近日，中国科学技术大学地球和空间科学学院硕士研究生王思杰在黄方教授的指导下，对Mg同位素在洋中脊岩浆系统中的分馏行为进行了深入研究，通过高精度的Mg同位素数据，揭示了矿物分离结晶过程对残余熔体Mg同位素组成的影响。研究成果以“Magnesium isotope behavior in oceanic magmatic systems: Constraints from mid-ocean ridge lavas from the East Pacific Rise”为题发表于《Earth and Planetary Science Letters》上。

镁(Mg)是地球重要的基本组成成分之一。近十年来，虽然大洋玄武岩的Mg同位素已被广泛应用于理解地幔演化和壳幔物质循环，但是地幔部分熔融和矿物分离结晶对熔体Mg同位素组成的影响还不清楚，主要原因是Mg同位素测量精度不够高，难以鉴别岩浆过程中微小的Mg同位素分馏。

近年来黄方教授团队建立了基于t检验统计的测量方法，目前Mg同位素的分析精度已经优于0.03‰。在此基础上，研究团队测量了来自东太平洋洋隆北部(EPR, 9-10°N)和重叠扩张中心(9°N OSC)的洋中脊岩浆岩(图1)的Mg同位素组成，以研究玄武质熔体在分离结晶过程中Mg同位素的分馏行为。这些样品包括相对原始的玄武岩到演化的英安岩，其MgO含量从8.6 wt.%变化到0.8 wt.%，其δ26Mg从-0.27 ‰变化到-0.17 ‰, 表现出最初增加、随后持平、最后降低的趋势。这个趋势清楚地对应了分离结晶的三个阶段，其主导矿物依次为橄榄石+斜长石、单斜辉石+斜长石、钛磁铁矿+单斜辉石+斜长石。

研究团队使用同位素质量平衡模型，估计了主要含Mg矿物橄榄石(Ol)、单斜辉石(Cpx)以及钛磁铁矿(Ti-Mgt)与熔体间表观分馏系数Δ26Mgmineral-melt。模拟结果表明，当Δ26MgOl-melt ≈-0.10 ‰，Δ26MgCpx-melt ≈0.00 ‰，以及Δ26MgTi-Mgt-melt ≈0.20 ‰时，矿物结晶可以很好地解释样品中的Mg同位素变化(图2)。该研究的一个重要结论是，当使用幔源熔体的Mg同位素组成来约束其地幔源区组成时，需要考虑岩浆演化过程中分离结晶的影响。

论文第一作者是中国科学技术大学硕士研究生王思杰，通讯作者为黄方教授，共同作者还包括中国科学技术大学丁昕副研究员和康晋霆副教授，美国佛罗里达大学M.R. Perfit教授以及美国博伊西州立大学V.D. Wanless副教授。该研究受国家自然科学基金(42073007)资助。

图1 (a)东太平洋洋隆(EPR)北部的地理位置图。文中所测试的岩浆岩样品均来自EPR 9°50′N和重叠扩张中心(9°N OSC) (b)东太平洋洋隆(EPR)重叠扩张中心的具体构造图，包括东侧的伸展分支、西侧的后退分支以及被两分支环绕的中心重叠盆地。

图2 东太平洋洋隆(EPR)岩浆岩Mg同位素在分离结晶过程中的变化模型。黑线显示了在初始氧逸度为QFM和恒定压力为1.5kbar的情况下，根据MELTS计算的结晶历史，完美地再现了东太平洋洋隆(EPR)熔岩Mg同位素变化。标记为蓝色圆圈的样品(样品2746-14)经历铬铁矿的分离结晶产生了异常轻的Mg同位素组成。