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地球早期陆核如何形成仍是未解之谜。本文聚焦西澳皮尔巴拉克拉通，通过分析含熔体残留的角闪岩，结合年代学、同位素及热力学模拟，发现 35.65 亿年前镁铁质原地壳经浅层（~30 km）水热蚀变熔融形成长英质地壳，为陆核形成机制提供关键证据。
地球的大陆是如何诞生的？这一问题如同拼图游戏中最古老的碎片，始终困扰着地质学家。在地球 46 亿年的历史中，太古代（40 亿–25 亿年前）是大陆雏形形成的关键时期，但早期原地壳的性质及其向大陆地壳转化的机制一直迷雾重重。现存最古老的岩石记录极为稀少，使得科学家难以直接观测这一过程。例如，已有研究显示，早在 44 亿年前地球上可能已存在长英质（硅质丰富的大陆型）地壳，但这些地壳如何从镁铁质原地壳（mafic protocrust）演化而来，以及其形成的构造环境和物理过程仍存在激烈争议。
为破解这一谜题，来自澳大利亚科廷大学（Curtin University）等机构的研究团队，对西澳大利亚皮尔巴拉克拉通（Pilbara Craton）的古老岩石展开了深入研究。他们在该克拉通的西尔瓦尼亚内 lier（Sylvania Inlier）发现了一套曾含熔体的古太古代角闪岩（amphibolite），通过多学科分析，揭示了地球早期陆核形成的关键过程。这项研究成果发表在《Nature Communications》上，为理解太古代大陆地壳的起源提供了全新视角。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：
- 同位素年代学：通过 SIMS（二次离子质谱）和 LA-ICP-MS（激光剥蚀电感耦合等离子体质谱）对锆石（zircon）和榍石（titanite）进行 U-Pb 定年，确定部分熔融事件发生在 3565 Ma（百万年前）。
- 氧同位素分析：测定锆石的 δ18O 组成，揭示原地壳曾经历水热蚀变。
- 热力学模拟：利用 THERMOCALC 软件构建 P-T 相图，结合锆石中 Zr 含量的热 ometry（测温法），限定熔融条件为 680–720°C、0.8–1.0 GPa，对应最大埋藏深度约 30 km。
地质背景与岩石学特征
皮尔巴拉克拉通保存了太古代早期未强烈变形的岩石，是研究早期地壳的天然实验室。西尔瓦尼亚内 lier 的角闪岩具有明显的混合岩化特征，包含镁铁质残片（melanosome）和长英质浅色体（leucosome），后者被解释为部分熔融的结晶产物。矿物学分析显示，角闪石成分介于铁镁闪石与镁角闪石之间，榍石围绕钛铁矿形成冠状结构，表明其形成与钛铁矿分解及熔体结晶密切相关。
年代学与同位素证据
锆石和榍石的 U-Pb 定年结果一致指向 3565 Ma 左右的变质 - 熔融事件，早于皮尔巴拉克拉通大部分出露岩石约 3000 万年。低 δ18O 值（3.40–4.26‰）表明原岩曾与太古代海水发生高温水热交换，类似加拿大阿卡斯塔片麻岩杂岩体（Acasta Gneiss Complex）中冥古宙岩石的特征，暗示早期大陆地壳的源区可能具有相似的同位素组成。
热力学模拟与熔融条件
通过模拟角闪岩的部分熔融过程，研究人员发现其形成于高地热梯度环境（700–1000°C?GPa-1），熔融比例为 2–5 mol%，与野外观察到的浅色体比例吻合。结合钛铁矿 - 榍石反应结构和锆石扩散模拟，推断岩石经历了近等压冷却过程，且未达到石榴石稳定域，进一步限定了浅部熔融的环境。
对早期陆核形成机制的启示
该研究支持 “蚀变镁铁质原地壳浅层熔融” 模型：在高热能流环境下，水热蚀变的镁铁质原地壳埋藏至约 30 km 深度，发生部分熔融形成长英质熔体，随后经分异作用形成陆核。这一过程与现代冰岛通过浅层岩浆分异形成长英质地壳类似，但在太古代可能由强烈陨石撞击和高地热梯度驱动。此外，研究发现皮尔巴拉克拉通的角闪岩与阿卡斯塔杂岩体的镁铁质岩石具有相似的地球化学特征，表明这种浅熔机制可能是早期大陆形成的普遍模式。
结论与意义
这项研究首次在皮尔巴拉克拉通发现早于 35 亿年的熔融事件，为太古代陆核形成提供了直接的岩石学证据。通过揭示水热蚀变和浅层熔融的关键作用，修正了传统认为大陆地壳主要通过深部高压熔融形成的观点，强调了浅部过程在早期地球动力学中的重要性。这些发现不仅填补了地球早期地质记录的空白，也为理解类地行星的地壳演化提供了类比模型。未来，对更多古老克拉通中类似岩石的研究，将进一步完善我们对地球大陆起源的认知。
