地球深部地幔锂同位素为何变重？中国科学家青藏高原最新研究揭秘

中国科学院青藏高原研究所2月22日发布消息说，该所碰撞隆升及影响团队史仁灯研究员与合作者利用矿物原位锂同位素分析方法，通过系统分析青藏高原地幔橄榄岩中的锂含量和锂同位素组成，研究发现海水中锂扩散作用等地表过程也是地球深部地幔锂同位素变重的原因。

海水锂元素扩散到大陆岩石圈地幔橄榄岩中的示意图。中国科学院青藏高原研究所／供图

中国科学家在大陆地幔中发现来自海洋的锂元素并揭秘地球深部地幔锂同位素为何变重的研究成果论文，近日在国际学术期刊《科学报告》（Scientific　Reports）上线发表，既可为研究地质历史时期青藏高原不同圈层相互作用开拓了新思路，也可服务国家矿产资源战略需求。

论文第一作者和通讯作者史仁灯介绍说，地幔锂同位素值约为2‰，而海水锂同位素较重，其值约为31‰。近年来，锂同位素体系广泛运用于地幔橄榄岩研究。以往研究认为，地幔锂同位素组成的不均一性主要受控于地球深部地质作用。

史仁灯研究员在青藏高原实地考察永珠地幔橄榄岩，以身体做比例尺记录纯橄岩产出规模。中国科学院青藏高原研究所／供图

在本项研究中，研究团队选取青藏高原消失的特提斯洋残留的岩石圈地幔橄榄岩作为研究对象。他们发现，越靠近橄榄石矿物颗粒边缘，海水锂同位素特征越明显；越靠近橄榄石矿物颗粒中心位置，地幔锂同位素特征越明显，揭示出海水中锂元素经过扩散作用进入橄榄石。同时，绝大多数数据点均沿海水和大陆地幔二元混合曲线分布，说明研究样品中锂同位素特征同时受控于海水和大陆地幔。

进一步研究发现，由于锂同位素在低于350℃温度下会发生强烈分馏，在高于350℃高温下会快速达到均一，可见地球深部高温地质作用并不是锂同位素组成发生变化导致不均一的终极因素。

风化后的地幔橄榄岩。中国科学院青藏高原研究所／供图

史仁灯表示，地球在大陆裂解过程中，地幔橄榄岩逐渐上浮，露于海底。在海水渗透到尚处于较热状态的地幔橄榄岩中这个阶段，地幔橄榄岩具有足够的能量，供海水中的锂元素扩散到橄榄石中，并且锂同位素分馏程度非常低，使得橄榄石保存了海水锂同位素特征。

本次研究对象纯橄岩和方辉橄榄岩中橄榄石的测点位置与锂同位素组成。中国科学院青藏高原研究所／供图

他透露，由于能保留这一特征的地质条件苛刻，一般只有在被动大陆边缘能保存，这对界定该类岩石的成因构造背景具有指示意义，所以，在此次研究成果基础上，研究团队后续将根据这一标准全面梳理青藏高原特提斯域中地幔橄榄岩的锂同位素特征，完善青藏高原早期构造演化研究。