Plattentektonik im Archaikum: Beobachtung versus Interpretation

Die im 20. Jahrhundert etablierte Theorie der Plattentektonik war bei der Interpretation vieler geologischer Phänomene, Prozesse und Ereignisse im Phanerozoikum erfolgreich.

Allerdings hatte die Theorie oft Schwierigkeiten, einen kohärenten Rahmen für die Interpretation geologischer Aufzeichnungen nicht nur im kontinentalen Inneren, sondern auch in der präkambrischen Zeit bereitzustellen. In der traditionellen Theorie der Plattentektonik, die sich mit der Beziehung zwischen Plattentektonik und kontinentaler Geologie befasst, wird die kontinentale Binnentektonik oft von der Kontinentalrandtektonik hinsichtlich der Vererbung und Entwicklung ihrer Struktur und Zusammensetzung getrennt.

Diese Trennung führte zu der Illusion, dass die Theorie der Plattentektonik nicht auf die präkambrische Geologie anwendbar sei, insbesondere bei der Interpretation der grundlegenden geologischen Eigenschaften archäischer Kratone.

Diese integrierte Studie wird von Prof. Yong-Fei Zheng von der Universität für Wissenschaft und Technologie Chinas vorgestellt. Es konzentriert sich auf verfügbare Beobachtungen aus der archäischen Geologie und prüft deren Interpretationen anhand der folgenden drei charakteristischen Merkmale der archäischen Erde:

(1) Die konvektiven Manteltemperaturen lagen bei 1500–1700 °C.

(2) Die neu gebildete basaltische ozeanische Kruste war bis zu 30–40 km dick

(3) Die Asthenosphäre hatte eine ähnliche Zusammensetzung wie der ursprüngliche Mantel und nicht wie der heutige erschöpfte Mantel. Auf dieser Grundlage hat der Autor die Theorie der Plattentektonik im 21. Jahrhundert erfolgreich auf die Interpretation wichtiger geologischer Phänomene auf archaischen Kratonen angewendet. Die Ergebnisse beseitigen die Illusion, dass die archaische Kontinentalkruste nicht aus einem Regime der Plattentektonik entstanden sei.

Durch die Weiterentwicklung der Plattentektonik-Theorie vom traditionellen kinematischen Modell des 20. Jahrhunderts zu einem ganzheitlichen kinematisch-dynamischen Modell des 21. Jahrhunderts und die systematische Untersuchung des vertikalen Transports von Materie und Energie an Plattenrändern wird deutlich, dass die Plattentektonik das Gemeinsame interpretieren kann geologische Merkmale archäischer Kratone, wie lithologische Assoziationen, Strukturmuster und metamorphe Entwicklung.

Durch die Entschlüsselung der Struktur und Zusammensetzung konvergenter Plattenränder sowie ihrer Dynamik kann die Bildung und Entwicklung der kontinentalen Kruste seit dem Archaikum in antike Plattentektonik im Präkambrium und moderne Plattentektonik im Phanerozoikum unterteilt werden.

Dieser Ansatz bietet eine neue Perspektive und tiefe Einblicke in die frühe Erdentwicklung und den Ursprung der kontinentalen Kruste. Dies führt zur Entwicklung alternativer tektonischer Modelle, die vertikale Bewegungen im Bereich der stagnierenden Deckeltektonik vorsehen, einschließlich nicht nur Bottom-up-Prozesse wie Mantelplumes und Wärmerohre, sondern auch Top-down-Prozesse wie lithosphärisches Untergang und Subduktion.

Tatsächlich waren diese vertikalen Prozesse nicht nur im Archaikum verbreitet, sondern hielten bis ins Phanerozoikum an. Sie resultieren aus der poloidalen Konvektion des Erdmantels in unterschiedlichen Tiefen und sind nicht spezifisch für einen bestimmten Zeitraum in der Erdgeschichte.

Darüber hinaus würden archäische Tonalit-Trondhjemit-Granodiorit-Gesteine ​​(TTG) durch teilweises Schmelzen der überdicken basaltischen ozeanischen Kruste an konvergenten Plattenrändern entstehen. Die Strukturmuster von Gneiskuppeln und Grünsteinkielen wären das Ergebnis der auftriebsbedingten Einlagerung von TTG-Magmen und ihrer Wechselwirkung mit der Basaltkruste an fossilen Konvergenzrändern, und Komatiite in Grünsteingürteln wären das Produkt der Mantelwolkenaktivität im Regime der Antike Plattentektonik.

Die weitverbreitete Verteilung hochgradiger metamorpher Gesteine ​​in planarer Form und nicht in Zonen wird auf die Trennung der Gneiskuppeln von den Grünsteingürteln zurückgeführt.

Darüber hinaus gibt es in den vulkanischen Assoziationen im Archaikum wenig kalkalkalische Andesite, was auf einen Mangel an Sedimentakkretionskeilen hindeutet, die aus der Verwitterung granitischer Kontinentalkruste über ozeanischen Subduktionszonen stammen. Ophiolithe vom Penrose-Typ fehlen in magmatischen Assoziationen des Archäikums, was auf die Bildung von Basalt-Akkretionskeilen während der Subduktionsinitiierung von Mikroplatten zurückgeführt werden kann, als nur das obere Vulkangestein der mittelozeanischen Rücken von der beginnenden Subduktionsplatte abgetrennt wurde.

Das Fehlen von Blauschiefer und Eklogit sowie klassischer paariger metamorpher Gürtel lässt darauf schließen, dass die konvergenten Plattenränder entweder durch warme Subduktion oder harte Kollision der dicken ozeanischen Kruste bei moderaten geothermischen Gradienten überdickt wurden. Daher kann die Plattentektonik ihre grundlegenden geologischen Eigenschaften nur dann vernünftig interpretieren, wenn man die Natur archaischer Kartons richtig erkennt und versteht.

Sobald die verbesserte Version der Plattentektoniktheorie im 21. Jahrhundert mit den drei charakteristischen Merkmalen der archäischen Erde integriert wird, kann sie revolutionäre Fortschritte bei der Lösung der bisherigen Herausforderungen bei der Interpretation der archäischen Kontinentalgeologie machen.

Daher liefert dieser Artikel solide Argumente für die Entschlüsselung der Vererbungs- und Entwicklungsbeziehungen zwischen antiken und modernen Plattentektonikregimen. Die Ergebnisse tragen nicht nur zum Ursprung und zur Entwicklung der kontinentalen Kruste auf der frühen Erde bei, sondern geben auch Aufschluss über den geodynamischen Mechanismus, wie sich die frühe Erde von der stagnierenden Deckeltektonik zur mobilen Deckeltektonik entwickelte.

Die Arbeit ist veröffentlicht im Tagebuch Wissenschaft China Geowissenschaften.