Geology：俯冲带撕裂引发地幔氧同位素异常

【导读】 最近 《地质学》期刊发表的文章，发现澳大利亚的一个火山岩中存在异常低的氧同位素组成。这种异常并非来自地壳物质，而是源于俯冲带撕裂，导致富含 低氧同位素 热液蚀变物质的洋壳进入地幔 ，并改变了地幔的同位素组成。 这一发现挑战了以往对地幔氧同位素组成均一性的认知，表明 低氧同位素组成的 蚀变洋壳 可以通过俯冲作用进入地幔并改变其同位素组成，研究成果 有助于我们更好地理解地球的物质循环和演化过程。

板块构造（Plate tectonics）是地球物质循环的主要方式，地表物质通过俯冲作用进入地幔，而地幔物质则通过火山活动返回地表。氧同位素是示踪这一循环过程的重要工具。通常情况下，地表物质的δ ¹⁸ O值较高，而地幔的δ ¹⁸ O值相对稳定均一。因此，通过分析火山岩中的δ ¹⁸ O，可以判断地幔是否受到地表物质的污染。以往的研究主要关注高δ ¹⁸ O值，将其解释为地表物质，特别是沉积物和流体，进入地幔的证据。而低δ ¹⁸ O值则相对少见。

本研究以澳大利亚维多利亚州西部5.11亿到5亿年前的火山岩和侵入岩（统称为“斯塔夫利岩浆”，Stavely magmas）为研究对象。研究人员利用高精度锆石（Zircon）U-Pb定年技术确定了斯塔夫利岩浆的形成年龄，并结合锆石Hf-O同位素分析，探讨其源区特征及演化历史。Hf同位素（εHf）可以指示岩浆源区的性质，高εHf值代表岩浆源区来自亏损地幔，即未受地壳物质污染的地幔；而O同位素则可以指示地表物质的参与。

研究发现，斯塔夫利岩浆的Hf同位素值很高，表明其源区主要来自亏损地幔。 然而，这些岩浆的δ ¹⁸ O值却异常低，远低于正常地幔值，表明其源区受到了低δ ¹⁸ O物质的污染。 研究人员认为，这种低δ ¹⁸ O物质并非来自地壳物质，而是来自俯冲的洋壳。

他们提出了一个两阶段混合模型：

第一阶段：俯冲带撕裂导致高温热液蚀变的洋壳物质（例如L3辉长岩，L3 gabbros）进入地幔，并与亏损地幔发生混合，形成了低δ ¹⁸ O的亚弧地幔（Sub-arc mantle）。

第二阶段：低δ ¹⁸ O的亚弧地幔熔融形成岩浆，上升过程中又混入了围岩浊积岩（Turbidites），导致Hf同位素值降低，δ ¹⁸ O值升高。

本研究首次发现了俯冲带撕裂导致低δ ¹⁸ O物质进入地幔的证据，挑战了以往对地幔δ ¹⁸ O组成均一性的认知，表明高温热液 低δ ¹⁸ O 源可以通过俯冲作用进入地幔并改变其同位素组成。

参考文献 ： David R. Mole , Christopher J. Lewis , Simon Bodorkos , James L. Crowley , Anthony Schofield , Stacey O. Curtis , Noreen J. Evans; A slab origin for low-δ ¹⁸ O arc magmas. Geology 2025; doi: https://doi.org/10.1130/G52782.1

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