李曙光:深部碳循环与大地幔楔地球动力学的联系【中国科学,2018】

高精度地震层析成像显示亚洲东部的地壳-地幔结构是由滞留在地幔过渡带(深达410−660km)的西太平洋俯冲板片和顶部东亚大陆岩石圈,以及夹于其间的楔状上地幔构成,被称为“大地幔楔”(图1)。查明该大地幔楔的形成时代对理解西太平洋俯冲板块与东亚大陆边缘的相互作用非常重要。此外,该大地幔楔的岩石圈华北部分曾是古老的巨厚(200km)岩石圈,被称为“华北克拉通”。其东部自130Ma以来被减薄,最薄处仅有约70km厚。该大地幔楔结构是何时形成和华北克拉通东部岩石圈是如何减薄是科学家们长期关注的两个重要科学问题。前人研究完全忽视了大地幔楔(主要由硅酸盐组成)被俯冲板片携带的碳酸盐改造对岩石圈减薄机制的影响,最近一项研究对此进行了深入探讨。继续阅读

刘金高:首次发现古元古代岩石圈地幔具有金刚石成矿作用【GCA,2018】

        太古代的岩石圈地幔具有厚度大、高度亏损、地热梯度低等特点,在其底部适合金刚石的生长并长期保存,因此太古代的岩石圈地幔一直是金刚石勘探、研究的主要对象。但是,对于古老克拉通周围陆块的性质、是否具有金刚石勘探潜力及其与中心古老克拉通之间的关系并不清楚。继续阅读

刘金高:壳幔岩石中W储库调查-对解释W同位素组成和壳-幔W循环的启示【GCA,2018】

        近年来,W同位素比值的高精度测量成功地检测出冥古宙-太古宙岩石中微小的W同位素异常,使得对地球早期演化过程的探测成为可能。然而,当用W同位素数据去理解与这些岩石形成有关的地质过程时,关键在于评估测得的W含量和同位素组成是反应了原岩还是受到了次生输入/移动的影响。并且,如果我们要更好地理解在熔融与交代过程中W是如何在不同矿物间分配的,最重要的是证明W在这些过程中可能的源与汇。此外,理解地壳和地幔中W主要的寄主矿物对于约束W在壳-幔地球化学循环中是如何被循环与存储的也至关重要。继续阅读

吕逸文:碳酸盐岩的Zn同位素测试方法和古环境应用【GCA,2018】

      碳酸盐岩是记录海水信息的载体之一,并且在地表广泛的出露,碳酸盐矿物的锌同位素组成被用于反映其形成时海水的锌同位素组成,通过测定碳酸盐岩的锌同位素能够估计不同时期地表海水的相对锌同位素组成变化,从而通过研究古海水的锌同位素组成的演化,反演当时大陆风化作用的强度、古环境和古气候等。继续阅读

王泽洲:熔体-岩石圈反应致使碱性玄武质熔体成分转变【Geology,2018】

        碱性玄武岩主要分布于大陆和大洋板块的内部(如洋岛、海山、大陆裂谷、深大断裂带)。尽管板内碱性玄武岩出露规模相较于其他类型玄武岩很小,但其独特的地球化学特征一直被当作地幔组成不均一的最重要证据,因此,板内碱性玄武岩的成因受到了格外重视。自然界中,碱性玄武岩系列的成分变化很大,前人根据实验室岩石学和微量元素模拟研究提出了不同机制解释该变化,包括碱性玄武质熔体连续分离结晶、地幔熔融程度差异、熔体与橄榄岩反应等。实验岩石学结果显示,碳酸盐化橄榄岩或辉石岩熔融是形成碱性玄武岩硅不饱和特征的重要条件。因为碳酸盐和地幔的Zn同位素组成差异很大,所以Zn同位素在解决碱性玄武岩成因方面可以发挥重要作用。继续阅读

吴洪杰:辉长岩-花岗岩接触边界由扩散导致的Fe-Mg同位素分馏【GCA,2018】

         高温过程中的Mg、Fe同位素分馏通常被认为是较为有限的。近年来,Mg、Fe同位素均被证实在高温下存在显著的平衡分馏(>0.5‰)和动力学分馏(>1.0‰)。火成岩样品中扩散导致的Mg、Fe同位素动力学分馏可用来推测冷却历史,是一个潜在的地质速度计。基性-超基性岩浆中橄榄石和熔体间会发生铁镁互扩散(受晶格结构约束,Mg2+ol ßà Fe2+ol,Mg和Fe的扩散方向相反),已被证实可产生显著的Fe-Mg同位素分馏,且其导致的独特的δ26Mg和δ56Fe负相关关系明显有别于已知同位素分馏结果(如平衡过程及热扩散等)。然而,在岩石尺度上是否存在可观测的Mg、Fe互扩散导致的Mg、Fe同位素分馏尚未见报道。继续阅读

何永胜:岩浆成分对铁同位素分馏的控制以及残留石榴子石效应【GCA,2017】

        地球火成岩的δ56Fe变化达>0.50‰,反映岩浆过程中存在显著的铁同位素分馏或源区组成差异。本质上,铁同位素的分馏受物相中Fe的配位环境控制。因Fe3+倾向于形成更强的键,从而富集重Fe同位素,岩浆过程中的Fe同位素分馏一般被认为和熔体与固相间Fe3+和Fe2+的分配有关。因此,Fe同位素是岩浆体系潜在的氧逸度计。然而,岩浆过程中的Fe同位素分馏还受其他因素影响。石榴子石中的Fe2+为八配位,不同于其他主要富Fe硅酸盐矿物,如橄榄石、辉石、角闪石和黑云母(Fe2+为六配位)。因而,石榴子石的δ56Fe比共存的辉石(富六配位Fe2+)低约0.26‰。石榴子石在源区残留对部分熔融过程中的Fe同位素分馏会否产生影响值得探讨。此外,熔体成分变化对Fe在熔体中的赋存状态也存在影响,从而也可能影响熔体和固相间的Fe同位素分馏。继续阅读

吴洪杰:花岗岩类中矿物成分对矿物间铁同位素分馏的控制作用【GCA, 2017】

        因在部分熔融和岩浆分异过程中存在显著的分馏,铁(Fe)同位素可被用来示踪岩浆过程,而理解岩浆作用中的铁同位素分馏行为是利用铁同位素示踪岩浆过程的重要前提。

        高硅岩浆岩(SiO2 > 71 wt.%,平均δ56Fe = 0.218 ± 0.154‰)具有比中性岩浆岩更重的铁同位素组成(53 wt.% < SiO2 <71 wt.%,平均δ56Fe = 0.097 ± 0.126‰)。前人研究表明这可能与岩浆成分变化导致矿物-熔体间铁的分馏系数变化有关,即高硅熔体的铁氧键更强,与矿物间分馏系数增大,从而使矿物的分离结晶会更显著地改变剩余熔体的铁同位素组成。岩浆成分改变也会对岩浆中结晶的矿物的成分产生影响,从而可能对矿物间/矿物-熔体间铁同位素的分馏行为产生影响;这一效应前人研究甚少。长石虽然铁含量很低,但在高硅花岗岩中也是主要含铁矿物之一。长石中的铁以四配位Fe3+为主,可能具有较重的铁同位素组成,其堆晶/分离结晶可能会对高硅岩浆岩铁同位素组成产生显著影响。目前,前人文献尚无长石与其他矿物间的铁同位素分馏数据。继续阅读

刘盛遨:二叠纪末生命大灭绝前大规模火山作用的Zn同位素证据【Geology, 2017】

       距今约2.52亿年的二叠纪末期,发生的生命灭绝事件导致了90%以上的海洋生物物种和70%的陆地生物物种灭亡。二叠纪末全球生命大灭绝的导火索及其之后缓慢的生命复苏一直是地球-生命科学研究的热点问题之一。大量的研究表明,生物灭绝前,全球碳循环受到了显著的影响,全球气候快速变暖,大范围海水缺氧事情发生,海洋发生了快速酸化。因为二叠纪末生物灭绝的间隔已经被缩短至<10万年,导致这些事件的诱因被普遍认为与西伯利亚大火成岩省岩浆的快速喷发或侵入导致的环境巨变有关。对西伯利亚火山岩中全岩及单矿物高精度年代学支持西伯利亚大火成岩省火山作用与二叠纪末生物灭绝之间的时间耦合关系。然而,火山喷发与生物灭绝是两个独立的地质事件,尽管时间上高度吻合,但缺乏两者之间因果联系的直接证据;此外,二叠纪末生物灭绝主要发生在海洋生物,要建立火山喷发与生物灭绝的直接联系需要在当时的海水中找到直接证据。继续阅读

李曙光:镁同位素示踪发现中国东部上地幔是一巨大的再循环碳库【NSR,2017】

        二氧化碳作为最重要的温室气体影响着地球的气候系统。大气二氧化碳和地球内部碳存在着物质交换。如:火山活动将地幔的碳以二氧化碳形式向大气释放;大气二氧化碳会溶解于海水,并以碳酸盐形式沉积于海底,这些沉积碳酸盐又可能在地球板块运动中随俯冲洋壳进入地幔。这样就构成一个全球体系的碳循环。估计这一碳循环的向上排气和向下再循环碳通量显然对认识地球大气二氧化碳含量演化和气候变化趋势是十分重要的。然而由于观测困难,向下进入深部地幔的碳通量估计存在巨大分歧。继续阅读