作为地质历史上火山作用规模最大的大火成岩省，无疑是将地球深部碳传输到大气圈的主要介质，其释放出的巨量CO₂可导致全球尺度的气候变暖和海洋酸化。这些释放出的CO₂有一部分通过生物的光合作用和地表风化作用以及海水吸收溶解。然而，过去的研究表明，通过这些途径消耗的CO₂只是地球向外部圈层排放的CO₂的一部分，多余的CO₂可能通过俯冲作用将它们带到地幔。那么大火成岩省释放出的巨量CO₂是否来自再循环洋壳中的碳酸盐？如果是，那又如何解释占大火成岩省主体的玄武岩是拉斑玄武岩这样的特点？因为碳酸盐化地幔橄榄岩部分熔融形成的是碱性玄武岩，而不是拉斑玄武岩(存在CO₂的地幔源区部分熔融产生的是不饱和的SiO₂熔体)；如果不是，其释放出的CO₂又来自哪里？该问题的解决对于理解大火成岩省的成因以及深部碳循环这个当今全球热点问题具有非常重要的科学意义。

 针对这一科学问题，我校地球科学与资源学院2016级硕士研究生王振朝（现为中国科学院地球化学研究所博士后）在“岩浆-热液演化与金属成矿”求真群体张招崇教授的指导下，与北京大学田伟副教授和英国莱斯特大学Reichow Marc K.博士合作，对塔里木大火成岩省代表性玄武岩样品进行了详细的岩相学观察，在此基础上，结合全岩主微量元素及Sr、Nd同位素数据，利用Zn同位素示踪玄武岩源区是否存在再循环碳酸盐，探讨了再循环碳酸盐在俯冲过程中的“命运”，取得了如下创新性成果：

（1）塔里木大火成岩省所有的玄武岩均具有富铁富钛特征，部分是由于低氧逸度条件下斜长石分离结晶的结果，部分则是由于母岩浆本身富铁钛，暗示了其地幔源区存在富铁钛的物质（如俯冲成因的榴辉岩）。

（2）前人认为塔里木大火成岩省玄武岩的主体是碱性玄武岩，然而本次研究基于Ol’-Ne’-Q’三角相图以及矿物学特征，证明该玄武岩绝大部分属于拉斑玄武岩，而不是碱性玄武岩。

（3）以柯坪玄武岩为代表的第一类玄武岩（占主体）的Zn同位素值（0.29±0.03‰至0.32±0.05‰）与洋中脊玄武岩相似（δ⁶⁶Zn=0.24–0.31‰），结合其高的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr_i比值（0.70720 和 0.70779）和低的ε_Nd值（-3.2~-1.9），表明其源区不存在再循环的碳酸盐，而是来自流体交代富集的岩石圈地幔，或者经历了地壳物质的混染。

（4）第二类玄武岩具有再循环碳酸盐的Zn同位素信号，显示出较重的Zn同位素值（0.32±0.03‰至0.39±0.03‰）。然而， 缺乏Zr、Hf和Ti的负异常以及具有较低的CaO/Al₂O₃比值和高的SiO₂含量，说明它们不是来自于碳酸盐化地幔橄榄岩的直接熔融。结合其接近原始地幔的Sr同位素（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr_i介于0.70459和0.70518之间）和ε_Nd值（-1.3和0.1之间），提出含再循环碳酸盐的洋壳在深俯冲过程中（>150 km）发生了脱碳反应，导致再循环碳酸盐的重Zn同位素被保留至脱碳反应产物辉石中。由此提出塔里木大火成岩省第二类玄武岩是脱碳的俯冲榴辉岩（来自再循环洋壳）熔体与亚固相线的地幔橄榄岩相互作用的产物。

上述研究成果为揭示大火成岩省玄武岩的成因以及深部碳循环过程提供了重要的约束条件。

图1 Ol’-Ne’-Q’三角相图显示大部分塔里木溢流玄武岩为拉斑玄武岩

图2 塔里木两类溢流玄武岩的全岩稀土和微量元素蛛网图

图3 塔里木两类溢流玄武岩的Nd-Sr同位素及Sm/Yb与La/Yb比值关系图

图4 塔里木溢流玄武岩Zn同位素与全岩Zn含量比值

图5 塔里木溢流玄武岩形成模式图

上述研究成果发表在国际权威地学期刊《Geological Society of American Bulletin》上：Wang, Z.C., Zhang, Z.C.*, Reichow, M.K., Tian, W., Kong, W. and Liu, B.X., 2022. Tracing decarbonated eclogite in the mantle sources of Tarim continental flood basalts using Zn isotopes. GSA Bulletin, https://doi.org/10.1130/B36502.1

原文链接：https://doi.org/10.1130/B36502.1