科研进展
马亮等-gca：利用mo同位素约束em1组分来源
20世纪80年代，地幔地球化学领域先驱alan zindler和stan hart基于大洋玄武岩的放射同位素组成定义了dmm（亏损地幔）、himu（高238u/204pb地幔）、em1（1型富集地幔）和em2（2型富集地幔）四种地幔端元组分。在这四种地幔组分中，em1的来源争议最大。典型的em1特征包括极低的206pb/204pb、143nd/144nd、176hf/177hf和中等的87sr/86sr。潜在的em1的来源包括：（1）再循环古老大陆岩石圈地幔、（2）再循环古老大陆下地壳、（3）再循环洋壳 古老沉积物。造成长期争论的根本原因在于，上述三者经过长时间（>7亿年）的演化都可以表现出em1的特征。中国科学院广州地球化学研究所地幔地球化学学科组马亮副研究员、徐义刚院士，与李杰研究员，西北大学陈立辉教授、河海大学刘建强博士合作，利用mo稳定同位素体系，限定了大陆em1组分起源于再循环洋壳 古老沉积物。
mo稳定同位素体系可有效识别大陆地壳、大陆岩石圈地幔、再循环洋壳和远洋沉积物。球粒陨石具有均一的mo同位素组成（δ98/95mo=-0.15‰；δ98/95mo是相对于标准物质nist srm 3134的98mo/95mo比值）；地幔的mo同位素组成（-0.20‰）略轻于球粒陨石；全球地幔橄榄岩包体的δ98/95mo（-0.21±0.18; 2sd, n=15）与地幔值接近；大陆地壳具有重mo同位素特征（0.00‰至0.35‰）；而再循环洋壳（-0.68‰至-0.13‰）和远洋沉积物（-1.87‰至0.11‰）具有轻mo同位素特征。大陆、大洋与地幔之间显著的mo同位素组成差异为示踪em1组分的来源提供了绝佳的条件。
图1 诺敏河玄武岩的放射性同位素组成特征。
研究人员对典型的大陆em1型玄武岩—中国东北地区新生代诺敏河钾质玄武岩（260pb/204pb<17.5）开展了详细的mo同位素研究（图1）。分析结果显示，诺敏河玄武岩具有轻于球粒陨石的mo同位素组成特征，其δ98/95mo从-0.49变化到-0.15‰，mo/ce从0.009变化到0.037。δ98/95mo与mo/ce、lu/hf、176hf/177hf呈正相关，与la/yb、zr/yb、hf/yb以及一些不相容元素（la、nb、ta、pb、zr、hf）呈负相关。
诺敏河玄武岩的mo同位素未受到热液蚀变、地壳混染、富mo矿物分离结晶和熔融残留等过程的影响。δ98/95mo、mo/ce与放射性同位素关系表明，em1端元具有非常轻的mo同位素组成和极低的mo/ce（图2）。由于大陆地壳和岩石圈地幔均无法为其贡献轻的mo，em1组分最有可能来源于轻mo同位素、低mo/ce的再循环洋壳 古老远洋沉积物。
图2 诺敏河玄武岩的mo/ce、mo同位素与hf同位素关系图。
mo同位素与放射性同位素、微量元素之间的协变关系可以用橄榄岩 榴辉岩（含沉积物）的不一致熔融过程来解释。低程度部分熔融时主要记录了富集的、易熔的榴辉岩（含沉积物）熔体的信息，即低的δ98/95mo、mo/ce、lu/hf，高的la/yb、zr/yb、hf/yb和不相容元素含量，以及em1型的放射性同位素特征；高程度部分熔融时则记录了亏损的、难熔的地幔橄榄岩的地球化学信息（图3）。
该研究不仅支持地幔中em1组分起源于再循环洋壳 古老沉积物的观点，还证明了残留板片中轻的mo可以保存在地幔深部（至少在地幔转换带深度410-660km），并通过火山作用循环至地表。再循环洋壳物质在深部地幔形成轻mo的储库，该储库可补偿重mo同位素特征的大陆地壳。mo同位素有望成为深部地幔中再循环洋壳物质强有力的示踪剂。
图3 诺敏河玄武岩的mo同位素与部分熔融程度关系图。
研究成果发表于国际地球化学权威期刊geochimica et cosmochimica acta。该研究受到中国科学院先导b专项、国家自然科学基金、广东省自然科学基金和南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）的联合资助。
论文信息：ma liang*, xu yi-gang, li jie, chen li-hui, liu jian-qiang, li hong-yan, huang xiao-long. ma qiang, hong lu-bing, wang yu. 2022. molybdenum isotopic constraints on the origin of em1-type continental intraplate basalts. geochimica et cosmochimica acta. 317, 255-268.