锆石揭示了地壳岩浆作用氧化态波动和超大陆旋回的历史
这项研究由王锐博士和他的博士生吴少辰(中国地质大学地球科学研究院，北京)、Roberto Weinberg 博士和 Peter Cawood 博士(莫纳什大学)以及 William Collins 博士领导。 (科廷大学)。
锆石是一种几乎与地球本身一样古老的矿物，当岩浆(熔岩)冷却时会结晶，并且可以在岩浆岩中找到微量的锆石。岩浆的形成构成了地球上的山脉。通过与水和大气的相互作用，山脉分解成沉积物。锆石非常耐用，能够抵抗风化和侵蚀，因此很少消失，因此沉积物中的这种矿物(所谓的“碎屑锆石”)蕴藏着对地球历史最深刻的了解。富含 U 的锆石(U-Pb 测年)是一种计时工具，还提供了了解许多地质现象(例如氧化态)的化学窗口。
该团队采用Loucks等人(2020)的一种新方法来确定花岗质岩浆的氧化态，该方法利用锆石中Ce、U和Ti的比率来跟踪地球历史中地壳岩浆的氧化态变化。该计算不需要已知离子电荷，也不需要确定结晶温度、压力或母体熔体组成。
“以前的方法包括 Ce/Ce* 和 Eu/Eu* 氧压计，但每种方法都存在与温度、压力、主岩化学成分变化或测量 Ce/Ce* 和 Eu/Eu* 异常所需的 REE 元素精度相关的局限性”。来自西澳大利亚的鲍勃·劳克斯说道。
这种改进的氧气压计可以更自信地评估氧化态的变化，现在可以根据全球构造随时间的变化来解释氧化态的变化。通过确定形成这些碎屑锆石的岩浆的氧化水平，科学家们能够推断出地壳到地幔循环、风化和超大陆循环的开始。
关键的一点是，位于地球表面的岩石可以被带回地幔深处(地表以下数百至数千公里)。我们的数据表明，这种情况不仅发生在今天，而且可能一直持续下去数十亿年。观察从早期地球、30 亿年前的锆石到今天形成的锆石，我们发现它们形成的岩浆的氧化还原态。氧化态(表示为 ΔFMQ)碎屑锆石在约 35 亿年上升，随后在过去 30 亿年中平均 ΔFMQ > 0，这表明海洋岩石圈在最终形成俯冲带的地方循环回到地幔。它表明氧化还原态的下限26 亿年前急剧下降，标志着界限明确的大陆的形成以及海洋岩石被埋回地球深处。此外，我们还发现了氧化还原模式的周期性：每 6 亿年左右，大陆聚集在一起形成超级大陆，如冈瓦纳大陆、罗迪尼亚大陆、努拉大陆和苏佩利亚大陆。
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