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中国南海发现世界首例碳酸盐质岩浆【环球彩票

发布时间:2019-11-28 04:30编辑:环球彩票登录网址浏览(110)

    火山角砾中发育大量的出溶碳酸盐小球说明岩浆中富含碳酸盐

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    (地球科学与工程学院 科学技术处)

    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。张国良与美国加州大学、南京大学、德国马普学会化学所科学家合作,对国际大洋发现计划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岩浆。这对探究深部碳循环和全球碱性玄武岩成因具有重要科学意义。

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    图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。

    我国南海海盆中分布了大量海山。2014年由我国科学家主导的国际大洋发现计划第349航次,在南海残留脊上的一座海山附近进行了钻探考察,获得了一组珍贵的由海底火山喷发形成的火山碎屑样品。研究小组通过对碎屑岩中的火山角砾样品进行系统的显微观察、全岩地球化学分析和矿物原位的地球化学分析,不仅发现碳酸盐化硅酸盐熔体存在的明确证据,而且发现了碳酸盐化硅酸盐熔体和碱性玄武岩在地球化学上的连续演化关系,其演化规律可以用碳酸盐化硅酸盐熔体与岩石圈地幔橄榄岩相互作用及磷灰石的析出来解释。因此,该发现不仅证实了CO2在南海碱性玄武岩成因中的关键作用,而且获得了岩浆演化的关键细节信息,将推动深部碳循环研究和玄武岩成因研究的进一步结合。

    地幔存储了地球上绝大部分的碳,地幔中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,这种熔体可能与碱性玄武岩成因有某种关联。然而,长期以来这种熔体一直只存在于实验室结果,而CO2与地球上岩浆成因的关联一直神秘莫测。本次研究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。

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    该研究指出: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。该研究的意义有:1. 确认地球上真实存在碳酸盐质岩浆;2. 推断大洋碱性海山下部可能存在大规模稀土矿化带;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。

    我校地球科学与工程学院、内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室陈立辉教授在南海海山玄武岩成因研究方面取得重要进展,相关成果Evolution of carbonated melt to alkali basalt in the South China Sea最近以长论文形式发表在国际著名期刊《Nature Geoscience》上(DOI: 10.1038/NGEO2877)。该项研究工作由多方合作完成,中科院海洋研究所张国良研究员领导了该研究并为论文第一作者,陈立辉教授为论文第二作者,张国良研究员和陈立辉教授为论文共同通讯作者,美国加州大学Jackson教授和德国马普学会化学所Hofmann教授参与了该项研究。

    论文链接

    海山是海底火山作用的产物,全球大部分海山主要由碱性玄武岩(一种相对贫硅、富钠和钾的硅酸盐岩石)组成。因此,碱性玄武岩的成因是理解海底火山作用的关键。长期以来,碱性玄武岩的成因一直存在广泛的争议。近年来,实验岩石学家发现如果在地幔中加入少量的CO2,通过较低程度的部分熔融,就可以生成碱性玄武岩熔体,更低程度的熔融可以生成碳酸盐化的硅酸盐熔体甚至碳酸盐熔体。长期以来,由于缺乏天然样品的支持,这些高温高压实验的地质意义尚需检验。

    图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,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。

    1月23日,国际期刊《自然-地球科学》(Nature Geoscience)以长篇论文形式在线刊登了中国科学院海洋研究所研究员张国良的论文: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碳酸盐质岩浆,及其向碱性玄武岩连续转化的现象。

    该研究得到中科院战略性先导科技专项以及国家优秀青年科学基金资助。

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