27026602_金属稳定同位素示踪俯冲带挥发分循环

１０００ ０５６９／２０２２／０３８（０５） １５１２ ２２ＡｃｔａＰｅｔｒｏｌｏｇｉｃａＳｉｎｉｃａ　岩石学报ｄｏｉ：１０ １８６５４／１０００ ０５６９／２０２２ ０５ １５

金属稳定同位素示踪俯冲带挥发分循环

刘盛遨

ＬＩＵＳｈｅｎｇＡｏ

地质过程与矿产资源国家重点实验室，中国地质大学（北京），１０００８３

ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＰｒｏｃｅｓｓｅｓａｎｄＭｉｎｅｒａｌＲｅｓｏｕｒｃｅｓ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ

２０２２ ０１ １３收稿，２０２２ ０３ ０５改回

ＬｉｕＳＡ ２０２２ Ｔｒａｃｋｉｎｇｖｏｌａｔｉｌｅｃｙｃｌｉｎｇｉｎｓｕｂｄｕｃｔｉｏｎｚｏｎｅｓｕｓｉｎｇｍｅｔａｌｓｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｅｓ ＡｃｔａＰｅｔｒｏｌｏｇｉｃａＳｉｎｉｃａ，３８（５）：１５１２－１５２２，ｄｏｉ：１０ １８６５４／１０００ ０５６９／２０２２ ０５ １５

Ａｂｓｔｒａｃｔ ＴｈｅｃｙｃｌｉｎｇｏｆｖｏｌａｔｉｌｅｓｉｎｓｕｂｄｕｃｔｉｏｎｚｏｎｅｓａｆｆｅｃｔｓｔｈｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅＥａｒｔｈ ｓｓｐｈｅｒｅｓａｎｄｐｌａｙｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｔｈｅｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔｏｆｍｅｔａｌｌｏｇｅｎｉｃｅｌｅｍｅｎｔｓａｎｄｇｌｏｂａｌｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅｓ Ｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ，ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｍｅｔａｌｓｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｅｓｉｎｔｒａｃｉｎｇｖｏｌａｔｉｌｅｃｙｃｌｉｎｇｉｎｓｕｂｄｕｃｔｉｏｎｚｏｎｅｓｈａｓａｔｔｒａｃｔｅｄｅｘｔｅｎｓｉｖｅａｔｔｅｎｔｉｏｎ，ｂｕｔｍｏｓｔｓｔｕｄｉｅｓｍａｉｎｌｙｆｏｃｕｓｏｎａｐｐｌｙｉｎｇａｓｐｅｃｉｆｉｃｍｅｔａｌｉｓｏｔｏｐｉｃｓｙｓｔｅｍａｔｉｃｔｏｔｒａｃｋｃｙｃｌｉｎｇｏｆｓｉｎｇｌｅｖｏｌａｔｉｌｅｅｌｅｍｅｎｔ Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｅｔａｌｅｌｅｍｅｎｔｓ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｓｕｍｍａｒｉｚｅｓｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｍｅｔａｌｓｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｅｓｉｎｔｒａｃｉｎｇｃｙｃｌｅｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｖｏｌａｔｉｌｅｅｌｅｍｅｎｔｓ Ｍａｇｎｅｓｉｕｍａｎｄｚｉｎｃｉｓｏｔｏｐｅｓｍａｙｂｅｔｈｅｍｏｓｔｅｆｆｅｃｔｉｖｅｉｓｏｔｏｐｅｓｙｓｔｅｍａｔｉｃｓｏｆｔｒａｃｉｎｇｃａｒｂｏｎｃｙｃｌｉｎｇ；Ｌｉｔｈｉｕｍ，ｍａｇｎｅｓｉｕｍ，ｐｏｔａｓｓｉｕｍ，ｂａｒｉｕｍ，ａｎｄｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍｉｓｏｔｏｐｅｓｈａｖｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｉｎｔｒａｃｉｎｇａｑｕｅｏｕｓｆｌｕｉｄｃｙｃｌｉｎｇ；Ｚｉｎｃｉｓｏｔｏｐｅｓｈａｖｅｇｒｅａｔｐｏｔｅｎｔｉａｌｉｎｔｒａｃｉｎｇｓｕｌｆｕｒｃｙｃｌｉｎｇ；Ｃｈｒｏｍｉｕｍｉｓｏｔｏｐｅｓｍａｙｂｅａｓｐｅｃｉｆｉｃｐｒｏｘｙｆｏｒｃｈｌｏｒｉｎｅｃｙｃｌｉｎｇ Ｉｓｏｔｏｐｅｓｙｓｔｅｍａｔｉｃｓｏｆｍｅｔａｌｓｗｉｔｈｍｕｌｔｉｖａｌｅｎｔｓｔａｔｅｓｓｕｃｈａｓｉｒｏｎ，ｃｈｒｏｍｉｕｍａｎｄｃｏｐｐｅｒａｒｅｕｎｉｑｕｅｉｎｔｒａｃｉｎｇ“ｏｘｙｇｅｎｃｙｃｌｅ”ｉｎｓｕｂｄｕｃｔｉｏｎｚｏｎｅｓ Ｔｈｅｓｅｉｓｏｔｏｐｅｓｐｒｏｖｉｄｅｎｏｖｅｌｓｉｇｈｔｓｉｎｔｏｖｏｌａｔｉｌｅｃｙｃｌｉｎｇｉｎｓｕｂｄｕｃｔｉｏｎｚｏｎｅ，ｗｈｉｃｈｃｏｕｌｄｂｅａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｆｉｅｌｄｏｆＥａｒｔｈ ＳｙｓｔｅｍＳｃｉｅｎｃｅｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅ

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摘　要 俯冲带挥发分的循环不仅深刻影响着地球各圈层之间的相互作用，而且在成矿金属元素迁移 富集以及全球气候变化等重要地质和环境过程中扮演着重要的角色。近年来，金属稳定同位素示踪俯冲带挥发分循环受到了广泛关注，取得了众多进展，但大多针对单个挥发性元素开展某个特定金属同位素的示踪研究。本文根据不同金属元素的地球化学性质差异及其与多种挥发分之间的结合形式，系统归纳了金属稳定同位素在示踪俯冲带不同挥发分循环方面的特点。整体上讲，镁和锌同位素体系示踪俯冲带碳循环最为有效；锂、镁、钾、钡、钼等金属同位素体系在示踪俯冲带水（流体）循环方面则具有各自的特点；锌同位素在示踪俯冲带硫循环方面有巨大潜力；铬同位素示踪俯冲带氯循环有独特优势；铁、铬、铜等变价金属同位素体系对挥发分的氧化还原状态较为敏感，有望示踪俯冲带氧循环。这些同位素体系对理解俯冲带挥发分循环提供了全新的视角，有望成为未来地球系统科学的重要研究方向。

关键词 挥发分；物质循环；俯冲带；金属稳定同位素

中图法分类号 Ｐ５９５；Ｐ５９７ ２

挥发分（如水、碳、氮、硫和卤素）在地球长期演化和生命起源过程中发挥着至关重要的作用，它们是形成地球“宜居

性”的关键因素（Ｂｅｋａｅｒｔｅｔａｌ．，２０２１）。俯冲带作为表层地球与深部地球物质交换的重要场所，在调和地球表层与深部之间挥发分的交换、促使大气演化并维持宜居性等方面功不可没（Ｗｉｌｓｏｎｅｔａｌ．，２０１４；Ｂｅｒｇｉｎｅｔａｌ．，２０１５）。俯冲板片携带挥发分进入地幔是壳 幔物质循环的关键环节，而俯冲板片释放流体诱发地幔楔部分熔融导致岛弧岩浆作用则是幔 壳物质交换的重要反馈机制之一。流体的氧逸度和酸碱度等因素影响着挥发性元素在流体中的赋存形式，为了查明这些物化条件对挥发分赋存形式的影响，国内外学者做了大量的模拟实验及流体包裹体的研究（Ｄｕｂｅｓｓｙｅｔａｌ．，１９８９；

本文受国家重点研发计划项目（２０１９ＹＦＡ０７０８４００）、国家自然科学基金创新群体项目（４２１２１００２）和重点基金项目（４１４７３０１７）联合资助．第一作者简介：刘盛遨，男，１９８４年生，教授，主要从事同位素地球化学研究，Ｅ ｍａｉｌ：ｌｓａ＠ｃｕｇｂ．ｅｄｕ．ｃｎ