科技动态

海洋所在地幔交代过程中钙同位素分馏行为方面获得新进展

撰稿: 海洋研究所 发布时间:2021-11-19

  近期,中科院海洋所深海中心孙卫东研究团队与法国蒙彼利埃大学Dmitri A. Ionov教授以及成都理工大学张兆峰教授开展合作研究,在Nature Index期刊Geochimica et Cosmochimica Acta上刊发了关于含碳酸盐包体地幔橄榄岩钙同位素的最新研究成果,对理解碳酸盐以及硅酸盐交代地幔过程中的钙同位素分馏行为,应用钙同位素示踪高温地质过程具有重要意义。 

  地幔交代过程,是造成地幔物质地球化学组分不均一的重要地质过程之一。引起地幔交代作用的介质除了碳酸盐,还有硅酸盐熔体等。因此,全面了解由不同交代介质引起的地幔交代过程中的钙(Ca)同位素分馏行为及尺度,是应用Ca同位素示踪该地质过程的基本前提。孙卫东研究团队与合作者选取了采自Spitsbergen岛屿含碳酸盐包体的地幔橄榄岩,这些橄榄岩依次经历了熔体提取、硅酸盐熔体交代以及碳酸盐包体交代三期地质事件,对该样品进行淋滤实验,并分别对淋滤的碳酸盐相、残余的硅酸盐相以及全岩开展地球化学研究,可以深入探究硅酸盐以及碳酸盐交代过程中引起的Ca同位素分馏行为。 

Spitsbergen岛屿地幔橄榄岩中的碳酸盐包体

  结果显示,碳酸盐包体比残余硅酸盐富集Sr元素(277–2923 vs. 16–60 ppm),具有变化范围更大且更低的87Sr/86Sr比值(0.7049–0.7141 vs. 0.7036–0.7055),以及低的δ44/40Ca值(0.17–0.68‰ vs. 0.78–1.00‰)。该结果表明,碳酸盐包体的Ca-Sr同位素组成与硅酸盐并未达到平衡状态。残余硅酸盐受熔体提取和硅酸盐熔体交代两期地质过程影响,已有研究表明熔体提取可提高地幔橄榄岩的δ44/40Ca值,而本地区的残余硅酸盐具有与硅酸盐地球(BSE,0.94 ± 0.05‰)相似或者略低的δ44/40Ca值,说明硅酸盐熔体交代作用可以使得地幔橄榄岩的δ44/40Ca降低0.1–0.2‰。橄榄岩全岩的Ca同位素组成(0.75–0.95‰)与残余硅酸盐相似,均与BSE相近或者略低,说明低含量的碳酸盐包体(约1 wt.%)交代作用并不能显著降低橄榄岩的δ44/40Ca值。相反,由于碳酸盐包体显著富集Sr元素,其交代地幔橄榄岩,可以显著升高橄榄岩全岩的

碳酸盐相、硅酸盐相以及橄榄岩全岩的Ca-Sr同位素组成

  上述研究得到了国家自然科学基金等项目联合资助。论文第一作者为深海中心祝红丽副研究员,通讯作者为法国蒙彼利埃大学Dmitri A. Ionov教授。 

  论文信息: 

  Hongli Zhu, Dmitri A. Ionov*, Long Du, Zhaofeng Zhang, Weidong Sun, 2021. Ca-Sr isotope and chemical evidence for distinct sources of carbonatite and silicate mantle metasomatism. Geochimica et Cosmochimica Acta 312, 158-179.