На современной Земле субдукция плит непрерывно изменяет химический состав конвектирующей мантии, и различные источники мантии, связанные с этими процессами, широко изучались. Однако, когда глобальная химическая неоднородность конвектирующей мантии впервые появилась в геологической истории Земли? Как геодинамическая эволюция Земли могла повлиять на химический состав конвектирующей мантии с течением времени?
Исследователи из Института океанологии Китайской академии наук (IOCAS) совместно с коллегами из Австралии, Швейцарии и США попытались ответить на эти вопросы с помощью надежного сбора геохимических и изотопных данных о внутриконтинентальных базальтовых породах за последний миллиард лет. Исследование было опубликовано в журнале Science Advances.
«Это исследование проливает свет на долгосрочный цикл материалов внутри Земли в геологических масштабах времени», — сказал соавтор исследования профессор Лю Хэ из IOCAS.
Статистический анализ составов внутриконтинентальных базальтов показывает, что внутриконтинентальные базальты с геохимическими сигнатурами, обогащенными изотопом неодима (Nd) (εNd < 0), возникли только в течение последних 300 миллионов лет назад. Этот период совпадает с появлением кимберлитов с признаками участия корового материала. Эти результаты указывают на глобальную модификацию состава конвектирующей мантии.
Поскольку палеогеографическое расположение обогащенных внутриконтинентальных базальтов и кимберлитов указывает на то, что обогащение мантии не зависело от расстояния до зон субдукции, исследователи предположили, что признаки обогащения в этих внутриконтинентальных базальтах и кимберлитах возникли в результате более древних, более отдаленных событий субдукции.
Современная тектоника плит, отмеченная субдукцией континентальной коры и глубоким отрывом плиты, началась в позднем неопротерозое (примерно 600–700 миллионов лет назад). В современном тектоническом режиме широко распространенная холодная субдукция и субдукция континентальной коры, наряду с увеличенным потоком субдукции во время сборки суперконтинента, вносили материалы из коры и верхней мантии в нижнюю мантию. Спустя более 300 миллионов лет эти субдуцированные плиты могли быть перенесены обратно в верхнюю мантию посредством мантийных восходящих потоков.
«Этот процесс мог кардинально изменить состав конвектирующей мантии и способствовать образованию обогащенных магм, что в конечном итоге привело к глобальной химической неоднородности мантии», — сказал соавтор исследования Чэнь Цянь из IOCAS.
По словам исследователей, обнаружение обогащенных магм внутриплитного мантийного происхождения, появившихся примерно через 300 миллионов лет после начала современной тектоники плит, дает важную информацию о процессах, обусловленных тектоникой плит, которые участвуют в композиционном разнообразии конвективной мантии Земли.
«Временные рамки согласуются с моделями, предполагающими, что субдуцированным материалам требуется значительное время, чтобы повлиять на состав верхней мантии посредством этих динамических процессов», — сказал профессор Лю.
