研究揭示大洋中脊玄武巖地幔重鐵同位素富集的低度熔體交代起源

對大洋中脊玄武巖 (MORBs) 的研究表明，大洋上地幔的 Fe 同位素組成可變，超出了統(tǒng)一來源的地幔熔融過程和巖漿演化的解釋，表明大洋上地幔中 Fe 同位素的異質性。然而，上地幔鐵同位素異質性的起源仍然是個謎。

為了驗證 MORB地幔重 Fe 同位素(56、57 Fe與輕54 Fe)富集與地球歷史上與低度熔體地幔交代作用相關的不相容元素富集過程相同的假說，由中國科學院海洋研究所 (IOCAS) 的郭鵬遠博士對來自大西洋中脊 (MAR) 巖漿穩(wěn)健段 (OH-1) 的特征明確的 MORB 樣品進行了 Fe 同位素研究，地點為 ~北緯 35°。

該研究發(fā)表在《地球與行星科學快報》上。

所研究的 18 個樣品顯示出較大的δ56 Fe 變化，反映出在這種脊段尺度上相當大的 MORB Fe 同位素變異性。“引人注目的是δ56 Fe corr與不相容元素的豐度和比率，甚至與 Sr-Nd-Hf 同位素的顯著相關性，”郭博士說。

OH-1 熔巖δ56 Fe的大變化以及與不相容元素的豐度和比率以及與放射性同位素的顯著相關性不是由海水蝕變、部分熔融、巖漿演化和巖漿房混合引起的;它們反映了MAR這一部分下方明顯的地幔源繼承。

低度熔化可以有效地分餾不同不相容性的元素，尤其是不相容性差異小或細微的元素之間。因此，相關的 Fe 同位素變化 ( δ56 Fe = +0.03 至 +0.18 ‰) 與不相容元素的豐度和比率表明導致重 Fe 和不相容元素富集的共同過程。

“我們將這一過程解釋為地球歷史上發(fā)生在大洋巖石圈-軟流圈邊界的低 F 熔體地幔交代作用，”郭博士說。如在 MAR 的山脊段 OH-1 所觀察到的，在現(xiàn)今的次脊之下，這種再循環(huán)復合巖性的熔化產生了具有地球化學相關性的 MORB 熔體。δ56 Fe 與87 Sr/ 86 Sr 呈正相關，與143 Nd / 144 Nd 和176 Hf/ 177 Hf 呈負相關，進一步表明低 F 熔體交代地幔的古老形成。

“我們認為導致上地幔重 Fe 同位素富集的低 F 熔體地幔交代作用是一個全球普遍的過程，并且廣泛存在，因為可用的全球 MORB Fe 同位素顯示出與其不相容元素的豐度和比率的系統(tǒng)相關性，”郭博士說。 .

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