地質地球所Mg同位素示蹤再循環碳酸鹽巖研究獲進展

　　地球深部碳循環已經成為國內外地球科學研究的熱點問題之一。過去的研究證實地幔是一個巨大的碳庫，其儲存的碳量超過地球所有其它儲庫含碳量的總和，這表明地表的大部分碳都通過俯沖帶重新回到了地幔中。蝕變洋殼攜帶的大量碳酸鹽巖并不會在俯沖脫水過程中被釋放，而是被攜帶到地幔深部，從而顯著改變地幔的物理化學性質（如固相線、地震波速、密度等）。C同位素已經被廣泛應用于示蹤再循環碳酸鹽巖，它對于示蹤有機碳非常有效。然而，經俯沖帶再循環進入地幔的碳酸鹽巖中95%是無機碳。因此，這需要新的同位素體系來更有效地示蹤深部碳循環。

　　中國科學院地質與地球物理研究所納米離子探針實驗室副研究員楊蔚及其合作者對此開展了相關研究，他們發現，碳酸鹽和硅酸巖巨大的Mg同位素差異使得Mg同位素體系可能是示蹤再循環碳酸鹽巖的有效手段，并據此對華北克拉通中、新生代玄武巖開展了系統的Mg同位素研究。

　　研究結果顯示，> 120 Ma義縣組玄武巖具有類似于地幔的Mg同位素組成（δ26Mg = -0.31 ~ -0.25），平均值為-0.27 ± 0.05。相反，<110 Ma阜新和太行山玄武巖均具有輕的Mg同位素組成（δ26Mg = -0.60 ~ -0.42），平均值為-0.46 ± 0.10（圖1）。

　　模擬計算顯示，這一輕Mg同位素組成，很可能源自再循環的碳酸鹽巖對玄武巖源區的交代（圖2），玄武巖的其它地球化學特征（高U/Pb、Th/Pb比值和虧損的Sr-Nd同位素特征）也支持這一結論。由于特提斯洋和蒙古洋在三疊紀已經閉合，而且在 > 120 Ma玄武巖中未發現輕Mg同位素的特征，因此，影響華北克拉通新生代地幔的碳酸巖熔體可能源自俯沖的太平洋板塊。

　　該研究不僅提供了一個運用Mg同位素示蹤再循環碳酸鹽巖的實例，而且為西太平洋俯沖對華北克拉通演化的影響提供了重要制約。

　　該成果發表在國際知名地球化學領域期刊Chemical Geology上（Yang et al.  Magnesium isotopic systematics of continental basalts from the North China craton: Implications for tracing subducted carbonate in the mantle. Chemical Geology. 2012. 328: 185-194）。

　　

　

圖1：華北克拉通中、新生代玄武巖δ26Mg vs MgO圖。灰色區域指示平均地幔的Mg同位素組成，> 120 Ma義縣組玄武巖具有類似于地幔的Mg同位素組成，而<110 Ma阜新和太行山玄武巖的δ26Mg明顯低于地幔值。

　　

　　

圖2：華北克拉通橄欖巖和玄武巖δ26Mg vs MgO圖。模擬計算顯示，純硅酸巖熔體交代難以形成低δ26Mg的地幔源區（需要極高的熔體/橄欖巖比值5.2），必須有少量碳酸巖熔體的加入。