10 盆地内沉积物再循环：来自碎屑锶同位素地层学的研究
由于沉积物示踪剂与地球化学或地质年代学特征相混合，沉积物在源汇之间的临时储存能够影响地层中气候重建和构造信息。由于广泛使用的碎屑地温年代学没有记录到浅埋和随后的改造，限制盆地内沉积物再循环的发生和时间一直是一个挑战。研究人员将锶同位素地层学应用于智利Magallanes盆地晚白垩世的Tres Pasos组斜坡沉积物中的再循环海相贝壳。94个样品的碎屑87Sr/86Sr年龄表明，大多数贝壳（>85%）的年龄比独立约束的沉积年龄要老1–12 个百万年。研究人员将矿化年龄（87Sr/86Sr年龄）与地层沉积年龄之间的差距，代表百万年时间尺度内盆地内沉积物的滞留时间。该文还使用样本类型来推断沉积剖面中盆地内源物质的相对位置，其中牡蛎代表浅水（即近源），而inoceramids（某种双壳类）代表深水（即远源）。结合来自相连沉积岩的碎屑锶同位素年龄和样品类型，为确定和量化古代源汇系统中的沉积物储存和再循环提供了机会。
图1. 简化的Magallanes盆地剖面图，包括Lago-Viedma地层和年龄以及Última Esperanza地层和年龄。阴影带表示盆地内源地体。彩色箭头和相关方框表示Tres-Pasos组地层中记录的盆地内再循环的时空范围和主要标本类型。饼状图显示了Tres-Pasos组中不同段的碎屑锶同位素地层样品类型的比例。
原文链接：Geology (2020) 48 (10): 992–996.
DOI：https://doi.org/10.1130/G47594.1
（译者：好名不敌备注的哥斯达黎加的棒棒的61）
11 纳米晶能提高火山喷发的爆炸性吗？
在火山喷发过程中，脱气动力学对岩浆的爆发性起着至关重要的作用。岩浆水的脱气过程通常涉及到气泡的成核和生长，从而推动岩浆上升。悬浮在岩浆中的晶体会影响气泡的成核和生长。微米到厘米大小的晶体可以引起不均匀的气泡成核，并促进气泡的聚结。纳米级的晶体相，即所谓的“纳米晶”，是一种被低估的岩浆喷发现象，它对硅质火山的喷发方式起着主要的控制作用。然而，还没有纳米晶对脱气过程的影响的研究。为了测试纳米晶对气泡成核和生长动力学的影响，该文通过实验来研究纳米晶如何增加气泡数密度并影响含纳米晶硅质岩浆中气泡的生长动力学。文章检查了这些值的汇总，这些值来自于火山爆发产生的天然火山岩，从而推断出一些非常高的天然气泡数密度可能与岩浆纳米晶的存在有关。最后，利用岩浆上升数值模型，我们认为，在硅质喷发的合理起始条件下，与纳米晶相关的气泡数密度的增加可以促进喷发，否则会改变喷发所需的条件。
图：实验前后的样本。
（A）无纳米玻璃的背散射电子扫描电镜（BSE-SEM）图像。（B）含纳米晶样品的BSE-SEM图像，纳米晶密度为Nn~1012mm-3。（C）实验后无纳米晶样品的X射线CT图像，多孔度（vesicularity）约为60%，气泡数密度为Nb~100mm−3。（D）多孔度为70 vol%、气泡数密度为Nb~107mm−3的含纳米晶样品的BSE-SEM图像。（E）实验后纳米晶颗粒与纳米气泡共存的放大图像。（F）实验后的含纳米晶样品中缩放气泡和间隙基底（纳米晶+玻璃）的图像，显示气泡相互作用和尺寸。（G）实验前后样品的拉曼光谱。箭头显示了Fe-Ti氧化物纳米晶峰值（~670cm-1）。I-强度；a.u.-任意单位。
注：nanolite-free不含纳米晶；nanolite-bearing含纳米晶；raman shift-拉曼位移；pre-experimental 实验前；post-experimental 实验后；
原文链接：Geology (2020) 48 (10):997-1001.
DOI：https://doi.org/10.1130/G47317.1
（译者：王天奇，中国地质大学（北京）地球科学与资源学院）
12
特提斯最东端中生代新生地壳形成：来自印度尼西亚苏门答腊花岗岩类锆石Hf同位素的证据
目前，对印度与亚洲碰撞之前特提斯最东端的岛弧演化和相关地壳形成的约束很少。研究人员首次报道了印度尼西亚苏门答腊中生代花岗岩类锆石U-Pb和Hf同位素数据。其分析结果确定了214–201 Ma、148–143 Ma和102–84 Ma的三个岩浆期次，晚三叠世花岗岩类的岩浆锆石εHf（t）值从−13.1急剧变化为+17.7，这揭示了苏门答腊岛弧系统的根本性重组。随后，所有侏罗纪至晚白垩世花岗岩类的锆石εHf（t）值均为正值（+17.7至+10.2），这与苏门答腊下方特提斯最东端岩石圈俯冲形成的新生弧一致。苏门答腊花岗岩类的锆石εHf（t）值与南亚的冈底斯弧一致，明显高于美洲和新西兰广泛分布的同时代的科迪勒拉弧（+13.7至−14.7）。研究人员在特提斯最东端的发现不仅为特提斯最东端的构造-岩浆演化提供了新的见解，而且也揭示了它在全球新生地壳生长中的关键作用。
图1. 构造模式示意图，显示了特提斯最东端巽他古陆西缘的增生和拼合过程，以建立中生代新生地壳通过弧增生而生长的基本模型。（A）晚三叠世中特提斯洋俯冲的活化在巽他古陆最西端边缘形成了边缘弧，伴随着新生地壳开始形成。（B）侏罗纪晚期中特提斯洋的持续增生和第二次西苏门答腊新生弧的形成。（C）晚白垩世新特提斯俯冲开始与Woyla弧的增生，显示南亚约6000公里长的新特提斯弧向东南延伸。
原文链接： Geology (2020) 48 (10):1002–1005.
DOI：https://doi.org/10.1130/G47304.1
（译者：好名不敌备注的哥斯达黎加的棒棒的61）
13
过去30万年塔特拉山地区的河谷没有发生明显的加深作用
山岳冰川的侵蚀作用常常会导致山谷的下切加深。由于冰川发展的特点，后期冰川作用常常会模糊掉前期冰川作用的痕迹，导致研究早期冰川作用的贡献相对较难。
在潜水面附近，地下水流的溶蚀和侵蚀作用，常常形成水平延伸的溶洞。最为重要的是，随着河谷的加深，地下水位下降，洞穴所在的位置会由潜水带变为包气带，洞穴沉积便有机会开始发育。因此，可以通过对这些洞穴沉积的定年来重建区域河谷的下切历史。
塔特拉山位于喀尔巴阡山脉西部，由于冰川相关沉积物保留的局限性，目前对于过去冰川侵蚀作用对于山谷地形的影响认识较少。最近波兰卡托维兹西里西亚大学的Szczygieł博士及其合作者对塔特拉山地区的9个洞穴沉积物进行了U-Th定年，发现当今河谷地区最底部的洞穴，其洞穴沉积物的最老年代为325 ka。因此作者认为至少325 ka以来，塔特拉山地区的河谷并没有发生明显的加深作用。（备注：“ka”指“千年”）
图1. 塔特拉山谷地形背景下的洞穴位置及洞穴沉积物的年代
原文链接：Geology (2020) 48 (10): 1006-1011.
DOI：https://doi.org/10.1130/G47635.1
（译者：三口刀）
14 使用硅藻膜外聚合物形成粘土包裹砂粒的实验研究
在沉积环境中，粘土和砂粒因水动力过程而分离。然而，现代和古代的海岸沉积物中都含有大量包裹有砂砾的薄层粘土。该文展示了生成粘土包裹石英砂的实验，其形成与古今河口所观测到的砂粒类似。这些包裹层是在室温下由潮间带硅藻生物膜分泌的胞外聚合物（EPS）与含粘土矿物和石英标准物质混合形成。沉积物-EPS混合物的成像使用了冷冻扫描电镜和原子力显微镜，其表明EPS形成了粘土与石英之间的有机桥梁。通过湿法化学分析和傅里叶变换红外光谱法分别对EPS的理化性质进行表征，结果显示一些EPS成分（例如蛋白质、多糖）具有与粘土和石英复合的能力。该研究为生物膜参与聚合粘土和砂粒的重要性提供了一个新颖的见解。古河口砂岩的碎屑层显示了与实验性粘土-EPS复合体的结构相似性，可被认为是古环境中生物膜发育和EPS产生的生物特征。
图2. EPS-粘土-砂的混合实验结果。
原文链接：Geology (2020) 48 (10): 1012–1017.
DOI：https://doi.org/10.1130/G47418.1
（译者：CDUT-Aether）
15
前寒武纪海洋中微量元素与生命的协同演化：黄铁矿版本
微量元素对地球上生命的起源和演化起着非常重要的作用，这是毋庸置疑的。海洋中微量元素随时间的变化趋势总体上反应了它们的可利用性以及对早期生命能够产生的所有影响。一个全面的沉积黄铁矿-微量元素数据库，其中包含了前寒武纪30亿年的时长，提升了学者们对海洋中生物主导的微量元素可利用性的理解。这项研究探测到了海洋中关键微量元素可利用性（和稀缺性）的变化是如何影响早期生命的。黄铁矿-页岩基质微量元素序列显示太古代和古元古代具有相对较高的Ni、Co、Cu和Fe、Cr含量。这些元素在太古代的较高丰度一定程度上促进了原核生物的广泛吸收利用。古元古代到中元古代Zn和Mo的含量增多，而Ni、Co、Cu、Se和Fe含量降低。数据显示，古元古代第一次复杂细胞演化很可能就是由于海洋中微量元素发生的变化而引起的。微量元素的降低促使有机物进行替代选择，以此响应中元古代微量元素的减少。大量微量元素含量在新元古代和寒武纪整体升高极大地促进了微生物的繁盛。在不考虑常量元素和大气-海洋氧化还原状态的前提下，由于不同微量元素水平对生命的影响（最佳、缺少、有毒、致命、存活），多种微量元素的可利用性触发了大量异质的生物响应。
原文链接：Geology (2020) 48 (10): 1018–1022.
DOI：https://doi.org/10.1130/G47890.1
（译者：刘卉，中国科学院地质与地球物理研究所）
16
始新世-早渐新世以来内华达山脉北部(美国加利福尼亚州)的最小净切口
在过去的一个世纪里，北美科迪勒拉山脉的内华达山脉（美国加利福尼亚州）北部在晚新生代显著的隆起（>1000米）一直是一个主要范例。有证据表明，响应最近的隆起，该山脉的深谷是在过去3-4百万年内下切形成。然而，根据采矿报告和地质图汇编的古河道高程表明，虽然一些现代河流的河床在始新世-早渐新世就被向下切割了560米，但其他河流的切割深度小于300米。例如，在南叉美国河峡谷内的现代河道之上仅161米处发现了始新世-早渐新世河流砾石。文章认为，晚新生代上新世切口的开始是之前始新世下切的重新恢复，下切过程被始新世到早渐新世的河流沉积和渐新世到上新世的火山沉积物掩埋所中断。这一解释挑战了最近的隆升形成深切峡谷的观点。由于内华达山脉北部被认为曾经是内华达州的西侧斜坡，因此正确认识该山脉最近切口的成因对于理解北美科迪勒拉的地质历史具有重要意义。
图：内华达山脉北部（美国加利福尼亚州）水系的新生代演化。始新世峡谷的切割因前火山砾石和火山沉积物的堆积而中断。火山喷发停止后，河流冲开沉积物，再次恢复对基岩的下切。
注：Cenozoic evolution of northern Sierran canyons—内华达山脉北部峡谷的新生代演化；Eocene landscape：bedrock incision—始新世地貌：基岩切口；Eocene-early Oligocene：gravel deposition—始新世-早渐新世：砂砾沉积；Oligocene-Pliocene：volcanic deposits—渐新世-上新世：火山沉积；Pliocene：incision through deposits—上新世：切开沉积物；Present day—现在；Eocene gravels—始新世砂砾。
原文链接：Geology (2020) 48 (10): 1023–1027.
DOI：https://doi.org/10.1130/G47902.1
（译者：王天奇，中国地质大学（北京）地球科学与资源学院）
17 太古代岩石圈的分异：来自Fe和Zn同位素的证据
太古代大陆岩石圈是由主体的长英质大陆地壳和克拉通的岩石圈地幔组成，大陆地壳由石英闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩（TTG）和少量的花岗质岩石组成，地幔由高度难熔的橄榄岩组成。地幔和地壳是从原始地幔经同一分异过程形成，还是本就是两种不同的组分在物理上的叠置，至今仍存在争议。金属稳定同位素的比值对岩浆和变质过程十分敏感，并且不随时间而演化。因此，稳定同位素可以作为放射性同位素的补充，并且，可以将不同陆地成分的同位素进行直接对比，而不用考虑它们的年龄。铁和锌同位素是地球岩石圈中普遍存在的金属，可作为岩石圈形成和演化的示踪剂，因为它们受到部分熔融（Fe，Zn）氧化还原状态（Fe）和硫化物形式（Fe, Zn）的控制。该文中，通过测定太古代岩石圈地幔和大陆地壳样品的Fe和Zn同位素，研究人员给出Fe和Zn同位素的线性关系，这说明它们在岩浆过程中具有耦合的分馏行为。同时数据显示，在克拉通地幔与镁铁质原地壳的形成中，高程度的部分熔融（>30%）和早期地壳的活化过程都会显著导致Fe和Zn的分馏。相反，TTG中Fe和Zn的同位素比值与太古代基性岩石中的一致，这表明它们是玄武质岩浆分离结晶作用形成的，同时Fe和Zn同位几乎没有发生分馏，而不是由基性地壳部分熔融而形成的。此外，由于迄今尚未观察到氧化还原效应、熔体/流体-岩石或沉积物-岩的相互作用以及去克拉通化过程导致Fe和Zn同位素解耦的现象，暗示并不需要俯冲过程来解释太古代岩石圈的Fe和Zn同位素组成。
图：Fe和Zn同位素的组成。
原文链接：Geology (2020) 48 (10): 1028–1032.
DOI：
https://doi.org/10.1130/G47647.1
（译者：刘卉，中国科学院地质与地球物理研究所）
18
陆缘弧中层火山内岩浆混合导致高镁安山岩与英安岩快速聚合
要对活火山未来爆发事件的危害做出评估，需要对喷发前过程进行精确的岩石年代学约束。该文提供了新西兰鲁阿佩胡（Ruapehu）火山晚更新世高镁安山岩-英安岩（Mg＃53-69）样品的岩石学和地球化学数据以及斜方辉石扩散的时间尺度，作为陆缘弧层火山岩浆快速形成和喷发的案例研究。鲁阿佩胡火山高镁岩浆的聚合涉及将原始岩浆（夹带与地幔平衡的橄榄石）与中地壳长英质晶粥体混合，产生具有普遍的辉石反向环带的杂化岩浆。与定量晶体取向数据相关的斜方辉石铁-镁相互扩散时间尺度显示，大多数岩浆在岩浆混合事件恢复晶体生长后不到10天内爆发。混合事件发生后几天内就发生熔岩喷发，这意味着喷发前的预警期较短。
图3. Fe-Mg互扩散时间尺度模型的示例晶体和结果.（A）被分析晶体的背散射电子图像。红色框表示用于导出灰度轮廓的区域，比例尺为100 µm；（B）电子背散射衍射分析的晶轴数据：100（a轴）、010（b轴）和001（c轴）显示在等面积的低半球立体投影上，红色箭头指示建模剖面的趋势；（C）成分剖面（测量值-黑色菱形，建模-红线），使用电子探针微区分析数据，从BSE图像得出的灰度强度值转换得到Mg＃的值[100×Mg /（Mg + Fe）]。 （D）通过Fe-Mg互扩散模型确定的斜方辉石晶体的时间尺度结果，区分了玻璃样品（绿色菱形）和全晶质样品（灰色菱形）的结果，并以黑色轮廓标记了具有最佳c轴方向进行建模的晶体
原文链接：Geology (2020) 48 (10):1033–1037.
DOI：https://doi.org/10.1130/G47614.1
（译者：唐演@CUGB）
美编&校对：覃华清
