金红石与碳酸岩熔体间Nb-Ta分配行为研究：对俯冲带弧岩浆成因及碳循环的启示

本综述通过实验测定金红石-碳酸岩熔体分配系数（DNb=17-79，DTa=39-393），揭示其压力温度依赖性及稳定DNb/DTa比值（0.20-0.27）。研究否定了深俯冲榴辉岩作为超球粒陨石Nb/Ta储库的假说，首次量化板片来源碳酸岩熔体对天然碳酸岩Nb/Ta变化的贡献（＜2个数量级），并明确硅不饱和高Nb/Ta弧岩浆的地幔源区受碳酸岩熔体交代作用的关键机制。

　　

Highlight

起始材料

碳酸岩熔体成分可分为钙质、镁质和铁质三类（Hammouda and Keshav, 2015; Woolley and Kempe, 1989）。来自碳化泥岩和碳化榴辉岩熔融产生的碳酸岩熔体总体呈钙质特征（Chen et al., 2023; Tsuno et al., 2012; Poli, 2015; Hammouda, 2003）。因此我们选择钙质碳酸岩熔体作为起始材料（表S1），其成分等同于碳化榴辉岩部分熔融产生的熔体。

结果

实验的温压条件、持续时间、实验产物和相比例见表1。主要元素数据见表S2。金红石和碳酸岩熔体中Nb、Ta含量、分配系数及其比值见表2。这些数据首次系统揭示了金红石与碳酸岩熔体间的分配系数。靠近起始材料的胶囊边缘成分...

平衡状态的达成

为达到化学平衡，本研究采用结晶实验法测定Nb和Ta的分配行为。多项证据表明分配平衡已基本实现：首先，实验持续时间介于30至82小时，与先前类似条件的研究相当或更长（Chen et al., 2018, 2021; Schmidt et al., 2004）。其次，本研究生成的晶体...

结论

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  (1) 金红石-碳酸岩熔体的D_Nb和D_Ta受压力和温度显著影响，随温压升高均呈现先降后升的双相响应。而D_Nb/D_Ta比值保持窄幅波动（0.20–0.27），对温压变化极不敏感。
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  (2) 板片熔融及碳酸岩熔体释放导致含金红石榴辉岩的Nb/Ta比值低于原岩，而碳酸岩熔体Nb/Ta比值高于原岩。因此，深俯冲含金红石榴辉岩不能作为解释地球Nb悖论的超球粒陨石Nb/Ta储库。