Oxidized primary arc magmas: Constraints from Cu/Zr systematics in global arc volcanics.
Oxidized primary arc magmas: Constraints from Cu/Zr systematics in global arc volcanics.
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DOI：
10.1126/sciadv.abk0718
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发表时间：
2022-03-25
期刊：
影响因子：
13.6
通讯作者：
Zhao TP
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Zhao SY;Yang AY;Langmuir CH;Zhao TP
弧火山岩比洋中脊玄武岩（MORB）氧化程度更高，但这是地幔特征还是岩浆演化的结果仍有争议。铜是一种喜硫元素，它被用来示踪地幔熔融过程中氧化还原敏感的硫的行为，并推断弧下地幔和脊下地幔具有相似的氧化还原状态。然而，以前的研究，忽略了升高的硫含量在亚弧地幔，导致低估的氧逸度，并没有认识到系统的弧火山岩中的铜变化。在这里，我们表明，Cu/Zr比是一个敏感的指标，响应硫含量，氧逸度，和地幔熔融的程度。由于地幔硫含量较高，弧下地幔的氧逸度比脊下地幔高一个对数单位，这是弧下岩浆Cu系统学的要求。厚壳弧火山岩的低Cu含量是富硫地幔熔融程度低的结果，不需要深部地壳硫化物分馏，这对斑岩铜矿的成因具有重要意义。原生弧和MORB岩浆的Cu系统学相似，这是由于更多的氧化亚弧地幔与来自板片通量的更高的硫。
Arc volcanics are more oxidized than mid-ocean ridge basalts (MORB), but it is debated whether this is a mantle feature or a result of magmatic evolution. Copper, a sulfur-loving element, has been used to trace the behavior of redox-sensitive sulfur during mantle melting and infer similar redox states of sub-arc and sub-ridge mantle. Previous studies, however, neglected elevated sulfur contents in the sub-arc mantle, leading to underestimation of oxygen fugacities, and did not recognize systematic Cu variations in arc volcanics. Here, we show that the Cu/Zr ratio is a sensitive indicator that responds to sulfur content, oxygen fugacity, and extent of melting of the mantle. Because of higher mantle S contents, Cu systematics of arc magmas require one log unit higher oxygen fugacities of sub-arc than sub-ridge mantle. Low Cu contents of thick-crusted arc volcanics result from low extents of melting of sulfur-rich mantle, obviating the need for deep crustal sulfide fractionation, with substantial implications for the origin of porphyry-Cu deposits. Similar Cu systematics for primary arc and MORB magma result from more oxidized sub-arc mantle with higher sulfur from slab flux.
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