测定格陵兰岛38亿年古老地幔橄榄岩的亲硫元素的含量

Studying mantle peridotites are the most common approach to constraining the mantle composition, and thus our understanding of the mantle depends on acquisition of suitable mantle peridotites. Affected by various factors, the composition of Archean mantle is distinct from the post-Archean mantle in many perspectives. Therefore, studying Archean mantle peridotites can facility comparison with post-Archean mantle on a broad time scale. Current constraints on the Archean mantle composition are generally derived from basalts and komatiites, both of which are mantle-derived melts, whereas data on Archean peridotites are comparatively scarce. Recently, 3.8 Ga mantle peridotites were recognized from southwest Greenland. These oldest mantle peridotites have good preservation of fresh olivine and magmatic signatures of highly siderophile elements, suggesting limited secondary alteration in these rocks that are suitable for studying the Archean mantle composition. We aim to obtain the first hand data on chalcophile elements (S, Se, Te, Cu and Ag) in the 3.8 Ga mantle peridotites, hoping to compare these data with post-Archean mantle peridotites. We plan to discuss the compositional evolution of siderophile and chalcophile elements in the mantle by extending to 3.8 Ga, in comparison with the progressive mixing model from 3.5 Ga to 2.7 Ga in former studies. This work may have indirect implications for processes such as late accretion, core formation and initialization of plate tectonics.

研究地幔橄榄岩是人们了解地幔化学组成最常用的方法，因此对地幔的理解程度直接取决于橄榄岩样品的获得。受多种因素影响，太古代地幔的化学成分和后太古代的地幔有着诸多不同。因此，研究太古代古老地幔有助于在较长时间尺度上对比地幔组成的演化。然而，目前古老地幔的化学组成信息多间接的来自玄武岩和科马提岩，而保存较好的古老地幔橄榄岩十分稀少，这制约了人们对地幔演化的直接了解。最近，人们新近发现了格陵兰岛西南部产出38亿年的橄榄岩。这些迄今为止最古老的地幔橄榄岩不仅保有新鲜的橄榄石，其强亲铁元素完好地保留了地幔特征，证明这些岩石次生蚀变有限，非常适合用来研究太古代的地幔。申请人计划测定其中的亲硫元素（S、Se、Te、Cu和Ag）的含量，以期在较长时间尺度上（拓展到38亿年）探讨地幔中亲铁亲硫元素的变化，对照前人提出35-27亿年之间的陨石物质在太古代地幔渐进混合模型，为约束与地球早期增生分异有关的过程提供新

晚期薄层增生是地球增生后期一个重要的行星过程，它不仅为地球的地幔带来的全部的铂族元素，还有可能为地球带来了所有的硫以及其它挥发性元素。前人发现格陵兰岛38亿年地幔橄榄岩中铂族元素的含量与现今地幔相当，证实晚期薄层增生带来的物质在地幔中混合均匀要早于38亿年。前人认为与铂族元素一样，地幔中的硫也是通过晚期薄层增生带来的。因此，通过测定格陵兰岛38亿年地幔橄榄岩中S-Se-Te等亲硫元素的含量，理论上不仅可以验证地幔中的硫是否与晚期薄层增生有关，还可以对晚期薄层增生的陨石物质在38亿年前已经在地幔中混合均匀进行相互印证。通过同位素稀释剂法，申请人准确测定了格陵兰岛38亿年地幔橄榄岩的S-Se-Te-Cu-Ag的含量，发现与铂族元素不同，这些亲硫元素的原始岩浆特征已经被后期的流体作用所改变，无法直接用来制约与晚期薄层增生有关的科学问题。.为了在上述非正面科学认识的基础上进一步拓展对这一科学问题的认识，申请人自主探索，利用第一性原理和分子动力学计算高温高压下金属相-硅酸盐相熔体之间的硫同位素平衡分馏系数，试图从硫同位素的角度进一步制约地球挥发性元素的来源。初步的探索表明，地球上的硫可能与晚期薄层增生以及核幔分异都没有关系，可能是地球增生早期过程的残留信号。