Cu、Zn都是生命必需元素，它们在海洋中的地球化学循环在维持海洋生命、调控海洋生产力等方面发挥着重要作用。现有研究表明，相对于河流输入，海水的Cu-Zn同位素组成明显偏重，根据质量守恒，这说明在海洋中至少存在一个具有轻Cu-Zn同位素组成的储库以平衡Cu-Zn收支。大洋蚀变作为大洋中Cu-Zn输入、输出的重要端元，查明其同位素组成对海洋的Cu-Zn地球化学循环具有重要意义。
我校科学研究院刘盛遨教授及其合作者对来自西南印度洋和加科尔的超慢速扩张洋脊的深海橄榄岩，以及来自西藏南部的10个蚀变程度极低的蛇绿岩套中的橄榄岩，进行了Cu-Zn同位素分析，取得了以下创新性认识：
1、本文根据具最低蚀变程度的橄榄岩和未蚀变的蛇绿岩套中橄榄岩的Zn同位素组成，厘定了大洋地幔的Zn同位素组成为0.19±0.05‰（2SD）。蚀变橄榄岩的Zn同位素与未蚀变橄榄岩的Zn同位素具有显著差异，表明海底蚀变过程中Zn同位素发生了分馏。其中，一些蚀变的样品显示出⁶⁶Zn随着Zn浓度增加而增加，可能是由于次生相（如针铁矿）的吸附作用导致的。
2、大洋蚀变是海洋中低⁶⁵Cu的来源。几乎所有蚀变的橄榄岩都显示出高达90%铜的丢失，并且铜同位素的比值相对于未蚀变的橄榄岩来说都较重，Cu同位素的地球化学行为表明，仅靠蚀变和风化不太可能导致如此大量的铜的丢失和⁶⁵Cu的升高。对此，本文对蚀变的橄榄岩进行了Cu和Zn的淋滤实验，结果表明，与全岩相比，滤液和残渣分别具有较高和较低的?⁶⁵Cu值，说明吸附是蚀变橄榄岩中产生重铜同位素富集的重要机制。因此，本文提出造成蚀变橄榄岩中重Cu同位素的另一种机制：即蚀变和风化过程造成了橄榄岩中的初始铜部分丢失，然后Cu通过倾向于富集重同位素的次生矿物相的吸附得以补充。现有的研究表明，相对于“源”，现代海洋Cu同位素的“汇”总是较轻的，这不满足质量守恒，因此可能需要一个较轻的“源”或一个较重的“汇”来平衡Cu同位素的收支。本文所研究的深海橄榄岩的⁶⁵Cu（-0.4到-0.1‰）比河流输入(⁶⁵Cu=~0.7‰)轻约1‰，是大洋中一个低⁶⁵Cu的来源。

图1 现代海洋的Cu、Zn同位素模型（修改自Vance et al., 2016; Little et al., 2017）
上述成果发表在地球化学国际权威期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》上：Liu, S.-A.*, Liu, P.-P., Lv, Y., Wang, Z.-Z., Dai, J.-G., 2019. Cu and Zn isotope fractionation during oceanic alteration: Implications for Oceanic Cu and Zn cycles. Geochimica et Cosmochimica Acta, 257: 191–205. [IF = 4.258]
原文链接： https://doi.org/10.1016/j.gca.2019.04.026

附件20200102142420366204.pdf(1.133399MB)