Naturaleza: Modelo genético del manto litosférico cratónico
Un cratón es un bloque continental antiguo y estable de la Tierra. El manto litosférico tipo cratón es un tesoro de diamantes y se formó en la Era Arcaica hace 2.500 millones de años y en la Era Proterozoica hace 160-2500 millones de años (Peslier et al., 201; Li et al., 2011). El manto litosférico de tipo cratón tiene características obvias: enorme espesor (hasta 300 km), baja densidad, pérdida de componentes basálticos, alta refractariedad y bajo gradiente de temperatura (Lee et al., 2011). su densidad Esto se debe a su composición química especial.
El antiguo manto litosférico del cratón se formó después del evento de diferenciación corteza-manto en las primeras etapas de la evolución de la Tierra. Son los componentes refractarios (principalmente gabro refractario) que quedan después de que el manto original (compuesto principalmente por lherzolita fusible) se fundiera parcialmente y se extrajera una gran cantidad de fusión basáltica. Por lo tanto, el manto litosférico del antiguo cratón tiene características de composición obvias: es rico en magnesio, pobre en hierro y altamente refractario. Después de extraer grandes cantidades de basalto fundido, el manto litosférico del antiguo cratón era menos denso que la astenosfera subyacente, por lo que podía "flotar" sobre la astenosfera como un barco durante mucho tiempo. El manto litosférico de un cratón tiene resistencia mecánica (Arndt et al., 2009), lo que evita daños causados por la convección del manto y por tanto puede persistir por mucho tiempo.
¿Cómo se formó el manto litosférico de los cratones antiguos? Aunque los científicos han investigado mucho sobre este tema, todavía existen claras diferencias en la comprensión del origen del manto litosférico dentro de los cratones. El foco del desacuerdo se centra principalmente en dos puntos de vista académicos diferentes: el modo de fusión y el modo de acumulación.
La primera visión (modelo de fusión) cree que el manto litosférico del cratón está formado por el ascenso de diapiros de materiales del manto, inversión del manto o ascenso de penachos del manto, materiales en la zona de transición del manto y alto grado. de fusión (Boyd, 1989; Stein y Hofmann, 1994), por lo que representan fusiones basálticas muy agotadas, residuos de fusión relativamente secos y de baja densidad. Este modelo es fácilmente aceptado por todos porque puede revelar razonablemente muchos fenómenos observados, como la baja densidad (resultado de un alto derretimiento) y flotabilidad del manto litosférico (Boyd, 1989; Stein y Hofmann, 1994), el espesor de la litosfera Relacionado positivamente con la edad, el descubrimiento de xenolitos de peridotita del manto anhidro indica que el manto litosférico tiene suficiente viscosidad y no se ve afectado por la astenosfera subyacente (Peslier et al., 2010). Según este modelo, se puede predecir que debido al mayor grado de fusión del material del manto superior durante la fusión por descompresión, la densidad en la parte superior de la columna de fusión del manto debería ser relativamente baja y la densidad en la parte inferior del manto litosférico debería ser relativamente baja. debería ser relativamente alto. Sin embargo, la estratificación química del manto litosférico predicha por el modelo de fusión es bastante diferente de los resultados predichos por los datos de observación y los modelos de trabajo de otros académicos (Lee et al., 2011).
La segunda visión académica (modelo de acumulación) sobre el origen del manto litosférico del cratón es que el manto litosférico del antiguo cratón estaba originalmente compuesto de corteza oceánica subducida y su manto empobrecido se formó inicialmente en la dorsal oceánica. Se forma por acumulación de superposición (Helmstedt y Schulze, 1989; Beer et al., 2018). Este modelo también explica con éxito algunos fenómenos geológicos, como el enorme espesor del manto litosférico, la relación relativa entre el derretimiento basáltico en la litosférica. agotamiento del manto y la litosfera oceánica, características geoquímicas de xenolitos de eclogita en kimberlitas en áreas de cratones, etc. Sin embargo, este modelo de agregación también tiene algunos problemas, como la dificultad para explicar la inconsistencia entre el material de la corteza oceánica antigua relativamente abundante en la litosfera oceánica y los relativamente raros xenolitos de eclogita en los xenolitos del manto de kimberlita (Arndt et al., 2009; Li et al., 2011). Además, debido a que la antigua placa subducida contiene un espesor considerable de corteza oceánica, puede verse afectada por la fractura de la placa y/o el retroceso de la placa y, por lo tanto, no pueden ocurrir acumulaciones múltiples (Perchuk et al., 2019). ).
Para resolver las controvertidas cuestiones científicas anteriores, se propuso un nuevo modelo alternativo: el modelo termodinámico (Sizova et al., 2010; Perchuk et al., 2019), que se ha desarrollado aún más. recientemente. . Recientemente, Perchuk et al. (2020) publicaron un artículo en Nature y establecieron un modelo termomecánico de magma bidimensional de alta resolución.
A través de estudios de simulación, encontraron que después del inicio de la tectónica de placas Arcaicas, la capa del manto caliente con flotabilidad y dureza positivas y agotamiento del derretimiento basáltico debajo de la placa oceánica en subducción no pudo subducirse simultáneamente con la placa oceánica durante el proceso de subducción (Figura 1). ). A medida que disminuye el gradiente geotérmico, la capa de manto empobrecida de alta viscosidad que se introduce debajo del continente también se enfría y se fusiona con el continente para formar el manto litosférico del antiguo cratón. Las estimaciones del espesor del manto litosférico continental indican que el mecanismo dinámico demostrado por este modelo fue válido durante el principal período de formación de la antigua litosfera cratónica. Por lo tanto, la subducción de la placa oceánica con un manto muy empobrecido en el Precámbrico fue un requisito previo para la formación de un manto litosférico ultragrueso debajo del continente. Debido a la presencia de un manto litosférico ultragrueso, los cratones antiguos se conservaron durante largos períodos de tiempo durante la tectónica de placas posterior. Este estudio proporciona nueva evidencia para la segunda visión: que el manto litosférico de los cratones antiguos se formó por acumulación de placas causada por la subducción de las primeras placas oceánicas.
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Revisión: Zhang Tengfei