刘盛遨:锌同位素证明中国东部地幔大尺度碳酸盐化【EPSL, 2016】

      碳的地球化学循环研究是地球系统科学研究的重要组成部分,其中地球深部碳循环对全球碳循环及其气候效应扮演着重要作用。深部碳循环指大洋板块俯冲携带海相碳酸盐岩进入地幔,然后通过火山作用释放CO2到大气圈中。然而,这一过程主要是根据板块构造理论做出的理论推测,很少有可靠的证据能够证明来自地幔不同部位的岩浆中确有此类与板片俯冲有关的再循环壳源碳,以及它们在岩浆作用带到地表的碳中所占比例。这一科学问题对理解全球碳循环收支无疑至关重要,而同位素示踪是研究这一科学问题的最重要手段。锌(Zn)在地幔中是一种微量元素,地幔的Zn同位素组成约为0.28‰,而海洋碳酸盐岩具有比地幔显著更重的Zn同位素组成(~0.91‰)。因此,如果地幔源区含有再循环碳酸盐岩,来自该碳酸盐化地幔的玄武岩将有更重的Zn同位素组成。

      为了验证Zn同位素在示踪深部碳循环方面的潜力,最近,科学研究院同位素地球化学实验室刘盛遨副教授及其合作者对中国东部大范围(图1)晚中生代—新生代玄武岩开展了Zn同位素研究。研究结果首次发现中国东部<110Ma的玄武岩具有比正常地幔更重的Zn同位素组成(0.30-0.63‰),且同位素比值与Zn含量及部分熔融程度指标(如Sm/Yb,Nb/Y,[Nb])呈正相关(图2),和CaO和CaO/Al2O3也呈现正相关关系。这些相关性无法用传统的岩浆分异、岩浆去气或地壳混染解释,而指示中国东部深部地幔含有大尺度再循环碳酸盐岩。该研究不仅证实Zn同位素可以作为深部碳循环示踪的良好示踪计,而且为晚中生代以来中国东部地幔广泛存在再循环碳酸盐岩提供了强有力证据。

   

图1:本文研究的中国东部玄武岩分布图      图2:d66Zn值与部分熔融指标之间的相关性

图3:中国东部深部地幔碳循环锌同位素示踪简易模型

    上述成果发表在国际著名学术刊物《Earth and Planetary Science Letters》上:Liu S.-A., Wang Z.-Z., Li S., Huang J., Yang W., 2016. Zinc isotope evidence for a large-scale carbonated mantle beneath eastern China. Earth and Planetary Science Letters 444, 169-178. [IF=4.734]

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