王水炯：镁和氧同位素示踪板块俯冲过程中硅酸盐-碳酸盐相互作用【NatC，2014】

来源: www.cugb.edu.cn

CO ₂ 是一种重要的温室气体。全球碳循环影响着地球气候变化。深部碳循环（Deep carbon cycle），即地球表生碳被板块俯冲携带至深部地幔，是全球碳循环中一个重要环节，也是当前国际地学研究中一个重要的前沿科学命题。

最近，中国地质大学（北京）科学研究院同位素实验室李曙光教授与美国华盛顿大学滕方振副教授合作联合指导的王水炯博士，在利用Mg同位素示踪深部碳循环领域取得重要进展。碳酸盐化榴辉岩和碳酸盐岩是板块俯冲过程中重要的富碳载体，因此王水炯在博士论文中研究了山东荣成的超高压变质大理岩及其中的榴辉岩透镜体的Mg-O同位素地球化学。发现：碳酸盐化榴辉岩具有比正常榴辉岩轻的Mg同位素和重的O同位素组成（图1），导致这一现象的原因是板块俯冲过程中，榴辉岩和碳酸盐发生了Mg-O同位素交换，碳酸盐中部分轻的Mg同位素和重的O同位素扩散置换了榴辉岩部分重的Mg同位素和轻的O同位素。此外，该研究还发现超高压变质大理岩的Mg同位素比值和MgO/CaO比值呈负相关（图2），这一关系与正常表生沉积碳酸盐岩具有显著差别，导致这一差异的原因是在俯冲过程中，由于大理岩中灰岩Mg含量低、白云岩Mg含量高，使得上述榴辉岩和大理岩发生的Mg同位素交换对灰岩Mg同位素比值影响显著，对白云岩影响较弱。因此，白云岩在板块俯冲过程中能基本保存其初始Mg同位素组成，可以代表深部碳循环进入地幔的碳酸盐Mg同位素组成端元。这一研究为利用Mg同位素示踪深部碳循环奠定了重要基础。

图1：大理岩-榴辉岩Mg-O同位素交换

图2：大理岩-榴辉岩差异Mg同位素交换

该成果已在线发表在国际著名学术期刊《Nature Communications》上：Shui-Jiong Wang, Fang-Zhen Teng, Shu-Guang Li., 2014. Tracing carbonate-silicate interaction during subduction using magnesium and oxygen isotopes. Nature Communications, DOI:10.1038/ncomms6328。