中国南海世界首次发现碳酸岩母岩浆向碱性玄武岩连续转化

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时间:2017-01-24  来源:地质室、科研处文本大小:【 |  | 】  【打印

  123日,国际著名期刊《自然-地球科学》(Nature Geoscience)以长篇论文(Articles)形式在线刊登中科院海洋研究所张国良研究员(第一/通讯作者)的论文:“Evolution of carbonated melt to alkali basalt in the South China Sea”,报道了在中国南海发现世界首例由碳酸盐质母岩浆向碱性玄武岩连续转化的现象。该发现打开了揭秘深部碳循环的一扇新的窗户,将大大推动有关深部碳对岩浆活动、地表环境的影响等相关研究。 

  张国良研究员与南京大学陈立辉研究员、美国加州大学M.G. Jackson德国马普学会化学所A.W. Hofmann合作,对国际大洋发现计划(IODP)南海钻孔岩芯进行了地球化学、同位素化学和矿物学研究,发现了世界首例碳酸盐质母岩浆向碱性玄武岩连续转化的现象。这对深部碳循环和全球碱性玄武岩成因具有重要科学意义。【注释:碳酸盐质岩浆含有大量CO2,也是地球上最富稀土元素的岩浆之一】 

  地幔存储了地球上绝大部分的碳,其中的CO2可能对岩浆的最初形成起到关键作用。多年来,经典的室内高温高压实验也推断:在CO2的参与下,地幔中极有可能存在碳酸盐化的熔体(岩浆),这种熔体可能与碱性玄武岩【注释:全球海山大多由碱性玄武岩组成】成因有某种关联。然而,长期以来这些高温高压熔融实验结果并未得到自然界样品的支持。该研究首次发现自然界的碳酸盐质岩浆可以连续转化成为碱性玄武岩:碳酸盐质岩浆与岩石圈反应过程中,导致岩石圈吸收了大量稀土元素(磷灰石分离效应,图1),并使岩浆脱CO2,最终碳酸盐质岩浆演化成碱性玄武岩。 

  该研究的意义在于:1. 确认地球上真实存在碳酸盐质岩浆向碱性岩连续转化的现象,对全球碳循环具有举足轻重的意义;2. 推断大洋碱性海山下部可能存在大规模稀土富集、矿化带;3. 热和薄的岩石圈有利于地球深部CO2迁出地表;4. 岩石圈可能是阻止地球深部CO2迁至地表的重要屏障(见图2)。 

  本项研究得到中国科学院战略性先导科技专项(海洋专项)以及国家优秀青年科学基金资助。 

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1. 磷灰石结晶分离效应。磷灰石结晶分离控制了稀土元素和P元素含量,并构建了火成碳酸岩和碱性洋岛玄武岩之间的成因链条。 

2. 碳酸盐质岩浆—岩石圈反应简化图。注释:中国南海停止扩张后,深部的碳酸盐化熔体穿透了南海极薄的岩石圈(~20 km),其中一部分转化成了碱性玄武岩;推断碳酸盐化熔体穿过正常厚度的岩石圈后,全部被转化为碱性玄武岩。 

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