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氧同位素可以追溯地球最早的大陆地壳的起源

自然体积592，页面70 - 75 (2021）引用本文

主题

摘要

目前地球大陆地壳的大部分体积是在太古代末期形成的1(25亿年前)，通过在大约25-50公里深处的含水玄武岩熔化，形成了钠质花岗岩的tonalite - trondhjeem -花岗闪长岩(TTG)套2，3.，4，5，6．然而，所涉及的地球动力学背景和过程存在争议，并提出了一些基本问题，例如如何以及从哪里向深地壳TTG源区添加所需的水7，8．此外，在保存完好的太古代地壳中，还没有大量均匀的玄武岩序列的报道，这些序列富含足够不相容的微量元素，可以成为可行的TTG来源5，9．在这里，我们利用锆石氧同位素组成的变化，再加上全岩石地球化学，确定了两组不同的TTG。强钠性ttg代表了最原始的岩浆，含有氧同位素组成的锆石，反映了原始地幔水水化的烃源岩。这些原始TTG不像“平均”TTG那样需要高度富含不相容微量元素的源。相比之下，钠含量较低的ttg需要富含来自水圈的水和不相容的微量元素的来源，这些微量元素与交代地幔岩石圈融化形成的水化岩浆(sanukitoids)的引入有关。通过集中研究皮尔巴拉克拉通古太古代地壳的数据，我们可以忽略俯冲的背景6，10，11，12，13并提出水化富集的近地表玄武岩是通过密度驱动的地壳对流反转引入地幔的。这些结果消除了许多理解早期大陆地壳形成的矛盾障碍。我们的工作表明，在地球早期的基性地壳中已经存在足够的原始水，以产生大陆的原始核，通过早期地球特有的动态过程产生了额外的水化来源。

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图1:太古代皮尔巴拉克拉通花岗岩的成分变化。
图2皮尔巴拉和伊尔冈花岗岩氧同位素组成。
图3:TTG源不兼容的微量元素建模。
图4:地球早期长英质地壳的形成。

数据可用性

本研究收集了39个样品的氧同位素数据，另外两个样品的数据取自参考文献。22(样本OGC;GSWA样本178035)和参考。53(样本142661)。这些样品的所有细节、氧同位素和U-Pb年龄数据均列在扩展数据表中1，2(及补充表格)1- - - - - -3.)和全岩地球化学数据见补充表4．有关U-Pb年龄测定的原始数据可从参考文献下载。57．Pilbara和Yilgarn sanukitoids的全岩地球化学数据来自参考文献。36，44,分别。用于计算皮尔巴拉玄武岩平均成分的数据来自参考文献。56．参考数据。36，44，56也可下载，使用补充表格所提供的样本编号6，来自西澳大利亚地质调查局的WACHEM数据库(http://geochem.dmp.wa.gov.au/geochem/)使用GeoChem Extract工具并选择“Whole State”选项，并从澳大利亚地球科学公司的OZCHEM国家整体岩石地球化学数据集(http://pid.geoscience.gov.au/dataset/ga/65464)．图中使用的全岩地球化学数据。1并用于计算微量元素建模的平均数据(如图2所示)。3.)及参考文献。35或可从WACHEM或OZCHEM下载，使用补充表提供的样本编号6．源数据提供了这篇论文。

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下载参考

确认

r.h.s.， Y.L, M.T.D.W.和s.p.j经西澳大利亚地质调查局执行主任批准出版。t.e.j感谢澳大利亚政府通过澳大利亚研究委员会发现项目(DP200101104)的资助，以及中国地质大学武汉地质过程与矿产资源国家重点实验室(开放基金GPMR201903)的支持。该项目由西澳大利亚政府勘探激励计划(EIS)资助。我们感谢M. Prause起草数据，并感谢M. Aleshin协助SIMS分析。我们感谢西澳大利亚大学显微学、表征和分析中心的设施，以及科学和技术援助，这是由西澳大利亚大学和澳大利亚联邦政府资助的设施。

作者信息

作者及隶属关系

  1. 西澳大利亚州地质调查局，矿业、工业法规和安全部，西澳大利亚州东珀斯，澳大利亚

    罗伯特·h·史密斯，卢永军，迈克尔·t·d·温盖特，西蒙·p·约翰逊

  2. 澳大利亚西澳大利亚珀斯科廷大学地球科学研究所地球与行星科学学院矿物系统组时间表

    罗伯特·h·史密斯，克里斯托弗·l·柯克兰和蒂姆·e·约翰逊

  3. 西澳大利亚大学地球科学学院勘探目标中心和澳大利亚研究理事会核壳流体系统卓越中心(CCFS)，澳大利亚西澳大利亚州克劳利

    卢永军，大卫·摩尔，劳伦·马丁，迈克尔·t·d·温盖特

  4. 中国地质大学全球构造研究中心，地质过程与矿产资源国家重点实验室，武汉

    蒂姆·e·约翰逊

  5. 加拿大安大略省萨德伯里的劳伦森大学哈奎尔地球科学学院和古德曼矿业学院矿产勘探研究中心(MERC)

    大卫·r·莫尔

  6. 澳大利亚地球科学，堪培拉，澳大利亚首都领地，澳大利亚

    大卫·摩尔和大卫·c·钱皮恩

  7. 显微镜表征和分析中心，西澳大利亚大学，珀斯，西澳大利亚，澳大利亚

    Laure Martin & Heejin Jeon

  8. 瑞典自然历史博物馆，瑞典斯德哥尔摩

    Heejin全

作者
  1. 罗伯特·h·史密斯
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  2. Yongjun陆
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  3. 克里斯托弗·l·柯克兰
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  4. 蒂姆·e·约翰逊
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  5. 大卫·r·莫尔
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  6. 大卫·钱皮恩
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  7. 罗兰马丁
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  8. Heejin全
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  9. 迈克尔·t·d·温盖特
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  10. 西蒙·p·约翰逊
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贡献

R.H.S.和Y.L.构思了这项研究，R.H.S.、Y.L.、C.L.K.和T.E.J.根据D.R.M.和D.C.C.的意见准备了手稿的初稿，L.M.和H.J.参与了样本分析和解释，M.T.D.W.和S.P.J.参与了样本收集和数据解释。所有共同作者协助审定和编辑修改后的手稿。

相应的作者

对应到Yongjun陆．

道德声明

相互竞争的利益

作者声明没有利益竞争。

额外的信息

同行评审信息自然感谢Ilya Bindeman, Tracy Rushmer和John Valley对本工作的同行评审所做的贡献。

出版商的注意施普林格自然对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。

扩展的数据图形和表格

扩展数据图1样本位置图。

一个，来自皮尔巴拉克拉通的样本。WPT，西皮尔巴拉Terrane;皮尔巴拉中部构造带CPTZ;蚊子溪盆地MCB。b，来自伊尔加恩克拉通的样本。地质图来自参考文献。58，在CC BY 4.0许可下复制。

源数据

扩展数据图2潜在混合源的组成。

以平均>3.45 gyr -old皮尔巴拉拉斑玄武岩为标准，归一化了潜在杂化源区的主要元素组成。Av,平均水平。

源数据

图3皮尔巴拉和伊尔加恩花岗岩氧同位素组成。

一个，锆石O同位素组成的变化(δ18O(锆石))从皮尔巴拉克拉通的花岗岩到全岩石SiO2锆石饱和温度，T锆石饱和55．b，锆石O同位素组成的变化(δ18O(锆石))从伊尔加恩克拉通的花岗岩到全岩SiO2和锆石饱和温度55．虚线表示2σ地幔锆石范围:5.3‰±0.6‰。垂直误差条表示1σ不确定性。

源数据

图4 Sr/Sr*随SiO的变化2皮尔巴拉克拉通的类山螺虫36．

高于1或低于1分别表示正的或负的地幔标准化Sr异常。Sr*为地幔归一化微量元素图上Ce和Nd之间外推计算的Sr浓度。

源数据

表1 Pilbara和Yilgarn克拉通花岗岩样品细节和U-Pb年龄数据
全尺寸表
表2皮尔巴拉和伊尔加恩克拉通花岗岩氧同位素数据
全尺寸表

补充信息

补充表

该文件包含补充表1-6。

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引用本文

史密斯，r.h.，卢，Y.，柯克兰，C.L.et al。氧同位素可以追溯地球最早的大陆地壳的起源。自然592， 70-75(2021)。https://doi.org/10.1038/s41586-021-03337-1

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