总访问量：
王睿睿,April 27, 2022
大陆地壳与弧岩浆的成分相似，弧岩浆作用被认为在大陆地壳的形成中起着关键作用。在这种比较中，大陆地壳的一个关键但经常被忽视的特征是它的钙碱性趋势，其标志是铁的强烈耗竭。钙碱性分化中驱动铁消耗的机制仍有争议。一种解释是来自高氧逸度（fO2）和水含量的弧岩浆的磁铁矿早期饱和；石榴石的分离结晶同样可以驱动弧岩浆Fe耗竭和氧化；另外，含Fe2+的角闪石也被认为在钙碱性岩浆分异中发挥了重要作用。根据这些争议，Du et al. (2022) 等人就安第斯山脉中部两套岩浆岩的Fe同位素数据及其他岛弧Fe同位素数据研究钙碱性分异中Fe亏损的机制。
所选样品有来自正常地壳，表现为中度铁亏损、低 La/Yb （6-17）和 Sm/Yb比值、角闪石广泛结晶、石榴石结晶有限，δ56Fe=0.01‰ ± 0.04‰~0.19‰ ± 0.03‰ (2SD)，平均值0.10‰ ± 0.05‰ (1 SD)。来自加厚地壳的样品表现为强烈铁亏损、高 La/Yb（16-37）和 Sm/Yb比值，δ56Fe=0.12‰ ± 0.04‰ ~0.19‰ ± 0.04‰ (2SD)，平均值0.14‰ ± 0.02‰ (1SD)。
岛弧岩浆Fe同位素分异可能由多个过程引起，包括（1）地幔楔体中的流体加入；（2）橄榄岩的部分熔融；（3）源的非均质性和（4）地壳内分异作用。板状流体可以将轻铁同位素引入岛弧岩浆。而安第斯岩浆δ56Fe值高于其他弧岩浆和MORB，且δ56Fe值与流体活动的地球化学示踪物（如Ba/La比值）没有明显的共变化，表明流体对安第斯岩浆Fe同位素变化的贡献有限。
铁同位素可能在地幔部分熔融过程中分馏，熔体优先富集重铁同位素，这种熔体的提取可以使岩浆源向低δ56Fe方向转移。但是安第斯弧岩浆系统的Fe同位素组成均比基性岛弧岩浆和原始岛弧岩浆的Fe同位素组成偏重（图1）。这些结果表明，熔融引起的分异不太可能解释安第斯弧岩浆升高的δ56Fe值。
图1. 不同弧岩浆δ56Fe值，灰色阴影区域代表全球弧岩浆的走向。
岩浆δ56Fe随地壳增厚而增加（图2），表明在弧岩浆分异过程中，压力对Fe同位素分馏作用起着控制作用。安第斯加厚地壳样品的δ56Fe和Sm/Yb值升高（图1，3）与铁在石榴石（角闪石）中保留而不是磁铁矿分选有关。安第斯正常地壳岩石的δ56Fe值中等，代表过渡钙碱性系列，以角闪石（±磁铁矿）分异作用为主。
图2. 薄壳（马里亚纳弧）、正常壳（安第斯NC）和厚壳（安第斯TC）的δ56Fe值。
图3. Sm/ Yb（和La/Yb）比值。
为了进一步说明地壳厚度对Fe同位素分馏的影响，作者使用pmelt软件（Ghiorso et al.， 2002）模拟了0.2 ~ 2.0 GPa和3 wt%初始H2O含量下的弧岩浆分异。结果显示，在薄壳内，弧岩浆分异时磁铁矿为主要含铁相；在厚壳内以石榴石为主。中等厚度（约30 ~ 45 km）地壳的岩浆分异可能经历了石榴石、角闪石和磁铁矿的分异作用（图4）。随着分异过程的进行，模拟弧岩浆的δ56Fe随地壳厚度的增加而增大，与安第斯和马里亚纳弧样品的Fe同位素组成一致。
图4. （A）薄弧壳和（B）厚弧壳的岩浆分异。
最后，来自较年轻的正常地壳样品（18 ~ 10 Ma）具有较高的δ56Fe值，但较低的Sm/Yb比值。单靠角闪石分异作用不能产生高δ56Fe值，可能反应了源区为交代地幔源。
Du, D. H., Tang, M., Li, W., Kay, S. M., Wang, X. L. (2022). What drives Fe depletion in calc-alkaline magma differentiation: Insights from Fe isotopes. Geology, 50(5), 552-556.
你必须登录之后才可以参与讨论。