海洋所在地幔不均一性研究方面取得新進(jìn)展
近日,Nature Index期刊Geochimica et Cosmochimica Acta在線發(fā)表了中國科學(xué)院海洋研究所大洋巖石圈與地幔動力學(xué)課題組題為“Large zinc isotope variations in eastern Pacific seamount basalts as a result of mantle metasomatism”的研究論文,通過對東太平洋洋?。‥PR)附近海山玄武巖的系統(tǒng)研究,發(fā)現(xiàn)了迄今為止大洋玄武巖中最大的鋅(Zn)同位素變化,為理解地?;瘜W(xué)結(jié)構(gòu)提供了全新認(rèn)識。
研究團(tuán)隊(duì)選取EPR 5°~15°N范圍內(nèi)遠(yuǎn)離洋脊的海山作為研究對象。這些由小體積巖漿直接噴發(fā)形成的火山,如同一個“快速通道”,避免了洋中脊巖漿房中的混合均一化作用,完好保存了地幔源區(qū)的原始化學(xué)信息,成為揭示地幔真實(shí)不均一性的絕佳窗口。
研究結(jié)果顯示,這些海山玄武巖的鋅同位素組成(δ66Zn)變化范圍極大,從0.19‰到0.52‰,創(chuàng)造了未蝕變大洋玄武巖的新紀(jì)錄(圖1)。更重要的是,鋅同位素值與其他地球化學(xué)參數(shù)呈現(xiàn)出顯著的系統(tǒng)性變化規(guī)律。例如,δ66Zn與CaO含量、CaO/Al?O?比值呈明顯負(fù)相關(guān),與碳酸鹽熔體參與的地幔源區(qū)特征不符,否定了以往認(rèn)為“重鋅同位素來自再循環(huán)碳酸鹽”的觀點(diǎn)。高δ66Zn樣品同時具有富集的不相容元素含量和富集的Sr-Nd-Pb同位素特征,表明其來源于古老的、低程度熔體交代的地幔源區(qū)。這種低程度熔體交代作用可能發(fā)生在大洋盆地下的地震波低速帶中,是自板塊構(gòu)造啟動以來持續(xù)進(jìn)行的重要地質(zhì)過程。

圖1 東太平洋洋?。‥PR)海山玄武巖與文獻(xiàn)報(bào)道洋島玄武巖(OIB)、洋中脊玄武巖(MORB)、地幔橄欖巖(Peridotites)、科馬提巖(Komatiites)的鋅同位素值(δ66Zn)對比

圖2 (a) 地震波低速帶(LVZ)中低程度熔體形成的巖石學(xué)模型,(b)大洋巖石圈之下地幔交代和巖漿形成過程示意圖
該研究系統(tǒng)揭示了東太平洋上地幔中存在顯著的鋅同位素不均一性,并提出低程度熔體交代作用是導(dǎo)致地幔源區(qū)化學(xué)成分和同位素不均一性的主要機(jī)制。這一發(fā)現(xiàn)不僅深化了對地幔演化的認(rèn)識,也為理解全球范圍內(nèi)玄武巖的成因提供了新的同位素示蹤工具。
該研究由中國科學(xué)院海洋研究所、中國地質(zhì)大學(xué)(北京)和中國海洋大學(xué)等多家單位合作完成。論文第一作者兼通訊作者是中國科學(xué)院海洋研究所孫普副研究員,合作作者包括中國地質(zhì)大學(xué)(北京)牛耀齡教授、陳艷虹副教授,中國海洋大學(xué)李東永等。該研究得到國家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的共同資助。
論文信息:
Sun, P.*, Niu, Y., Chen, Y., Duan, M., Li, D., Chen, S., Guo, P., Gong, H. and Wang, X., 2025. Large zinc isotope variations in eastern Pacific seamount basalts as a result of mantle metasomatism. Geochimica et Cosmochimica Acta. https://doi.org/10.1016/j.gca.2025.07.031
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