大陆地壳的微量元素异常对于人们了解大陆地壳的形成与演化具有重要的意义。前人统计数据发现上、中、下地壳的微量元素配分曲线皆具有明显的磷负异常（图1A），并且这种现象不可能通过地幔的部分熔融产生。

为了破解这一“地壳成分难题”，我校科学研究院博士生蔡荣华在刘金高教授和团队的指导下对全球新生代的弧岩浆（图2）、岩浆矿物（图1D-E）及弧堆晶（图3）数据进行了详细的搜集整理，进而发现大陆地壳磷的亏损程度与Th/La比值具有明显的负相关性。这一现象不能通过俯冲板片物质的加入进行解释，而是由于弧岩浆演化过程中磷灰石的结晶与分离所导致的（图2）。富磷灰石的镁铁质堆晶在弧深部的聚集与之后的拆沉（delamination/recycling）导致了地幔与大陆地壳在磷系统上的不匹配。结合前人对岛弧地区富石榴子石辉石岩堆晶的研究，本研究认为低Mg#的堆晶岩最可能代表与大陆地壳互补的储库（图3），这种堆晶岩可以解释大陆地壳的诸多元素异常（例如：Cu/Ag，Nb/Ta和P/Nd）。此外，本研究发现冰碛岩的Th/La比值可以很好地反映不同地质时期地壳的演化程度（图4），太古代冰碛岩的Th/La略高于地幔值，而后太古代样品则具有高度变化的Th/La并且其均值与现今估计的地壳值基本一致，这说明后太古代地壳经历了更强烈的磷灰石分异作用，可能标志着俯冲作用的开始。

图1（A）大陆地壳的微量元素配分曲线。（B-C）磷灰石、大洋玄武岩与大陆地壳的P/Nd与Th/La比值范围。（D-E）主要矿物的La含量与Th/La比值

图2 全球弧岩浆的P2O5含量、Th/La、P/Nd与K2O含量随着岩浆分异的变化趋势

图3 全球弧堆晶的主量元素随Mg#的变化

图4 全球不同时代冰碛岩的Th/La比值

本项工作由我校“金属同位素与壳幔物质循环”求真研究群体刘金高教授团队独立完成，主要受到国家自然科学基金委（42121002、41730214）和国家重点研发（2020YFA0714800、2019YFA0708400）等基金的支持。发表在国际权威地学期刊《Geology》上：Ronghua Cai（蔡荣华）, Jingao Liu*（刘金高）, Yao Sun（孙瑶）, Ruohan Gao（高若菡），2023. Phosphorus deficit in continental crust induced by recycling of apatite-bearing cumulates. Geology 51 (5): 500–504. [IF2021= 6.324]

原文链接：https://doi.org/10.1130/G51027.1