意大利Pantelleria岛Montagna Grande-Monte Gibele粗面岩盾状火山的岩石学与地球化学研究：揭示岩浆系统演化机制

本研究针对意大利Pantelleria岛Green Tuff火成碎屑岩及后期粗面岩（trachyte）的成因争议，通过全岩主微量元素分析、矿物地球化学和热力学模拟，揭示了岩浆系统演化中分离结晶（fractional crystallization）与堆晶体部分熔融（cumulate melting）的协同作用，为理解硅质岩浆房开放-封闭系统演化提供了新范式。

　　

位于地中海西西里海峡裂谷带的Pantelleria火山岛，以其独特的过碱性（peralkaline）岩浆系统闻名于世。45.7±1.0 ka前喷发的Green Tuff火成碎屑岩，从底部贫晶（<10 vol%）的碱流岩（pantellerite）到顶部富晶（>25 vol%）的钠闪碱流质粗面岩（comenditic trachyte）的化学分带现象，长期被认为是分离结晶作用的产物。然而，这种解释难以调和后期喷发的Montagna Grande-Monte Gibele（MGV）盾状火山中金属铝质（metaluminous）到弱过碱性粗面岩的复杂矿物组合。更令人困惑的是，Green Tuff上部富Eu异常的粗面岩与下部贫稀土元素的碱流岩之间是否存在遗传关系？这些谜团直指硅质岩浆系统演化理论的核心争议——究竟是单纯的分离结晶主导，还是存在堆晶体熔融（cumulate melting）等开放系统过程？

为破解这一难题，由美国东肯塔基大学John C. White领衔的国际团队，联合波兰华沙大学、意大利巴勒莫大学等机构，对MGV粗面岩开展了系统的岩石学-地球化学研究。通过整合矿物温压计（geothermobarometry）、微量元素模拟和相平衡计算，研究团队首次揭示Pantelleria岩浆系统存在"分离结晶-堆晶熔融"的双阶段演化机制。该成果发表于《Geochemistry》期刊，为理解过碱性岩浆系统的多阶段演化提供了关键范式。

研究采用三大关键技术：1) 基于Masotta等（2013）单斜辉石-熔体温压计和Andersen-Lindsley钛铁氧化物氧逸度计（ilmenite-magnetite oxybarometer），重建了粗面岩的预喷发条件（P-T-fO₂）；2) 对16件样品（含13件MGV粗面岩和3件Green Tuff）进行全岩主微量元素分析，特别关注Eu异常与Rb/Zr比值等关键指标；3) 采用非理想混合模型（non-ideal mixing models）模拟分离结晶与部分熔融过程。

^{Estimation of pre-eruptive conditions of trachyte magmas}
单斜辉石-熔体温压计显示，金属铝质粗面岩形成于900-950°C、200-300 MPa（约7-11 km深），对应上地壳岩浆房；而过碱性粗面岩的钛铁氧化物温度（750-800°C）显著降低，印证了演化晚期的高程度结晶（>65%）。氧逸度（fO₂）数据揭示从FMQ缓冲剂+0.5到-1.5的还原趋势，解释了磁铁矿（magnetite）向钛铁矿（ilmenite）的转变。

^Summary
研究提出突破性演化模型：1) 初始过渡性玄武质母岩浆（hy-ol normative）经分离结晶产生金属铝质粗面岩，伴随正长石（alkali feldspar）堆晶体的形成；2) 新基性岩浆侵入引发堆晶体部分熔融，产生具Eu正异常的钠闪碱流质熔体（comenditic trachyte）；3) Green Tuff的分带性下部源自分离结晶，上部则来自堆晶熔融。这一发现颠覆了传统LLOD（液态演化线）模型，首次在Pantelleria系统证实开放系统过程的关键作用。

该研究的理论意义在于：1) 阐明过碱性岩浆从metaluminous到peralkaline演化的热力学控制因素；2) 为全球类似火山系统（如肯尼亚裂谷、黄石热点）的化学分带现象提供新解释框架；3) 揭示岩浆房"冷冻-复活"过程中堆晶体的重要作用。实践层面，该成果对火山灾害评估具有启示——堆晶熔融可能触发原本"冻结"的岩浆系统重新活化，需纳入喷发预警模型。意大利国家地球物理与火山学研究所（INGV）已将该模型应用于Pantelleria的现代监测体系。