地球科学动态监测快报

2022年第15期

水在早期地球中的迁移深度要更深

2022年7月25日,《地球与行星科学通讯》(Earth and Planetary Science Letters)发表题为《早期地球的流体过程和大陆的形成》(Fluid processes in the early Earth and the growth of continents)的文章,该文指出,水在早期地球中被输送的深度要比之前认为的深得多,水的释放会导致周围的岩石融化,最终形成大陆,这为了解大陆最初是如何形成的提供了新的线索。

水是将原始幔源(镁铁质)岩石转化为漂浮(长英质)大陆地壳的重要组成部分,也有助于岩石圈发生不可逆的分化。在太古宙克拉通中出现的“石英闪长岩—奥长花岗岩—花岗闪长岩”(简称TTG)系列的含钠花岗岩、高氧化镁球颗玄武岩、高镁闪长岩(赞岐岩)和含斜辉橄榄岩包裹体组合的矿石,都要求至少在古太古宙(36~32亿年前)地球深部地壳和上部岩石圈(地幔)中存在含水流体。尽管人们已经意识到水的重要性,但是对于太古宙地壳中水的储存位置和储存方式,以及部分水是如何运输至上地幔却知之甚少。因此,来自澳大利亚科廷大学的研究人员通过计算太古宙绿岩带镁铁质—超镁铁质岩浆岩中3种原岩组分[低氧化镁镁铁质(玄武质)、高氧化镁(苦橄质)和超高氧化镁超镁铁质(科马提质)]的相平衡来研究太古宙地壳流体收支。结果表明:含水矿物(特别是绿泥石)的模式和稳定性与原岩氧化镁含量呈正相关,高氧化镁玄武岩比低氧化镁玄武岩可储存高达2倍的结晶结合水。更重要的是,超高氧化镁岩石(如科马提岩)甚至可以储存高达4倍多的水,其中很大一部分岩石会在超过700°C时仍然存在。而早太古宙温暖的地热温度有利于地壳深部含水高氧化镁岩石和超镁铁质岩石的脱水,从而导致上覆玄武岩发生水合作用或者与流体熔融产生“高压”TTG系列岩浆,受伴随着较低地热温度埋藏的太古宙镁铁质—超镁铁质地壳影响,岩石圈地幔内超镁铁质物质发生脱水,为太古宙玄武岩的富集提供物质来源,而这些玄武岩正是以大量古老TTG系列岩浆为主的大陆地壳的母体组成。

因此,研究人员认为:①可利用相平衡模型研究氧化镁含量的变化对太古宙地壳流体收支的影响;②在超过700℃时仍能释放水的超镁铁质岩石所储存的水分是典型太古宙玄武岩的4倍;③含水的超镁铁质岩石是早期地球地壳深部和上地幔中水的主要来源。与此同时,研究人员也表示,在大陆最古老的部分(即克拉通)也蕴藏着大量金矿,这些金矿的形成需要大量水,虽然现在不能很好地解释这些金矿的来源,但此次研究所取得的成果也有助于分析这些问题,甚至有可能解决与生命起源有关的问题。

(王晓晨 编译)