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陈栩琦,Nov. 11, 2022
大陆地壳的形成与演化一直是地学领域的基础与前沿科学问题，对于深入认识地球的起源与发展、理解现代地球过程、预测地球未来的演变都有重要意义。前人针对陆壳形成提出过许多种模型，而在大多数模型中，太古宙（4.0 ~ 2.5 Ga）是大陆地壳净生长的重要阶段，在此期间上地壳的MgO含量不断降低，地壳主要成分也从玄武质变成以长英质为主，而板块构造也在太古宙启动。目前，对于太古宙陆壳最直接的研究对象是分布在世界各地的古老而稳定的克拉通，而TTG（英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩）是克拉通的主要组成部分。因此研究早期地球陆壳生长和板块构造启动的关键是研究TTG的岩石成因和地球动力学过程。
TTG是一类富硅（SiO2 ~ 69 wt.%）、富铝（Al2O3 ~ 15 wt.%）、富钠（Na2O = 3 ~ 7 wt.%）、相对贫钾（K2O/Na2O ~ 0.4）的岩石，具有相对高的Sr/Y和La/Yb比值。TTG形成于较高的压力条件，前人根据实验岩石学和部分熔融的微量元素模拟将TTG成分依据Sr/Y、La/Yb等指标划分为高压（HP）、中压(MP)、低压(LP)以及重熔的系列。但由于TTG侵位后可能存在角闪石、斜长石等矿物的结晶分异和堆晶会影响Sr/Y和La/Yb等分类指标，因此在研究TTG形成的温压条件时须考虑结晶分异和堆晶的影响。目前对TTG的形成机制存在许多争议，大部分观点认为TTG是由幔源的基性岩部分熔融再经历后续一系列壳内分异形成的。由于TTG富集大离子亲石元素（LILE）和轻稀土元素（LREE），其源区应是一个富LILE和LREE的基性岩。根据前人的模拟结果，洋脊玄武岩（MORB）不太可能是TTG的源区，而富集玄武岩的部分熔融可能产生TTG，但对于该富集玄武岩的来源仍存在争议。根据相平衡模拟，TTG的源区应该是富水的，但在高压环境下水如何加入TTG源区也是一个充满争议的议题。目前对TTG形成的构造背景主要存在两派观点：其中均变论的模型认为TTG形成于横向的构造体制，与板片俯冲密切相关。俯冲的大洋高原和岛弧以及岛弧内弧根的镁铁质岩石可能作为TTG的源，这样地表的水会随着俯冲进入TTG源区；而非均变论的模型则认为TTG形成于垂向的构造体制，与地幔柱的活动密切相关。TTG可能由含有古老TTG的镁铁质地壳因密度差“坠入”后部分熔融形成的，而最古老的TTG则可能由陨石撞击或洋岛底部的部分熔融形成，这种模型能够较好解释太古宙广泛发育的穹隆-龙骨(Dome—Keel)构造。鉴别TTG是形成于俯冲或非俯冲背景的有效间接手段是限定TTG形成时的地温梯度。
最近Antonelli等（2021）通过Ca同位素对太古宙TTG的形成提供了新的制约。结合相平衡模拟和4.0 ~ 2.8 Ga花岗岩类的Ca同位素和微量元素数据，可以发现Ca同位素分馏主要受地温梯度的控制。TTG具有偏轻的Ca同位素组成，反映了约500 ~ 750 ℃/GPa的地温梯度。这与现代（热）俯冲带中观察到的埃达克岩相似，但与地幔柱体制下的高地温梯度（＞750 ℃）不一致。部分TTG样品中的Ca同位素显著偏重或偏轻，可能是由斜长石的结晶分异或堆晶导致的。来自加拿大Nuvvuagittuq的两个Ca同位素非常轻的样品可能反映了源区继承的碳酸盐沉积物。因此，Ca同位素为制约太古宙陆壳形成时地热梯度和俯冲沉积物的循环提供了新的指示。
参考文献：
Antonelli M. A., Kendrick J., Yakymchuk C., et al. Calcium isotope evidence for early Archaean carbonates and subduction of oceanic crust. Nature Communications, 2021, 12: 2534.
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