近日，国际地学知名期刊《Chemical Geology》[IF=3.9]在线发表了题为“Magnesium isotopic fractionation during post-serpentinization alteration: Implications for arc and oceanic Mg cycles”的研究成果。此项成果由中国海洋大学海底科学与探测技术教育部重点实验室李晓辉副教授、李三忠教授、钟源副教授、李东永工程师等合作完成。

近年来，大量的地球动力学研究集中在俯冲带内的蛇纹岩和蛇纹岩化过程上。然而，蛇纹岩作为镁（Mg）的重要寄主矿物，其在蛇纹石化过程中是否发生Mg同位素分馏尚不明确。我们对IODP366航次获取的马里亚纳俯冲带的蛇纹石化橄榄岩和弧前蛇纹岩进行了高精度的Mg同位素分析。其中1个样品受到了晚期强烈风化作用的影响而产生了大量黏土矿物，其δ²⁶Mg值异常高（0.01±0.04‰），而中等蛇纹石化程度的橄榄岩（-0.24±0.04‰，2SD, n=3）和深部位置的蛇纹岩（-0.24±0.02‰，2SD, n=3）的Mg同位素组成与地幔橄榄岩（-0.25±0.04‰）一致。浅部位置的蛇纹岩的δ²⁶Mg值（-0.19±0.04‰，2SD, n = 15）略高于地幔橄榄岩，且越接近海底其δ²⁶Mg值越高。我们研究发现蛇纹石化流体交代和橄榄岩蛇纹石化过程均不能导致浅部弧前蛇纹岩的δ²⁶Mg值升高，而以水镁石溶蚀为主的蛇纹石化作用晚期的热液蚀变可能是主导原因。瑞利分馏模拟结果表明，在蛇纹石化作用后期蚀变过程中，重Mg同位素优先分配给蛇纹岩，计算得到的∆²⁶Mg_{水镁石-流体}在0.1‰~ 0.8‰之间。本研究推断，弧下地幔中蛇纹岩脱水过程不会显著改变岛弧熔岩的Mg同位素组成，相反蛇纹岩晚期蚀变产生的富Mg矿物的俯冲可能会引起岛弧火山岩Mg同位素的变化。另外，水镁石溶蚀过程释放的流体δ²⁶Mg值较低，对现代海洋海水的Mg平衡有重要贡献。

图1. 蛇纹石化晚期蚀变过程中Mg同位素分馏

Li, X.H.*, Li, S.Z.*, Zhang, Z.X., Zhong, Y., and Li, D.Y. 2024. Magnesium isotopic fractionation during post-serpentinization alteration: Implications for arc and oceanic Mg cycles. Chemical Geology. 648, 121866.

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2023.121866