我校在板块俯冲过程Mg同位素地球化学行为研究取得重要进展

我校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，在板块俯冲过程中Mg同位素地球化学行为领域取得重要进展，该成果有可能对深部碳循环这一国际重要科学问题具有开拓性意义。相关成果发表在2014年地球化学顶级刊物《Geochimica et Cosmochimica Acta》和《Nature Communications》上。

Mg有三个同位素， ²⁴ Mg， ²⁵ Mg，和 ²⁶ Mg，不同岩石类型具有不同的Mg同位素组成（ ²⁶ Mg/ ²⁴ Mg），因此Mg同位素可用来示踪各种地质过程。Mg是碳酸盐矿物的主要构成元素之一，其同位素组成相比典型地幔岩石显著较轻，因此当其被俯冲板块携带再循环进入地幔后可导致局部地幔Mg同位素组成的不均一性，从而有可能用来示踪地幔中再循环表生碳酸盐岩。然而，在利用Mg同位素作为深部碳循环的示踪剂以前需要解决两个重要科学问题：1）查明板块俯冲变质脱水过程是否导致Mg同位素分馏；和2）俯冲板块内部硅酸盐和碳酸盐相互作用是否改变两者的Mg同位素组成。现任美国华盛顿大学博士后的王水炯在我校读博期间在李曙光院士和滕方振副教授的联合指导下，系统探查了上述两个科学问题。

对大别山和杨子板块北缘不同变质程度的基性岩的研究发现，从板块俯冲初期阶段的绿片岩，经中级变质的斜长角闪岩，到俯冲进入地幔的超高压变质榴辉岩，尽管水含量不断下降，但均表现出均一的MgO含量和Mg同位素组成，因此，在进变质脱水过程中不发生MgO丢失和Mg同位素分馏。进一步研究聚焦在深部碳循环过程中的两个主要富碳载体：碳酸盐化榴辉岩和大理岩。二者在板块俯冲过程中可能发生同位素交换。对苏鲁造山带大理岩和其中包裹的榴辉岩透镜体的研究发现：碳酸盐化榴辉岩相对于其他包裹在片麻岩中的正常榴辉岩具有显著偏轻的Mg同位素组成；而大理岩表现出与典型沉积碳酸盐不同的Mg同位素特征，即含Mg方解石的Mg同位素组成显著变重，而白云石的Mg同位素组成保持不变。上述现象是由板片俯冲过程中，榴辉岩和大理岩的Mg同位素交换所致。白云岩由于具有较高的Mg含量，在板块俯冲过程中能保存其初始Mg同位素组成，因此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。

中国地质大学（北京）同位素实验室长期以来致力于将非传统同位素运用到深部碳循环这一国际重要科学命题。本研究得到了国家自然科学基金委的支持。