《冈底斯大陆弧深部地壳钙同位素组成及其对大陆地壳形成的启示》

推荐 为理解大陆弧岩浆作用如何影响大陆地壳的形成，研究人员针对冈底斯大陆弧深部地壳开展了钙同位素研究。结果显示，冈底斯深部地壳具有低44/40Ca值，表明石榴石的积累对大陆地壳形成至关重要，为认识大陆地壳形成机制提供了新依据。

　　

论文解读
在地球科学的研究领域中，大陆地壳的形成机制一直是一个备受关注且充满挑战的问题。地球的平均大陆地壳成分具有安山岩的特征，这与太阳系中的其他行星截然不同。目前普遍认为，与俯冲带相关的弧岩浆作用是后太古宙大陆地壳形成的主要过程。然而，这其中仍存在诸多疑问，比如基性原始弧岩浆是如何转变为具有安山岩成分的大陆地壳的，深部地壳岩浆作用过程中的复杂现象，如岩浆分异、混合以及多次补给和重熔等，是否会导致钙（Ca）同位素组成发生变化，以及这些组成是否会随着地壳深度和成分的不同而改变。由于中 - 下部弧地壳剖面很少暴露，尤其是在年轻的陆弧地区，直接观察岩浆分异过程并理解大陆弧的形成变得十分困难。

为了解决这些问题，中国地质大学（武汉）的研究人员针对西藏南部冈底斯弧深部地壳开展了研究。冈底斯大陆弧位于拉萨地体，是位于班公湖 - 怒江缝合带（BNSZ）和雅鲁藏布江缝合带（YTSZ）之间的一个巨大的构造 - 岩浆带。该弧岩浆作用是由中生代新特提斯洋板块向北俯冲以及新生代印度 - 亚洲大陆碰撞所导致的。研究人员选取了该弧深部地壳的一个连续且典型的剖面——里龙剖面进行研究，该剖面深度从42公里延伸到17公里，主要由石榴石变辉长岩、镁铁质 - 中性岩序列以及后期侵入的超镁铁质岩序列组成。

研究人员采用了先进的钙同位素分析技术，对来自冈底斯弧深部地壳的样品进行了研究。他们通过详细的样品处理和分析流程，包括样品溶解、柱色谱分离以及多接收电感耦合等离子体质谱（MC - ICP - MS）测量等步骤，精确测定了样品的钙同位素组成。

研究结果表明，石榴石变辉长岩整体呈现出较低的^44/40Ca值，范围从0.59‰到0.85‰，平均值约为0.71 ± 0.06‰（2SD，N = 10）。其中两个样品由于粗粒石榴石颗粒比例较高而具有较高的^44/40Ca值。不同化学成分的镁铁质 - 中性岩石显示出相似的^44/40Ca值，平均为0.66 ± 0.06‰（2SD，N = 12）。具有不同程度堆积的超镁铁质序列也表现出一致的^44/40Ca值，范围在0.68‰ - 0.82‰之间。这些结果说明，在与辉石、斜长石和角闪石相关的大陆弧岩浆作用过程中，钙同位素的分馏作用非常有限，小于0.1‰。

基于这些岩石类型，冈底斯大陆深部地壳不同深度的平均^44/40Ca值为0.69 ± 0.07‰，与上地壳的值相近。估算得出大陆地壳的^44/40Ca值比海洋地壳约轻0.1‰，比地幔约轻0.2‰。这种差异可以通过深部冈底斯弧地壳中约20%的含石榴石堆积岩的结晶和分离来解释，这与最原始的镁铁质 - 中性岩石相对于洋中脊玄武岩（MORBs）较高的（Dy/Yb）_N比值相一致。相反，岛弧熔岩显示出类似于洋中脊玄武岩的^44/40Ca值，这表明在岛弧岩浆作用过程中石榴石的影响可以忽略不计。大陆地壳与海洋地壳和岛弧岩浆的明显不同的^44/40Ca值，突出了石榴石在大陆地壳形成过程中的关键作用。

这项研究具有重要的意义。首先，它为理解大陆地壳的形成机制提供了新的视角和证据。通过研究钙同位素组成，揭示了石榴石在大陆地壳形成过程中的积累作用，这对于深入认识大陆地壳的化学成分和结构演化具有重要意义。其次，该研究有助于完善对大陆弧岩浆作用过程的理解。以往对于深部地壳岩浆作用的复杂性认识相对不足，而这项研究通过对钙同位素的研究，为进一步探索深部地壳岩浆分异、混合等过程提供了新的线索。此外，研究结果也为全球大陆地壳的形成和演化模型提供了重要的数据支持，有助于更准确地模拟和预测大陆地壳的形成过程。

主要关键技术方法：研究人员采用了多接收电感耦合等离子体质谱（MC - ICP - MS）技术进行钙同位素分析。具体步骤为，先将约10 mg的样品粉末用2 mL浓度为1:1的氢氟酸（HF）和硝酸（HNO₃）混合溶液溶解，经过消化等处理后，通过柱色谱分离出钙元素，最后利用MC - ICP - MS测量钙同位素的组成。

研究结论和讨论部分强调了石榴石在大陆地壳形成中的关键作用。冈底斯大陆弧深部地壳的低^44/40Ca值表明，石榴石的积累对于降低上地壳的钙同位素组成起到了重要作用。这种积累作用可能与深部地壳岩石的部分熔融和结晶过程相关，通过残留富含石榴石的堆晶岩，影响了大陆地壳的化学成分。研究结果支持了大陆地壳形成过程中石榴石相关过程的模型，为理解大陆地壳的形成和演化提供了重要的理论依据。同时，该研究也指出，未来的研究可以进一步结合其他稳定同位素和微量元素的研究，更全面地揭示大陆地壳形成过程中的复杂机制。此外，对于不同地区的大陆地壳形成过程是否存在差异，以及这些差异与板块构造运动的关系等问题，也需要进一步深入探讨。总之，这项研究为大陆地壳形成机制的研究提供了新的方向和思路，具有重要的科学价值。