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我校陳伊翔教授團隊通過對蛇紋巖天然樣品的系統(tǒng)分析，首次清晰揭示了橄欖巖蛇紋石化過程中存在顯著的Mg同位素分餾。這個發(fā)現(xiàn)不僅挑戰(zhàn)了前人認為只有蛇紋巖風化過程才會有Mg的遷移和Mg同位素分餾的認識，而且對理解海水化學組成變化和地幔Mg同位素不均一性具有重要意義。該成果近日發(fā)表在國際地球化學領域頂級期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》上。

橄欖巖蛇紋石化過程廣泛出現(xiàn)在海底大洋巖石圈和弧前地幔楔中，對于生命起源環(huán)境和地球內(nèi)部物質(zhì)循環(huán)具有重要作用。大洋巖石圈地幔的蛇紋石化過程和隨后發(fā)生的蛇紋巖風化作用，會顯著改變海水的元素和Mg同位素組成，是理解地球歷史上海水化學組成變化和Mg的深部地球化學循環(huán)的關鍵環(huán)節(jié)。

橄欖巖蛇紋石化和化學風化是兩個不同的過程，形成于不同的溫度條件并具有差異性的礦物組合。前人研究發(fā)現(xiàn)，橄欖巖化學風化過程中有顯著的Mg丟失和Mg同位素變化。然而，這些研究沒有區(qū)分蛇紋石化和化學風化過程的獨立影響，而是全部歸結為化學風化的結果。這導致對蛇紋石化這一重要地質(zhì)過程中Mg元素和同位素行為的認識長期懸而未決。

針對以上問題，陳伊翔教授團隊選取全球典型的古大洋巖石圈（西藏日喀則蛇綠巖）作為研究對象，對橄欖巖和蛇紋巖進行了深入的巖石學和地球化學分析。他們選取的研究樣品背景清楚，可以準確衡量蛇紋石化發(fā)生前后的化學變化；同時將Mg和O同位素相結合，不僅可以準確限定蛇紋石化的溫度，而且可以有效判斷化學風化的影響。

研究結果發(fā)現(xiàn)，橄欖巖只是經(jīng)歷了蛇紋石化過程，未受到顯著的化學風化影響。根據(jù)橄欖巖和蛇紋巖的主量元素和Mg同位素組成差異，清晰揭示了蛇紋石化過程中確實發(fā)生了明顯的Mg丟失和Mg同位素分餾（圖1）。

圖1橄欖巖和蛇紋巖的Mg含量變化以及Mg-O同位素組成

根據(jù)蛇紋石化過程中Mg含量和Mg同位素組成變化，精確限定了流體與蛇紋巖之間Mg同位素的分餾系數(shù)α (26Mg/24Mg)值為0.997-0.999，這個值與前人理論計算結果一致(圖2)?？紤]蛇紋石化反應特征，確定該溫度下蛇紋石化流體的平均d26Mg值為–1.9‰左右，顯著低于現(xiàn)今海水的Mg同位素組成。

圖2橄欖巖蛇紋石化過程中流體-礦物間的Mg同位素分餾系數(shù)及其與溫度的關系

由于洋底蛇紋石化廣泛存在，并在地球歷史上長期存在，蛇紋石化過程中Mg元素的加入會對海水的化學演化和Mg同位素組成造成顯著影響。同時，海底蛇紋石化會形成具有重Mg同位素組成的蛇紋巖，這些蛇紋巖隨著大洋巖石圈俯沖進入地幔會引發(fā)地幔Mg同位素組成的變化，并使相關巖漿巖產(chǎn)生重Mg同位素組成的信號。

我校地球和空間科學學院博士后趙梅善為論文的第一作者，陳伊翔教授為通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金和中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項資金的資助。

原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016703722006032

（地球和空間科學學院、科研部）