一項新的研究利用碎屑鋯石揭示了塑造地球的古老地質過程，從地殼到地函的再循環到超大陸的形成。這項研究由王銳博士及其博士生吳紹琛（中國地質大學地球科學學院，北京）、Roberto Weinberg博士和Peter Cawood博士（莫納什大學）以及William Collins博士（科廷大學）領導。

鋯石是一種幾乎與地球本身一樣古老的礦物，它是時間的記錄者，也是了解許多地質現象（如氧化狀態）的化學窗口。透過確定形成這些碎屑鋯石的岩漿的氧化水平，科學家們能夠推斷出地殼到地函循環、風化和超大陸循環的開始時間。來源：中國科學出版社

鋯石幾乎與地球本身一樣古老的礦物，在岩漿（熔岩）冷卻時結晶，可在岩漿岩中發現微量鋯石。岩漿的形成構成了地球上的山脈。透過與水和大氣的相互作用，山脈分解成沉積物。

鋯石堅固又穩定，耐風化和侵蝕，很少會消失在歷史中，因此沉積物中的這種礦物（所謂的”碎屑鋯石”）最能讓人了解地球的過去。鋯石富含鈾（U-Pb 測定法），是時間的記錄者，也是了解許多地質現象（如氧化態）的化學窗口。

火成岩源鋯石和沈積物源鋯石的ΔFMQ 移動平均值（未顯示低於10% 的比例）與超大陸汞齊化時間間隔。與沉積源相關的岩漿在大約600Ma的週期性中更為減少，並在26億年時形成。來源：中國科學出版社

研究小組採用了Loucks 等人（2020 年）的一種新方法來確定花崗岩岩漿的氧化態，該方法利用鋯石中Ce、U 和Ti 的比率來追蹤地殼岩漿在地球歷史上的氧化態變化，此計算方法不需要知道離子電荷，也不需要確定結晶溫度、壓力或母體熔體成分。

“先前的方法包括Ce/Ce*和Eu/Eu*氧壓計，但每種方法都有與溫度、壓力、主岩化學成分變化或測量Ce/Ce*和Eu/Eu*異常所需的REE元素精度有關的限制”。來自西澳大利亞的Bob Loucks 說。

這種改良的氧化儀能夠更可靠地評估氧化狀態的變化，現在可以從全球構造隨時間變化的角度來解釋氧化狀態的變化。透過確定形成這些碎屑鋯石的岩漿的氧化水平，科學家們能夠推斷出地殼到地函循環、風化和超大陸循環的開始時間。

關鍵的一點是，位於地球表面的岩石可以被帶回到地函深處（地表以下數百至數千公里）。我們的數據表明，這種現像不僅發生在今天，而且可能已經持續了數十億年。透過觀察從地球早期、30 億年前的鋯石到今天形成的鋯石，我們發現它們形成時的岩漿氧化還原狀態。

碎屑鋯石的氧化態（以ΔFMQ表示）在大約35億年前升高，隨後在過去30億年中平均ΔFMQ>0，這表明大洋岩石圈在最終形成的俯衝帶中被回收回地函。研究表明，氧化還原態的下限在26 億年前急劇下降，標誌著界限分明的大陸的形成和大洋岩石被埋回地球深部地函。此外，研究人員還發現了氧化還原模式的週期性：每隔6 億年左右，大陸就會聚集在一起形成超級大陸，如岡瓦納大陸、羅迪尼亞大陸、努拉大陸和蘇比利亞大陸。

編譯自: ScitechDaily