記者從南京大學了解到，南京大學地球科學與工程學院葛榮峰教授、朱文斌教授、王孝磊教授與澳大利亞科廷大學Simon Wilde教授合作，創建了鋯石氧逸度-濕度計，并據此方法系統厘定了太古宙（25 – 40億年前）花崗質巖石的巖漿氧逸度和水含量，發現其類似于現代島弧巖漿，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、板塊構造的啟動、關鍵金屬礦產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，影響了地球的內部成分和結構，造就了人類賴以生存的宜居地球和礦產資源。一般認為，現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，然而，早期大陸地殼是否形成于類似俯沖的構造環境，還是其他特殊的構造體制，是地球科學領域懸而未決的難題。現代島弧巖漿的特征是相對較高的氧逸度和水含量，但由于構成早期大陸地殼的太古宙巖石普遍遭受了后期變質作用的改造，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，該研究團隊結合兩種基于鋯石微量元素的氧逸度計，創新性地提出了鋯石氧逸度-濕度計，該方法可以根據鋯石結晶時的氧逸度，計算平衡巖漿的水含量，準確度在1 wt%（wt%：重量百分比）以內（圖1a）。

（a）鋯石氧逸度-濕度計的基本原理，以Bishop凝灰巖為例，插圖中的線性關系顯示該方法的準確性；（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-濕度計結果

在此基礎上，該研究團隊計算了全球主要克拉通太古宙內花崗質巖石的巖漿氧逸度和水含量，發現大多數太古宙花崗質巖漿的氧逸度比現代島弧巖漿低（圖1b），但由于太古宙地幔本身氧逸度較低，大多數太古宙花崗質巖漿的氧逸度相對于同期幔源巖漿仍有一個數量級的升高，這種差異類似于現代島弧巖漿相對于洋脊玄武質巖漿的變化。

太古宙花崗質巖漿氧逸度和水含量與全巖地球化學指標的相關性，圖例同圖1

始太古代（40 – 36億年）花崗質巖漿氧逸度和水含量的升高指示俯沖啟動，紅色為太古宙花崗質巖石數據，白色方框為澳大利亞Jack Hills碎屑鋯石數據

研究還發現，大多數太古宙花崗質巖漿具有較高的水含量（6 – 10wt%）和H2O/Ce比值（大于1000），類似于現代島弧巖漿，且巖漿氧逸度、水含量和H2O/Ce比值均與指示巖漿形成深度的地球化學指標具有良好的相關性（圖2），指示大量的水被從地表運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、熔融及其導致的島弧巖漿作用相吻合，說明大量的液態水（大洋）和板塊構造在早期大陸起源過程中起著至關重要的作用，這也是宜居地球的形成過程區別于其他類地行星的重要原因，這一過程也對許多關鍵金屬礦產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導致花崗質巖漿的氧逸度和水含量發生了顯著的升高（圖3）。

該項研究由南京大學和澳大利亞科廷大學合作完成，南京大學為第一完成單位，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基金優秀青年基金項目、面上項目和杰出青年基金項目的資助。

揚子晚報/紫牛新聞  楊甜子

校對 王菲