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板塊俯沖帶是地球表面-內(nèi)部物質(zhì)和能量交換、大陸地殼生長(zhǎng)以及殼/幔相互作用的重要場(chǎng)所，也是地球上最宏大的地質(zhì)過(guò)程之一。俯沖帶也是火山活動(dòng)、地震、海嘯等地質(zhì)災(zāi)害的主要發(fā)生區(qū)域，與地球演化及人類生活息息相關(guān)。大陸或者大洋地殼巖石深俯沖進(jìn)入地球深部，經(jīng)歷高溫高壓變質(zhì)作用形成榴輝巖；同時(shí)俯沖板塊析出的流體交代地幔楔導(dǎo)致部分熔融形成島弧火山巖。這兩類巖石記錄了俯沖板片地質(zhì)演化及俯沖帶殼幔相互作用方面的重要信息。

鋰（Li）是 “大爆炸”形成宇宙時(shí)的最基本元素之一，也是最輕的金屬元素，在人類社會(huì)被廣泛應(yīng)用于電池儲(chǔ)能、冶金、醫(yī)藥、玻璃陶瓷、航天及核能等各種工業(yè)領(lǐng)域。地殼中Li含量平均僅為0.0065%，在自然界以微量元素的形式廣泛存在于各種巖石礦物和地質(zhì)熔流體中。鋰有兩個(gè)穩(wěn)定同位素：6Li和7Li，其相對(duì)質(zhì)量差（16%）是所有金屬元素中最大的。自然界Li同位素組成會(huì)由于地質(zhì)條件的改變而產(chǎn)生顯著的變化，這一特性被廣泛用于示蹤各種地質(zhì)過(guò)程的發(fā)生機(jī)制和演化過(guò)程。

近期，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)肖益林教授團(tuán)隊(duì)選取我國(guó)西藏松多地區(qū)由俯沖蝕變洋殼形成的榴輝巖，以及位于俄羅斯遠(yuǎn)東地區(qū)的勘察加半島島弧火山巖，開(kāi)展了詳細(xì)系統(tǒng)的俯沖帶相關(guān)過(guò)程的鋰（Li）同位素和其它地球化學(xué)方面的綜合研究，為揭示俯沖帶水巖相互作用過(guò)程中的鋰同位素地球化學(xué)行為，利用Li同位素示蹤俯沖帶地質(zhì)過(guò)程及理解板塊構(gòu)造過(guò)程提供了重要證據(jù)。相關(guān)研究成果分別發(fā)表于Geochimica et Cosmochimica Acta和Journal of Geophysical Research-Solid Earth上。肖益林教授為論文通訊作者，劉海洋博士為第一作者。

對(duì)于西藏榴輝巖樣品的Li同位素研究表明，俯沖蝕變洋殼形成的巖石總體具有高的鋰濃度和虧損7Li的同位素組成。進(jìn)一步的模擬結(jié)果顯示，俯沖過(guò)程中的板片脫水與折返過(guò)程中的沉積物分異流體之間的混合，是形成榴輝巖中鋰同位素特征的主要原因（圖1）。研究揭示了俯沖低溫蝕變洋殼的Li同位素特征及其地球化學(xué)行為，證明了俯沖帶Li同位素體系主要受控于變質(zhì)脫水和折返流體交代過(guò)程，但也可能被俯沖的變質(zhì)沉積巖所影響。這些認(rèn)識(shí)為理解榴輝巖鋰同位素特征和俯沖帶鋰同位素地球化學(xué)行為提供新的思路。

對(duì)勘察加半島不同火山密集區(qū)島弧巖石的Li同位素研究表明，隨著俯沖深度的增加，板片分異流體逐漸減少，而鋰同位素組成變化范圍較小。模擬計(jì)算結(jié)果顯示板片分異的流體對(duì)勘察加島弧巖漿的鋰同位素體系影響程度有限，地幔楔可能存在再平衡過(guò)程，因此島弧巖石往往具有類似于洋中脊玄武巖的鋰同位素特征。該研究對(duì)揭示全球島弧巖石鋰同位素的組成特征提供了關(guān)鍵信息。

該研究得到了中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B）和國(guó)家自然科學(xué)基金的聯(lián)合資助。此前研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)家自然科學(xué)基金資助下建立的Li同位素分析平臺(tái)發(fā)揮了重要的技術(shù)先導(dǎo)作用。