钛同位素成示踪岩浆过程新钥匙

火山或岩浆作用是将地球深部物质和能量带到地表或地壳浅部的唯一途径。因此，理解岩浆作用发生和发展过程即是了解地球内部物质与能量传输的重要手段。在这方面，应用Li、Mg、Fe、Ca和Zn等新兴的非传统金属稳定同位素进行测定示踪作用显著，也是当今地球科学领域发展最快的新兴学科，为解决重大地学问题带来了全新视野。

金属钛(Ti)同位素是非传统稳定同位素地球化学中的一个新的研究方向，在示踪岩浆过程中可能存在不可替代的重要作用。

为了更好地理解岩浆过程中Ti同位素分馏，中国科学院地质与地球物理研究所副研究员赵新苗与中国地质科学院地质研究所研究员唐索寒和朱祥坤，以及中国科学院院士、西北大学教授张宏福等合作，在中国地质科学院地质研究所自然资源部同位素地质重点实验室成功建立了高精度的Ti同位素测定方法，并对来自世界各地不同地质背景的约60件洋中脊玄武岩、弧后玄武岩、夏威夷Kilauea和Koolau洋岛玄武岩、中国内蒙古海拉尔盆地火山岩等样品的Ti同位素组成进行详细研究。其结果表明：Fe-Ti氧化物不饱和的火山岩(SiO2含量5 wt%)，其δ49/47Ti组成范围有限(-0.04‰～0.08‰)，不随岩浆分异而变化;而Fe-Ti氧化物饱和的火山岩(SiO2含量> 54 wt%，MgO含量< 5 wt%)δ49/47Ti变化显著(0.01‰～1.91‰)，并与SiO2含量呈正相关，与MgO含量呈负相关。该成果发表于《矿物学和岩石学贡献》。

文章作者认为，因为Fe-Ti氧化物相比共存的熔体更富集轻Ti同位素，其分离结晶会导致残余岩浆相应地富集重Ti同位素组成。他们又结合前人的研究结果，进一步证实岛弧背景火山岩和地幔柱相关火山岩Ti同位素组成与MgO和SiO2的关系存在显著不同，这主要受控于岩浆分异程度，及成分和Fe-Ti氧化物成分，特别是磁铁矿成分的不同共同控制。

相关专家认为，该研究不仅丰富了非传统稳定同位素地球化学理论体系，而且在理解地球的岩浆过程和示踪岩浆成因的动力学等方面具有重要潜力。

相关论文信息：https://doi.org/10.1007/s00410-020-01704-1