Helium deficit in high‐3He/4He parent magmas: Predegassing fractionation, not a “helium paradox”
Helium deficit in high‐3He/4He parent magmas: Predegassing fractionation, not a “helium paradox”
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高 3He/4He 母岩浆中的氦气缺乏：预脱气分馏，而不是“氦悖论”
DOI：
10.1029/2007gc001833
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发表时间：
2008
期刊：
影响因子：
3.7
通讯作者：
Trieloff M.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Hopp J;Trieloff M.
本文对来自夏威夷热点地区（Kilauea Loihi海山）的海中脊玄武岩（MORB）玻璃和玄武岩玻璃的He - Ne - Ar元素组成进行了评价，确定了（3He/22Ne）太阳、4He*/21Ne*和4He*/40Ar* MORB型和“羽流”型端元组成的二元混合模型。虽然“羽流”岩浆和MORB岩浆的3he /22Ne比值与目前对太阳成分的估计基本一致，但计算得到的4he */21Ne*比值低于理论生产比值，表明“羽流”岩浆组分经历了脱气前分馏事件。这一分异事件导致了放射性4He*和原始3he的缺失，并解释了两个地幔域3he /22Ne、4He*/21Ne*和4He*/40Ar*比值和3he浓度的差异。这解决了先前被称为“地幔He悖论”的明显矛盾，尽管推导出的He浓度也与需要更高浓度的原始地幔概念不一致。我们认为He/Ne和He/Ar比值的初次分馏与He相对于Ne、Ar在部分熔融过程中的相容性有关。提出了一种模式：在MORB源区浅层以下的深度，上升的地幔柱导致低程度部分熔体的形成，而这些熔体缺乏He。在熔体上升过程中，这些“羽流”衍生的熔体与经历了更高熔融程度的浅层（MORB型）地幔源熔体混合，因此没有He亏缺。根据混合的相对比例，所得到的海洋玄武岩将涵盖从Loihi型到MORB型惰性气体同位素组成的整个观测范围。
We evaluated He‐Ne‐Ar elemental compositions of mid‐ocean ridge basalt (MORB) glasses and basalt glasses from the Hawaiian hot spot (Loihi Seamount, Kilauea) to determine the (3He/22Ne)solar,4He*/21Ne*, and4He*/40Ar* MORB‐type and “plume”‐type end‐member compositions within a binary mixing model. Although the3He/22Ne ratios of “plume” magma and MORB magma marginally agree with current estimates of solar compositions, the calculated4He*/21Ne* ratios are lower than the theoretical production ratio and indicate that the “plume” magma component experienced a predegassing fractionation event. This fractionation event resulted in a deficit in both radiogenic4He* and primordial3He and accounts for the differences in3He/22Ne,4He*/21Ne*, and4He*/40Ar* ratios and3He concentrations for both mantle domains. This resolves an apparent contradiction previously termed “mantle He paradox,” though the derived3He concentrations are also at odds with a primitive mantle concept that requires still higher concentrations. We propose that the primary fractionation of He/Ne and He/Ar ratios is related to a more compatible behavior of He relative to Ne, Ar during partial melting. One model is presented: at depths below a shallow MORB source region a rising mantle plume causes formation of low‐degree partial melts, which are deficient in He. During melt ascent, these “plume”‐derived melts mix with melts of the shallow (MORB‐type) mantle source that experienced a higher degree of melting and hence show no He deficit. Depending on the relative proportion of mixing the resulting oceanic basalts will encompass the whole observed range from Loihi‐type and MORB‐type noble gas isotope compositions.
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