海洋所等在地幔交代过程中钙同位素分馏行为研究获进展

近期，中国科学院海洋研究所深海极端环境与生命过程研究中心研究员孙卫东研究团队与法国蒙彼利埃大学教授Dmitri A. Ionov以及成都理工大学教授张兆峰开展合作研究，在Geochimica et Cosmochimica Acta上，发表了关于含碳酸盐包体地幔橄榄岩钙同位素的最新研究成果，对理解碳酸盐以及硅酸盐交代地幔过程中的钙同位素分馏行为，应用钙同位素示踪高温地质过程具有重要意义。 

　　地幔交代过程是造成地幔物质地球化学组分不均一的重要地质过程之一，引起地幔交代作用的介质除了碳酸盐，还有硅酸盐熔体等。因此，全面了解由不同交代介质引起的地幔交代过程中的钙（Ca）同位素分馏行为及尺度，是应用Ca同位素示踪该地质过程的基本前提。孙卫东研究团队与合作者选取了采自Spitsbergen岛屿含碳酸盐包体的地幔橄榄岩，这些橄榄岩依次经历了熔体提取、硅酸盐熔体交代以及碳酸盐包体交代三期地质事件，对该样品进行淋滤实验，并分别对淋滤的碳酸盐相、残余的硅酸盐相以及全岩开展地球化学研究，可以深入探究硅酸盐以及碳酸盐交代过程中引起的Ca同位素分馏行为。 

　　结果显示，碳酸盐包体比残余硅酸盐富集Sr元素（277–2923 vs. 16–60 ppm），具有变化范围更大且更低的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值（0.7049–0.7141 vs. 0.7036–0.7055），以及低的δ^44/40Ca值（0.17–0.68‰ vs. 0.78–1.00‰）。研究表明，碳酸盐包体的Ca-Sr同位素组成与硅酸盐并未达到平衡状态。残余硅酸盐受熔体提取和硅酸盐熔体交代两期地质过程影响，已有研究表明熔体提取可提高地幔橄榄岩的δ^44/40Ca值，而本地区的残余硅酸盐具有与硅酸盐地球（BSE，0.94 ± 0.05‰）相似或者略低的δ^44/40Ca值，说明硅酸盐熔体交代作用可以使得地幔橄榄岩的δ^44/40Ca降低0.1–0.2‰。橄榄岩全岩的Ca同位素组成（0.75–0.95‰）与残余硅酸盐相似，均与BSE相近或者略低，说明低含量的碳酸盐包体（约1 wt.%）交代作用并不能显著降低橄榄岩的δ^44/40Ca值。相反，由于碳酸盐包体显著富集Sr元素，其交代地幔橄榄岩，可以显著升高橄榄岩全岩的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值。研究揭示了地幔中碳酸盐包体的Ca-Sr同位素特征，并对比了硅酸盐熔体以及碳酸盐交代地幔橄榄岩过程中引起的Ca同位素分馏尺度。 

　　研究工作得到国家自然科学基金等项目的联合资助。