研究概要：
洋岛玄武岩（OIB）地球化学组成是了解地球深部地幔演化的重要窗口，OIB同位素组成通常指示了地幔存在多种不同组分造成的不均一性。这些不均一组分可能来自俯冲进入地幔的地壳或岩石圈，其历史可以追溯到二十亿年前。这些俯冲物质最终可能下降至核幔边界（约2850 km）附近，并与深部地幔混合，从而形成原始地幔与再循环物质混合的地幔区域。然而，这些进入地幔底部的俯冲板块如何分布、以及如何影响地幔柱组成是不清楚的。为了揭示长期板块俯冲对深部地幔物质化学组成分布和地幔柱成因的影响，张国良教授团队对来自Caroline海山链中的Pohnpei岛玄武岩样品开展了Fe同位素组成分析，以约束Caroline地幔柱中再循环组分的起源与组成，并通过与太平洋LLSVP其它地幔柱成因OIB进行对比研究，以揭示太平洋LLSVP组分的分布规律及相关地球动力学机制。
研究结果显示：高MgO（>8 wt.%）Pohnpei玄武岩的δ57Fe值为0.13 - 0.21‰，显著高于地幔值（δ57Fe = 0.05 ± 0.01‰;），指示Pohnpei源区存在一个高δ57Fe组分（再循环的洋壳）。为了进一步探讨Caroline地幔柱中高δ57Fe组分的性质，该研究分析了太平洋LLSVP地幔柱玄武岩δ57Fe与Nd-Hf同位素的相关性，不同地点（Pitcairn、Rarotonga、Samoa、Louisville、Galapagos及Hawaii）的OIB在同位素组成平均值之间具有明显相关性。另外，具有富集地幔（EM）端元特征的玄武岩处于这些相关趋势的极端位置，这也符合EM端元来源于更古老再循环地壳的观点。研究还推测，Caroline地幔柱的年轻再循环地壳组分可能来自围绕正在裂解的Rodinia超大陆俯冲带。一次大规模的环Rodinia俯冲事件即可解释它们在分布上相隔遥远却有共同特征的现象。由于Caroline、Hawaii和Galapagos地幔柱都位于太平洋LLSVP的外环边界附近。该研究将该地幔柱热点按分布位置分为两组，一组是边缘“外圈”热点，另一组是中心“内圈”热点。其中，“外圈”OIB缺乏“内圈”OIB表现出的极端地幔端元组成；“外圈”OIB相较于“内圈”OIB在Nd-Hf同位素图上整体呈现偏向亏损地幔（DM）端元的密度分布。据此推测：来源于LLSVP边缘的地幔柱更容易携带较多的年轻、具有亏损同位素组成的洋壳，而中心地区则富含古老物质。这一分布格局也可能源于当时的大规模环Rodinia俯冲事件。
太平洋LLSVP地幔柱OIB的Fe-Nd-Hf同位素相关图
太平洋LLSVP中再循环物质的来源及分布差异
核心PI
张国良 |
中山大学
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1、国家重点研发计划项目，大洋板块俯冲背景下地幔过渡带挥发分的汇聚与释放，2025.01-2029.12，1975万元，主持（项目首席科学家），在研；
2、国家重点研发计划项目“板块俯冲机制与大地幔楔形成”-专题，俯冲板块与弧后盆地地幔的相互作用机制，2023.01-2027.12，150万元，主持，在研；
3、国家自然科学基金-重大研究计划（重点项目），西太平洋板块俯冲体系岩浆过程中深部碳循环研究，2019.01-2022.12，258万元，主持，已结题（结题评估“优秀”）；
4、国家自然科学基金—优秀青年科学基金，海洋岩石学与地幔地球化学，2016.01-2018.12，150万元，主持，已结题；
5、国家自然科学基金（面上）项目，深部碳循环对典型大洋海山链碱性玄武岩的成因制约，2019.01-2022.12，65万元，主持，已结题；
6、中国科学院战略科技先导专项（A）—课题，板块俯冲体系的界面过程及其塑造的生命环境，2019.01-2024.12，997万元，主持，已结题；
7、中国科学院战略科技先导专项（B）—子课题，印太交汇区海盆岩浆过程与地幔组成，2020.01-2024.12，150万元，主持，已结题；
8、海洋科学与技术国家实验室“鳌山人才”计划—优秀青年学者项目，海洋岩石地球化学，2016.01-2018.12，150万元，主持，已结题；
文章信息：
上述研究成果发表于国际权威期刊《Geophysical Research Letters》。中国海洋大学钟源博士为文章第一作者，张国良教授为文章通讯作者。
论文发表：
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