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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)泰斗)
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劉盛遨：銅同位素揭示大陸地殼形成和演化
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劉盛遨：銅同位素揭示大陸地殼形成和演化【SA，2023】 2023-09-14 閱讀：437次 大陸地殼最初起源于地幔的部分熔融，其總組成應(yīng)為玄武質(zhì)，但現(xiàn)今陸殼具有安山質(zhì)的地球化學(xué)組成，因此存在陸殼成分“悖論”。為了解釋該“悖論”，前人提出了大陸風(fēng)化、富鎂-鐵質(zhì)巖石拆沉、高鎂安山巖等模型。與原始弧巖漿相比，陸殼顯著虧損銅等親硫元素（如金，銀，鉛等）（圖1），查明這些元素如何變得富集或虧損能夠回答陸殼形成和演化的機(jī)制問題。 目前對(duì)陸殼和島弧巖漿銅虧損的解釋存在兩種截然不同的模型：即富銅硫化物堆晶巖的拆沉和富硫島弧地幔的低比例熔融。在地幔部分熔融過程中，不管熔融比例和源區(qū)硫含量如何變化，Cu同位素均不會(huì)發(fā)生分餾，相反，由于硫化物富集輕Cu同位素，硫化物的分異將導(dǎo)致熔體Cu同位素組成顯著升高。因此Cu同位素是區(qū)分以上兩種模型的最直接手段。 針對(duì)上述問題，我�？茖W(xué)研究院劉盛遨教授及其合作者對(duì)澳大利亞Chudleigh、McBride和華北克拉通徐淮、蚌埠下陸殼包體-地體樣品、藏南僧波大陸弧堆晶巖和旁多分異弧巖漿巖、及大別山陸-陸俯沖進(jìn)變質(zhì)巖開展了詳細(xì)的礦物學(xué)和系統(tǒng)的Cu同位素研究，并進(jìn)行了蒙特卡洛模擬、物質(zhì)平衡計(jì)算和瑞利分餾建模，取得如下的創(chuàng)新性認(rèn)識(shí)： 下陸殼樣品的Cu同位素與Cu含量負(fù)相關(guān)，以~50 ppm為界可劃分為貧Cu樣品和富Cu樣品，貧Cu樣品的Cu同位素組成高于地幔值，而富Cu樣品的Cu同位素組成則隨Cu含量增加而逐漸降低（圖2）；富Cu大陸弧堆晶巖樣品的Cu同位素組成與演化的弧巖漿巖互補(bǔ)；陸-陸俯沖進(jìn)變質(zhì)過程不產(chǎn)生系統(tǒng)的Cu同位素分餾。模擬解釋表明拆沉下陸殼的質(zhì)量占現(xiàn)今總陸殼的~21%，現(xiàn)今總陸殼的Cu同位素組成為~0.30‰。 綜上所述，陸殼巖石Cu同位素組成與Cu含量之間的相關(guān)性揭示弧巖漿在地殼發(fā)生硫化物堆晶和拆沉是陸殼銅和其他親硫元素虧損的主要原因（圖3），從而為安山質(zhì)陸殼的形成機(jī)制提供了全新的約束。 圖1 弧巖漿的Cu含量和不同地球化學(xué)儲(chǔ)庫的Cu同位素組成 圖2 下陸殼巖石和富硫化物弧堆晶巖的δ65Cu與Cu含量關(guān)系圖 圖3 硫化物殼內(nèi)分異和銅同位素分餾模型圖 本項(xiàng)工作受到國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（42121002）和國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2019YFA0708400）的聯(lián)合資助，成果發(fā)表在國際綜合期刊《Science Advances》上：Sheng-Ao Liu*, Roberta L. Rudnick，Wen-Ran Liu，F(xiàn)ang-Zhen Teng, Tian-Hao Wu, Ze-Zhou Wang,2023. Copper isotope evidence for sulfide fractionation and lower crustal foundering in making continental crust. Science Advances,9 (36), eadg6995. [IF = 14.957] 全文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adg6995 |
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