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科学研究

高磊:地壳再循环作用导致太古宙上地幔氧化【NC,2022】
2022-06-08 阅读:7022

太古宙上地幔的氧化还原状态深刻地影响着地幔部分熔融的程度以及地幔-海洋-早期地球大气之间的化学平衡。然而,关于太古宙时期上地幔的氧化还原状态及其发生变化的具体原因仍存在争议。一些研究表明,地幔氧逸度在~3.9 Ga后便处于现今水平而没有发生变化;另外一些研究则认为,太古宙玄武岩样品的V/Sc明显比现今的更低,太古宙上地幔主体是还原性的。造成上述争议的最主要原因是计算地幔氧逸度时选取了不同的地幔熔融反应和分配系数。

针对这一问题,金沙最新登录入口-【金沙游艺场】地球科学与资源学院青年教师高磊、北京大学地球与空间科学学院刘树文教授与国内外多家单位合作,采用最新建立的V-Ti氧逸度计分析了全球14个太古宙克拉通中2304个约3.8-2.5 Ga幔源玄武岩相对氧逸度的大小。研究结果显示:(1)太古宙环境地幔(以B-1系列玄武岩为代表)和改造地幔(以B-2系列玄武岩为代表)的氧逸度差异显著但均比现今值低;(2)大多数太古宙克拉通的环境地幔和改造地幔均经历了明显的分区域氧化过程(大致可以分为3个克拉通组),氧逸度普遍增加了约1.0log单位;(3)地幔氧逸度的变化与玄武岩Th/Nb比值及Nd同位素比值的变化密切相关,指示地壳再循环对地幔氧化的贡献(1和图2)。


图1 太古宙B-1系列玄武岩样品的氧逸度及Th/Nb比值示意图



图2 太古宙B-2系列玄武岩样品的氧逸度及Th/Nb比值示意图


上述研究成果发表在国际权威刊物《Nature Communications》上:Gao L., Liu S., Cawood P.A. , Hu F., Wang J., Sun G., Hu Y. Oxidation of Archean upper mantle caused by crustal recycling. Nat Commun 13, 3283 (2022)。高磊博士为本文第一作者,刘树文教授与莫纳什大学的Peter A. Cawood教授为本文的共同通讯作者。中国科学院地质与地球物理研究所特聘副研究员胡方泱、中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室王锦团研究员及中国海洋大学孙国正博士、中国地质调查局发展研究中心胡雅璐博士为本文共同作者。该工作得到了国家自然科学基金项目的大力支持。

全文链接:https://doi.org/10.1038/s41467-022-30886-4


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