俯冲带碳酸盐部分溶解驱动的钙同位素分异及其对深部碳循环的启示

针对俯冲带碳酸盐溶解效率争议，中国科学家通过分析苏鲁超高压大理岩的Ca-Sr同位素组成，首次揭示俯冲流体中富钙碳酸盐的选择性溶解可导致显著Ca同位素分异（δ44/42Ca降低0.27‰），建立瑞利分馏模型量化76±15%富钙碳酸盐被溶解。该研究为解释远离岛弧的幔源岩浆中普遍存在的轻Ca同位素异常提供了关键证据。

　　

地球深部碳循环是维持行星宜居性的关键过程，但俯冲碳酸盐在高压条件下的溶解行为长期存在争议。传统观点认为大陆俯冲带因"干燥"而难以有效溶解碳酸盐，然而中国地质大学（北京）的研究团队通过对苏鲁造山带荣城超高压大理岩的创新研究，颠覆了这一认知。

研究团队聚焦碳酸盐溶解过程中的钙同位素（δ^44/42Ca）分异现象，选取经历>120km深俯冲的典型样品，采用高精度MC-ICP-MS（多接收电感耦合等离子体质谱）技术，结合Sr同位素分析和流体-岩石相互作用模拟。通过对比未俯冲的震旦纪沉积碳酸盐（δ^44/42Ca≈0.46‰），发现超高压大理岩出现显著轻Ca同位素偏移（最低0.19‰），且与⁸⁷Sr/⁸⁶Sr(i)（0.7038-0.7075）呈正相关。

地质背景与样品特征显示，苏鲁UHP大理岩形成于三叠纪华北-华南板块碰撞，经历2.5GPa/650℃的榴辉岩相变质条件。方法学创新体现在建立Ca-Sr同位素联合示踪体系，通过瑞利分馏模型定量解析溶解过程。关键结果揭示：1）富钙大理岩δ^44/42Ca降幅达58%，而白云质大理岩几乎未变化；2）流体-方解石平衡实验证实溶解过程优先带走重Ca同位素（Δ^44/42Ca_{fluid-calcite}=0.02±0.13‰）；3）模拟计算显示76±15%富钙碳酸盐被溶解。

讨论部分突破性指出：1）即使在"干燥"大陆俯冲带，富钙碳酸盐仍可被板片脱水流体高效溶解；2）溶解产生的具幔源特征的Ca通量向上迁移，残余碳酸盐则保留轻Ca同位素特征；3）这解释了为何岛弧玄武岩（MORB-like δ^44/42Ca）与板内玄武岩（轻Ca同位素）出现差异信号。该成果发表于《Geochimica et Cosmochimica Acta》，为理解俯冲通道内钙镁碳酸盐差异溶解行为提供了直接证据，对完善全球深部碳循环模型具有里程碑意义。