Calcium isotope fractionation between silicate minerals and melts

硅酸盐矿物和熔体之间的钙同位素分馏

基本信息

项目摘要

Geochemical signatures that originate from mass dependent Ca isotope fractionation have been established as proxies for low temperature applications, like oceanic Ca budget reconstructions, trophic level indicators, nutrient cycling in soils or biomineralisation processes. In high temperature systems, mass dependent Ca isotope fractionation has been considered small for a long time, but recent findings on natural silicate rocks and minerals as well as lab experiments, suggest significant stable isotope fractionation between silicate minerals. While current conceptual models favor crustal recycling as mechanism for creating Ca isotope variability in different igneous rocks, the potential role of partial melting and fractional crystallization is not equally considered. In this project we will identify Ca isotope trends in natural igneous rocks and mineral/melt partitioning experiment. To study systematics of melting, crystallisation and mantle sources, we will investigate ocean island basalts from different hotspots, different source regions and degrees of partial melting. Calcium isotope fractionation within a magma chamber will be studied on a volcanic sequence, to characterise the evolution of the Ca isotope composition of the melt during fractional crystallisation of Ca bearing minerals. We aim to study the mass dependent Ca isotope fractionation between garnet, clinopyroxene and melts, as garnet and clinopyroxene are the mineral phases which dominate the Ca budget of partial mantle melts. To quantify the fractionation between minerals and melts, we plan to conduct melting experiments at different pressure and temperature conditions. As a synthesis, we will develop a model to describe Ca isotope fractionation processes during magmatic processes, e.g. partial melting and fractional crystallisation.
源于质量依赖的钙同位素分馏的地球化学特征已被建立为低温应用的替代物,如海洋钙收支重建、营养水平指示器、土壤中的养分循环或生物矿化过程。在高温体系中,依赖于质量的钙同位素分馏一直被认为是小的,但最近对天然硅酸盐岩石和矿物的发现以及实验室实验表明,硅酸盐矿物之间存在着显著的稳定同位素分馏。虽然目前的概念模型倾向于将地壳再循环作为在不同火成岩中产生钙同位素差异的机制,但并未平等地考虑部分熔融和分离结晶的潜在作用。在这个项目中,我们将确定天然火成岩中的钙同位素趋势和矿物/熔体分配实验。为了研究熔融、结晶和地幔来源的系统学,我们将研究不同热点、不同源区和部分熔融程度的洋岛玄武岩。将在火山岩序列中研究岩浆室内的钙同位素分馏,以表征含钙矿物在分馏结晶过程中熔体的钙同位素组成的演变。由于石榴石和单斜辉石是控制部分地幔熔体钙平衡的矿物相,我们旨在研究石榴石、单斜辉石和熔体之间与质量相关的钙同位素分馏。为了量化矿物和熔体之间的分馏,我们计划在不同的压力和温度条件下进行熔融实验。作为综合,我们将开发一个模型来描述岩浆过程中的钙同位素分馏过程,例如部分熔融和分馏结晶。

项目成果

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