广袤无垠的洋壳不仅是循环物质的主要来源，也是地球内外多圈层间物质循环和相互作用的重要媒介，是导致地幔岩石和化学成分不均一的关键因素 (Hofmann, 2014; Jackson and Dasgupta, 2008)。锌同位素（δ⁶⁶Zn）作为一种新兴研究工具，特别适用于示踪洋壳和碳酸盐等表生物质的深部循环过程 (Beunon et al., 2020; Liu et al., 2016)。准确约束洋壳的锌同位素组成对于其作为示踪工具的应用至关重要。洋壳主要由下部的辉长岩和上部的洋中脊玄武岩（MORB）组成，然而，由于辉长岩的采样难度大，其锌同位素鲜有研究；此外，现有的MORB锌同位素数据也较少，不足以确认其是否能代表整个洋壳的锌同位素组成。

中国地质大学（武汉）壳幔交换动力学科研团队的博士后王霞与合作导师汪在聪教授及其合作者，首次报道了新鲜下洋壳辉长岩的锌同位素数据，并补充了部分MORB的锌同位素数据（图1）。通过对全球不同扩张速率的大洋辉长岩和MORB进行系统的锌同位素研究和对比，深入探讨了上下洋壳锌同位素组成的差异及其影响因素，并准确估计了洋壳的平均锌同位素组成。这些成果对于理解锌同位素在洋壳演化过程中的行为以及利用锌同位素示踪洋壳和碳酸盐循环对地幔的影响具有重要意义。主要认识如下：

图1. 超慢速西南印度洋中脊辉长岩、快速东太平洋和慢速南中大西洋中脊玄武岩的采样位置。修改自White and Klein (2014), Dick et al. (2019)。

（1） 上洋壳均匀的锌同位素组成

全球不同扩张速率下的MORB显示出相对均匀的锌同位素组成 (e.g., 本研究; Day et al., 2022; Wang et al., 2017），平均δ⁶⁶Zn值为0.27 ± 0.06‰（2sd, n = 80）（图2）。尽管结晶分异能造成~ 0.10‰的锌同位素变化 (Sun et al., 2023)，但是广泛的岩浆混合作用会导致MORB锌同位素的均一化，其平均值可以代表上洋壳的锌同位素组成（图4）。

图2. 全球MORB的Zn含量及其同位素组成与MgO的关系。位于EPR 10°30′N的MORB记录了结晶分异导致残余熔体锌同位素增加的特征。相比之下，本研究中的EPR MORB以及来全球不同扩张速率的MORB显示出相对均匀的Zn含量和δ⁶⁶Zn值。

（2） 下洋壳显著变化的锌同位素组成

辉长岩由多期次岩浆作用形成，呈现出显著的锌同位素变化（δ⁶⁶Zn = 0.11-0.34‰）。结晶分异作用可以部分解释这种变化（~ 0.10‰，图3）。此外，堆晶后的改造作用（如熔岩反应、捕获熔体和动力学不平衡等）能够增加辉长岩在局部的锌同位素变化。利用每期次辉长岩体的加权平均值，估算下洋壳的δ⁶⁶Zn为0.21 ± 0.03‰（图4）。

图3. U1473A钻孔中辉长岩的Mg#，Zn含量和δ⁶⁶Zn的变化特征。每个辉长岩体的锌同位素变化范围和平均值相似。辉长岩体III特别显示了结晶分异对锌同位素的影响。样品75R-1-83/91和88R-6-85/89经历了高度演化熔体的渗透，其中88R-6-85/89的δ⁶⁶Zn被显著提高。

图4. 地幔到洋壳锌同位素的变化特征。地幔部分熔融和壳内岩浆结晶分异导致锌同位素逐渐变重。辉长岩中锌同位素的明显变化反映了下洋壳的不均一性。相比之下，MORB的δ⁶⁶Zn变化较小，证明了岩浆混合的均一化效应。

（3） 比MORB更低的全洋壳锌同位素组成

根据全球上下洋壳的平均比例（30:70），计算得出全洋壳的平均δ⁶⁶Zn为0.23 ± 0.03‰。该值与地幔熔融形成的原始熔体一致，但低于前人以MORB为代表的洋壳δ⁶⁶Zn值（0.28 ± 0.03‰）。洋壳在俯冲进入深部地幔时，特别是下洋壳显著变化的锌同位素，会导致地幔及其派生岩浆锌同位素的高度变化（如全球OIB）。此外，洋壳整体较低的δ⁶⁶Zn值还强调了在解释一些幔源岩浆（如中国东部板内碱性玄武岩）中锌同位素显著增高时，除了洋壳本身外，其他表生物质尤其是碳酸盐的重要性（图5）。

图5. 循环洋壳对地幔及其派生岩浆锌同位素的影响。地幔的部分熔融和岩浆分异导致的锌同位素分馏有限，由洋壳或地幔橄榄岩形成的熔体不能完全解释一些岩石中显著更重的锌同位素组成。这表明地幔源区必须含有更丰富的重锌同位素组分，如表生碳酸盐。

感谢IODP 360和362T航次为本研究提供的辉长岩，以及“大洋一号”研究船DY115-22航次（第5和第6航段）提供的中洋脊玄武岩。本研究受到国家重点研究和发展计划（2023YFF0804100），国家自然科学基金（42273023）以及南方海洋科学与工程广东省实验室PI项目（GML2022006）的资助。

文章信息：Wang, Xia, Wang, Zaicong*, Ciazela, Jakub, Zou, Zongqi, Li, Wei, Yu, Yuanyang, Li, Ming, Liu, Yongsheng, 2024. Zinc isotopic composition of oceanic crust: Insights from oceanic gabbro cumulates and MORBs. Chemical Geology 670 122443. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2024.122443

参考文献：

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Day, J.M.D., Moynier, F., Ishizuka, O., 2022. A partial melting control on the Zn isotope composition of basalts. Geochemical Perspectives Letters, 23: 11-16. https://doi.org/10.7185/geochemlet.2230

Dick, H. et al., 2019. Dynamic Accretion Beneath a Slow‐Spreading Ridge Segment: IODP Hole 1473A and the Atlantis Bank Oceanic Core Complex. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 124(12): 12631-12659. https://doi.org/10.1029/2018JB016858

Hofmann, A.W., 2014. 3.3 - Sampling Mantle Heterogeneity through Oceanic Basalts: Isotopes and Trace Elements. In: Holland, H.D., Turekian, K.K. (Eds.), Treatise on Geochemistry (Second Edition). Elsevier, Oxford, pp. 67-101. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-095975-7.00203-5

Jackson, M.G., Dasgupta, R., 2008. Compositions of HIMU, EM1, and EM2 from global trends between radiogenic isotopes and major elements in ocean island basalts. Earth and Planetary Science Letters, 276(1-2): 175-186. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2008.09.023

Liu, S.A., Wang, Z.Z., Li, S.G., Huang, J., Yang, W., 2016. Zinc isotope evidence for a large-scale carbonated mantle beneath eastern China. Earth and Planetary Science Letters, 444: 169-178. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2016.03.051

Sun, P. et al., 2023. Zinc isotope fractionation during mid-ocean ridge basalt differentiation: Evidence from lavas on the East Pacific Rise at 10°30′N. Geochimica et Cosmochimica Acta, 346: 180-191. https://doi.org/10.1016/j.gca.2023.02.012

Wang, Z.Z. et al., 2017. Zinc isotope fractionation during mantle melting and constraints on the Zn isotope composition of Earth’s upper mantle. Geochimica et Cosmochimica Acta, 198: 151-167. https://doi.org/10.1016/j.gca.2016.11.014

White, W.M., Klein, E.M., 2014. Composition of the Oceanic Crust, Treatise on Geochemistry, pp. 457-496. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-095975-7.00315-6