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  • 朱日祥用20年说清楚华北克拉通“破了”而获奖

    来源:www.shuoshisheng.net 发布时间:2020-05-11

    作者:王静资料来源:科学网发布日期:2018/1/10 21:39336015

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    朱日祥解释华北克拉通20年来“破碎”,并于1月8日获奖,中国科学院地质与地球物理研究所的许多人脸上洋溢着幸福,该研究所的“华北克拉通的毁灭”成果荣获2017年国家自然科学二等奖 该项目由中国科学院院士朱日祥领导,20多年来成功完成了一项国家基础研究任务,吸引了众多国际着名科学家的关注。它已成为2014年和2015年国际地球科学领域的热点研究课题,也是中国科学家主导的唯一地球科学前沿。

    朱日祥说,团队将以党的十九大精神为指导,不要忘记你的首创精神,牢记自己的使命,坚持科技创新、服务国家、造福人民的科技价值观,在华北克拉通成就的基础上,对一带一路地板块进行研究。

    华北克拉通怎么了?“克拉通”到底是什么?有点头晕吗?

    别担心,中国科学院院士、中国科学院地质与地球物理研究所研究员朱日祥可以用一句话让你明白:“地球上最古老的陆地板块,缺乏明显火山活动或大地震的大陆,叫做克拉通。” 与此同时,人们也认识到这些大陆具有良好的稳定性。 “人们感到有点头晕,主要是因为它是从英语翻译过来的,但是地球科学家至今一直在使用它。

    然而,华北克拉通发生了大规模的火山活动和地震,如唐山地震和邢台地震,表明华北克拉通已经失去了稳定性。 这是经典板块构造理论无法解释的主要地质现象。 所以,科学问题来了

    人们可能知道板块构造是地球科学的基石,就像量子力学和相对论在物理学中很重要一样。 其理论核心有两点。一是认识到地球是由海洋板块和大陆板块组成的。二是解释洋板块的形成和消失以及大陆板块漂移的过程。

    然而,板块构造理论不能解释大陆的演化,如大陆改造或破坏、大陆增生和陆内矿化等基本问题。 由于大陆是人类生存和资源能源供应的主要场所,了解大陆的演变已成为地球科学中最基本的科学问题和崇高目标,也是解决资源能源国家重大需求的根本所在。

    二十年前,随着老一辈科学家的脚步和疑虑,朱日祥开始讨论这个问题。

    如何研究大陆进化?

    朱日祥画了一幅画来解释大陆主要由克拉通和造山带组成,克拉通由地壳和岩石圈地幔组成 因此,对克拉通的研究是理解大陆演化的核心,因为克拉通有三个显着的特征:1)形成时代古老;2)结构稳定;3)地质记录齐全 克拉通缺乏明显的火山构造活动和大地震,因此传统理论认为克拉通是稳定的(图1)

    他认为华北克拉通是研究大陆演化的最好起点 它经历了一个复杂的进化过程。两亿年前稳定,两亿年前不稳定,地壳变形和岩浆作用强烈等。 朱日祥带领他的研究团队通过多学科综合研究发现华北克拉通已经被摧毁。因此,他建立了一种新的克拉通破坏理论,揭示了大陆演化的普遍规律。

    华北克拉通在哪里被摧毁?

    朱日祥告诉记者,克拉通岩石圈约200公里厚,人类无法进入。“很难进入地球和天空”。研究人员利用来自地球深处的岩石样本信息进行研究。 我们如何从地球深处获取岩石样本?科学家们不断开发一些新的技术和方法,如同位素原位微量分析等。 朱日祥研究小组运用新的实验技术和方法,取得了许多新的发现。 例如,他们发现岩石圈地幔已经从大陆克拉通型转变为类海洋型,自2亿年前华北克拉通东部大陆板块以来,岩石圈厚度已经从大约200公里减少到60-80公里。发现华北克拉通岩石圈地幔性质发生了根本性变化,导致大规模岩浆活动、结构变形和稳定性丧失,即克拉通遭到破坏。

    这些数据不是随机的猜测或估计。 为了确定华北克拉通空的破坏范围,研究小组进行了密集的移动地震阵列探测,并布置了8个观测剖面,总长度为6500公里,间距为10-15公里。 在科学问题的指导下,这种大规模的深层次探索在国内外都是开创性的。 通过这一观察,研究小组首次获得了华北克拉通岩石圈的高分辨率结构信息,并确定华北克拉通东部是岩石圈薄、地壳转换强的克拉通破坏区。华北克拉通西部岩石圈较厚,没有明显的地壳变形。它属于一个稳定的地区。华北克拉通中部有一个过渡性岩石圈结构,即一个改造区(图2)

    华北克拉通的破坏范围

    那么,华北克拉通是什么时候被摧毁的?

    这需要首先澄清克拉通破坏的地质标志是什么。 通过综合研究,研究小组确定岩浆活动和矿化是克拉通破坏的地质标志。 通过高精度年表和其他研究,他们发现标志克拉通毁灭的地质事件发生在大约1.25亿年前。 换句话说,毁灭的高峰期是1.25亿年。

    导致华北克拉通毁灭的俯冲板块来自西太平洋

    地质学家也会问他许多问题。华北克拉通毁灭的动力机制是什么?随着一系列新的实验方法如非传统稳定同位素的应用,人们发现海洋俯冲板块的熔融流体和熔融流体引起的软流圈上涌是导致克拉通破坏的重要因素。 那么,俯冲板块是从哪里来的?

    朱日祥研究小组通过系统的地质、地球物理、地球化学等综合手段发现,克拉通破坏区的分布与西太平洋俯冲带平行。古代太平洋的俯冲板块被困在地幔过渡带。华北东部地壳伸展方向与西太平洋板块俯冲方向相同。

    他们由此得出结论,导致华北克拉通毁灭的俯冲板块来自西太平洋

    根据以上研究,他们确定华北克拉通破坏的动力机制如下:第一,西太平洋板块俯冲导致地幔不稳定流动和减压熔融,岩石圈地幔弱化;然后,俯冲板块的旋转和俯冲带的后退导致岩石圈的强烈扩张。 在上述因素的共同作用下,岩石圈地幔性质发生变化,导致克拉通破坏。

    他们的全球比较研究发现,中国北部的东部受到西太平洋板块俯冲的严重破坏。美洲大陆的西部被东太平洋板块的俯冲部分摧毁。非洲大陆没有被大洋板块征服,仍然是一个稳定的克拉通。 因此,地幔过渡带洋板块的俯冲、旋转和停滞是导致克拉通破坏的常见机制。

    最后,国内外许多地球科学科学家认同朱日祥团队的研究成果,认为华北克拉通破坏工程对中国地球科学研究做出了重大贡献,主要表现在以下几个方面:一是建立了克拉通破坏理论,首次发现了海陆相互作用,导致克拉通破坏和大陆增生成为全球大陆演化的普遍规律,板块构造理论得到了发展 由于这项研究的原创性贡献,《克拉通毁灭》(Craton Destruction)在汤森路透发布的2014年和2015年研究前沿中被评为全球地球科学十大前沿之一,由中国科学家主导。 其次,华北克拉通破坏的科学成果促进了地学领域的跨学科整合,引领了学科发展方向,增强了中国地学工作者的国际视野,在解决国家重大需求方面取得突破。 例如,它催生了“克拉通毁灭与陆地生物进化”的新科学前沿,并得到了基金会委员会第一批研究中心项目的支持。 此外,从全球角度来看,国家自然科学基金委被敦促设立一个重大研究项目“特提斯地球动力学系统”(Tethys Earth Dynamics System),该项目为中国地球科学家走向世界发挥了主导作用。更重要的是,它为国家把辽东作为黄金替代基地提供了科学依据。为指导国家资源的深度勘探和重大研发项目的实施,为矿产的深度勘探提供了国家武器。

    相关主题:2017年国家科学技术奖励大会

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