地壳的研究论文

地壳的研究论文

1、地壳是变动的——大陆漂移学说
在中国的西南，耸立着雄伟的喜马拉雅山，它是世界上海拔最高的山脉，而就在离它不远的地方，又有着世界第一大峡谷之称的雅鲁藏布大峡谷，最深处达6009米。在浩瀚无垠的太平洋里，人们又探测到了海平面以下11034米深的马里亚纳海沟。为什么地球上会有如此庞大的地质体呢？它们从地球诞生之日起就是这样的吗？如果不是，它们又是如何形成的呢？
“七大洲本是一个整体”这个想法似乎太荒诞了，但是100年前就真的有这么一位科学家从这个看似荒诞的想法中提出了一个伟大的学说：大陆漂移学说，他就是德国科学家魏格纳。
魏格纳在大陆漂移学说中提出：大约在距今2亿年前，地球上的只有一个大陆，叫泛大陆，它的周围是一片海洋，叫泛大洋。后来泛大陆开始分裂、漂移才形成今天的七大洲。
在上个世纪20年代提出“大陆漂移学说”是需要勇气的，因为在当时统治地质学界的权威理论是海陆固定论，也就是认为自地球诞生以来，海洋和陆地就是这样分布的，大陆不可能漂移。在那时，胆敢提出这样的观点，是连“教授”都做不到的。
一个学说如果没有事实依据，就只能是空想，魏格纳为此多方搜集证据。比如他发现大西洋两岸的山系和地层是“遥相呼应”，如果北美洲这边有一个褶皱山系，那么欧洲这边也有一个褶皱山系，如果巴西这边有一个古老的岩层，那么非洲西部也有一个相应的岩层。还比如在古生物学上，他发现有一种叫中龙的古代小型爬行动物，生活在淡水中，它的化石只有巴西和南非有，巴西在哪？南非在哪？试问这个生活在淡水中的中龙是如何能够漂洋过海游过大西洋的呢？
所以最后魏格纳这样说：几个大陆吻合的是如此之好，就像一张报纸被撕开之后再拼起来，不仅轮廓吻合得很好，就连报纸上的文字也能连起来。
但是证据再多，只要有一个问题不能解决，这个学说也不能成立，当时魏格纳面临的最大难题是：大陆漂移的动力从何而来？
魏格纳给予的解释是硅铝层在硅镁层上滑动、漂移。还记得硅铝层和硅镁层吗？它们是地壳的上下两层，它们是什么状态？都是固态，也就是固态的硅铝层在固态的硅镁层上漂浮、移动。漂移的动力是日、月对地球的引力。但是计算的结果证明这个力根本无法推动这么大的陆地。因此，大陆漂移学说在魏格纳的有生之年没有得到科学界的承认。
2、地壳变动的原因——海底扩张学说
大陆漂移学说的证据却意外地，在几十年后在另外一个领域，海底，找到了。这要归功于二次世界大战，归功于二战中声纳技术的发明。声纳技术使人们了解了海底地形。人们发现海底并不像想象中的那么平坦，它也像陆地表面一样，有起有伏，海底山脉叫海岭，分布在大洋中部，也叫大洋中脊，海底的沟槽叫海沟，它分布在海洋的边缘。
此外人们在海底还有重大发现，看太平洋洋底地层年龄分布图，读图。找到大洋中脊，两侧的数据是岩石的年龄，看一看海底岩石年龄有什么样的分布规律？海底岩石年龄在海岭两侧呈对称分布，离海岭越近，年龄越轻。海底岩石年龄为什么离海岭越近，年龄越轻呢？提示找出海底扩张学说，解读海底扩张学说，回答这个问题。
看图，海底扩张学说认为：海岭是岩石圈中最不稳定的破碎带，地幔物质容易从这里侵入，并从海岭顶部的开裂处涌出，冷凝形成新的大洋地壳。地幔物质不断上涌，新的大洋地壳不断形成，不断取代老的大洋地壳，并把它们以每年几厘米的速度向两边推移，使海底不断扩张。所以在海底没有古老的岩石，而且岩石的年龄都在海岭两侧呈对称分布，离海岭越近，年龄越轻。
看大洋板块俯冲示意图，大洋地壳的诞生处在哪？（提示哪一种海底地形）海岭。那么大洋地壳的消亡处呢？海沟。为什么？因为扩张着的大洋地壳遇到大陆地壳时，由于大洋地壳位置较低，密度较大（大洋地壳主要是由硅镁层组成，富含硅、镁，密度较大），便俯冲到大陆地壳之下，一直插到地幔中，逐渐熔化消亡。
这样，海底扩张学说一举解决了大陆漂移的动力基础，海底扩张学说使大陆漂移学说东山再起，于是一个综合了大陆漂移学说和海底扩张学说的新学说应运而生了，这就是板块构造学说。
3、地壳如何变动——板块构造学说
看六大板块示意图，板块构造学说认为，地球的岩石圈可以分成六大板块，哪六大？一边读一边背出来：亚欧板块、太平洋板块、美洲板块、非洲板块、印度洋板块、南极洲板块，这些板块不是固定在地球上，而是“漂浮”的。
漂浮在什么上面？上地幔上部的软流层上。软流层是什么状态的？熔融状态，这样的板块“漂移”要比魏格纳提出的地壳硅铝层在硅镁层上的“漂移”要先进一些。
“漂浮”板块的移动方向取决于海底扩张的方向，板块或者漂着漂着会碰撞到一起，或者漂着漂着会张裂开来。在两个板块交界的地方，是地壳比较活动的地带。
4、地壳变动产生的地质现象——板块构造学说对此的解释
板块构造学说一经问世，很好地解释了地球上的一些地质现象，所以大陆漂移的观点已经被人们普遍地接受了。
（1）喜马拉雅山脉的成因
喜马拉雅山脉是怎样形成的呢？印度洋板块的北部与亚欧板块南部相撞，印度洋板块俯冲到亚欧板块的下面，使亚欧板块抬升形成。
（2）西太平洋的岛弧、海沟的成因
日本群岛在哪？马里亚那海沟在哪？西太平洋沿岸。它们是怎样形成的呢？它们是太平洋板块与亚欧板块相撞，太平洋板块俯冲到亚欧板块下面，形成弧状的岛屿和很深的海沟。
西太平洋这样的岛弧、海沟很多，比如千岛群岛、琉球群岛、日本海沟等等，都是这样的成因。
至于岛屿为什么是弧状，科学家推测这可能与地球是一个球状有关，就好比一个乒乓球，你用大拇指按，按下的凹坑的边缘总是呈弧形。
（3）科迪勒拉山系的成因
科迪勒拉山系是怎样形成的呢？科迪勒拉山系在哪里？它位于南北美洲西部沿岸，纵贯南北美洲。它是太平洋板块与美洲板块相撞，太平洋板块俯冲到美洲板块的下面，使美洲板块抬升形成。
（4）世界地震带的成因
世界主要的地震带在哪里？环太平洋地区和地中海—喜马拉雅地区。地震带为什么分布在这里呢？
看图，环太平洋地区是太平洋板块和其他板块交界处，地中海—喜马拉雅地区是亚欧板块和非洲板块、印度洋板块交界处，板块交界的地方是地壳比较活动的地方，多火山多地震。
2004年印度洋海啸的成因是什么？海啸发生于苏门答腊岛附近海域，地处亚欧板块与印度洋板块交界的地方，地壳比较活动。
（5）大西洋的成因
大西洋是怎样形成的呢？两亿年前，当地球只有一整块大陆的时候，还没有大西洋的位置。它是怎样形成的呢？是美洲板块和亚欧板块、非洲板块不断张裂而成的。据卫星资料显示，它现在每年以2～3厘米的速度在扩张，可见，大西洋世界第二大洋的位置不是永远的。
（6）东非大裂谷的成因
东非大裂谷是怎样形成的呢？东非大裂谷在哪？看图，它北起西亚的约旦，南到东非的莫桑比克，南北走向，长6500公里，号称“地球上最大的伤疤”。它是怎样形成的？是非洲板块和亚欧板块张裂的产物。
最后我想说一下魏格纳，今天板块构造学说的胜利，不禁让人更加钦佩魏格纳当初的孤军奋战，他为什么会那样富有远见呢？
据魏格纳好友回忆，学生时代的魏格纳在学业上并不出类拔萃，他的数学、物理天赋并不突出，但是他学识渊博，擅长综合和概括，能从整体和全球范围来思考问题，他的大陆漂移学说就是综合考虑了古气候学、古生物学、地质学的现象。而他的对手往往因为知识面狭窄而无法跟上他。魏格纳成功的科学经历告诉我们，一个人具有多方面的知识多么重要，它往往是一个人成就事业的关键。因此我觉得我们同学，既应该学好语数外，同时也不应过早地放弃理化、政史地的学习，也许这些学科就是打开你成功的大门的钥匙。
（板书设计）
四、地壳如何变动
1、地壳是变动的——大陆漂移学说
2、地壳变动的原因——海底扩张学说
（1）海底地形：海岭（大洋中脊）、海沟
（2）海底岩石年龄的分布规律：
在海岭两侧呈对称分布，离海岭越近，年龄越轻。
（3）海底岩石年龄的分布规律的原因：
海岭——大洋地壳的诞生处
海沟——大洋地壳的消亡处
3、地壳如何变动——板块构造学说
（1） 六大板块：亚欧板块、太平洋板块、美洲板块、非洲板块、印度洋板块、南极洲板块
（2） 板块之间或碰撞或张裂，板块交界的地方，是地壳比较活动的地带。
4、地壳变动产生的地质现象——板块构造学说对此的解释
（1）喜马拉雅山脉的成因——印度洋板块与亚欧板块相撞、抬升
（2）西太平洋的岛弧、海沟的成因——太平洋板块与亚欧板块相撞、深切
（3）科迪勒拉山系的成因——太平洋板块与美洲板块相撞、抬升
（4）世界地震带的成因——板块交界的地方是地壳比较活动的地方（印度洋海啸——亚欧板块与印度洋板块的交界处）
（5）大西洋的成因——板块张裂
（6）东非大裂谷的成因——板块张裂

地球最里面是什么至今还不清楚，但是其外层结构是：液态的熔体和熔体上漂浮的固体。我们就生活在这些漂浮的固体上。在地球的运行过程中，由于受到周围星球的引力，同时还有地球内部物质的相互碰撞、挤压等力的存在，漂浮在液态熔体上的固体板块就会发生运动。作个简单的比喻：将一些木头片放在一盆盛有热水的盆子里，轻轻的转动盆子，木块就会发生运动。你对盆子的旋转就相当于外部星球之间的作用，而水不断蒸发而产生的对木块的推力以及木块之间的碰撞就相当于地球内部的作用力。

地学前沿||《Geology》2021年第2期论文导读（上）

01

该团队在墨西哥索诺拉跨越埃迪卡拉系-寒武系界线的地层里建立了化学地层学、生物地层学和地质年代学（框架）。在La Ciénega组内记录了寒武系基底碳同位素漂移最低值的碳酸盐岩之上20m的富赤铁矿砂质白云岩层，对其中的棱角分明的火山灰锆石晶体利用U-Pb化学剥蚀-同位素稀释-热离子化质谱分析法得到了539.40 0.23 Ma的最大沉积年龄。该含有再造凝灰质的岩层位于埃迪卡拉纪晚期宏体化石的末现点之上、寒武纪遗迹化石 Treptichnus pedum 的首现点之下，因此这一年龄校正了埃迪卡拉系-寒武系界线的标志层。劳伦大陆南部的裂陷相关的溢流玄武岩火山活动、碳同位素负漂移以及生物转折的时间一致性都很符合火成岩省爆发导致埃迪卡拉纪末灭绝的机制。

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Geology,(2021)49(2),115-119.

译者

南京大学@申博恒

02

前人对Canary（加纳利）群岛中，La palma（拉帕尔马岛）岛上Cumbre Vieja（康伯利维亚火山）和Tenerife（特内里费岛）岛上Teide（泰德峰）的地热流体或气体样品中He同位素（He/ 3 4 HeHe）组成的研究超过25年（Cumbre Vieja样品的He/ 3 4 HeHe值为9.4 0.1R A ，Teide样品的He/ 3 4 HeHe值为6.8 0.3R A ，R A 为大气He/ 3 4 HeHe值），这些样品具有相似的CO 2 / 3 He比值（2 109—4 109），与地幔值接近的δ 13 C组成（-3.3‰到-4.4‰）以及相似的CO排放通量（0.1—0.2 1010 mol/yr），但He同位素组成有差异，研究表明这些样品He同位素组成不同不是由时间差异或源区 2 4 He的增加导致，而是因为他们来源于不同的He储库（La plama样品来源于HIMU型地幔源区，Tenerife样品来源于受岩石圈地幔影响的富集型地幔源区）。Canary群岛的地热样品记录了源区现在的He组成，其东部较老熔岩的橄榄石中记录的He/ 3 4 HeHe值高于由地热样品中测得的现今He/ 3 4 HeHe值，这表明了Canary群岛地幔源区的He储库随时间发生演化。该研究将从加纳利（Canary）群岛、亚速尔（Azores）群岛、佛得角（Cape Verde）群岛、夏威夷（Hawaii）群岛和冰岛（Iceland）的地热样品测得的He同位素数据与从橄榄石斑晶、辉石斑晶和玻璃中测得的He同位素数据进行比较，结果表明即使在年代超过1 m.y.的地层中，由地热样品测得的He同位素数据与从矿物斑晶和玻璃中测得的He同位素数据也具有良好的相关性。此外，除了Canary群岛，在Hawaii群岛、Azores群岛和冰岛内部的岛屿之间也存在不均一的He同位素组成，这些不均一的信息在其热液样品、矿物和玻璃中保存下来。特别是在冰岛西北部，较老熔岩的橄榄石中He/ 3 4 HeHe值比该地区现今地热样品中的He/ 3 4 HeHe值更高，这种差异可能反映了中新世以来，冰岛岩浆作用中幔源 3 He输入的减少。利用地热和地质样品联合评估He/ 3 4 HeHe值随时间变化的方法为研究板内火山源区不均一性和源区随时间的演化提供了有力的工具。

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Geology,(2021)49(2),120-124.

译者

NJU@哈哈宇

03

用锂同位素量化硅质岩浆同喷发期间挥发分丢失的时间尺度

大多数爆发性的硅质火山在爆发事件之间具有数千年的宁静期。从宁静期到再度喷发的转换时机是解释监测信号并提高居住在活火山附近居民安全的关键。为解决这一问题，研究人员研究了美国爱达荷州和怀俄明州黄石火山系统中梅萨瀑布凝灰岩斜长石晶体中的锂同位素（δ 7 Li）和元素浓度分布，使用这种新的方法，限制了爆发前挥发分脱气发生的最小时间尺度为数十分钟。在这个短暂的时间里，Li的浓度从晶体核部到边缘下降了4到10倍，同时δ 7 Li的增加高达10‰，反映了斜长石核部与脱气贫锂熔体之间的扩散驱动平衡。在该项研究中获得的新的时间尺度表明，岩浆挥发分库存具有同喷发期快速变化的潜力。

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Geology, (2021) 49 (2),125-129.

译者

CUGB@唐演

04 西藏中部因板块拉力增强引起的被动大陆边缘岩浆作用

该研究报道了西藏中部南羌塘地体的约239Ma的镁铁质岩脉群，其形成于俯冲板块的被动大陆边缘。岩墙为拉斑玄武岩，具有轻稀土元素富集、Nb和Ta中度负异常和同位素富集的特征。岩墙与古特提斯洋板块回转而在上覆板块形成的弧后盆地同时代。因此，在洋脊俯冲后，大洋一侧的板块回转导致的板块拉力增强，使另一侧被动大陆边缘发生了伸展和岩浆作用。该研究认为，增强的板块拉力是俯冲板块被动大陆边缘岩浆作用的形成机制，这在先前是没有被认识的。

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Geology ,(2021) 49 (2)，130–134.

译者

哥斯达黎加的61

05

在标准孕震区以下的地震活动很难调查，因为这类地震的地质记录假玄武玻璃通常已经发生反应或者畸变。该文章描述了挪威北部罗弗敦群岛下地壳麻粒岩中异常的原始假玄武玻璃。假玄武玻璃与容矿岩（主要为斜长石、碱长石、直辉石）的矿物组成基本相同，并含有指示快速冷却的微结构，即：长石微晶石、球晶和“花椰菜状”石榴石。在围岩和玄武假晶碎屑中都没有糜棱岩。没有先兆韧性变形特征的记录，就排除了下地壳中触发地震的几种常见机制，包括热传递、塑性不稳定以及地震沿着断裂的脆性部分向下至韧性部分的传播。容矿岩中的脱水矿物和假玄武玻璃排除了脱水引起的脆化。在没有这样的弱化机制的情况下，地壳下部的应力水平曾经一定很高。

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Geology, (2021) 49 (2),135–139.

译者

掉帧青年萧暮春@YU

06 全新世时期南美和非洲热带地区相似的冰川活动 历史

在全球变暖的趋势下，伴随着气温的升高，热带地区的冰川正在不断后退。然而，在时间尺度相对较长的地质 历史 时期，这些热带地区冰川活动的变化趋势还不明了。最近来自美国波士顿学院的Anthony C. Vickers及其合作者，通过对新近暴露的基岩进行原位 14 C和 10 Be宇生核素测年，对南美奎尔卡亚（Quelccaya）冰帽和非洲鲁文佐里（Rwenzori）山脉全新世的冰川活动 历史 进行了重建。结果发现，两地区全新世的冰川活动 历史 具有相似性。在全新世的前期（~ 5 ka前），冰川范围小于当今；全新世后期（~ 5 ka后）的冰川范围则多大于当今。两大洲热带地区全新世冰川活动的相似性指示更大尺度上的温度变化是热带地区冰川活动的驱动，而非区域性降水。本文结果也显示在全新世后期热带地区冰川范围扩张的背景下，当前气候加剧变暖导致的热带冰川后退现象与近千年的冰川活动趋势相比存在异常。

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Geology, (2021) 48 (2),140-144.

10.1130/G48059.1.

译者

三口刀

07

南极罗斯海伊里萨尔角的冰雪融化暴露古代阿德利企鹅的聚居地

近日，专门研究企鹅的美国生物学家史蒂芬·埃姆斯利（Steven Emslie）在南极的伊里萨尔角（Cape Irizar）意外地发现了几处刚刚暴露出来的古代阿德利企鹅生存遗址和一些看上去较为“新鲜”的古代阿德利企鹅遗骸。

位于南极洲的罗斯海是南大洋中生产力最强的海洋生态系统之一，每年为将近100万对繁殖的阿德利企鹅（Pygoscelis adeliae）提供生存条件。在这里，有一处保存较完好的从最后一次冰川盛期（ 14 C分析结果显示其距今45000年）到全新世的企鹅栖息地遗址。

伊里萨尔角（Cape Irizar）是一个岩石岬角，位于斯科特海岸的德里加尔斯基冰舌（Drygalski Ice Tongue）以南。2016年1月，几处古代阿德利企鹅生存遗址及大量企鹅骨骼、羽毛的表面残骸和看上去比较新鲜的尸体由于雪的融化而在这里暴露出来。研究人员对其取样，并进行放射性碳分析。分析结果表明，这些看起来“新鲜”的遗骸实际上年代已经很久远了。阿德利企鹅的对该地的三次占据是在大约距今5000年的时候开始的，其中最后一次占据是在大约距今800年左右的时候结束的。

这些看似“新鲜”的企鹅遗骸实际上是古老的，这表明：一直到最近，冰雪的融化才使得之前被冰冻的企鹅尸体和其他遗骸在长达约800年的时间中第一次暴露出来，并使它们开始腐烂且看起来新鲜。最近的气候变暖趋势和历来卫星图像（Landsat）中显示的2013年以来岬角积雪减少的情况都支持了这一假设。

企鹅骨胶原δ 13 C值的增加进一步表明了古生企鹅生存条件达到“最适度”的时期是海洋生产力大大提高的时期，即距今4000年前—距今2000年前的温暖期，这可能与特拉诺瓦湾冰穴（Terra Nova Bay polynya）的扩张和德里加尔斯基冰舌（Drygalski Ice Tongue）的裂冰事件有关。

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Geology, (2021) 49 (2),145-149.

译者

天津师范大学@廖辞霏

08 重新定义东非大裂谷系统运动学

东非大裂谷系统的几何形状和表面运动是全球板块运动模型中受到约束最小的部分。该团队使用GPS数据来控制索马里板块的旋转，并为该地区提出了一个新的构造板块几何结构。此外，该团队还测试了西南印度脊的地质数据和马达加斯加的新GPS数据，以确定重新定义的爱尔兰微型板块运动学。研究发现了一个大变形区，从罗武马微型板块的东部边界延伸到科摩罗群岛，包括马达加斯加中部和北部的部分地区。马达加斯加板块正在分裂，马达加斯加南部随着爱尔兰微型板块旋转，马达加斯加东部和中南部的一块板块随着索马里板块移动。努比亚-索马里板块系统横跨东非裂谷系统的辐散包括沿着束缚刚性块体的狭窄裂谷段的扩散变形和应变调节。

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Geology,(2021)49(2), 150–155.

译者

中国地质大学@黄永慧

09 巨型鲕粒对早三叠世海水碳酸盐体系的启示

下三叠统灰岩含有巨鲕及其它比前寒武纪地层更典型的碳酸盐沉积构造。这些特征可能是由于晚二叠世生物大灭绝时期海水水化学变化所导致的，但是定量恢复早三叠世海水的碳酸盐体系仍然充满挑战。作者基于中国南方下三叠统鲕粒的粒径数据并通过物理化学模型约束了鲕粒的形成过程，来制约鲕粒形成时期海水的碳酸盐饱和指数、溶解无机碳含量、碱度及pH。基于以上方法，作者发现侏罗纪的巨型鲕粒形成在高碳酸盐饱和指数的海水中，这与现代鲕粒形成的环境类似。计算结果表明，早三叠世海水的文石和方解石饱和指数均大于7。通过结合大气二氧化碳和海水钙离子浓度重建结果，作者发现早三叠世海洋的溶解无机碳浓度和碱度比现今高两倍，并且其pH在7.6左右。因此，早三叠世海水碳酸盐体系阻碍了钙质生物的复苏。

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Geology,(2021)48(2),156-161.

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译者

小爪爪

10

沉积物供应不足导致丹麦瓦登海全新世晚期障壁岛链暂时性退化

理解沉积物供应与海平面变化直接的耦合关系对预测障壁海岸（障壁岛和障壁沙嘴）对未来海平面上升的响应至关重要。来自北海东南部的瓦登海的大量岩芯、地震剖面和高分辨率测年的数据表明障壁岛链的进积作用在3.5~2.0 ka.期间停止并发生退化。障壁岛的衰退是由区域性的海岸重组引起的沿岸漂流减弱造成的。大型三角岬的前移导致沉积轨迹远离障壁海岸，由此导致的海洋沉积物供应的减少，降低了障壁链的稳定性，从而导致区域的海平面上升阈值从2~9mm/yr降至低于现代海平面上升速率的约0.9mm/yr。因此，预测障壁海岸对海平面上升的响应需要考虑到沉积物供应的可能变化以及人为和自然原因下大尺度地貌的反馈作用。

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Geology, (2021) 49 (2),162–167.

译者

CDUT@Aether

11 北美洲东部Acadian造山带深部岩浆堆积的山根

对于地壳内质量和能量重新分布是地壳中中性到酸性岩浆作用的成因这一模型，增生造山带中堆晶岩浆岩质山根的缺失是其基石。同样地，由于缺乏相关的同时代深部镁铁质对应物质，长期以来新英格兰阿巴拉契亚（美国东北部）的Acadian岩体的起源一直用封闭体系地壳熔融来解释。研究者报道了新发现的幔源熔体经过分离结晶过程形成的Acadian含水超镁铁质堆晶岩（美国康涅狄格州，新英格兰南部）。这些岩石第一次在阿巴拉契亚造山带被发现，也是全世界仅有的少数保存完好的弧深部含水堆晶体。研究者认为这些堆晶岩与新英格兰中南部同时代岩体具有成因联系，其中前者代表了同一岩浆弧缺失的深部堆晶岩山根。研究者的发现支持以下假说：深部地壳中的分离结晶和混染作用使幔源含水岩浆发生分异，是产生中酸性岩浆作用和大陆地壳地球化学演化的基本过程。

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Geology,(2021)49(2),168-173.

译者

CUGB@齐宁远

12

澳大利亚与劳伦大陆即Nuna超大陆核心连结时间的古地磁学依据

澳大利亚和劳伦古大陆在古元古代至中元古代的Nuna超大陆中的结合时间开始于1.6Ga。两个陆块均位于原始SWEAT（美洲西南部-南极东部）组合陆块中。但是对该组合持续的时间的研究较少。这项研究报道了在位于澳大利亚北部1.3Ga的Derim Derim岩床中最新获得的高质量古地磁极数据。证据表明澳大利亚和劳伦古大陆在1.3Ga是处于同一组合大陆中。这项新的古地磁极约束也支持了澳大利亚与中国华北板块相连，并结合前人报道中所有大陆的古地磁数据，说明Nuna超大陆的分裂大概发生在1.3-1.2Ga期间。

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Geology, (2021) 49 (2), 174–179.

译者

CUGB/MQ@SH

编辑&校对：覃华清

地学前沿||《Geology》2020年第11期论文导读（下）

10

喀斯喀特弧第四纪火山活动地表和地下特征随时间的变化

限制地形和地壳结构的数据分辨率提高，为人们提供了新的定量方法，用以评估火山区省级规模的地表-地下连通性质。研究人员结合北美西部喀斯喀特弧（Cascades arc）的第四纪火山口填图数据、表面地形数据和各种地球物理数据集，探究了火山作用与下伏地壳结构之间的关系。结合火山口填图数据库，从该区的数字高程模型（DEM）中提取已知时代的火山机构，估算得出的体积可能占第四纪总喷发量的50％左右。火山机构体积和空间上火山口密度与指示上层地壳影响的各种地球物理数据联系密切。在整个岩浆弧的第四纪火山口下，地下结构变化与火山作用一致的现象很普遍，但与年轻火山口的联系更为强烈。在喀斯喀特山脉中部和南部，地球物理识别的岩浆特征增加，那里的火山喷发量最大，火山口间距很小。火山口和相关的地壳结构，以及空间上局部喷发相对于分散喷发的程度随时间变化，定义了整个弧段横向延伸约100 km的喷发中心，表明岩浆上升随时间变化而发生空间上的聚集。

原文链接：

Geology (2020) 48 (11): 1088–1093.

DOI：

10.1130/G47706.1

（译者：唐演@CUGB）

11

波罗的大陆在苏格兰的遗迹：基底地体在格林威尔造山运动期间的迁移

苏格兰加里东群岛北高地地体（NHT）内的太古宙基底被认为与劳亚大陆的前陆的刘易斯片麻杂岩有关。新的锆石U-Pb年龄表明，NHT基底显示了2823-2687Ma和1772-1655Ma岩浆作用的证据。第一组年龄与前陆太古宙片麻岩的结晶年龄相近。然而，第二个组年龄以及覆盖基底上的岩石单元的形成时间都晚于前陆内发育新生岩浆作用和沉积作用的时间，为其最年轻的主阶段之后的100–250Ma。此外，在NHT基底内没有前陆内常见的古元古代镁铁质和长英质侵入体存在的迹象。因此研究者认为，NHT与劳亚大陆的前陆缺乏对比的可行性。由于存在1100-1000 Ma的东格雷尔榴辉岩，分离前陆和NHT基底的加里东莫因逆冲断层被认为是被改造了的格伦维尔期缝合线。根据新的同位素数据，研究者认为NHT基底是波罗的大陆的碎片，在格林威尔造山运动期间侵位到劳亚大陆，是环北大西洋造山带基底地体迁移的又一实例。

原文链接：

Geology (2020) 48(11): 1094–1098.

DOI：

10.1130/G47615.1

（译者：好名不敌备注的哥斯达黎加的棒棒的61）

12

加蓬的古元古代Francevillian序列以及Lomagundi-Jatuli事件

加蓬古元古代Francevillian序列在全球早期氧化的概念，以及碳同位素值大幅度正向漂移（即Lomagundi-Jatuli事件，LJE）的成因中占据着重要地位。研究人员对一个长139米的Francevillian岩芯进行了详细的研究，岩芯的碳酸盐δ 13 C（δ 13 C carb ）值为5‰-9‰，向上减小趋近于0‰，这一趋势被很多其他研究人员认为是LJE及其结束的标志。然而，本次研究发现δ 13 C carb 值的变化与沉积相的变化相一致：浅海相以强正值为特征，而较深的水域（风暴浪基面之下）为0‰左右。对于δ 13 C carb 与沉积相的相关性，最可靠的解释是，浅海环境记录了局部物理和生物化学过程的同位素效应，驱动周围环境的溶解无机碳（DIC）达到较大值，而较深相中较小值（ 0‰）与开阔海洋的DIC相近，其中δ 13 C在很大程度上不受浅水环境中发生的分馏的影响。此外，海侵氧化还原作用为含锰矿物和化学营养微生物群落的形成创造了条件。其中还包括甲烷循环群落，其有机δ 13 C（δ 13 C org ）值为 47‰，Δδ carb-org 值高达46‰。因此，Francevillian碳同位素剖面反映了盆地的特定条件，并不是全球碳循环扰动或LJE结束的前兆。

加蓬Lastoursville次盆LST12岩芯Franceville层序的沉积模式。浅水碳酸盐岩（单元I-III）的特点是真光层生产力提高，促使环境中的溶解无机碳的 13 C富集并沉积碳酸盐。随后发生海侵（单元IV-VI），盆地加深，以同位素正常的海相碳酸盐沉淀为标志，同时在风暴波基面以下的氧化还原层发育锰富集。持续的海侵导致盆地最深处沉积了富含有机质的含甲烷生物群落的泥岩。

原文链接：

Geology (2020) 48(11):1099–1104.

DOI：

10.1130/G47651.1

（译者：好名不敌备注的哥斯达黎加的棒棒的61）

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砂粒跃移作用对粉砂的产生的有效性测试—对黄土解释的启示

黄土形成所需要的粉砂生成可归因于冰川系统（冰川研磨）和砂质沙漠（跃移诱发破碎）的地质过程。然而跃移作用对大量粉砂的产生的有效性还存在争议。了解沙漠中粉砂产生的潜力对于确定黄土的古气候具有至关重要的意义。为了更好评估风成磨损对粉砂的产生的重要性，该研究在一个设计用于模拟砂粒在25m/s速度的暴风中跃移的装置中进行实验性磨损。该研究与之前的工作与众不同的地方在于（1）长时间保持较高速度的测量强度，（2）清除预先存在的粉砂并设置对照组，（3）根据缩放结果来评估黄土堆积的潜力。根据一定的地质比例缩放实验获得的粉砂产生速率显示，风成磨损产生的粉砂不足以形成具有地质意义上的黄土沉积物。

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Geology(2020) 48(11): 1105–1109.

DOI：

10.1130/G47282.1

（译者：中国地质大学（北京）地球科学与资源学院岩石学矿物学与矿床学在读硕士生徐睿）

14 太古宙和古元古代变质火山岩变质脱水作用中的金迁移

太古宙和古元古代绿岩带中的火山岩十分丰富，被认为是造山型金矿的潜在矿源。然而，金在这些岩石变质过程中的经历却鲜为人知。该研究对加拿大太古宙拉格兰德亚区和芬兰古元古代中央拉普兰绿岩带的一套变质岩石进行了金的超低检出限分析。这两个地区都有丰富的金矿资源，具有发现新的造山型金矿的巨大潜力。这些带中的变质火山岩分为拉斑玄武岩和钙碱性岩浆岩系列，其中原岩中金的含量用绿片岩相样品的金的Zr/Y幂律回归计算。在拉斑玄武岩中，金是相容元素，并随分异作用而减少；而在钙碱性岩石中，金是不相容元素，并随分异作用而增加。质量变化计算表明，在拉格朗德和中央拉普兰进行递进变质作用至形成上部角闪岩相的条件（> 550 ）期间，初始金含量损失高达77%和59%。本研究强调：第一，变质火山岩在太古宙和古元古代绿岩带变质作用中析出金，是造山型金矿床的良好潜在源岩；第二，变质火山岩的含金性受地幔源区和岩浆演化的控制；第三，变质脱挥发分模式可应用于太古宙和古元古代造山型金矿床。

原文链接：

Geology (2020) 48 (11): 1110–1114.

DOI：

10.1130/G47658.1

（译者：王天奇，中国地质大学（北京）地球科学与资源学院）

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钙质超微化石将北冰洋沉积物的年代追溯到50万年以前

北冰洋中部更新世沉积物年龄波动较大，给重建古海洋学增加了相当大的不确定性。这个问题的根源在于北极海洋沉积物中记录的令人费解的磁极模式，以及缺乏能够提供校准的生物地层层位或连续的氧同位素地层图的微体化石。研究人员记录了在北冰洋中部的一个海洋沉积岩芯中发现的两个关键的钙质超微化石物种，为50万年以前的沉积物提供了有力的，并且可全球校准的年代界限。起关键作用的物种是颗石藻（Pseudoemiliania lacunosa），它们在42.4-47.8万年间灭绝，而赫氏圆石藻（Emiliania huxleyi）则在24.3-30万年间进化。这是第一次在北冰洋中部的沉积物中发现Pseudoemiliania lacunosa的化石。通过岩石地层对比，可以在北冰洋内450多公里的范围内找到含有这些年龄物种的沉积层。它们首次为北极这个区域的更新世沉积物年代学提供了明确的支撑，也为开发和测试其他用于测定北极海洋沉积物年代的地质年代学工具奠定了基础。

原文链接：

Geology (2020) 48 (11): 1115–1119.

DOI：

10.1130/G47479.1

（译者：黄永慧-中国地质大学（北京））

16

加拿大北部科迪勒拉山脉Tintina断层对岩石圈地幔的克拉通凿移的地震证据

位于加拿大西北部的加拿大北部科迪勒拉山脉（NCC）被划分为几个平行向右滑动的走滑断层，在晚白垩世和始新世之间累积了数百公里的位移。这些断层的深度范围，尤其是Tintina断裂（TF）对NCC岩石圈地幔的地壳构造组合和演化具有重要的影响意义，但是地球物理模型和地球化学数据仍然没有定论。该研究利用最新的三维纵波地震速度模型，解决了位于TF表层轨迹之下的最高地幔深度的一系列锐化的（~10km）纵波速度对比度（~4%）突变。代表了上地幔组构的地震各项异常数据显示在TF附近各向异性的方向和幅度大小发生了相似的变化。这些数据表明TF是岩石圈尺度的剪切带且在沿着TF恢复了430公里处的右侧位移后，纵波的速度快速异常与北美克拉通边缘轮廓一致。该研究认为，目前位于阿拉斯加东部的快速构造异常是Mackenzie克拉通的一块轮廓清晰的碎片，其在晚白垩世至始新世期间被TF凿穿并向西北位移。目前位于NCC南部的第二个克拉通碎片，可能与上地幔深度的Cassiar岩层有关。这些观察首次证明，大型岩石圈尺度的剪切带穿过难熔地幔，并且在世界范围内的科迪勒拉山脉内产生克拉通地幔物质的主要侧向位移的证据。

原文链接：

Geology (2020) 48 (11): 1120–1125.

DOI：

10.1130/G47688.1

（译者：袁梦）

17

金红石中纳米级微量元素团块的地球化学和地质年代学意义

金红石中的微量元素地球化学分析（例如：铅Pb，铀U，锆Zr）通常被用来获取地质事件的性质和时间。但是微量元素的迁移会影响温度和时间的厘定，且其迁移性的主控因素仍存在争论。鉴于此，研究人员使用电感耦合等离子体质谱法和原子探针层析成像表征了西澳大利亚Capricorn造山带中金红石的微米至纳米级微量元素分布。在大于20微米的尺度下，单个矿物颗粒中没有明显的微量元素分异，而且锆石谐和年龄1872 6 Ma（2σ）也没有同位素扰动的迹象。在纳米级尺度下，可以观察到20纳米的富微量元素（铝Al，铬Cr，铅Pb，钒V）团块。团块的 207 Pb/ 206 Pb比值为0.176 0.040 （2σ），说明他们形成于结晶前，可能是区域变质作用的产物。作者认为这些团块是由于上部角闪岩相变质过程中瞬时形成的放射性破坏点捕获流体活动性元素形成的。这种捕获会影响团块中元素体扩散的活化能。团块较低的数量及密度指示了其形成时间，说明变质作用峰值温度持续时间较短，为小于10 百万年的事件。研究结果说明运用微量元素手段判断金红石中的体扩散将比假定其为均一介质时更为复杂。

原文链接：

Geology (2020) 48 (11): 1126–1130.

DOI：

10.1130/G48017.1

（译者：韩舒筠@CUGB/MQ）

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次年稳定同位素记录揭示的南极洲西摩岛与白垩纪-古近纪界线附近两个灭绝期有关的气候变暖和季节性缺氧

碳酸盐双壳贝类高分辨率稳定同位素（δ 18 O和δ 13 C）增生的贝壳年轮年代学可以提供对了解灭绝期有用的次年环境记录，这种灭绝期通常是快速变化和不稳定的时期。该研究展示了在南极洲西摩岛白垩纪-古近纪界线（KPB）对Lahillia larseni双壳贝类的高分辨率连续采样结果。这些数据突出了δ 18 O和δ 13 C值不规则的两个灭绝期与形成化石的最后时期一致：一个是在KPB，另一个是在明显灭绝事件的15万年之前。由于表现为较低的δ 18 O值，该研究将这两个时期都解释为气候变暖的时期，并且有季节性缺氧，表现为低异常（ 21.6‰至 3.0‰VPDB）的δ 13 C值和高的（2‰至19‰）的季节变化。低氧条件可能是较早灭绝事件的一种引发机制，并可能延长了KPB灭绝后的恢复时间。

原文链接：

Geology (2020) 48(11):1131–1136.

DOI：

10.1130/G47758.1

（译者：掉帧青年萧暮春@YU）

美编&校对：覃华清