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

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

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

王泽洲:克拉通岩石圈镁同位素垂向不均一性及其成因【EPSL, 2016】

      镁(Mg)作为地幔和地壳中的主量元素,它的同位素体系(24Mg,25Mg,26Mg)在地球科学领域已经得到了广泛应用。大量研究表明,作为地球最主要的Mg载体,地幔的Mg同位素组成非常均一(26Mg = -0.25 ± 0.07‰),且地幔熔融过程和岩浆分异过程中不会发生明显的Mg同位素分馏。相比之下,上地壳的Mg同位素组成变化显著(~-5‰ ~ +1‰),大陆风化作用是造成上地壳Mg同位素组成不均一的重要过程。尤其是沉积碳酸盐岩和地幔之间Mg同位素差异显著,前者具有非常轻的Mg同位素组成,因此,Mg同位素有望有效地识别地幔中再循环的碳酸盐岩。 近年的研究发现一些碱性玄武岩(如华北克拉通新生代玄武岩)具有低于地幔的Mg同位素组成,被认为与俯冲板片携带再循环碳酸盐岩进入地幔有关。然而,是否存在低Mg同位素的地幔岩石(如橄榄岩、辉石岩)及其形成的机理一直不清楚。继续阅读