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《中国科学院海洋研究所在现代海底热液硫化物矿床的Fe-S同位素研究方面取得新进展》

  • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者： liguiju
  • 发布时间：2020-10-10

  • 近日，Science Bulletin报道了中国科学院海洋研究所深海研究中心孙卫东研究员课题组与中国海洋大学翟世奎教授课题组关于南大西洋中脊德音1号热液区硫化物烟囱体Fe-S同位素的研究成果。该研究发现热液黄铁矿的铁同位素与硫同位素具有正相关关系，对于研究热液成矿过程具有重要的意义。

    现代海底热液系统有正在发生的成矿作用，黑烟囱是研究成矿过程的理想样品。近年来Fe、Zn、Cu等金属稳定同位素技术的发展为研究热液硫化物矿床的形成机制提供了新的手段。然而，国际上已报道的热液硫化物Fe同位素组成分散杂乱，对其分布规律的认识程度较低。德音1号热液区是2011年大洋22航次中由中国科学家发现的，位于南大西洋中脊15°S附近。该工作对德音1号热液区一个完整的硫化物烟囱体由内至外地开展了黄铁矿等单矿物的S和Fe同位素组成研究，结果显示黄铁矿的δ34S和δ56Fe值在烟囱壁上从外到内呈规律性增大，而且δ34S和δ56Fe值表现出明显的线性正相关关系；作者进一步对全球已发表的海底热液黄铁矿的S和Fe同位素进行总结，发现其δ34S和δ56Fe值也存在类似的特征。通过对黄铁矿沉淀-重结晶过程中的元素同位素行为进行模拟，作者认为烟囱体生长过程中温度梯度会导致S和Fe同位素分布的不均一，而相似的矿物-流体交换程度可能造成S和Fe同位素的耦合关系。这一研究为认识热液硫化物矿床的形成机制提供了新的方法和思路。

    论文第一作者为王淑杰博士，通讯作者为中国科学院海洋所黄晶副研究员，研究得到了中国科学院先导专项、国家自然科学基金、国家重点研发计划等联合资助。

    论文信息：

    Wang, S.J., Sun, W.D., Huang, J., Zhai, S.K., Li, H.M. Coupled Fe-S isotope composition of sulfide chimneys dominated by temperature heterogeneity in seafloor hydrothermal systems[J]. Science Bulletin, 2020, 65(20):1767-1774.

    论文DOI: 10.1016/j.scib.2020.06.017

  • 原文来源：http://www.qdio.cas.cn/2019Ver/News/kyjz/202009/t20200930_5710202.html
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  • 《中国科学院海洋研究所在多岛屿绕岛环流理论方面取得新进展》
    • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者：liguiju
    • 发布时间：2023-03-29
    • 近日，中国科学院海洋研究所胡石建研究团队在绕岛环流理论方面取得重要进展，研究得到了三岛屿绕岛理论解析解，并成功应用于印尼贯穿流流量估计，相关成果在JCR一区期刊Frontiers in Marine Science杂志（IF：5.247）发表。 绕岛环流理论由澳大利亚物理海洋学家J. Stuart Godfrey提出（Godfrey, 1989），其理论核心是在Sverdrup关系的风生环流基础上同时考虑沿着岛屿（如澳大利亚、新西兰等）海岸对压强梯度的积分必须为零这一限定条件。Godfrey（1989）同时借鉴了Stommel（1948）和Munk（1950）的研究方法而考虑了摩擦边界层。Godfrey的绕岛环流理论成功应用于印尼贯穿流的研究中，成为印尼贯穿流研究领域的经典理论工具而被反复使用。但是，由于Godfrey的绕岛环流理论进行了大量简化，基于原始绕岛环流估算的印尼贯穿流流量与实际观测值存在显著偏差，前人就如何改进Godfrey绕岛环流理论进行了大量探索。 改进Godfrey绕岛环流理论的一个方向是考虑更接近真实地形的岛屿分布和更复杂的摩擦效应。胡石建研究团队在Wajsowicz (1993)、Pedlosky et al. (1997)、Lian et al. (2017)和Yang et al. (2020)等前人研究工作基础上，考虑了三岛屿情形的海陆分布，设计了多种具有不同岛屿分布的理想化地形，采用了相应地形条件下的侧向摩擦和底摩擦，推导得到了穿过岛屿间海峡的流函数和流量解析解。相比于前人的研究，三岛屿海陆分布显然更接近真实的印尼海域情形，同时可以考虑北太平洋风场的影响和更为复杂的摩擦效应。 团队基于所得到的三岛屿绕岛环流解析解，估算了印尼贯穿流的体积输运并与INSTANT观测、MITF等观测时间序列以及前人的理论值进行了对比。结果表明该三岛屿绕岛环流理论可以很好地再现印尼贯穿流体积输运的平均值和年际变化，相较于原始的Godfrey绕岛环流理论具有明显的进步。研究团队进一步基于该解析解开展了敏感性试验，研究了岛屿分布、海峡通道尺寸、摩擦边界层厚度等因素变化对多岛屿绕岛环流框架下印尼贯穿流输运估计的影响，得到了一些有意义的结果。 研究团队在三岛屿绕岛环流理论研究方面的进展对印尼贯穿流和印太跨海盆相互作用相关研究领域具有重要科学意义。中国科学院海洋所与山东科技大学联合培养硕士研究生史万里为论文第一作者，中国科学院海洋所研究员胡石建为论文通讯作者。研究得到了中国科学院创新交叉团队项目、中国科学院战略先导科技专项和山东省自然科学基金等项目资助。 论文信息：Shi, W., S. Hu*, and H. Ma (2023), The island rule with multi-islands and its application to the Indonesian Throughflow, Frontiers in Marine Science, 10, 1145506, doi:10.3389/fmars.2023.1145506.
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  • 《中国科学院海洋研究所在马里亚纳俯冲带弧前水岩反应研究方面获得新进展》
    • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者：liguiju
    • 发布时间：2022-06-07
    • 近日，中国科学院海洋研究所深海中心孙卫东研究员团队刘海洋等人在马里亚纳俯冲带弧前水岩反应和硼（B）同位素地球化学行为研究上取得新进展，相关成果发表在国际学术期刊Lithos上。 板块构造理论提出以来，作为地球内部-外部物质和能量交换的重要场所，俯冲带得到了地质学家的广泛关注。研究表明俯冲带是全球火山作用最为强烈的地区之一。前人有关俯冲带物质循环的研究通常利用蚀变洋壳和沉积物代表俯冲带的输入物质，然后通过岛弧岩石的研究来讨论俯冲带输出物质的组成。近期的研究发现，俯冲带的浅部弧前区域（海沟与岛弧火山之间）同样发生了强烈的水岩反应过程，并存在大量的物质运移，是俯冲带物质循环的重要组成。然而由于俯冲带浅部地质样品难以直接获得，因此俯冲带浅部水岩反应过程仍缺乏系统的研究。马里亚纳俯冲带弧前存在大量的蛇纹岩泥火山，其中的蛇纹岩泥沿断裂上涌的过程中可以携带俯冲隧道内的地质样品到海底浅表，因此，这些样品是研究俯冲带浅部地质过程的理想对象。该项研究以国际大洋发现计划（IODP）366航次钻探获得的马里亚纳弧前泥火山中变质基性岩样品为研究对象，开展了详细的岩相学、元素地球化学、矿物化学和B同位素地球化学研究，研究结果有效揭示了俯冲带弧前区域的流体活动和变质脱水过程，为揭示俯冲带流体循环及岛弧岩浆成因提供重要信息。 岩相学工作显示变质基性岩的原始矿物主要为辉石和斜长石，变质矿物主要为绿纤石、海绿石、绿鳞石、蒙脱石、皂石和方解石等。变质矿物均富集B、As、Sb、Pb等流体活动性元素，表明在俯冲带浅部，这些变质矿物可以使变质基性岩富含一定量的流体活动性元素。随着俯冲深度增加，以上矿物的分解或转变为多硅白云母等矿物，可能会释放一定量的流体活动性元素。研究汇集了已发表马里亚纳弧前蛇纹岩泥火山中变质基性岩的微量元素数据，结果显示相关微量元素比值之间存在相关性（As/Ce和Sb/Ce等与B/La和B/Nb），反映了在弧前区域流体活动性元素通过变质脱水作用过程释放到了地幔楔。硼同位素研究显示变质基性岩具有明显重于新鲜洋中脊玄武岩和洋岛玄武岩的硼同位素组成，变化范围与蚀变洋壳最上部组分的硼同位素组成类似。该项研究发现随着蛇纹岩泥火山与海沟距离的增加，从Fantangisna海山（62km）经Asùt Tesoru海山（72km），再到South Chamorro海山（78km），变质基性岩的B同位素逐渐变轻，代表了随着变质温度、压力增加，板片分异的富集重硼同位素的流体逐渐被释放至地幔楔。该研究进行了脱水分馏过程模拟计算，模拟结果显示俯冲带变质残余板片与变质基性岩B同位素组成吻合，并且板片分异流体具有与蛇纹石化橄榄岩一致的组成，进一步证实了以上研究结论的正确性。 该研究表明俯冲带弧前区域存在大量的流体释放过程，并伴随流体活动性元素的运移。以硼元素为例，约73%的硼元素在弧前释放，该部分物质将促使地幔楔的蛇纹石化，并有可能进一步拖拽至弧下深度，随着地幔楔的熔融，而循环至岛弧岩浆。该研究为俯冲带物质循环，岛弧岩浆成因提供重要信息。 上述研究得到了国家自然科学基金青年基金和中国科学院先导项目等的联合资助。论文第一作者为深海中心特别研究助理刘海洋，通讯作者为刘海洋、邓江洪。 相关成果论文题目及发表链接如下： Liu Haiyang., Xue Ying.-Yu., Yang Tinggen., Jin Xin., You Chen.-Feng., Lin Chiou.-Ting., Sun Wei.-Dong. and Deng Jianghong. (2022) Fluid-rock interactions at shallow depths in subduction zone: Insights from trace elements and B isotopic composition of metabasites from the Mariana forearc. Lithos 422-423, 106730. 原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0024493722001396
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