镁同位素地球化学研究新进展及其应用

作为一种新兴的地质示踪剂,Mg同位素正受到国际地学界日益广泛的关注。Mg同位素地球化学研究已取得了巨大的进展,近期研究工作主要包括两个方面。首先,调查了地球各主要储库和陨石的Mg同位素组成特征,结果表明陨石和地球地幔具有均一并且相似的Mg同位素组成,平均δ26Mg值分别为-0.28±0.06‰和-0.25±0.07‰;相反,上地壳和水圈的Mg同位素组成很不均一,δ26Mg值变化范围分别为-4.84‰～+0.92‰和-2.93‰～+1.13‰。其次,对一些地质和物理化学过程中Mg同位素的分馏行为进行研究,结果表明:(1)地表风化作用可以造成大的Mg同位素分馏,导致重Mg同位素残留在风化产物中而轻Mg同位素进入水圈;(2)岩浆分异过程中Mg同位素平衡分馏很小;(3)高温化学扩散和热扩散过程中Mg同位素会发生显著的动力学分馏。基于这些研究成果,Mg同位素体系已经被初步应用于示踪早期地球形成和壳内物质再循环等过程,并有望在不久的将来应用于示踪大陆地壳的化学演化和地质温度计等研究领域。

高温地质过程钙稳定同位素的分馏及应用

钙元素广布于地球各圈层,由于其具有流体活动性,因此在许多地质过程中都扮演着重要的角色。随着多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)以及热电离质谱仪(TIMS)同位素分析技术的进步,近十年来钙同位素高温地球化学示踪技术发展迅速,取得了一系列研究成果,包括:厘定了陨石、月球、火星和地球的钙同位素组成;制约了主要富钙矿物间的平衡分馏系数;探讨了多种高温过程中钙同位素的分馏机理及控制因素。目前的研究显示,稳定钙同位素地质示踪剂有望广泛应用于研究行星物质起源、地幔演化、壳幔物质循环等重要地球科学问题。本文对这些成果进行了归纳总结。