地质地球所Mg同位素示踪再循环碳酸盐岩研究获进展

　　地球深部碳循环已经成为国内外地球科学研究的热点问题之一。过去的研究证实地幔是一个巨大的碳库，其储存的碳量超过地球所有其它储库含碳量的总和，这表明地表的大部分碳都通过俯冲带重新回到了地幔中。蚀变洋壳携带的大量碳酸盐岩并不会在俯冲脱水过程中被释放，而是被携带到地幔深部，从而显著改变地幔的物理化学性质（如固相线、地震波速、密度等）。C同位素已经被广泛应用于示踪再循环碳酸盐岩，它对于示踪有机碳非常有效。然而，经俯冲带再循环进入地幔的碳酸盐岩中95%是无机碳。因此，这需要新的同位素体系来更有效地示踪深部碳循环。

　　中国科学院地质与地球物理研究所纳米离子探针实验室副研究员杨蔚及其合作者对此开展了相关研究，他们发现，碳酸盐和硅酸岩巨大的Mg同位素差异使得Mg同位素体系可能是示踪再循环碳酸盐岩的有效手段，并据此对华北克拉通中、新生代玄武岩开展了系统的Mg同位素研究。

　　研究结果显示，> 120 Ma义县组玄武岩具有类似于地幔的Mg同位素组成（δ26Mg = -0.31 ~ -0.25），平均值为-0.27 ± 0.05。相反，<110 Ma阜新和太行山玄武岩均具有轻的Mg同位素组成（δ26Mg = -0.60 ~ -0.42），平均值为-0.46 ± 0.10（图1）。

　　模拟计算显示，这一轻Mg同位素组成，很可能源自再循环的碳酸盐岩对玄武岩源区的交代（图2），玄武岩的其它地球化学特征（高U/Pb、Th/Pb比值和亏损的Sr-Nd同位素特征）也支持这一结论。由于特提斯洋和蒙古洋在三叠纪已经闭合，而且在 > 120 Ma玄武岩中未发现轻Mg同位素的特征，因此，影响华北克拉通新生代地幔的碳酸岩熔体可能源自俯冲的太平洋板块。

　　该研究不仅提供了一个运用Mg同位素示踪再循环碳酸盐岩的实例，而且为西太平洋俯冲对华北克拉通演化的影响提供了重要制约。

　　该成果发表在国际知名地球化学领域期刊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）。

　　

　

图1：华北克拉通中、新生代玄武岩δ26Mg vs MgO图。灰色区域指示平均地幔的Mg同位素组成，> 120 Ma义县组玄武岩具有类似于地幔的Mg同位素组成，而<110 Ma阜新和太行山玄武岩的δ26Mg明显低于地幔值。

　　

　　

图2：华北克拉通橄榄岩和玄武岩δ26Mg vs MgO图。模拟计算显示，纯硅酸岩熔体交代难以形成低δ26Mg的地幔源区（需要极高的熔体/橄榄岩比值5.2），必须有少量碳酸岩熔体的加入。