【导读】近日《美国科学院院刊》发表文章，汇编了岛弧玄武岩的锶同位素数据，发现其锶同位素组成一直高于同期的亏损地幔，并与海水锶同位素组成具相似的变化趋势。研究人员发现海水是控制岛弧玄武岩锶同位素组成的主要因素。这项研究首次利用岛弧玄武岩重建了过去20亿年海水锶的变化历史，为研究地球早期海洋化学演变提供了新的思路。
岛弧玄武岩（Island Arc Basalt，IAB）是形成于板块俯冲带的一种火山岩，其化学成分能够反映地幔、俯冲板片以及海水之间的物质交换过程。长期以来，科学家们一直试图利用现代岛弧玄武岩的化学成分来推断古代海洋的化学性质。然而，由于缺乏足够多的古代IAB数据，这项工作一直进展缓慢。
图1 最终汇编中包括岛弧地区的全球分布
研究人员收集到可靠的IAB数据后，利用地球化学模型对这些数据进行了模拟分析。他们假设IAB的锶同位素组成主要受控于三个端元物质的混合：亏损地幔、俯冲沉积物和蚀变洋壳。模型结果表明，IAB的锶同位素组成在过去20亿年里发生了显著的变化，并且这种变化与海水锶同位素组成的变化趋势非常相似。这表明，海水锶同位素组成的变化是控制IAB锶同位素组成变化的主要因素。
图2 编制的岛弧岩浆岩的87Sr/86Sr中值与年龄的关系
图3 本研究编制的岛弧87Sr/86Sr数据与海水87Sr/86Sr数据的时间趋势比较
这项研究首次利用岛弧玄武岩的锶同位素数据重建了过去20亿年里海水化学的变化历史，表明海水锶同位素组成的变化对岛弧玄武岩的化学成分具有重要的控制作用。
参考文献：Amanda L. Bednarick et al. 2024. Temporal covariation of island arc Sr isotopes and seawater chemistry over the past 2 billion years. PNAS, October 15, 2024 121 (43) e2401832121. https://doi.org/10.1073/pnas.2401832121
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