楊陽(yáng)等-EPSL:再循環(huán)大洋巖石圈地幔在北冰洋地幔中廣泛存在
俯沖洋殼的再循環(huán)一直被認(rèn)為是造成地幔組成不均一的主要原因。然而,占俯沖大洋板塊90%以上體積的大洋巖石圈地幔,其俯沖之后的命運(yùn)卻并不明確。
近日,中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所楊陽(yáng)特任研究員與美國(guó)哈佛大學(xué)及塔爾薩大學(xué)的科研人員合作,通過(guò)對(duì)北冰洋Gakkel洋脊西部火山區(qū)和中部弱巖漿活動(dòng)區(qū)267件玄武巖樣品(圖1)的系統(tǒng)研究,發(fā)現(xiàn)Gakkel西部發(fā)育正常厚度洋殼的區(qū)域,主要產(chǎn)出虧損的N-MORB,且其巖漿組成從西到東顯示出系統(tǒng)的地球化學(xué)變化,揭示了地幔逐漸虧損,部分熔融程度逐漸降低的過(guò)程。而Gakkel中部洋殼極度不發(fā)育出現(xiàn)大部分橄欖巖出露的地區(qū),卻產(chǎn)出富集的E-MORB,但主量元素卻虧損CaO,具有極低的CaO/Al2O3比值。提出Gakkel西段地幔是“飽滿(mǎn)”但“虧損”的,而中段地幔是“貧瘠”但“富集”的。飽滿(mǎn)和貧瘠代表了它們?nèi)廴诋a(chǎn)生巖漿的能力,而虧損和富集則指它們?cè)谖⒘吭厣系母患潭?。且中部地幔的潛在溫度極低,以此提出,極度貧瘠的地幔源區(qū)再加上異常低的地幔潛在溫度的綜合作用下,形成了極少巖漿的Gakkel中段少巖漿作用區(qū)。
綜合北冰洋洋脊巖石的地球化學(xué)組成及其分布,研究提出新生的大洋巖石圈中保留了前世的“記憶”,指示了其下方存在再循環(huán)大洋巖石圈地幔組成的難熔地幔端元,且比例從西到東逐漸增加(圖2),直至在弱巖漿活動(dòng)區(qū)無(wú)法形成足夠的洋殼,從而使得再循環(huán)大洋巖石圈地幔直接出露在海底。定量計(jì)算發(fā)現(xiàn),板塊構(gòu)造以來(lái)全球俯沖大洋巖石圈地幔的體積幾乎等同于下地幔的總體積。因此提出,俯沖的大洋巖石圈地幔將再循環(huán)至對(duì)流地幔中,并形成新生大洋巖石圈的一部分。
圖1 北冰洋Gakkel洋脊樣品分布及巖石圈結(jié)構(gòu)示意圖
圖2 北冰洋Gakkel洋脊地幔組成
該研究成果發(fā)表于國(guó)際權(quán)威地學(xué)期刊《Earth and Planetary Science Letters》,該研究受到國(guó)家基金委(42173049)和中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)項(xiàng)目(2020349)資助。
論文信息: Yang A.Y. (楊陽(yáng)), Langmuir C. H., Michael P. J., The significance of recycled oceanic mantle lithosphere beneath the Arctic Gakkel Ridge. Earth and Planetary Science Letters, 2024, 626 https://doi.org/10.1016/j.epsl.2023.118553

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