科學家利用Mo同位素約束EM1組分來源

中國科學院廣州地球化學研究所馬亮副研究員、徐義剛院士、李杰正高級工程師，西北大學陳立輝教授、河海大學劉建強博士合作，利用Mo穩定同位素體系，限定了大陸EM1組分起源于再循環洋殼+古老沉積物。相關研究發表于《地球化學與宇宙化學學報》（Geochimica et Cosmochimica Acta）。

20世紀80年代，地幔地球化學領域先驅Alan Zindler和Stan Hart基于大洋玄武巖的放射同位素組成定義了DMM（虧損地幔）、HIMU（高238U/204Pb地幔）、EM1（1型富集地幔）和EM2（2型富集地幔）四種地幔端元組分。在這四種地幔組分中，EM1的來源爭議最大。

典型的EM1特征包括極低的206Pb/204Pb、143Nd/144Nd、176Hf/177Hf和中等的87Sr/86Sr。潛在的EM1的來源包括：再循環古老大陸巖石圈地幔；再循環古老大陸下地殼；再循環洋殼+古老沉積物。造成長期爭論的根本原因在于，上述三者經過長時間（>7億年）的演化都可以表現出EM1的特征。

Mo穩定同位素體系可有效識別大陸地殼、大陸巖石圈地幔、再循環洋殼和遠洋沉積物。球粒隕石具有均一的Mo同位素組成（δ98/95Mo=-0.15‰；δ98/95Mo是相對于標準物質NIST SRM 3134的98Mo/95Mo比值）；地幔的Mo同位素組成（-0.20‰）略輕于球粒隕石；全球地幔橄欖巖包體的δ98/95Mo（-0.21±0.18; 2sd, n=15）與地幔值接近；大陸地殼具有重Mo同位素特征（0.00‰至0.35‰）；而再循環洋殼（-0.68‰至-0.13‰）和遠洋沉積物（-1.87‰至0.11‰）具有輕Mo同位素特征。大陸、大洋與地幔之間顯著的Mo同位素組成差異為示蹤EM1組分的來源提供了絕佳的條件。

研究人員對典型的大陸EM1型玄武巖—中國東北地區新生代諾敏河鉀質玄武巖（260Pb/204Pb<17.5）開展了詳細的Mo同位素研究。分析結果顯示，諾敏河玄武巖具有輕于球粒隕石的Mo同位素組成特征，其&delta;98/95Mo從-0.49變化到-0.15&permil;，Mo/Ce從0.009變化到0.037。&delta;98/95Mo與Mo/Ce、Lu/Hf、176Hf/177Hf呈正相關，與La/Yb、Zr/Yb、Hf/Yb以及一些不相容元素（La、Nb、Ta、Pb、Zr、Hf）呈負相關。

諾敏河玄武巖的Mo同位素未受到熱液蝕變、地殼混染、富Mo礦物分離結晶和熔融殘留等過程的影響。&delta;98/95Mo、Mo/Ce與放射性同位素關系表明，EM1端元具有非常輕的Mo同位素組成和極低的Mo/Ce。由于大陸地殼和巖石圈地幔均無法為其貢獻輕的Mo，EM1組分最有可能來源于輕Mo同位素、低Mo/Ce的再循環洋殼+古老遠洋沉積物。

Mo同位素與放射性同位素、微量元素之間的協變關系可以用橄欖巖+榴輝巖（含沉積物）的不一致熔融過程來解釋。低程度部分熔融時主要記錄了富集的、易熔的榴輝巖（含沉積物）熔體的信息，即低的&delta;98/95Mo、Mo/Ce、Lu/Hf，高的La/Yb、Zr/Yb、Hf/Yb和不相容元素含量，以及EM1型的放射性同位素特征；高程度部分熔融時則記錄了虧損的、難熔的地幔橄欖巖的地球化學信息。

該研究不僅支持地幔中EM1組分起源于再循環洋殼+古老沉積物的觀點，還證明了殘留板片中輕的Mo可以保存在地幔深部（至少在地幔轉換帶深度410-660km），并通過火山作用循環至地表。再循環洋殼物質在深部地幔形成輕Mo的儲庫，該儲庫可補償重Mo同位素特征的大陸地殼。Mo同位素有望成為深部地幔中再循環洋殼物質強有力的示蹤劑。