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【导读】近日《地质学》期刊发表文章，在西格陵兰岛的金伯利岩中发现的一个石榴石橄榄岩包体，该包体与实验合成的碳酸盐熔体和金刚石中发现的富镁碳酸盐流体包裹体成分相似，表明其代表了金伯利岩地幔源区内生成的碱性碳酸盐熔体，为克拉通地幔中存在碱性碳酸盐熔体提供了第一个直接证据。该研究为理解地球深部碳循环、地幔交代作用和金伯利岩成因提供了认识。碳酸盐熔体在地球深部碳循环、地幔熔融、氧化还原反应和不相容元素迁移等方面起着至关重要的作用。先前的实验研究、交代蚀变现象以及捕虏体、金伯利岩和金刚石中的熔体/流体包裹体都暗示了克拉通地幔中存在碳酸盐熔体，但其确切成分却难以确定。本研究希望通过对西格陵兰岛马朱阿加金伯利岩中的一个石榴石橄榄岩包体进行详细的岩石学、地球化学和熔体包裹体研究，为克拉通地幔中存在碱性碳酸盐熔体提供直接证据。图1 （A） 石榴石捕虏体薄片的普通透明光图像，显示断裂的橄榄石（无色）、斜辉石（绿色）和熔池（以红色突出显示）；（B） 捕虏体中的背散射电子（BSE）图像，由白云石和蛇纹石组成，边缘为磁铁矿。其他次要成分是方解石、磷灰石、金云母、硫化物和Ti-MgFe尖晶石（红色椭圆形）的堆积物。研究人员对西格陵兰岛马朱阿加(Majuagaa)金伯利岩中发现的一个石榴石橄榄岩包体（GGU477406）进行了详细的岩石学、地球化学和熔体包裹体研究。研究方法包括电子探针分析、背散射电子成像和同位素分析等。研究结果表明，1）石榴石橄榄岩包体最后一次与地幔的平衡压力为4.5 GPa，温度为1000 °C，表明其形成于地幔深部。2）该包体中含有丰富的熔体池，主要由白云石、方解石、蛇纹石、尖晶石、磷灰石和金云母组成，并含有一些微小的多相包裹体，这些包裹体的成分表明熔体池中富含碳酸盐、碱金属和挥发分。3）包体中的尖晶石含有保存完好的熔体包裹体，其成分主要为碳酸盐、碱性碳酸盐、方镁石/水镁石以及少量的卤化物、钾硫化物、磷灰石和金云母。4）这些熔体包裹体的成分与实验合成的碳酸盐熔体以及在金刚石中发现的富镁碳酸盐流体包裹体的成分非常相似，表明其代表了金伯利岩地幔源区内生成的碱性碳酸盐熔体的成分。图2:（A，B）背散射电子（BSE）和假彩色图像分别显示，在由白云石（绿色）、蛇纹石（蓝色）、方解石（青色）和少量磷灰石和金云母（均为黄色）组成的碳酸盐熔池中，存在丰富的带状尖晶石晶体（红色）。（C–E）A中所示的区域的特写BSE图像。（F–G）图像E中区域的近景BSE图像，显示结晶熔融夹杂物。熔融包裹体中的子矿物主要由白云石（do）、钠白云石（Na-do）、方镁石（p）、方解石（cl）和钠钙石（n）组成，含有少量磷灰石（ap）、钾盐（s）、辉石岩（dj）和含氟（4 wt%）水镁石（br）。该研究为克拉通地幔深部存在碱性碳酸盐熔体提供了第一个直接证据，对深入理解地球深部碳循环具有重要意义。研究结果表明，碱性碳酸盐熔体是地幔交代作用的重要媒介，其与地幔橄榄岩的反应可以导致橄榄石的消耗和单斜辉石、石榴石的形成，从而形成橄榄岩。金伯利岩是一种来自地球深部的特殊岩石，其成因一直存在争议。该研究表明，金伯利岩的形成可能与碱性碳酸盐熔体的活动有关。参考文献：Ekaterina S. Kiseeva, Vadim S. Kamenetsky, Ivan F. Chayka, Roland Maas, Troels F.D. Nielsen; Alkali-carbonate melts in the cratonic mantle evidenced by a wehrlite xenolith from the Majuagaa kimberlite, West Greenland. Geology 2024;
doi: https://doi.org/10.1130/G52274.1
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