地球具有太阳系中独一无二的中酸性大陆地壳。大陆地壳的形成机制和演化历史是地球科学领域的基础问题。许多学者认为俯冲带玄武质岩浆是建造大陆地壳的基础物质。然而，玄武质弧岩浆与平均大陆地壳在化学成分上存在不少差异，这些差异表明人们对大陆地壳形成机制的理解仍然缺失一些重要的环节。其中一个差异就是大陆地壳的平均Cu含量只有玄武质弧岩浆的近一半（图1a）。此外，前者的Cu/Ag比值只有后者的约五分之一（图1b）。破解大陆地壳亏损Cu以及Cu/Ag比值偏低的谜题或将为理解大陆地壳的形成机制提供新的制约。

图1 大陆地壳、硅酸盐地球（BSE）、地幔橄榄岩、洋中脊玄武岩（MORB）以及两类弧岩浆中的Cu含量（a）和Cu/Ag比值（b）随MgO含量的变化趋势。UCC、LCC和BCC分别代表大陆上地壳、大陆下地壳和整个大陆地壳。

针对上述科学问题，中国地质大学（武汉）地质过程与矿产资源国家重点实验室的陈康博士及其同事，与美国莱斯大学的唐铭博士以及Cin-Ty Lee教授合作，选取采自美国亚利桑那州的代表大陆弧深部堆晶的石榴辉石岩包体为研究对象，利用同位素稀释激法精确测定了这些石榴辉石岩堆晶的Cu和Ag（二者皆为亲铜元素，容易富集在硫化物中）含量，得到如下主要认识：

1、这些石榴辉石岩堆晶含有硫化物，Cu含量最高可达~1000 ppm，Cu/Ag比值最高可达~10000（图2），且随着Mg#的降低，Cu和Ag含量呈现先升后降的总体趋势（图2a和b），而Cu/Ag比值则呈现逐渐升高的趋势（图2c）。由于Cu和Ag在结晶态硫化物（crystalline sulfides）-硅酸岩熔体之间的分配系数都很大，且Cu的分配系数大于Ag的（注意二者在硫化物熔体（sulfide melt）-硅酸岩熔体之间的分配系数相同），所以这些结果表明在大陆弧深部岩浆结晶分异过程中有大量的结晶态硫化物从熔体中析出，并随其它结晶的矿物一起在大陆弧深部形成堆晶。幔源的Cu主要富集在这些深部堆晶中，而且这些堆晶具有比初始弧岩浆更高的Cu/Ag比值。相反，残余岩浆则不断亏损Cu，且Cu/Ag比值逐渐降低（图1）。要想形成Cu亏损且Cu/Ag比值较低的大陆地壳，这些富含Cu且Cu/Ag比值较高的深部堆晶——缺失的铜储库——需要被拆沉至地幔中，进一步表明大陆弧深部的拆沉作用是大陆地壳形成过程中不可或缺的一个环节。

2、对比大陆弧（continental arc）和岛弧（island arc）岩浆的Cu演化趋势可见（图1a），岛弧岩浆中的平均Cu含量要远高于大陆地壳的平均Cu含量，而大陆弧岩浆中的平均Cu含量则与大陆地壳类似，假设大陆地壳生长主要是以俯冲带岩浆加入地壳的形式，那Cu的对比显示大陆弧才是大陆地壳生长的主要场所，而不是岛弧。

图2 亚利桑那州石榴辉石岩堆晶的Cu、Ag含量以及Cu/Ag比值随Mg#的变化趋势。Stage1、Stage2、Stage3分别代表硫化物不饱和、硫化物饱和且量在增加、硫化物饱和且量在减少三个阶段。

文章信息：Chen, K., Tang, M., Lee, C.-T.A., Wang, Z., Zou, Z., Hu, Z., Liu, Y., 2020. Sulfide-bearing cumulates in deep continental arcs: The missing copper reservoir. Earth and Planetary Science Letters 531 115971. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X19306636