本站讯 近日，中国海洋大学海底科学与探测技术教育部重点实验室、崂山实验室李三忠教授团队联合悉尼大学EarthByte课题组在国际地学顶尖期刊Geology（《地质学》）在线发表题为“Recurrent super highlands since 2.1 Ga reveal rhythmic coupling between deep Earth and surface evolution”（自21亿年以来周期性出现的超级高地揭示深部地球与地表演化的节律性耦合）的研究成果。
大陆高程记录了深部地球动力学与地表过程之间的相互作用，深刻影响着气候、海洋化学、风化剥蚀与生命演化。然而，大陆高程在漫长地质历史中如何演化，尤其是地球过去是否曾发育过可与现代青藏高原和科迪勒拉造山系相比拟的大陆尺度高地，以及何种机制控制了其形成，长期以来缺乏全球尺度、内部一致的定量约束。
图1 过去40亿年全球古地壳厚度。（a）与大陆古高程（b）演化。
研究团队整合了超过10万件经严格筛选与校正的全球火成岩地球化学样品，结合机器学习反演的古地壳厚度，以及考虑了地幔与地壳密度随时间变化的均衡模型，首次重建了过去约40亿年以来全球活动大陆区域古高程演化序列（图1）。高程的空间组织性则通过DBSCAN聚类加以刻画，用以识别横向连续的造山系统。
研究表明，太古宙大部分时期大陆基本处于海平面之下，至新太古代逐步出露。自约21亿年以来，极端高程（第95百分位）多次超过青藏高原级别的阈值（约4.5km），并形成横向延展、可达2000km以上的大陆尺度造山系统，与Columbia（Nuna）、Rodinia、Gondwana和Pangea等主要超大陆聚合阶段大体吻合；相比之下，中元古代表现为持续偏低的地形与微弱的造山聚类，反映了缓慢的板块汇聚与低效的地壳增厚，并与该时期偏高的变质热压比和块状斜长岩岩浆活动所指示的偏热、力学性质偏弱的岩石圈状态相一致。Rodinia超大陆裂解之后，极端高程趋于持续，与更冷、力学性质更强的岩石圈以及更高效的汇聚体制相符。
图2 各地质时段古高程的DBSCAN空间聚类，红星标示青藏级（≥4.5km）造山带聚类中心，显示超级高地自古元古代以来反复出现（完整视频见原文附件）。
该研究揭示，横向延展的造山型超级高地自古元古代以来反复出现，其形成受板块运动学与岩石圈强度耦合演化的共同控制（图2）。中元古代标志着地球向更冷、岩石圈更强的构造体制转变的关键过渡，这一配置奠定了现代造山作用的基础，并将深部地球热演化与长期地表地形通过节律性的“内部—地表”耦合联系起来。
论文第一作者兼通讯作者为周建平博士，合作者包括中国海洋大学/崂山实验室李三忠教授、刘永江教授、索艳慧教授、曹现志教授、孙国正副教授以及悉尼大学EarthByte团队R. Dietmar Müller院士、博士后研究员Ehsan Farahbakhsh。本研究得到地球深部探测与矿产资源勘查国家科技重大专项、创新研究群体项目、西太重大研究计划集成项目以及澳大利亚研究理事会等项目资助。
文：丁文雁
文章链接：https://doi.org/10.1130/G54718.1
编辑：赵奚赟
责任编辑：刘莅
