锆（zirconium）是一种难熔元素（Tc=K），行星演化中的蒸发过程对锆元素丰度和同位素组成影响较小。锆元素也是一种高场强元素，并具有亲石性，富集在大陆地壳中。同时，由于锆元素的物理和化学稳定性以及其易得性，锆同位素已经应用于示踪陆壳的演化。目前，地幔的锆同位素组成通常利用低度部分熔融的玄武质岩石来制约。科马提岩作为地幔高度部分熔融（30%）的产物，多形成于太古代时期。科马提岩常用来制约其幔源同位素特征，例如Ca、Ga、Ti等同位素组成。锆作为中度不相容元素，地幔部分熔融过程中几乎都进入科马提岩熔体中，因此可以利用科马提岩的锆同位素制约地幔锆同位素组成。法国巴黎大学TianShengyu与其合作导师MoynierF.等，报道了31个太古代科马提岩样品的锆同位素（δ94/90Zr=((94/90Zr)sample/(94/90Zr)IPGP-Zr)-1×）组成，值得注意的是，目前为止国际上还没有统一的锆同位素标样，IPGP-Zr为作者使用的标样）（图1）。这些样品分布于Fennoscandia（芬兰、挪威、瑞典、丹麦的总称）、南非、津巴布韦和加拿大地区的多个克拉通中（年龄分布于35.5—24.1亿年）。对于这套样品，前人已经报道了Os、Nd、W和Ca等同位素组成，研究程度较高，而本研究首次报道了其锆同位素组成。图1,不同时代科马提岩的锆同位素组成。不同克拉通科马提岩的δ94/90Zr基本随时间基本不变，指示地幔的锆同位素组成保持相对不变（不同形状和颜色代表不同克拉通样品）为了排除岩浆过程对科马提岩锆同位素组成的影响，首先作者指出科马提岩形成温度较高（K），部分熔融过程对于其锆同位素分馏影响有限。同时，有鬣刺结构（spinifex-textured）及冷凝边科马提岩的锆同位素（0.±0.%）和具有橄榄石堆晶体科马提岩的锆同位素（0.±0.%）在误差范围内一致（t检验，p=0.56），表明科马提岩分离结晶过程中锆同位素没有明显分馏。同时，正如科马提岩轻重稀土比例的变化所示（例如（La/Sm）N=0.44-2.2，原始地幔标准化，图2），科马提岩的源区可能遭受不同程度的熔体萃取（即锆元素可能从源区被萃取），这可能会导致科马提岩源区的锆同位素发生分馏。但是我们在科马提岩的锆同位素与（La/Sm）N图中并没有发现二者明显相关性（图2），这表明科马提岩源区发生的熔体萃取并没有明显影响其锆同位素组成。图1中不同时代科马提岩样品的相对一致锆同位素特点也支持熔体抽取没有明显改变其地幔源区的锆同位素组成。所以，作者认为不同时代的科马提岩样品定义了其源区的锆同位素组成（均值，0.±0.%）。这个均值与现代玄武质岩石定义的地幔源区锆同位素值（0.±0.%）在误差范围内一致（图3）。这可能表明地幔源区的锆同位素组成至少从35亿年前就保持相对恒定。图2,锆同位素与（La/Sm）N关系。（La/Sm）N比值的变化反映了科马提岩地幔源区经历了熔体提取过程
图3,科马提岩（本研究）和玄武质岩石（文献数据）的锆同位素与锆元素含量关系
高温体系下的锆同位素储库和分馏机理研究仍不完备，例如，本文报道的科马提岩锆同位素组成仍然比现代玄武质岩石定义的地幔锆同位素组成略重，作者认为可能与部分熔融比例相关，但仍有待探究。同时，地幔橄榄岩的锆同位素研究仍旧是个空白，未来这方面的研究将有助于完善地幔岩浆过程的锆同位素分馏机理，利于其示踪不同地幔地质过程。本文发表在地球化学领域新晋顶级期刊GeochemicalPerspectivesLetters上：S.Y.Tian,F.Moynier,E.C.Inglisetal.Zirconiumisotopic