Recycling of nitrogen and light noble gases in the Central American subduction zone: Constraints from 15N15N
Recycling of nitrogen and light noble gases in the Central American subduction zone: Constraints from 15N15N
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中美洲俯冲带氮气和轻惰性气体的回收：来自15N15N的限制
DOI：
10.1016/j.epsl.2021.117112
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发表时间：
2021
影响因子：
5.3
通讯作者：
de Moor, J.M.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Labidi, J.;Young, E.D.;Fischer, T.P.;Barry, P.H.;Ballentine, C.J.;de Moor, J.M.
现代俯冲带中有多少氮气和轻惰性气体被回收尚不清楚。喷气孔充当电弧被动脱气的手段。它们从弧岩浆中接收到挥发物的不同贡献，而弧岩浆本身就来自地幔楔。气体成分反映了弧下地幔源区挥发性物质的富集程度并限制了板片的脱水。然而，喷气孔中大气成分的贡献是不可避免的。对于 N 2 、氖气和氩气，很难将大气成分与来自板片的成分区分开来。在这里，我们报告了沿中美洲弧线的 8 个喷气孔和 7 个冒泡泉的 15 N 15 N 测量值。我们新的 15 N 15 N 数据与稀有气体测量相结合，表明使用传统的稳定同位素或稀有气体方法，火山气体排放中的空气衍生成分很容易被低估，无论是在喷气孔还是泉水中。我们表明，在缺乏 15 N 15 N 数据的情况下，以前使用的空气示踪剂（例如 δ 15 N、N 2/Ar、N 2/He 等）可能会导致关于混合气体中挥发物来源的错误结论。相比之下，15 N 15 N 数据提供了对大气和岩浆成分的性质和贡献的定量限制。大多数泉水主要由空气中的 N 2 主导，而喷气孔则显示出火山端元的大量贡献。根据喷气孔数据，我们表明中美洲弧下方的岩浆源相对于 3 He 而言所有挥发物均富集，与 MORB 源相比高出两到三个数量级。我们使用新的 15 N 15 N 数据来获得源 N 2/3 He、3 He/36 Ar 和 3 He/22 Ne 比率，然后使用这些比率来计算火山 N 2、Ar 和 Ne 脱气通量。使用这种方法，我们表明放气通量似乎与中美洲俯冲带的俯冲通量相匹配。我们确定 N 2 脱气通量在 4.0× 10 8 和 1.0× 10 9 mol N 2/y 之间，与之前确定的 5.7× 10 8 mol N 2/年的俯冲通量相当。我们对 22 Ne 和 36 Ar 也得到了类似的结论。总体而言，中美洲俯冲带的挥发通量似乎不再需要将 N 2 、Ar 和 Ne 净转移到地幔深处。
How much nitrogen and light noble gases are recycled in modern subduction zones is unclear. Fumaroles act as a means for passive degassing in arcs. They receive variable contributions of volatiles from arc magmas, themselves sourced from the mantle wedge. The gas compositions reflect the extent of volatile enrichment in sub-arc mantle sources and constrain slab dehydration. However, contributions from atmospheric components in fumaroles are unavoidable. For N 2, neon and argon, the atmospheric components are challenging to discern from slab-derived components. Here, we report 15 N 15 N measurements from eight fumaroles and seven bubbling springs, along the Central American arc. Our new 15 N 15 N data are coupled with noble gases measurements and show that air-derived components in volcanic gas discharges can easily be underestimated, in both fumaroles and springs, using conventional stable isotope or noble gases methods. We show that, in the absence of 15 N 15 N data, previously used tracers for air (eg, δ 15 N, N 2/Ar, N 2/He, among others) may lead to erroneous conclusions regarding the origin of volatiles in mixed gases. In contrast, 15 N 15 N data provide quantitative constraints on the nature and contributions of both atmospheric and magmatic components. Most springs are heavily dominated by air-derived N 2, while fumaroles show substantial contributions of volcanic endmembers. Based on the fumarole data, we show that magma sources beneath the central American arc are enriched in all volatiles relative to 3 He, by two to three orders of magnitude compared to the MORB source. We use new 15 N 15 N data to obtain source N 2/3 He, 3 He/36 Ar and 3 He/22 Ne ratios which we then use to compute volcanic N 2, Ar and Ne degassing fluxes. Using this approach, we show that outgassing fluxes appear to match subduction fluxes in the Central America subduction zone. We determine an N 2 outgassing flux of between 4.0× 10 8 and 1.0× 10 9 mol N 2/y, comparable to the subduction flux of 5.7× 10 8 mol N 2/yr determined previously. We obtain a similar conclusion for 22 Ne and 36 Ar. Overall, the volatile fluxes in the central American subduction zone no longer seem to require net transfer of N 2, Ar, and Ne, to the deep mantle.
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