橄榄岩在海洋火山活动中的作用

《Geochemistry, Geophysics, Geosystems》：The Role of Peridotite for Oceanic Volcanism

本文系统研究了地幔中熔脱贫橄榄岩与再循环地壳的组成异质性及其对玄武岩地球化学和同位素特征的影响。通过熔盐平衡和地球化学模型，揭示了地幔中橄榄岩的熔脱程度与密度变化之间存在密切关联，且再循环地壳（尤其是海洋地壳）对玄武岩的 incompatible 元素（如 Sr、Pb、U 等）和稳定同位素（如 Hf-Nd、Os 同位素）具有显著贡献。研究发现，地幔中约 90% 为变程度熔脱贫橄榄岩，其密度与化学组成的空间异质性控制了洋中脊和洋岛玄武岩的形成速率及化学多样性，并直接影响地幔对流的热力学驱动机制。

　　地球的岩石圈和地幔之间存在复杂的物质循环过程，其中地幔的化学和地质组成是理解地球内部动力学与地表环境演化关系的关键。本文探讨了地幔中熔融和再循环的特性，尤其是地幔中熔融程度较低的橄榄岩（peridotite）与再循环的岩石圈之间的相互作用，以及这些相互作用如何影响洋中脊玄武岩（MORB）和洋岛玄武岩（OIB）的化学和同位素组成。橄榄岩是地幔的主要组成部分，其化学组成在长期的再循环过程中发生了显著变化，从而形成了广泛的放射性同位素比值。这些同位素比值在洋中脊玄武岩和洋岛玄武岩中以相对温和的形式体现，表明地幔的化学异质性对地表火山活动具有重要影响。

在地球历史上，海洋地壳的形成和再循环过程持续了数亿年，这一过程使得地幔中积累了大量的不相容元素（incompatible elements）和再循环的岩石圈。这些元素的分布和再循环过程不仅影响了地幔的化学组成，还决定了地幔对流、地壳厚度以及地表火山活动的强度。本文通过分析不相容元素和放射性同位素的分布，揭示了地幔中熔融程度不同的橄榄岩和再循环岩石圈对玄武岩化学组成的贡献。此外，地幔中不同组成成分的密度差异也与放射性同位素比值的分布密切相关，这种关联性使得地幔中化学异质性与热化学浮力效应之间建立了关键的联系。

研究还指出，地幔中的不相容元素浓度和放射性同位素比值在洋中脊玄武岩和洋岛玄武岩中表现出不同的特征。例如，洋中脊玄武岩通常具有较低的不相容元素浓度和较高的放射性同位素比值，而洋岛玄武岩则显示出更多的不相容元素富集。这种差异反映了地幔中不同组成成分在熔融过程中的不同贡献，同时也揭示了地幔异质性对地球化学动力学的重要影响。地幔中不相容元素的分布和再循环过程的持续时间，使得这些元素的同位素比值在地幔中呈现出极大的差异，而这些差异又通过熔融过程被部分继承到地表的玄武岩中。

为了更好地理解这些过程，研究者们提出了一个基本的模型，通过质量平衡计算和同位素比值分析，评估了地幔中不同成分对玄武岩化学组成的贡献。模型显示，地幔中不相容元素的分布不仅受到熔融程度的影响，还与地幔温度、熔融路径以及再循环岩石圈的贡献密切相关。这些因素共同决定了玄武岩的化学和同位素特征，以及地幔浮力对地表火山活动的控制作用。

通过分析地幔中橄榄岩和再循环岩石圈的化学组成及其对玄武岩的影响，研究者们还探讨了地幔异质性如何影响地球化学动力学。例如，洋中脊玄武岩和洋岛玄武岩的同位素比值和化学组成不仅反映了地幔中不同成分的贡献，还可能受到地表物质再循环的影响。这些研究结果表明，地幔的化学异质性是理解地球内部动力学与地表地质过程的重要基础。

此外，研究还指出，地幔中橄榄岩的密度变化与其化学组成密切相关，这种关系对地幔浮力效应和地表火山活动具有显著影响。例如，熔融程度较低的橄榄岩由于其密度较低，可能在地幔中形成较弱的浮力，从而影响地幔的上升速度和玄武岩的产出率。这种密度与化学组成之间的相互作用，使得地幔中不同成分的贡献可以通过同位素比值和化学特征进行区分。

总体而言，地球地幔的化学异质性和密度变化是理解地表火山活动和地球化学动力学的关键因素。通过分析玄武岩的化学和同位素组成，研究者们能够揭示地幔中不同成分的贡献及其对地表地质过程的影响。这种研究不仅有助于理解地球内部的物质循环和化学演化，还为地球动力学模型的建立提供了新的视角。