中國科學技術大學地球和空間科學學院教授吳忠慶課題組揭示地球早期的大陸基底巖漿洋演化會出現水誘導的地幔反轉，太古宙大陸是起源基底巖漿洋演化的一個產物，其中水扮演了極其關鍵的研究角色。該工作是突破大陸起源和早期地球如何運作方面的突破性進展。研究成果日前發表在地球科學領域國際權威學術期刊《地球物理研究快報》上。性進學網

水誘導的展新地幔反轉示意圖。中國科大供圖

跟生命和板塊運動一樣，聞科大陸也是大陸地球所特有的。研究最早的起源大陸如何形成的，是研究理解太陽系類地行星相關科學問題的關鍵一環。

現有的突破解釋大陸起源的主流模型有兩個，分別是性進學網島弧模型和地幔柱的洋底高原模型。俯沖板塊上方的展新島弧是當今新的大陸形成的地方，板塊俯沖也是聞科目前已知的可以將地表水帶到地球深部，并形成含水巖漿的大陸過程，島弧模型認為太古宙的大陸也是由于板塊俯沖引起的。島弧模型可以很好的回答太古宙陸殼源區富水這個特征。但該模型很難解釋太古宙大陸的多個其他特征，如：科馬提巖形成于高溫的環境，幾乎只在太古宙大陸廣泛出現的科馬提巖跟俯沖帶低溫環境不一致；不同于俯沖引起的線性構造的造山帶，太古宙克拉通主要是穹隆結構；太古宙巖石的經歷等壓變溫的變質過程以及缺乏高壓超高壓籃片巖等也都跟俯沖帶特征不符。地幔柱的洋底高原模型可以很好地解釋上述特征，但該模型在回答太古宙陸殼源區富水這一關鍵特征上遇到了困難，因為根據現今的觀察，洋底高原底部是貧水的。另外，陸殼年齡分布特征也暗示太古宙末期出現了地幔反轉，但反轉的機制并不清楚。

此次工作中，吳忠慶等人提出在形成月球的大撞擊后，整個地幔熔化形成了巖漿洋，巖漿洋在中地幔深度結晶，形成外面和基底兩個巖漿洋。由于下地幔礦物含水能力低，隨著巖漿的結晶，基底巖漿洋將越來越富水，水降低了基底巖漿洋的密度，當水富集到一定程度后，巖漿洋的密度不再比上覆地幔高，基底巖漿洋會出現重力失穩而形成地幔反轉，該反轉將水帶到地球淺部，促進大陸和克拉通地幔巖石圈等的形成。當地幔反轉耗盡基底巖漿洋后，太古宙型的大陸不再產生，太古宙末期對應著大陸形成機制的轉變期，水誘導的地幔反轉可以自然地解釋為什么太古宙前后的大陸有完全不同的特性。

形成水誘導地幔反轉的兩個前提是基底巖漿洋的形成和基底巖漿洋含水，而產生了月球的大撞擊是形成基底巖漿洋的關鍵角色，所以月球誕生的意義遠比人們之前想象得重要。

審稿人高度評價此次工作，稱“這個假說非常新穎且意義重大。”下一步，吳忠慶課題組將繼續完善該假說，比如對地幔反轉過程進行地球動力學模擬，進一步探索地幔反轉促進大陸形成的具體過程。

相關論文信息：https://doi.org/10.1029/2023GL105178