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        科學研究

        王振朝:Zn同位素示蹤塔里木大火成巖省玄武巖地幔源區存在再循環洋殼脫碳反應【GSA Bulletin,2022】
        2022-12-05 閱讀:2157

        作為地質歷史上火山作用規模最大的大火成巖省,無疑是將地球深部碳傳輸到大氣圈的主要介質,其釋放出的巨量CO2可導致全球尺度的氣候變暖和海洋酸化。這些釋放出的CO2有一部分通過生物的光合作用和地表風化作用以及海水吸收溶解。然而,過去的研究表明,通過這些途徑消耗的CO2只是地球向外部圈層排放的CO2的一部分,多余的CO2可能通過俯沖作用將它們帶到地幔。那么大火成巖省釋放出的巨量CO2是否來自再循環洋殼中的碳酸鹽?如果是,那又如何解釋占大火成巖省主體的玄武巖是拉斑玄武巖這樣的特點?因為碳酸鹽化地幔橄欖巖部分熔融形成的是堿性玄武巖,而不是拉斑玄武巖(存在CO2的地幔源區部分熔融產生的是不飽和的SiO2熔體);如果不是,其釋放出的CO2又來自哪里?該問題的解決對于理解大火成巖省的成因以及深部碳循環這個當今全球熱點問題具有非常重要的科學意義。

         針對這一科學問題,我校地球科學與資源學院2016級碩士研究生王振朝(現為中國科學院地球化學研究所博士后)在“巖漿-熱液演化與金屬成礦”求真群體張招崇教授的指導下,與北京大學田偉副教授和英國萊斯特大學Reichow Marc K.博士合作,對塔里木大火成巖省代表性玄武巖樣品進行了詳細的巖相學觀察,在此基礎上,結合全巖主微量元素及Sr、Nd同位素數據,利用Zn同位素示蹤玄武巖源區是否存在再循環碳酸鹽,探討了再循環碳酸鹽在俯沖過程中的“命運”,取得了如下創新性成果:

        1)塔里木大火成巖省所有的玄武巖均具有富鐵富鈦特征,部分是由于低氧逸度條件下斜長石分離結晶的結果,部分則是由于母巖漿本身富鐵鈦,暗示了其地幔源區存在富鐵鈦的物質(如俯沖成因的榴輝巖)。

        2)前人認為塔里木大火成巖省玄武巖的主體是堿性玄武巖,然而本次研究基于Ol’-Ne’-Q’三角相圖以及礦物學特征,證明該玄武巖絕大部分屬于拉斑玄武巖,而不是堿性玄武巖。

        3)以柯坪玄武巖為代表的第一類玄武巖(占主體)Zn同位素值(0.29±0.03‰0.32±0.05‰)與洋中脊玄武巖相似(δ66Zn=0.24–0.31‰,結合其高的87Sr/86Sri比值(0.70720~0.70779)和低的εNd值(-3.2~-1.9),表明其源區不存在再循環的碳酸鹽,而是來自流體交代富集的巖石圈地幔,或者經歷了地殼物質的混染。

        4)第二類玄武巖具有再循環碳酸鹽Zn同位素信號,顯示出較重的Zn同位素值(0.32±0.03‰0.39±0.03‰)。然而, 缺乏Zr、HfTi的負異常以及具有較低的CaO/Al2O3比值和高的SiO2含量,說明它們不是來自于碳酸鹽化地幔橄欖巖的直接熔融。結合其接近原始地幔的Sr同位素(87Sr/86Sri介于0.704590.70518之間)和εNd-1.30.1之間),提出含再循環碳酸鹽的洋殼在深俯沖過程中(>150 km)發生了脫碳反應,導致再循環碳酸鹽的重Zn同位素被保留至脫碳反應產物輝石中。由此提出塔里木大火成巖省第二類玄武巖是脫碳的俯沖榴輝巖(來自再循環洋殼)熔體與亞固相線的地幔橄欖巖相互作用的產物。

        上述研究成果為揭示大火成巖省玄武巖的成因以及深部碳循環過程提供了重要的約束條件。

         

        1 Ol’-Ne’-Q’三角相圖顯示大部分塔里木溢流玄武巖為拉斑玄武巖

         


        2 塔里木兩類溢流玄武巖的全巖稀土和微量元素蛛網圖

         


        3 塔里木兩類溢流玄武巖的Nd-Sr同位素及Sm/Yb與La/Yb比值關系圖

         


        4 塔里木溢流玄武巖Zn同位素與全巖Zn含量比值

         


        5 塔里木溢流玄武巖形成模式圖


        上述研究成果發表在國際權威地學期刊《Geological Society of America Bulletin》上:Wang, Z.C., Zhang, Z.C.*, Reichow, M.K., Tian, W., Kong, W. and Liu, B.X., 2022. Tracing decarbonated eclogite in the mantle sources of Tarim continental flood basalts using Zn isotopes. GSA Bulletin, https://doi.org/10.1130/B36502.1

        原文鏈接:https://doi.org/10.1130/B36502.1


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