同位素示蹤青藏高原東南緣深部物質(zhì)循環(huán)

中國科學院廣州地球化學研究所博士生徐東晶在副研究員齊玥與研究員王強的指導下，選取青藏高原東南緣云南馬關(guān)地區(qū)新生代含有大量地幔包體的堿性玄武巖作為研究對象，開展了全巖地球化學和Sr-Nd-Mo同位素研究。相關(guān)成果近日發(fā)表于《地球化學地球物理學地球系統(tǒng)》。

馬關(guān)玄武巖球粒隕石標準化稀土元素和原始地幔標準化微量元素圖。研究團隊供圖

地幔約占地球體積的80%，查明其組成的變化是揭示地球演化動力學過程的關(guān)鍵，一直以來都是地球科學研究中的核心科學問題?；诖笱笮鋷r的主微量、放射性同位素的研究結(jié)果，前人發(fā)現(xiàn)地幔的在地球化學組成上是不均一的，可以分為虧損地幔、高238U/204Pb的HIMU地幔、EM1型富集地幔和EM2型富集地幔等多種地幔端元。

除虧損地幔外，其余富集的地幔端元都含有一種或多種隨俯沖進入深部地幔的地表物質(zhì)。但是，除典型的大洋玄武巖樣品外，多數(shù)代表不同端元的大洋玄武巖具有相似的放射性同位素組成，導致難以區(qū)分何種再循環(huán)的地表物質(zhì)貢獻于特定的地幔端元。因此，亟需借助其它可以識別出特定再循環(huán)組分的同位素體系闡明地幔不均一性的成因。

該研究國家自然科學基金等項目的資助下，取得了以下主要進展：

一是，馬關(guān)地區(qū)堿性玄武巖代表了地幔來源的原始巖漿，具有相對均一的Sr-Nd同位素組成，但根據(jù)主微量和Mo同位素可分為兩類；

二是，第一類玄武巖主要為粗面玄武巖，具有與洋島玄武巖相似的微量元素組成，較輕的Mo同位素組成。大部分一類玄武巖具有與洋殼榴輝巖相似的Mo同位素組成表明，洋殼榴輝巖對此類玄武巖地幔源區(qū)的輕Mo同位素組成有貢獻。然而，榴輝巖難以解釋個別極端輕Mo同位素組成的樣品。沉積物對地幔源區(qū)中的極端輕Mo組成的貢獻不可忽略。虧損地幔、洋殼榴輝巖和沉積物三端元混合模擬較好地重現(xiàn)了第一類玄武巖的同位素特征。

三是，第二類玄武巖為碧玄巖，具有比第一類玄武巖更富集的微量元素組成。第二類玄武巖具有相對于原始地幔值更重的Mo同位素組成。該類玄武巖較高的鋇、鍶含量以及蛇紋石化橄欖巖較重的Mo同位素組成表明，蛇紋石化橄欖巖對此類玄武巖地幔源區(qū)的重Mo同位素組成有貢獻。虧損地幔、洋殼榴輝巖和蛇紋石化橄欖巖三端元混合模擬較好地重現(xiàn)了二類玄武巖的同位素特征。

上述工作表明，Mo同位素能有效的區(qū)分深部地幔中的再循環(huán)物質(zhì)。