锆石被地质学家
称为“时间胶囊”，但
Geology
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研究表明，利用锆石氧同位素组成解读全球沉积物俯冲趋势时需谨慎！研究人员分析了锆石的地理参考数据库，发现过去被解读为全球现象的同位素异常，实际与区域构造环境密切相关。例如，“雪球地球”时期的低
氧同位素
值主要来自特定造山带，并非全球冰川融水；生物演化时期的正异常主要来自冈瓦纳大陆，而非全球沉积物俯冲增加。研究警示，利用锆石解读地球演化史需警惕“以偏概全”，重视区域构造背景，并结合多学科证据进行综合分析。
锆石
，这种坚硬耐磨的矿物，能够在地球深处经受高温高压的考验，并在漫长的地质历史中保存着重要的化学信息，被科学家们称为“时间胶囊”。近年来，科学家们开始利用锆石的氧同位素组成（δ
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O）来解读地球表面的环境变化，甚至全球沉积物俯冲的趋势。
锆石的化学组成和同位素组成可以反映其形成时的地质环境。例如，锆石中的氧同位素组成可以反映岩浆来源的氧同位素组成，而岩浆的来源又与地球构造环境密切相关。因此，通过分析锆石的氧同位素组成，科学家们可以追溯地球演化史，解读地质构造活动、气候变化等重大事件。
沉积物俯冲是指地表沉积物被板块运动带入地球内部，并在一定条件下被熔融，形成岩浆。科学家们认为，沉积物俯冲是地球演化中一个重要的过程，它会影响地球表面的环境变化，也会塑造地球内部的结构。
科学家们一直试图利用锆石的氧同位素组成来研究全球沉积物俯冲的趋势。他们认为，如果全球沉积物俯冲的速率增加，那么锆石的
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值也会随之增加，因为沉积物中的氧同位素比岩石更重。
近日，
研究人员对来自全球各地的锆石δ
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O数据进行了重新分析。他们构建了一个新的地理参考数据库，涵盖了10亿年前至今的锆石样品。为了消除空间和时间上的采样偏差，他们将数据库细分为八个大陆区域，并结合板块运动模型，进行了一系列敏感性测试，以识别和消除全球平均值中的同位素异常。相关研究成果发表在
Geology期刊上。
研究结果表明，过去被认为与全球现象相关的同位素异常，实际上与特定的区域构造环境密切相关。
（1）早元古代-成冰纪（Tonian-Cryogenian）时期被认为是“雪球地球”事件发生的时间，科学家们推测低
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值可能与冰川融水有关。
然而，研究发现，这一时期的低
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值主要集中在中亚的大别-苏鲁(
Dabie-Sulu)
造山带的高压岩石、埃及的蛇绿岩以及马达加斯加的幼年岛弧中，并非与全球性的冰川融水有关。
图1
地壳剖面示意图，展示了不同构造环境下锆石氧同位素 (
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) 组成。图中展示了俯冲带、碰撞造山带和大陆弧等构造环境，以及与之相关的岩浆活动和锆石形成过程。红色圆点和三角形代表岩浆活动，橙色楔形代表沉积物再循环，橙色团块代表地壳物质混入岩浆。黑色箭头指示汇聚和分离区域。根据Eiler (2001)的研究，图中还标注了不同构造环境下锆石的典型
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值范围，高于5.3‰的为高
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值，低于5.3‰的为低
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值。UHP代表超高压变质带。
（2）埃迪卡拉纪-寒武纪和泥盆纪被认为是地球历史上重要的生物演化时期，科学家们推测正同位素异常可能与全球沉积物俯冲的增加有关。
然而，研究发现，这些时期的正同位素异常主要来自冈瓦纳大陆的顶部超地壳来源，并非代表全球沉积物俯冲的增加。
图2
10亿年前至今锆石
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数据全球分布图。(A) 基于Domeier和Torsvik (2014) 定义的古生代缝合线划分八个大陆区域的锆石
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数据汇编。白色圆圈代表锆石U-Pb年龄和
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配对数据的单个样本。
(B) 锆石U-Pb年龄和
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配对数据的空间密度图。
（3）新近纪被认为是地球历史上火山活动频繁的时期，研究发现，新近纪的同位素负异常主要来自与黄石和冰岛相关的火山岩。
图3
在图2中所示各大陆区域的锆石 U-Pb 年龄和
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双变量核密度估计和运行中位数。图 (B) 中的色标表示数据密度。
这项研究警示我们，在利用全球锆石数据解读地球演化趋势时，需要考虑数据来源和区域构造背景的差异，避免“以偏概全”的错误解读。研究人员建议，未来应该开发更完善的重采样方法，并结合全岩地球化学分析，以更准确地揭示地球演化的历史。
图4
锆石
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数据库敏感性测试。红色线条为数据汇编的全球运行中位数。蓝色线条为移除孤立数据贡献后的运行中位数。需要注意的是，这些测试仅用作示例，以说明区域异常如何造成数据偏差，并不代表“校正”后的趋势或“真实”的潜在全球信号。现代地理和古地理重建图是在GPlates软件中使用Merdith等人(2021)的板块模型绘制的，突出了具有异常数据的时期。灰色条是使用Keller和Schoene (2012)的蒙特卡洛重采样程序生成的。大陆区域: AFR—非洲; ANT—南极洲; ASA—亚洲; AUS—澳大利亚; BAL—波罗的海; NAM—北美洲; PGT—冈瓦纳周边; SAM—南美洲。
论文信息
：
Kurt E. Sundell
,
Francis A. Macdonald
,
Stephen J. Puetz; Does zircon geochemistry record global sediment subduction?.
