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地球早期地幔不均一的Hf-W同位素制约

批准号:
42103011
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
梅清风
学科分类:
同位素地球化学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
梅清风

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
早期地幔性质及其演化的研究对全面理解地球演化历史至关重要。地球早期地幔不均一性及形成不均一性的动力学过程是近年来地球化学研究的热点。短寿命Hf-W放射性衰变体系几乎不受后期改造作用的影响,早期分异形成的地球化学储库的W同位素组成差异明显,因而W同位素能够很好地揭示地球早期物质分异、混合、交换等过程,从而确定形成早期地幔不均一的动力学过程。本项目以太古宙科马提岩为研究目标(包括华北克拉通、加拿大Slave克拉通、南非Kaapvaal克拉通和印度Dharwar克拉通的科马提岩样品),通过分析样品的W同位素组成,结合样品的Nd同位素组成以及铂族元素含量,建立起地幔W同位素组成与早期地幔演化的内在联系,揭示地球早期各圈层间物质分异、混合以及交换等过程,确定形成地球早期地幔不均一的主要动力学机制,并为地球早期构造样式提供制约。
英文摘要
The nature and evolution of early Earth's mantle are critical for a comprehensive understanding of the Earth’s evolution. The dynamic process causing mantle heterogeneity in the early Earth is highly debated in recent years. The short-lived Hf-W radioactive decay system is hardly affected by the later geological processes. The geochemical reservoirs formed by early differentiation have different W isotope compositions. Tungsten isotopes, therefore, could reveal the differentiation, mixing, and exchange processes of the material as well as the dynamic process for the formation of the mantle heterogeneity of early Earth. Tungsten isotope compositions of the Archean komatiites (i.e., komatiites from the North China Craton, the Slave Craton, the Kaapvaal Craton, and the Dharwar Craton) will be measured in this study. Combined with the Nd isotope and Platinum Group Elements (PGEs) concentrations, our W isotope data will provide clues for the links between W isotopes and evolution of the early mantle, reveal the differentiation, mixing, and exchange processes of the material of early Earth, determine the dynamic process causing the mantle heterogeneity of early Earth, and constrain the tectonic style of early Earth.
科马提岩和苦橄岩被视为深部地幔的“岩浆探针”。此类岩石的W同位素组成能够揭示地球早期分异、后期增生、核幔相互作用以及后续的地幔演化过程。本研究分析了非洲南部Kaapvaal克拉通Barberton绿岩带科马提岩与玄武岩、芬兰Suomussalmi绿岩带科马提岩和中国峨眉山大火成岩省的苦橄岩样品的W同位素组成。南非Barberton绿岩带的古太古代玄武岩样品显示出现代洋岛玄武岩特征的μ182W值,范围从–20.4到+5.6,而芬兰Suomussalmi绿岩带的中太古代科马提岩的μ182W值为–2.2到+11.3。峨眉山大火成岩省的苦橄岩样品μ182W值变化范围为–7.1到+3.1。结合前人已发表的数据,本研究发现地幔的W同位素不均一性广泛存在于各地质历史时期。南非Barberton绿岩带Kromberg组玄武岩样品中发现的μ182W负异常可能来源于地球早期分异或者核幔相互作用。这些具有μ182W负异常的组分通过地幔柱进入到上地幔并参与地幔混合可能是上地幔μ182W值降低的原因之一。地球的板块构造体制启动以后,再循环的地壳物质将影响下地幔的W同位素组成,这一过程解释了部分金伯利岩和峨眉山大火成岩省苦橄岩样品中呈现出的微负乃至近零的μ182W值。本研究对理解早期地幔不均一性的形成、保存与破坏过程具有重要的启示意义。
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