团队在钙同位素示踪深部碳循环过程方向取得重要进展
 
2018年7月，我们团队在Nature Index杂志Geochimica et Cosmochimica Acta上发表了关于华北克拉通北部岩石圈地幔橄榄岩Ca同位素组成的重要研究成果，对Ca同位素示踪深部碳循环过程和约束地幔演化具有重要意义。
深部碳循环是指地球深部的碳以火山作用释放进入大气和地球表层碳酸盐通过俯冲作用进入地球深部。一方面，幔源火山作用会向大气释放巨量二氧化碳，从而影响全球气候。 另一方面，大气中的二氧化碳被海水吸收形成沉积碳酸盐，或者通过玄武岩和橄榄岩的碳酸盐化作用被固定在地壳岩石中，然后通过俯冲作用进入地球地幔。含碳物质在地球深部蕴藏的循环犹如血脉主导着表层气圈和水圈的环境变迁和生物圈的存亡兴灭，同时它们也影响地球适宜人类居住发展的资源、能源、气象、避灾等自然条件，在维持全球适宜居住环境中扮演关键的角色。据估计，每年大约5亿吨碳从地球表面被俯冲进入地幔。然而，目前对俯冲带运输碳酸盐化沉积物进入地幔的相关过程与其对地幔组分不均一性的影响很少约束。
地幔起源的岩石Sr和Ca同位素组成很可能为汇聚板片边缘碳酸盐化沉积物俯冲作用提供重要的信息。沉积碳酸盐岩具有比正常亏损地幔更高的Sr同位素比值和更轻的Ca同位素组成。因此，地幔起源的岩石中高Sr同位素比值和轻Ca同位素组成可能是示踪地幔中再循环碳酸盐的一个指标。更有意思的是，在俯冲带变质过程中碳酸盐流体比蚀变洋壳玄武岩更重的Ca同位素组成。换句话说，可以根据高Sr同位素比值和重Ca同位素组成特征来示踪地幔中俯冲板片的碳酸盐流体。但是目前对俯冲构造背景下地幔岩石的Ca同位素研究确很少。
我们团队和澳大利亚麦考瑞大学Stephen Foley教授对华北克拉通北部繁峙地区橄榄岩包体展开详细的Ca同位素组成研究。研究表明繁峙橄榄岩受到由古亚洲洋板片携带的碳酸盐化沉积物俯冲作用引起的两期交代作用：早期碳酸盐熔流体交代和晚期碳酸盐化硅酸盐熔体交代。结果显示这两期交代介质都具有高Sr同位素比值和重Ca同位素组成。两期交代介质的重Ca同位素组成与古亚洲洋中沉积碳酸盐的轻Ca同位素组成不一致，表明碳酸盐化沉积物在俯冲过程中Ca同位素发生了分馏。高Sr同位素比值和重Ca同位素组成指示了早期交代介质可能是碳酸盐化流体，是由碳酸盐化沉积物在含水条件下熔融形成的。这些碳酸盐化流体同时交代深部地幔，形成高Sr同位素比值和重Ca同位素的深部地幔源区，受交代的深部地幔在晚期熔融形成第二期交代介质（碳酸盐化硅酸盐熔体）。该项研究成果指示了Ca同位素在揭示碳酸盐的俯冲过程及其对地幔交代过程提供重要的约束，可能在深部碳循环领域内具有广泛的应用前景。
第一作者陈春飞是我们团队与麦考瑞大学联合培养博士。通讯作者为刘勇胜教授。
 
全文链接：
Chunfei Chen, Yongsheng Liu, Lanping Feng, Stephen F. Foley, Lian Zhou, Mihai N. Ducea, Zhaochu Hu, 2018. Calcium isotope evidence for subduction-enriched lithospheric mantle under the northern North China Craton. Geochimica et Cosmochimica Acta: 28, 55-67.  
https://doi.org/10.1016/j.gca.2018.06.038