3月23日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）刊發(fā)了中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所一項(xiàng)最新成果。該研究通過(guò)對(duì)全球十萬(wàn)多件弧火山巖樣品數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)匯總和梳理，揭示了氧化的弧下軟流圈地幔。

　　氧，作為生命生存的關(guān)鍵物質(zhì)，是維持地球宜居環(huán)境的必要條件。大洋板塊的俯沖攜帶了大量硫、鐵、碳等氧化還原敏感的變價(jià)元素進(jìn)入地球內(nèi)部，驅(qū)動(dòng)著地球表面與地球深部之間的氧循環(huán)，控制了地球歷史時(shí)期大氣中的氧氣含量，對(duì)于宜居地球的形成和維持至關(guān)重要。

　　目前研究普遍認(rèn)為弧火山巖比洋中脊玄武巖更為氧化，然而其氧化的成因是“幔源”（俯沖板片對(duì)地幔楔的物質(zhì)貢獻(xiàn)）還是“殼源”（地殼演化過(guò)程的影響）存在極大爭(zhēng)議，也是國(guó)際前沿的學(xué)術(shù)問(wèn)題。而目前研究中的難點(diǎn)是，幾乎沒(méi)有能代表原生弧巖漿組成的火山巖，難以從根本上限定弧火山巖氧化的成因。

　　原生弧巖漿的氧化還原狀態(tài)決定了巖漿中變價(jià)元素S的含量，從而控制了巖漿中親硫元素Cu的系統(tǒng)變化。基于此，中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所博士研究生趙思宇、副研究員楊陽(yáng)、研究員趙太平等人，對(duì)全球十萬(wàn)多件弧火山巖樣品數(shù)據(jù)進(jìn)行了系統(tǒng)匯總和梳理，發(fā)現(xiàn)不同俯沖帶弧火山巖中的Cu/Zr比在巖漿演化初期均保持恒定，首次提出MgO>6%的弧火山巖的Cu/Zr比保存了其原生巖漿的信息，記錄了地幔部分熔融過(guò)程中地幔硫含量和氧化還原狀態(tài)的系統(tǒng)變化。

　　該研究重新限定了弧下地幔的硫含量，創(chuàng)新性地運(yùn)用弧火山巖的Cu/Zr比識(shí)別出全球弧巖漿中變價(jià)元素硫和親硫元素的地球化學(xué)行為，明確了弧下地幔比洋中脊地幔更氧化，證實(shí)了弧巖漿氧化的成因來(lái)自于“幔源”。

　　弧巖漿中的Cu不僅記錄了原生弧巖漿氧化還原狀態(tài)的信息，也是斑巖銅礦成礦的關(guān)鍵。斑巖銅礦占據(jù)了全球75% Cu的勘探總量，主要產(chǎn)出于俯沖帶。超大型斑巖銅礦主要分布在地殼厚度較厚的弧，前人提出厚弧火山巖中低Cu含量是巖漿在深部地殼中硫化物大量堆晶的結(jié)果，以此提出早期大量硫化物堆晶是厚弧富集大型斑巖銅礦的關(guān)鍵。

　　然而，該研究揭示了厚弧的原生巖漿具有較低Cu含量，是地殼厚度控制下地幔低程度部分熔融的結(jié)果，并不需要早期大量硫化物堆晶過(guò)程來(lái)降低巖漿中的Cu含量，這對(duì)斑巖銅礦中Cu的超常富集機(jī)制提出了挑戰(zhàn)。

　　該研究為近十年來(lái)關(guān)于弧巖漿氧化成因的爭(zhēng)論提供了新的限定，為地表與地球深部的氧循環(huán)過(guò)程提供了重要的證據(jù)，也為揭示斑巖銅礦的成因研究提供了理論支持。

　　相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1126/sciadv.abk0718