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刘盛遨：铜同位素揭示大陆地壳形成和演化
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刘盛遨：铜同位素揭示大陆地壳形成和演化【SA，2023】 2023-09-14 阅读：437次 大陆地壳最初起源于地幔的部分熔融，其总组成应为玄武质，但现今陆壳具有安山质的地球化学组成，因此存在陆壳成分“悖论”。为了解释该“悖论”，前人提出了大陆风化、富镁-铁质岩石拆沉、高镁安山岩等模型。与原始弧岩浆相比，陆壳显著亏损铜等亲硫元素（如金，银，铅等）（图1），查明这些元素如何变得富集或亏损能够回答陆壳形成和演化的机制问题。 目前对陆壳和岛弧岩浆铜亏损的解释存在两种截然不同的模型：即富铜硫化物堆晶岩的拆沉和富硫岛弧地幔的低比例熔融。在地幔部分熔融过程中，不管熔融比例和源区硫含量如何变化，Cu同位素均不会发生分馏，相反，由于硫化物富集轻Cu同位素，硫化物的分异将导致熔体Cu同位素组成显著升高。因此Cu同位素是区分以上两种模型的最直接手段。 针对上述问题，我校科学研究院刘盛遨教授及其合作者对澳大利亚Chudleigh、McBride和华北克拉通徐淮、蚌埠下陆壳包体-地体样品、藏南僧波大陆弧堆晶岩和旁多分异弧岩浆岩、及大别山陆-陆俯冲进变质岩开展了详细的矿物学和系统的Cu同位素研究，并进行了蒙特卡洛模拟、物质平衡计算和瑞利分馏建模，取得如下的创新性认识： 下陆壳样品的Cu同位素与Cu含量负相关，以~50 ppm为界可划分为贫Cu样品和富Cu样品，贫Cu样品的Cu同位素组成高于地幔值，而富Cu样品的Cu同位素组成则随Cu含量增加而逐渐降低（图2）；富Cu大陆弧堆晶岩样品的Cu同位素组成与演化的弧岩浆岩互补；陆-陆俯冲进变质过程不产生系统的Cu同位素分馏。模拟解释表明拆沉下陆壳的质量占现今总陆壳的~21%，现今总陆壳的Cu同位素组成为~0.30‰。 综上所述，陆壳岩石Cu同位素组成与Cu含量之间的相关性揭示弧岩浆在地壳发生硫化物堆晶和拆沉是陆壳铜和其他亲硫元素亏损的主要原因（图3），从而为安山质陆壳的形成机制提供了全新的约束。 图1 弧岩浆的Cu含量和不同地球化学储库的Cu同位素组成 图2 下陆壳岩石和富硫化物弧堆晶岩的δ65Cu与Cu含量关系图 图3 硫化物壳内分异和铜同位素分馏模型图 本项工作受到国家自然科学基金重点项目（42121002）和国家重点研发计划（2019YFA0708400）的联合资助，成果发表在国际综合期刊《Science Advances》上：Sheng-Ao Liu*, Roberta L. Rudnick，Wen-Ran Liu，Fang-Zhen Teng, Tian-Hao Wu, Ze-Zhou Wang,2023. Copper isotope evidence for sulfide fractionation and lower crustal foundering in making continental crust. Science Advances,9 (36), eadg6995. [IF = 14.957] 全文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adg6995 |
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