中國科大在俯沖帶鋰同位素地球化學研究中取得重要進展
2020年05月27日 8:47 9325次瀏覽 來源： 中國科技大學 分類： 鋰
板塊俯沖帶是地球表面-內(nèi)部物質(zhì)和能量交換、大陸地殼生長以及殼/幔相互作用的重要場所，也是地球上最宏大的地質(zhì)過程之一。俯沖帶也是火山活動、地震、海嘯等地質(zhì)災害的主要發(fā)生區(qū)域，與地球演化及人類生活息息相關(guān)。大陸或者大洋地殼巖石深俯沖進入地球深部，經(jīng)歷高溫高壓變質(zhì)作用形成榴輝巖；同時俯沖板塊析出的流體交代地幔楔導致部分熔融形成島弧火山巖。這兩類巖石記錄了俯沖板片地質(zhì)演化及俯沖帶殼幔相互作用方面的重要信息。
鋰（Li）是 “大爆炸”形成宇宙時的最基本元素之一，也是最輕的金屬元素，在人類社會被廣泛應用于電池儲能、冶金、醫(yī)藥、玻璃陶瓷、航天及核能等各種工業(yè)領(lǐng)域。地殼中Li含量平均僅為0.0065%，在自然界以微量元素的形式廣泛存在于各種巖石礦物和地質(zhì)熔流體中。鋰有兩個穩(wěn)定同位素：6Li和7Li，其相對質(zhì)量差（16%）是所有金屬元素中最大的。自然界Li同位素組成會由于地質(zhì)條件的改變而產(chǎn)生顯著的變化，這一特性被廣泛用于示蹤各種地質(zhì)過程的發(fā)生機制和演化過程。
近期，中國科學技術(shù)大學肖益林教授團隊選取我國西藏松多地區(qū)由俯沖蝕變洋殼形成的榴輝巖，以及位于俄羅斯遠東地區(qū)的勘察加半島島弧火山巖，開展了詳細系統(tǒng)的俯沖帶相關(guān)過程的鋰（Li）同位素和其它地球化學方面的綜合研究，為揭示俯沖帶水巖相互作用過程中的鋰同位素地球化學行為，利用Li同位素示蹤俯沖帶地質(zhì)過程及理解板塊構(gòu)造過程提供了重要證據(jù)。相關(guān)研究成果分別發(fā)表于Geochimica et Cosmochimica Acta和Journal of Geophysical Research-Solid Earth上。肖益林教授為論文通訊作者，劉海洋博士為第一作者。
對于西藏榴輝巖樣品的Li同位素研究表明，俯沖蝕變洋殼形成的巖石總體具有高的鋰濃度和虧損7Li的同位素組成。進一步的模擬結(jié)果顯示，俯沖過程中的板片脫水與折返過程中的沉積物分異流體之間的混合，是形成榴輝巖中鋰同位素特征的主要原因（圖1）。研究揭示了俯沖低溫蝕變洋殼的Li同位素特征及其地球化學行為，證明了俯沖帶Li同位素體系主要受控于變質(zhì)脫水和折返流體交代過程，但也可能被俯沖的變質(zhì)沉積巖所影響。這些認識為理解榴輝巖鋰同位素特征和俯沖帶鋰同位素地球化學行為提供新的思路。
對勘察加半島不同火山密集區(qū)島弧巖石的Li同位素研究表明，隨著俯沖深度的增加，板片分異流體逐漸減少，而鋰同位素組成變化范圍較小。模擬計算結(jié)果顯示板片分異的流體對勘察加島弧巖漿的鋰同位素體系影響程度有限，地幔楔可能存在再平衡過程，因此島弧巖石往往具有類似于洋中脊玄武巖的鋰同位素特征。該研究對揭示全球島弧巖石鋰同位素的組成特征提供了關(guān)鍵信息。
該研究得到了中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項（B）和國家自然科學基金的聯(lián)合資助。此前研究團隊在國家自然科學基金資助下建立的Li同位素分析平臺發(fā)揮了重要的技術(shù)先導作用。
責任編輯：周大偉
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