刘盛遨:硅酸岩地球(BSE)的铜同位素组成【EPSL,2015】

        非传统稳定同位素(或金属稳定同位素)作为地球化学的一个新兴研究方向,在最近几年里得到的快速发展,显示出巨大的应用潜力。铜(Cu)是重要的过渡族金属元素,也是重要的成矿和重金属元素,对铜同位素方法和应用的研究已有十六年的历史。然而,作为地外行星及地球不同储库之间比较的基准,硅酸盐地球储库的Cu同位素组成(以65Cu表示)一直没有得到很好地限定,尤其是在高温岩浆作用过程(例如地幔部分熔融),Cu同位素是否会发生分馏一直存在争议。

       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通过对来自克拉通橄榄岩、造山带橄榄岩以及产出于不同构造环境的玄武岩(包括洋中脊玄武岩、洋岛玄武岩、岛弧玄武岩、大陆玄武岩)和发育在俯冲带的岛弧安山岩和英安岩进行高精度Cu同位素分析,取得重要认识。根据全岩的稀土配分模式以及矿物组合中有无典型的交代产物(如金云母),可以将橄榄岩分为两类:交代橄榄岩和未交代橄榄岩。交代橄榄岩的65Cu表示变化很大(-0.64‰ ~ +1.82‰),而未交代橄榄岩的65Cu相对均一(平均值为0.03±0.24‰;2SD)。这表明地幔交代作用能够显著的改变地幔的Cu同位素组成。洋中脊玄武岩和洋岛玄武岩的Cu同位素组成(0.09±0.13‰;2SD)与未交代橄榄岩一致,表明地幔部分熔融过程中Cu同位素不会发生显著分馏。这是因为地幔的铜主要赋存在硫化物(+1价)中,而在硅酸岩熔体中铜的价态也接近于+1,导致地幔熔融过程中即使硫化物作为熔融残留相,铜同位素也不会发生显著分馏。相比之下,岛弧玄武岩和大陆玄武岩的Cu同位素组成则相对不均一,而且Ba/Nb越高(指示俯冲板片析出流体交代其地幔源区的强度越大),Cu同位素组成变化越大,这表明其地幔源区有再循环陆壳物质的加入是造成岛弧玄武岩和大陆玄武岩Cu同位素变化的主要原因。基于所有的数据,重新估计了全硅酸岩地球(BSE)的铜同位素组成为0.06 ± 0.20‰ (2SD)

图1  橄榄岩、玄武岩、安山岩和英安岩的铜同位素组成及硅酸岩地球铜同位素组成的新估计

         上述成果发表在国际著名学术刊物《Earth and Planetary Science Letters》上:Liu S.-A., Huang J., Liu J.-G., Wörner G., Yang W., Tang Y.-J., Chen Y., Tang L.-M., Zheng J.-P., Li S.-G., 2015. Copper isotopic composition of the silicate Earth. Earth and Planetary Science Letters 427, 95-103. [IF=4.734]

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