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地球科学部

    我国学者发现地球核幔边界存在地表碳酸盐的化学“印记”

    日期 2018-09-29   来源:地球科学部   作者:裴军令,陈曦,任建国  【 】   【打印】   【关闭

      在国家自然科学基金项目(项目编号:41372064,41688103,41672049)等资助下,南京大学地球科学与工程学院陈立辉教授课题组与合作团队,在地球深部研究取得重要进展,发现起源于核-幔边界的地幔柱中存在古老地表碳酸盐的化学“印记”。研究成果以“Recycled ancient ghost carbonate in the Pitcairn mantle plume”为题于2018年8月28日在Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America(PNAS,《美国科学院院报》)在线发表。论文链接:http://www.pnas.org/content/115/35/8682。

      了解地幔的化学组成与演化以及深部地幔与地表的物质循环过程是了解地球内部如何运行的重要研究方向。前人通过放射成因同位素示踪技术对全球洋岛玄武岩(ocean island basalt, 简称OIB)的研究,揭示出地幔在化学组成上是高度不均一的,并定义了EM1、EM2和HIMU等地幔端元组分。尽管目前多认为这些端元组分的形成与地球浅部物质的再循环有关,然而关于这些组分究竟代表何种再循环物质,仍然存在很大争议。其中有关EM1来源的争论最为激烈并长期持续,EM1因而被认为是最“神秘莫测”的地幔组分。

      陈立辉教授领导的研究团队选择来自南太平洋Pitcairn火山岛(由起源于核幔边界的地幔柱在约0.95~0.45百万年前部分熔融产生,图1)的OIB样品进行了高精度镁同位素、Sr-Nd-Pb-Hf放射成因同位素,以及常规的主量、微量元素分析。研究发现Pitcairn洋岛经典的EM1型OIB样品的镁同位素组成比正常地幔明显偏轻。根据镁同位素与其他同位素之间的相关性,识别出轻的镁同位素组成是玄武岩源区EM1组分的固有特征。玄武岩源区EM1组分比正常地幔偏轻的镁同位素组成,结合其极低的206Pb/204Pb比值和硫同位素非质量分馏特征,明确指示EM1起源于再循环的古老(约25~26亿年)含碳酸盐沉积物。这一研究结果表明,曾经位于地球表层的沉积物可俯冲进入地球深部(核幔边界)长期保存,并最终被地幔柱携带至浅部地幔熔融参与玄武岩浆的组成,实现地球深部与地球表层之间的物质循环(图2)。

    图1  位于南太平洋的Pitcairn火山岛

    图2  地球深部与地球表层之间的物质循环

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