岩浆海的演化对宜居星球的形成有何意义?

地球形成过程中,星云凝聚累积了大量的热,加上短半衰期放射性元素衰变释放出的能量,使几乎整个地球呈现熔融状态,被称为岩浆海.岩浆海的形成导致地球内部的挥发分大量释放,形成了浓密的原始大气,而其演化则导致了核幔分异、原始大气及原始海洋的形成.岩浆海结晶分异导致地幔反转,形成了巨厚的克拉通地幔,促进了原始大陆的形成.同时,原始大气与硅酸盐的反应,可能对生命起源产生了重要的影响.总之,岩浆海演化是宜居地球形成的第一步.

月海玄武岩与月球演化

月海玄武岩主要产于月球近边的盆地中,覆盖面积为月球表面的1%,其形成年龄多在39～31亿年之间,是各类月岩中最年轻的。与地球玄武岩相似,月海玄武岩由斜长石、辉石和橄榄石组成,但它们比地球玄武岩具有更低的Mg#、Al2O3、K和Na含量,高的FeO含量(大于16%)和变化范围大的TiO2含量(小于1%到大于13%)。根据TiO2含量的变化,月海玄武岩分成高Ti(>6%),低Ti(1.5%<TiO2<6%)以及极低Ti(<1.5%)三类。所有月海玄武岩都具有Eu负异常,并亏损挥发性元素和亲铁元素。月海玄武岩的同位素特征指示其至少为三个组分混合的产物:(1)高238U/204Pb、高87Sr/86Sr和负εNd组分,可能是岩浆海分异的残余岩浆即KREEP;(2)低238U/204Pb、低87Sr/86Sr和正εNd组分,来源于原始月幔,其熔融产物为低Ti玄武岩;(3)中等87Sr/86Sr和εNd组分,位于月幔的顶部,经历了岩浆海(洋)过程中形成的堆晶物质的再熔融,还可能受到了陨击事件的影响,其熔融产物是高Ti玄武岩。月海玄武岩的元素和同位素地球化学性质支持岩浆海的假说,其源区的形成与岩浆海的分异密切相关,并经历了三个阶段:(a)岩浆海阶段,通过岩浆海的结晶分异形成顶部为斜长岩月壳,中间为高Ti、富钛铁矿层,底部为巨厚的硅酸盐低Ti层的三层壳幔结构;(b)富钛铁矿堆晶岩(携带少量残余熔体)因密度大而下沉至下部的硅酸盐月幔(400km以下);(c)月幔中这些不同源区的岩石发生减压熔融。早期由较浅的低熔点组分熔融形成低K高Ti玄武岩,之后形成来源较深的高Ti玄武岩和低Ti玄武岩。

板块俯冲起始与大陆地壳演化

组成大陆地壳的物质主要来自两个地质过程:地幔柱活动和板块俯冲。目前大多数研究认为板块俯冲起始于30多亿年前。在板块俯冲起始之前,基性的初始地壳物质受热重熔是大陆地壳生长的主要方式,其中,地幔柱活动是关键。地幔柱不仅向地壳输送玄武质岩浆,同时导致已有玄武质岩石和沉积岩通过部分熔融向中酸性岩石转化。当原始岩石圈强度足够大时,地幔柱会导致岩石圈倾斜、破裂,产生下滑力,诱发板块俯冲。板块俯冲引发岩浆活动,产生大量的岩浆岩,如岛弧安山岩、弧后盆玄武岩等。这些岩浆岩通过喷发、侵位,再经由块体拼贴、增生等过程加入到大陆地壳,是大陆地壳生长的主要途径。同时,板内岩浆活动乃至地幔柱活动等也与板块俯冲有直接或者间接的联系。俯冲再循环物质促进地幔柱发育,也为大陆地壳的生长提供物源和热能。与此同时,大陆地壳不断风化剥蚀,其中一部分沉积物随俯冲板块再循环到地幔,而板块俯冲过程也通过俯冲剥蚀等过程,将仰冲盘岩石圈物质刮削带入地幔。这些是大陆地壳消减的主要途径。目前大陆地壳增生和消减基本处于动态平衡。

华北克拉通古老岩石圈地幔的多次地质事件:来自金伯利岩中橄榄岩捕虏体的启示

本文提供的两件蒙阴岩区金伯利岩中的蛇纹石化石榴石橄榄岩捕虏体,整体发育剪切-变形结构,其中的辉石有三种类型,代表了三次地质事件,他们是:(1)石榴石中的自形单斜辉石包裹体Py;(2)粗粒不规则形状的斜方辉石Py1;(3)具反应边及定向排列的斜方辉石Py2。Py具有高Na2O和Al2O3,及低Mg#和CaO的特征,暗示所赋存的橄榄岩未遭受过明显的熔融作用。推测Py为早期阶段地幔"岩浆海"结晶时被石榴石包裹的矿物。在手标本及薄片中普遍见到Py2切过Py1,表明Py1形成早于Py2。Py1的Cr(669×10-6～9503×10-6),Ni(1941×10-6～4750×10-6)含量和Mg#(0.91～0.94)比值较高,而Py2中的Cr(725×10-6～1926×10-6),Ni(902×10-6～2989×10-6)和Mg#(0.88～0.90)值较低,说明Py1是早期经部分熔融的橄榄岩耐熔残余中的顽火辉石残留。相反,Py2可能是软流圈来源的熔体与耐熔橄榄岩反应的结果。剪切/变形以及交代事件则发生于上述反应之后或者与之同时。依据主元素特征,较早的Py1的耐熔程度反而高于Py2,本文称之为地幔组成的"逆向演化"。看来,这种逆向成分演化不仅发生在中新生代,而且也发生于古老地幔,甚至是贯穿于整个地幔演化的历史时期。与已发表的有关地幔形成年龄的资料对比,Py、Py1和Py2的年龄估计分别是>3.8Ga,2.5Ga/1.4～1.3Ga和0.9～0.7Ga。另外1件碳酸盐化橄榄岩捕虏体,采自复县金伯利岩,具有明显的剪切-变形结构,最终形成时间可能与Py2接近。

黄金的身世之谜

黄金是宝贝,也是财富,这个道理人尽皆知。可是人们一门心思地想得到它,却很少思考,黄金究竟是怎么形成的?黄金诱人的价值,当然不止于它耀眼的光芒,更在于它固有的稳定品质与稀缺性。仅以延展性来说,黄金可锤锻成极薄的金叶,最薄的只有一厘米的五十万分之一。一克黄金可拉成66千米长、直径小于1微米的金丝。只要600克黄金,拉长后就可以绕地球一圈,这是地球上任何东西都做不到的。

火星很快就获得了外壳

火星是一颗充分成形的行星,它所拥有的外壳和其他的一切在太阳系诞生的2 000万年中便形成了。最新研究显示出,如此快速的形成意味着这颗红色星球在可居住的时间段方面是跃居地球之上的,而这一时间段大概要跨越1亿年。对于从火星陨石中提取的锆石晶体的地质化学分析显示出,火星在45.47亿年前就形成了其最早的外壳.