古生代和古地球的構造系統(tǒng)與現(xiàn)代板塊構造完全不同。近年來，對地球早期構造樣式的探索一直是固體地球科學領域的前沿熱點之一。早期地幔的性質及其對流模式是揭示地球早期構造樣式的關鍵。最近發(fā)表的古巖樣品W同位素研究表明，古地幔主要由局部、相對獨立的小規(guī)模對流所控制（Mei et al.，2020；Tusch et al.、2021），在這種地幔對流模型下，古生代形成的早期地幔不均一性可以得到保留。

短壽命放射性衰變系統(tǒng)（如182Hf-182W、146Sm-142Nd和129I-129Xe系統(tǒng)）受晚期地質過程影響較小，通常用于限制早期地質過程和地球演化歷史。古生代和古代土壤樣品的μ182W值為正；自古古宙（36億年前）以來，地球樣品（主要由英云閃長巖-特隆赫米特花崗閃長巖和彗長巖組成）μ182W：正值、負值和零值共存；當前地幔被認為是相對均勻的W同位素組成，μ182W值為零（Mei et al.，2020）。因此，地幔的W同位素經(jīng)歷了一個均一化過程。研究不同年齡巖石樣品的W同位素組成可以揭示地幔均一化的程度和過程，這反映了不同時期地幔混合的效率，限制了地幔對流模型。澳大利亞皮爾巴拉火山口的巖石形成年齡為35億至27億年，是這項研究的一個很好的自然實驗室。

最近，科隆大學的Tusch及其同事在PNAS上發(fā)表了他們對皮爾巴拉克拉通古代巖石W同位素組成的研究（Tusch等人，2021）。結果如圖1所示。樣品的W/Th比率可用于評估樣品是否經(jīng)歷隨后的流體轉化。Pilbara克拉通Warrawoona群中未受后期過程影響的地幔衍生巖石樣品μ182W值為+12.6±1.4，受后期流體過程影響（樣品W通過流體轉化富集）的μ182W值較低，為+8.1±1.4。較年輕的巖石樣品（3.35 Ga、3.18 Ga和3.1 Ga）具有較低的μ182W值。皮爾巴拉克拉通巖石圈巖石樣品的性質μ182W值為+8.3±1,0

μ182W正異常通常有兩種解釋。第一種解釋是指LateVener模型。吸積后的薄膜假說表明，在核地幔分化后，大約有0.5%~1%的隕石物質被添加到地幔中，作為強鐵依賴元素的主要來源。這些地外物質的平均組成與球粒隕石相對應，μ182W值約為190（Kleine等人，2004），遠低于地幔值。本鞘可以被認為是在添加后薄膜材料和后薄膜材料之前鞘完全混合的結果。因此，如果地幔未與后薄膜材料完全混合，則其表現(xiàn)出μ182W的正異常和強鐵依賴元素的損失（Willbold et al.，2011；Willbold等人，2015）。

第二種解釋涉及早期地幔分化過程。消光核素182Hf完全解體前（太陽系形成后的前90 Ma內）地幔分化事件產(chǎn)生的高Hf/W比源區(qū)具有μ182W正異常源區(qū)。值得注意的是，這一分化事件也會引起Sm-Nd分餾，滅絕核素146Sm的衰變會導致μ。182W正異常的源區(qū)顯示出μ142Nd正異常（Touboul等人，2012；Rizo等人，2016）。

皮爾巴拉克拉特最古老的地幔源巖與其他克拉通古巖的μ182W正異常相同。與現(xiàn)代地幔相比，具有正182W異常的樣品耗盡了強鐵依賴元素，并且樣品沒有顯示142Nd異常。因此，182W正異常是由于早期地幔和后薄膜物質的不完全混合。古生代形成的地幔儲層在早期地幔對流中保存了至少10億年。因此，論文認為，古代鞘層材料的混合效率低，鞘層對流規(guī)模小，對流環(huán)相對獨立，局部鞘層的垂直均勻化偶爾發(fā)生。3.1 Ga樣品上的皮爾巴拉克拉通3.3 Gaμ182W的減少表明，考古地球上存在從停滯的蓋層構造體系到板塊構造體系的過渡期。論文還強調，這一認識與以下結論一致：根據(jù)考古巖石的W同位素組成變化，地球在3.6-2.7 Ga時經(jīng)歷了從地幔柱構造系統(tǒng)到板塊構造系統(tǒng)的轉變（Mei et al.，2020）。