近期，中国科学院海洋所深海中心孙卫东研究团队与法国蒙彼利埃大学Dmitri A. Ionov教授以及成都理工大学张兆峰教授开展合作研究，在Nature Index期刊Geochimica et Cosmochimica Acta上刊发了关于含碳酸盐包体地幔橄榄岩钙同位素的最新研究成果，对理解碳酸盐以及硅酸盐交代地幔过程中的钙同位素分馏行为，应用钙同位素示踪高温地质过程具有重要意义。
地幔交代过程，是造成地幔物质地球化学组分不均一的重要地质过程之一。引起地幔交代作用的介质除了碳酸盐，还有硅酸盐熔体等。因此，全面了解由不同交代介质引起的地幔交代过程中的钙（Ca）同位素分馏行为及尺度，是应用Ca同位素示踪该地质过程的基本前提。孙卫东研究团队与合作者选取了采自Spitsbergen岛屿含碳酸盐包体的地幔橄榄岩，这些橄榄岩依次经历了熔体提取、硅酸盐熔体交代以及碳酸盐包体交代三期地质事件，对该样品进行淋滤实验，并分别对淋滤的碳酸盐相、残余的硅酸盐相以及全岩开展地球化学研究，可以深入探究硅酸盐以及碳酸盐交代过程中引起的Ca同位素分馏行为。
结果显示，碳酸盐包体比残余硅酸盐富集Sr元素（277–2923 vs. 16–60 ppm），具有变化范围更大且更低的87Sr/86Sr比值（0.7049–0.7141 vs. 0.7036–0.7055），以及低的δ44/40Ca值（0.17–0.68‰ vs. 0.78–1.00‰）。该结果表明，碳酸盐包体的Ca-Sr同位素组成与硅酸盐并未达到平衡状态。残余硅酸盐受熔体提取和硅酸盐熔体交代两期地质过程影响，已有研究表明熔体提取可提高地幔橄榄岩的δ44/40Ca值，而本地区的残余硅酸盐具有与硅酸盐地球（BSE，0.94 ± 0.05‰）相似或者略低的δ44/40Ca值，说明硅酸盐熔体交代作用可以使得地幔橄榄岩的δ44/40Ca降低0.1–0.2‰。橄榄岩全岩的Ca同位素组成（0.75–0.95‰）与残余硅酸盐相似，均与BSE相近或者略低，说明低含量的碳酸盐包体（约1 wt.%）交代作用并不能显著降低橄榄岩的δ44/40Ca值。相反，由于碳酸盐包体显著富集Sr元素，其交代地幔橄榄岩，可以显著升高橄榄岩全岩的。
上述研究得到了国家自然科学基金等项目联合资助。论文第一作者为深海中心祝红丽副研究员，通讯作者为法国蒙彼利埃大学Dmitri A. Ionov教授。
论文信息：
Hongli Zhu, Dmitri A. Ionov*, Long Du, Zhaofeng Zhang, Weidong Sun, 2021. Ca-Sr isotope and chemical evidence for distinct sources of carbonatite and silicate mantle metasomatism. Geochimica et Cosmochimica Acta 312, 158-179.
