本次閱讀的文獻為Geology期刊在2023年刊發(fā)的研究論文“Plumbing the depths of magma crystallization using 176Lu/177Hf in zircon as a pressure proxy”。文章主要通過研究鋯石中的176Lu/177Hf與壓力的關(guān)系，從而從全球尺度上，建立巖漿結(jié)晶深度隨時間的周期性變化。

鋯石成分的變化可能反映了部分熔融過程中巖漿和殘留物結(jié)晶的礦物，因此鋯石176Lu/177Hf的變化與壓力之間可能存在關(guān)系。

圖1顯示了鋯石176Lu/177Hf平均值的變化。繪制了來自獨立全球數(shù)據(jù)庫的鋯石18O/16O比率的變化圖。

176Lu/177Hf中的波谷與δ18O中的峰值相關(guān)，而這些波谷又與超大陸聚合的時期一致。

鋯石中δ18的較高值可能與表殼成分的同化/改造增加以及在重大大陸碰撞時地殼增厚有關(guān)。

水平擠壓抑制地殼內(nèi)巖漿的上升，地殼增厚擴大了石榴石的穩(wěn)定性場。Lu優(yōu)先劃分為石榴石，因此，地殼增厚和地殼中石榴石含量的增加可能是影響鋯石中176Lu/177Hf變化的因素。

鋯石結(jié)晶增加了共存熔體中的176Lu/177Hf，而更多的分餾巖漿往往具有更高的176Lu/177Hf值。因此，巖漿及其鋯石的176Lu/177Hf可能受到造山帶中更大的結(jié)晶深度/壓力的影響，以及巖漿在地殼內(nèi)上升時的分餾程度的影響（圖2A）。

火成巖數(shù)據(jù)：

為了評估火成巖漿鋯石中176Lu/177Hf的控制作用，我們編制了含鋯石火成巖的壓力估算研究，從中測量了176Lu/177Hf同位素的鋯石。

由于鋯石飽和結(jié)晶可能發(fā)生在巖漿生成深度至最終侵位深度。目前，不可能直接測量鋯石的結(jié)晶壓力，因此通過與鋯石結(jié)晶共成因的礦物相來估計這些壓力。但是結(jié)晶壓力常存在爭議。

為了克服這個問題：數(shù)據(jù)集包括了從部分熔融到侵位深度估計的一系列壓力。

通過擬合得到了，176Lu/177Hf隨壓力增加而減小的指數(shù)關(guān)系：

變質(zhì)巖數(shù)據(jù)：

使用相平衡確定的壓力-溫度條件。

火成巖鋯石中 176Lu/177Hf 的控制因素

熔體的176Lu/177Hf比對熔體分數(shù)和殘留物中石榴石的比例敏感（圖第3A段）。一旦這種熔體在地殼內(nèi)形成并開始上升，鋯石飽和度和分餾就成為演化熔體中176Lu/177Hf的主要控制因素，從系統(tǒng)中減去Hf（圖3B）。因此，176Lu/177Hf隨壓力的變化被認為反映了在更深處源巖中石榴石的含量更高，再加上巖漿分餾隨深度的減小而增加?？刂芁u/Hf變化的其他可能因素是溫度和巖漿類型隨時間的潛在變化。這兩個因素對鋯石中176Lu/177Hf比率的影響很小，結(jié)論，石榴石作為殘余相，鋯石分餾和隨著深度的減小而增加的巖漿分餾是控制176Lu/177Hf隨深度變化的主要因素（圖2）。在所考慮的大部分深度范圍內(nèi)，結(jié)晶是176Lu/177Hf的主要控制因素（圖2B）。

A:Lu除石榴石外還包含許多其他礦物（如角閃石、輝石、磷灰石、榍石）

B:熔體的176Lu/177Hf比對熔融分數(shù)和殘留物中石榴石的比例敏感（圖第3A段）

C:溫度和巖漿類型隨時間的變化可能控制Lu/Hf變化

但是A C對演化的巖漿或鋯石中的176Lu/177Hf影響較小。

因此認為石榴石作為殘余相，鋯石分餾和隨著深度的減小而增加的巖漿分餾是控制176Lu/177Hf隨深度變化的主要因素。在所考慮的大部分深度范圍內(nèi)，結(jié)晶是176Lu/177Hf的主要控制因素。

將方程應用于全球鋯石數(shù)據(jù)庫中176Lu/177Hf的平均值，以計算含鋯石火成巖隨時間的表觀平均結(jié)晶深度（圖4）。

A

在過去的3.0 b.y.中觀察到了顯著的周期性，但在早期的記錄中沒有（圖4）。結(jié)晶深度曲線中的波谷（黃色恒星）與δ18O中的峰值和超大陸聚合期的大致一致。表明了結(jié)晶深度和大陸地殼的增厚和改造相聯(lián)系。

這可以解釋如下：要么通過與大陸碰撞和增厚相關(guān)的侵蝕和構(gòu)造過程進行更深的剝露，要么在全球擠壓事件期間在更深層次更有效地包裹巖漿，要么這兩種過程的結(jié)合。

?B

自新太古代以來，最深結(jié)晶的深度（黃色恒星）和最淺結(jié)晶的峰值（綠色恒星）都逐漸減小，斜率分別為約0.015和約0.010 km/m.y。

這可以解釋如下：（1）較深的巖漿在較老的碰撞事件中更豐富（2）結(jié)晶深度的逐漸變淺是由于通過侵蝕和物理破壞從全球鋯石數(shù)據(jù)集中優(yōu)先去除了上地殼鋯石（這種假設并不一定涉及結(jié)晶的主要平均深度的變化）。

（1）這可能與地幔的長期冷卻有關(guān)或與平均地殼厚度的變化有關(guān)。

（2）大陸碰撞導致了上地殼鋯石的逐漸去除，并暴露出在更深處結(jié)晶的晶粒。

?C

巖漿結(jié)晶深度的循環(huán)始于3.0至2.5 Ga之間的全球超大陸活動

這可能是當時板塊構(gòu)造走向全球的進一步證據(jù)。

全文鏈接：https://pubs.geoscienceworld.org/gsa/geology/article/51/3/233/619717/Plumbing-the-depths-of-magma-crystallization-using