇綠巖。蛇綠巖由多種岩石組成，構成一個具有成因聯繫的大家族，它們代表大洋岩石圈殼從頂到底的層序變化。

地球演化跌宕起伏

板塊構造尚有許多重要的問題有待研究，其中，古板塊之間碰撞的位置(稱為縫合線)的尋找，成為最具挑戰性的地球科學問題，因為，它們記錄了古大洋通過板塊水平運動、發生碰撞而消失的位置。過去30年的地質研究，世界各地已發現大量的蛇綠巖，地質學家們據此劃分了不同時期板塊碰撞的界線，最老蛇綠巖年齡達17至20億年。地球是否保留了更古老的大洋岩石圈殘片？最古老的板塊在哪裡？成為國際地球科學界關注的重大問題。

中國科學家在過去的20餘年中發現了眾多的蛇綠巖，它們主要出現於青藏高原和中國最北部地區，記錄了多個古老大洋的閉合，證明亞洲大陸是6億年以來由許多小陸塊碰撞聚合形成的，是世界上組成最複雜的大陸。

過去十年的研究證明大陸塊體在地質歷史上曾多次聚合離散，構成豐富多彩的地球演化歷史的宏偉畫卷。在20世紀90年代加拿大和南非的地質學家們曾分別在北美和非洲南部發現26至27億年前大陸塊體之間曾碰撞縫合的地質證據，並引起科學界的關注，遺憾的是在板塊縫合線的位置上大洋地殼殘片並未保留下來。

激動人心的發現

中國地質科學家們近十年的研究表明，華北大陸中部可能存在一條古老陸塊碰撞縫合帶。他們從1996年開始在華北中部沿著縫合帶的位置尋找古大洋的地質記錄，先後在五台山、恆山、南北太行山、呂梁山、泰山、燕山的廣大範圍內進行研究，最終在華北的冀東地區取得主要進展，通過2001年5月以來前後4次在該地區詳細的野外工作，初步證明這裡保存了世界時代最古老、完整的大洋岩石圈殘片。華北新發現這一蛇綠巖雜巖厚度巨大，層序完整，在大範圍內出現，從頂部到底部依次為條帶狀含鐵建造、枕狀熔岩、席狀巖牆雜巖、均質的輝長巖雜巖、層狀輝長巖、鎂鐵質-超鎂鐵質堆積巖、超鎂鐵質地幔構造巖。初步測定其中輝長巖的同位素年齡為2504.9＋2.2Ma，為世界已知最古老的蛇綠巖，比先前世界公認的最老的北美和芬蘭的蛇綠巖還要老5億年。它的發現對於認識大洋地殼的增生機制，地球早期熱狀態以及早期板塊構造具有重要意義。