超大陆构造、地幔动力学和岩浆-成矿响应

摘要

超大陆是地球上全部或近乎全部(＞90％)大陆块的集合.推测最老的超大陆存在于3.0 Ga,称作Ur.由于年龄老,很难检测该超大陆的存在.地球的历史中,似乎曾有2次,所有的陆块被焊合到一起形成一个超大陆.地球历史中第一个真正被黏合在一起的超大陆大概是Columbia超大陆,它形成于1.85～1.90 Ga,在大约1.60 Ga开始破裂,于～1.3～1.2 Ga最终裂解.Columbia超大陆之后第二个真正被黏合在一起的超大陆是Rodinia超大陆,它存在于～1100 Ma到540 Ma.Pangea (0.25 Ga)并不是一个真正的超大陆,只是一个很大的大陆块的集合体——准-超大陆.该准-超大陆的南半部(冈瓦纳古陆)有一个离散的历史,北半部(劳亚古陆——即古亚洲)有一个会聚的历史.目前,第三个超大陆还未形成,我们的星球尚处在一个未来真正超大陆(Amasia)的形成途中.超大陆形成和裂离的机制是有争议的话题.对于一些新近概念模型的综合分析表明,地幔动力学对于地球历史中超大陆的会聚和裂解有着重要的控制作用.超大陆的形成过程受超级沉降流的控制.超级沉降流通过如当今在西太平洋所见到的双向俯冲带而发生,它也为地质历史和P-波全地幔层析所认可.超级沉降流就像外太空的黑洞一样吞噬了所有物质,将大陆会聚到一个紧密的集合之中.超大陆的命运受控于超级地幔柱(超级上涌流),后者将大陆集合裂离.随着数字模型技术的进步及计算能力和资源的增强,地幔动力学的数字研究已经在识别地幔结构的地震层析图像方面取得了明显进展,并对地球动力学机制有了更好地理解.固体地球可以被认为是由上地幔中具水平运动的板块构造、下地幔中受垂直运动主宰的地幔柱构造和地幔底部以水平运动为特征的‘反-板块构造’所构成.尽管地幔层析开启了进入深部地球的窗口,在增生造山带中被保存的“大洋板块地层”的叠瓦状残骸仍然构成了研究俯冲-增生-碰撞历史(特别是与地球表面古老超大陆聚合有关的俯冲-增生-碰撞历史)的有用的地质学工具.超大陆的动力学也影响着生命的起源和灭绝、地表环境变化以及岩浆作用和成矿作用.与超大陆会聚和裂解相伴的地幔下沉和地幔上涌引起大规模物质和能量的流动,也导致大规模岩浆作用和成矿作用、灾难性的环境变迁,有时甚至造成生物灭绝.当一个上升的地幔柱撞击超大陆的底部时,它所诱发的大陆裂谷化,形成大火成岩省、大规模成矿作用和火山喷发,可能会导致地幔柱的冬天,后果是生物灭绝和长时期的大洋缺氧.因此,与地幔动力学有关的超大陆构造为评估大陆地壳演化和破坏的历史,进行资源评价、了解生命的历史和追踪我们所居住的星球的主要地表环境变迁提供了一把钥匙.