中國南海世界首次發現碳酸巖母巖漿向堿性玄武巖連續轉化

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時間:2017-01-24  來源:地質室、科研處文本大小:【 |  | 】  【打印

  123日,國際著名期刊《自然-地球科學》(Nature Geoscience)以長篇論文(Articles)形式在線刊登中科院海洋研究所張國良研究員(第一/通訊作者)的論文:“Evolution of carbonated melt to alkali basalt in the South China Sea”,報道了在中國南海發現世界首例由碳酸鹽質母巖漿向堿性玄武巖連續轉化的現象。該發現打開了揭秘深部碳循環的一扇新的窗戶,將大大推動有關深部碳對巖漿活動、地表環境的影響等相關研究。 

  張國良研究員與南京大學陳立輝研究員、美國加州大學M.G. Jackson德國馬普學會化學所A.W. Hofmann合作,對國際大洋發現計劃(IODP)南海鉆孔巖芯進行了地球化學、同位素化學和礦物學研究,發現了世界首例碳酸鹽質母巖漿向堿性玄武巖連續轉化的現象。這對深部碳循環和全球堿性玄武巖成因具有重要科學意義。【注釋:碳酸鹽質巖漿含有大量CO2,也是地球上最富稀土元素的巖漿之一】 

  地幔存儲了地球上絕大部分的碳,其中的CO2可能對巖漿的最初形成起到關鍵作用。多年來,經典的室內高溫高壓實驗也推斷:在CO2的參與下,地幔中極有可能存在碳酸鹽化的熔體(巖漿),這種熔體可能與堿性玄武巖【注釋:全球海山大多由堿性玄武巖組成】成因有某種關聯。然而,長期以來這些高溫高壓熔融實驗結果并未得到自然界樣品的支持。該研究首次發現自然界的碳酸鹽質巖漿可以連續轉化成為堿性玄武巖:碳酸鹽質巖漿與巖石圈反應過程中,導致巖石圈吸收了大量稀土元素(磷灰石分離效應,圖1),并使巖漿脫CO2,最終碳酸鹽質巖漿演化成堿性玄武巖。 

  該研究的意義在于:1. 確認地球上真實存在碳酸鹽質巖漿向堿性巖連續轉化的現象,對全球碳循環具有舉足輕重的意義;2. 推斷大洋堿性海山下部可能存在大規模稀土富集、礦化帶;3. 熱和薄的巖石圈有利于地球深部CO2遷出地表;4. 巖石圈可能是阻止地球深部CO2遷至地表的重要屏障(見圖2)。 

  本項研究得到中國科學院戰略性先導科技專項(海洋專項)以及國家優秀青年科學基金資助。 

  原文鏈接:http://www.nature.com/ngeo/journal/vaop/ncurrent/full/ngeo2877.html 

1. 磷灰石結晶分離效應。磷灰石結晶分離控制了稀土元素和P元素含量,并構建了火成碳酸巖和堿性洋島玄武巖之間的成因鏈條。 

2. 碳酸鹽質巖漿—巖石圈反應簡化圖。注釋:中國南海停止擴張后,深部的碳酸鹽化熔體穿透了南海極薄的巖石圈(~20 km),其中一部分轉化成了堿性玄武巖;推斷碳酸鹽化熔體穿過正常厚度的巖石圈后,全部被轉化為堿性玄武巖。 

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