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幔游”课题组

"Rocking Mantle" Group





以橄榄石斑晶成分定量评估霞石岩地幔源区的CO2含量

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板片俯冲可以将地球表层的碳酸盐物质输送到地幔,从而改变地幔的物理特性及熔融性质,如:降低固相线,降低地震波速度,提高电导率等。如何定量评估地幔中的CO2含量一直是备受国内外学者关注的科学难题。已有研究表明,地幔中CO2的加入可以促使产生富Ca的岩浆,进而结晶出高Ca的橄榄石。因此,利用橄榄石斑晶中的Ca含量来对地幔中的CO2含量进行定量评估可能是一个可行的方案。

基于此,“幔游课题组”总结编绘了目前已发表的榴辉岩高温高压熔融实验数据,发现源区CO2含量与榴辉岩部分熔融时的全岩Ca分配系数间存在显著相关性(1)。利用此相关性,我们建立了源区CO2含量与全岩Ca分配系数的经验曲线,并结合幔源岩浆中早期结晶橄榄石斑晶的Ca含量,对中国东部代表性新生代霞石岩(山东大山、方山,江苏无锡)的地幔源区(碳酸盐化榴辉岩)中CO2含量进行了定量评估(1)。计算结果显示这些霞石岩的地幔源区中至少含有0.2–5.2 wt% CO2,远远高于MORB~0.02 wt%)和OIB<0.26 wt%)地幔源区中的CO2含量。因此,中国东部陆下地幔(最可能是地幔过渡带)的局部地区极度富碳。我们的研究为评估霞石岩的地幔源区(碳酸盐化榴辉岩)CO2含量提供了一个新的可行的手段。

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1碳酸盐化榴辉岩(霞石岩的地幔源区组成)的CO2含量与全岩Ca分配系数相关图。其中蓝色,黄色,红色阴影区域分别为计算的山东大山、方山以及江苏无锡霞石岩的源区CO2含量。


相关成果发表在国际期刊《Lithos》上。张慧丽博士生为论文第一作者,曾罡为通讯作者,陈立辉、刘建强、于津海和徐夕生参与了本研究。该工作得到国家重点研发计划项目(2022YFF0800404)、国家自然科学基金(42322202)、教育部关键地球物质循环前沿中心(南京大学)(2024JC03)和中央高校基本科研基金(2024300389)的资助。

文章信息:Zhang, H.-L., Zeng, G., Chen, L.-H., Liu, J.-Q., Yu, J.-H., Xu, X.S., 2024. Evaluation of CO2 concentration in a carbonated eclogite mantle source: A new attempt based on the compositions of olivine phenocrysts. Lithos, 482-483: 107669.

原文链接:https://doi.org/10.1016/j.lithos.2024.107669.