海洋島火山岩のリチウム同位体組成を用いた地球内部に沈み込んだ海洋地殻の行方の解明

利用大洋岛火山岩的锂同位素组成阐明洋壳俯冲到地球内部的命运

基本信息

批准号：
16740309
负责人：
西尾嘉朗
金额：
$ 2.37万
依托单位：
Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

海洋島火山岩のストロンチウム(Sr)・ネオジム(Nd)・鉛(Pb)といった同位体組成分布から,マントルには少なくとも4つの成分(DM, HIMU, EM1, EM2)が存在すると考えられている。本研究以前は,これらのマントル成分の中でもEM1成分は特に理解が進んでおらず,その起原に関して研究者の間に統一した見解は出るに至っていなかった。これは地球内物質循環研究ではよく用いられるSr-Nd-Pb同位体トレーサーが4つのマントル成分でもEM1の検出には感度がそれほど良くなかった事が原因である。研究代表者が主著で2004年に発表した論文*では,著しく軽いLiの同位体組成がEM1マントル成分の特徴であるという説を提唱した。EM1マントル成分が普遍的に著しく軽いLiの同位体組成を持つなら,EM1の起源は沈み込んだ海洋地殻の中でも最上部層に相当する著しく海洋底変質を受けた部分となる。しかし,このEM1が著しく軽いLiの同位体組成を持つ説はマントルゼノリス試料の結果を基にしていた。そこで,本研究ではEM1成分に卓越する海洋島火山岩のLi同位体を分析した。ここで注意すべきは,EM1成分に卓越した火山岩が地表に噴出してからの年月からかなり経過しているため表層変質の影響を受けやすい全岩分析でのLi同位体データは表層変質の影響を受けている可能性が高い。そこで,本研究ではEM1マントル成分に卓越した海洋島火山岩から比較的風化に強い構成鉱物を分離してLi同位体を測定した。その結果,著しく軽いLiの同位体組成の発見に成功した。この発見によって,本研究課題の当初の目的が達成され,これまで謎とされていたEM1マントル成分の起源が著しく沈み込んだ海洋地殻の最上部層とする研究代表者が提唱した説が正しいことが明らかとなった。*: Nishio Y., Nakai S., Yamamoto J., Sumino H., Matsumoto T., Prikhod'ko V.S. and Arai S. (2004) Lithium isotopic systematics of the mantle-derived ultramafic xenoliths : implications for EM1 origin. Earth Planet.Sci.Lett. 217, 245-261.

根据大洋岛火山岩中锶（Sr）、钕（Nd）和铅（Pb）的同位素组成分布，认为地幔中至少存在四种组分（DM、HIMU、EM1和EM2）。在这项研究之前，人们对这些地幔成分中的EM1成分还没有特别了解，研究人员对其起源也没有达成统一的意见。这是因为，常用于研究地球物质循环的Sr-Nd-Pb同位素示踪剂，即使有四种地幔成分，对检测EM1也不是很敏感。该研究的主要作者在2004年发表的一篇论文*中提出了Li的极轻同位素组成是EM1地幔成分特征的理论。如果EM1地幔成分普遍具有极轻的Li同位素组成，那么EM1的起源将是俯冲洋壳的一部分，该洋壳经历了显着的洋底蚀变，对应于最上层。然而，EM1 具有明显较轻的 Li 同位素组成的理论是基于地幔捕虏体样本的结果。因此，在本研究中，我们分析了大洋岛火山岩中 EM1 成分中占主导地位的锂同位素。这里需要说明的是，由于以 EM1 成分为主的火山岩喷发到地表已有很长时间，易受地表蚀变影响的全岩分析中获得的 Li 同位素数据并不能反映表面变化可能受到影响。因此，本研究从EM1地幔成分中突出的大洋岛火山岩中分离出相对耐风化的组成矿物，并测量了其Li同位素。结果，我们成功发现了极轻锂的同位素组成。有了这一发现，本研究项目的初衷就达到了，首席研究员提出的至今仍是个谜的EM1地幔成分起源是显着俯冲的洋壳最上层的理论得到了解决。变得清楚了。 *：Nishio Y.、Nakai S.、Yamamoto J.、Sumino H.、Matsumoto T.、Prikhod'ko V.S. 和 Arai S. (2004) 地幔来源的超镁铁质捕虏体的锂同位素系统学：对 EM1 起源的影响。星球科学快报 217, 245-261。