記者從南京大學(xué)了解到，南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院葛榮峰教授、朱文斌教授、王孝磊教授與澳大利亞科廷大學(xué)Simon Wilde教授合作，創(chuàng)建了鋯石氧逸度-濕度計(jì)，并據(jù)此方法系統(tǒng)厘定了太古宙（25 – 40億年前）花崗質(zhì)巖石的巖漿氧逸度和水含量，發(fā)現(xiàn)其類似于現(xiàn)代島弧巖漿，指示太古宙俯沖作用的存在。

該成果對揭示早期大陸的起源、板塊構(gòu)造的啟動(dòng)、關(guān)鍵金屬礦產(chǎn)資源的形成具有重要意義，以“Earth’s early continental crust formed from wet and oxidizing arc magmas”為題，9月27日在線發(fā)表于Nature期刊，論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06552-0。

大陸地殼的形成塑造了地球的表面形態(tài)，影響了地球的內(nèi)部成分和結(jié)構(gòu)，造就了人類賴以生存的宜居地球和礦產(chǎn)資源。一般認(rèn)為，現(xiàn)代大陸地殼的形成與板塊俯沖引起的島弧巖漿作用密切相關(guān)，然而，早期大陸地殼是否形成于類似俯沖的構(gòu)造環(huán)境，還是其他特殊的構(gòu)造體制，是地球科學(xué)領(lǐng)域懸而未決的難題。現(xiàn)代島弧巖漿的特征是相對較高的氧逸度和水含量，但由于構(gòu)成早期大陸地殼的太古宙巖石普遍遭受了后期變質(zhì)作用的改造，其巖漿氧逸度和水含量缺乏可靠的制約手段。

針對這一難題，該研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合兩種基于鋯石微量元素的氧逸度計(jì)，創(chuàng)新性地提出了鋯石氧逸度-濕度計(jì)，該方法可以根據(jù)鋯石結(jié)晶時(shí)的氧逸度，計(jì)算平衡巖漿的水含量，準(zhǔn)確度在1 wt%（wt%：重量百分比）以內(nèi)（圖1a）。

（a）鋯石氧逸度-濕度計(jì)的基本原理，以Bishop凝灰?guī)r為例，插圖中的線性關(guān)系顯示該方法的準(zhǔn)確性；（b）太古宙與顯生宙巖漿氧逸度和水含量對比，其中紅、黃、紫色為本文鋯石氧逸度-濕度計(jì)結(jié)果

在此基礎(chǔ)上，該研究團(tuán)隊(duì)計(jì)算了全球主要克拉通太古宙內(nèi)花崗質(zhì)巖石的巖漿氧逸度和水含量，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)太古宙花崗質(zhì)巖漿的氧逸度比現(xiàn)代島弧巖漿低（圖1b），但由于太古宙地幔本身氧逸度較低，大多數(shù)太古宙花崗質(zhì)巖漿的氧逸度相對于同期幔源巖漿仍有一個(gè)數(shù)量級的升高，這種差異類似于現(xiàn)代島弧巖漿相對于洋脊玄武質(zhì)巖漿的變化。

太古宙花崗質(zhì)巖漿氧逸度和水含量與全巖地球化學(xué)指標(biāo)的相關(guān)性，圖例同圖1

始太古代（40 – 36億年）花崗質(zhì)巖漿氧逸度和水含量的升高指示俯沖啟動(dòng)，紅色為太古宙花崗質(zhì)巖石數(shù)據(jù)，白色方框?yàn)榘拇罄麃咼ack Hills碎屑鋯石數(shù)據(jù)

研究還發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)太古宙花崗質(zhì)巖漿具有較高的水含量（6 – 10wt%）和H2O/Ce比值（大于1000），類似于現(xiàn)代島弧巖漿，且?guī)r漿氧逸度、水含量和H2O/Ce比值均與指示巖漿形成深度的地球化學(xué)指標(biāo)具有良好的相關(guān)性（圖2），指示大量的水被從地表運(yùn)輸至深部地殼和地幔。這些觀察難以用非板塊俯沖模型解釋，而與大洋板片俯沖、脫水、熔融及其導(dǎo)致的島弧巖漿作用相吻合，說明大量的液態(tài)水（大洋）和板塊構(gòu)造在早期大陸起源過程中起著至關(guān)重要的作用，這也是宜居地球的形成過程區(qū)別于其他類地行星的重要原因，這一過程也對許多關(guān)鍵金屬礦產(chǎn)的形成具有重要控制作用。該研究還顯示，在地球形成后約5億年的始太古代（36 – 40億年前），初始俯沖作用的啟動(dòng)導(dǎo)致花崗質(zhì)巖漿的氧逸度和水含量發(fā)生了顯著的升高（圖3）。

該項(xiàng)研究由南京大學(xué)和澳大利亞科廷大學(xué)合作完成，南京大學(xué)為第一完成單位，葛榮峰教授為論文的第一作者和通訊作者，該工作得到了國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金項(xiàng)目、面上項(xiàng)目和杰出青年基金項(xiàng)目的資助。

揚(yáng)子晚報(bào)/紫牛新聞  楊甜子

校對 王菲