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yexuqing木蟲之王 (文學泰斗)
太陽系系主任
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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，其總組成應為玄武質(zhì)，但現(xiàn)今陸殼具有安山質(zhì)的地球化學組成，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制問題。 目前對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。 針對上述問題，我�？茖W研究院劉盛遨教授及其合作者對澳大利亞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變質(zhì)巖開展了詳細的礦物學和系統(tǒng)的Cu同位素研究，并進行了蒙特卡洛模擬、物質(zhì)平衡計算和瑞利分餾建模，取得如下的創(chuàng)新性認識： 下陸殼樣品的Cu同位素與Cu含量負相關，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；陸-陸俯沖進變質(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儲庫的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含量關系圖 圖3 硫化物殼內(nèi)分異和銅同位素分餾模型圖 本項工作受到國家自然科學基金重點項目（42121002）和國家重點研發(fā)計劃（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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