太古代地壳变质温度下降的原因是什么?

汽笛撩科学 2023-08-26 19:01:28

科研人员支持大陆地壳年轻时并没有明显变热的观点。他们指出,年轻的大陆位于较厚的岩石圈根部之上,与热对流的软流圈相隔离。他们进一步指出,太古宙时期大陆内部底部的温度较低,不足以达到干燥地壳岩石的熔融温度,这可以从太古代次大陆地幔中钻石的形成要求来推断。研究对太古宙片麻岩的矿物组合进行估计,发现在该时期地壳的变质温度较高。然而,一些地质学家认为自太古宙以来,地壳的变质温度一直在长期下降。

大陆下地幔的稳定性不确定性使得对大陆地热条件的解释变得复杂。一些科学家认为,在碰撞造山带下形成的较厚且较冷的地幔可能会分层,这将导致热软流圈向大陆底部流动,进而增加流入大陆的热流量。由于太古代的地幔对流更加剧烈,因此更可能发生分层现象,这可以解释太古代高温变质作用的普遍性。研究者认为,高级变质作用发生在伸展塌陷期间,当时较热的软流圈取代了分层的根部。

虽然在较老的造山带中缺乏广泛的最小熔融花岗岩,这意味着在太古代或古元古代,地热可能稍微陡峭。可用的限制条件,特别是变质温度,确实允许地热在过去稍微陡峭,尤其是在造山运动的延伸坍塌阶段。为了方便讨论,我们将太古代的地热与现今进行比较。

如果假设太古代在地壳35公里深处的岩石比现在热100°C,那么这种情况会对大陆的变形样式产生影响吗?是的,因为岩石圈的流变学特性与地热有关。例如,如果地热更加陡峭,岩石圈的强度和深度剖面将会有所不同,地壳脆性-塑性转变的发生深度将更浅。因此,高温对造山带变形样式和规模会产生一定影响。

剪切带的类型取决于形成过程中的温度,因为温度决定了变形机制的活动,如矿物的典型变形。因此,当地壳水平发生页岩-低固结角砾岩断裂带时,脆性断裂带、滑面、矿脉和解理带等现象会出现。在接近脆性-塑性转变的地方,则会产生细粒、强叶状和线性化的片岩剪切带。

在更深的地壳,岩石会经历上层角闪岩和麻粒岩变质条件,而不会形成糜棱岩。相反,在地壳更深处形成的剪切带由中粗粒的强叶理片岩和片麻岩构成。这些高品质的剪切带通常比低品质的剪切带更宽,且可能难以识别。

由于剪切带类型与温度有关,较暖地壳中的剪切带发展在较浅的地壳水平上,而较冷地壳中则会形成较低级别的剪切带。举个例子,假设脆塑性转变发生在大约300°C的温度下,糜棱岩-片麻岩-盖层转变发生在约625°C。根据绘制的地热图,太古宙的脆塑性转变将比显生宙发生得更浅约3公里,太古界的糜棱岩-片麻岩构造岩转变将比显生宙发生得更浅约8公里。这个粗略的估计表明,在太古宙期间,碎裂岩和糜棱岩可能仅限于上部地壳的薄层段内,而片麻岩构造岩则可能在现今的糜棱岩形成的深处发育。

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