近日，成都理工大学行星科学国际研究中心瞿瑗汝助理研究员与哈里发大学Hamed Gamaleldien副教授、科廷大学Tim E. Johnson教授等合作，在国际岩石学领域期刊《Lithos》在线发表题为《Tracking the role of subducted magnesite in serpentinite to transport incompatible elements into the deep mantle》的研究论文。该研究综合运用矿物学、原位微量元素地球化学及原子探针层析（APT）分析，揭示了俯冲蛇纹岩中菱镁矿（MgCO3）在携带不相容元素进入深部地幔过程中的关键作用，为理解深部地幔不均一性和超深金刚石的形成提供了新的约束。
不相容元素和流体在地幔中的循环，是导致地幔不均一性、驱动壳幔演化的关键过程。洋岛玄武岩（OIB）和金刚石中硅酸盐包裹体所呈现的显著不相容元素富集特征，通常被归因于再循环洋壳或沉积物组分对下地幔源区的贡献。然而，在俯冲大洋岩石圈的各类潜在交代组分中，碳酸盐化蛇纹岩的作用受到的关注相对较少。这类岩石是流体活动性不相容元素的重要储库，其深俯冲已有多方面证据支持。尽管蛇纹岩及其中的蛇纹石矿物已被证明可以发生深俯冲，但其他矿物相在保留和输送这些元素至下地幔过程中的相对作用，仍缺乏有效约束。菱镁矿作为俯冲碳酸盐化蛇纹岩中最主要的碳酸盐相，具备在深俯冲过程中稳定存在的条件，然而其在携带和输送不相容元素方面的具体作用，尚缺乏系统的矿物学与地球化学制约。针对这一科学问题，研究团队以阿拉伯-努比亚地盾（ANS）新元古代俯冲碳酸盐化蛇纹岩中的菱镁矿为研究对象（图1）。依托高精度原位微区分析技术，利用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）对244颗菱镁矿颗粒开展了系统测定。
图1. 阿拉伯-努比亚盾蛇纹岩分布地质简图
LA-ICP-MS分析结果表明，与原始地幔（PM）和亏损MORB地幔（DMM）相比，大多数菱镁矿颗粒显著富集流体活动性不相容元素（如B、Sb、As、Pb、Mo）。部分颗粒还富集Cs、Rb、Zn，以及Cr、Co、Ni和Mn。所有菱镁矿均显示一致的球粒陨石标准化REE配分模式，LREE相对HREE富集，且LREE含量显著高于同一样品套中共存的蛇纹石矿物。菱镁矿具有高Ba/Th、Pb/Ce比值和低U/Pb、Th/U比值的特征，与现代全球俯冲沉积物（GLOSS-II）高度相似（图2）。端元混合计算表明，仅约10 vol.%菱镁矿的加入即可使地幔源区中As、B、Pb、Mo、Sb等元素的浓度远超多数OIB的观测值（图2）。
图2.菱镁矿中流体活动性元素含量及元素比值
APT分析在纳米尺度上揭示，菱镁矿颗粒内微量元素呈均匀分布，仅Ca和Mn在边界区域略有富集（图3）。其中一个APT样品中检测到富H团簇，指示含水流体包裹体的存在。APT数据进一步确认，菱镁矿含有可测量数量的中等不相容元素（Mn、Cu、V）及相容元素（Ni、Cr）。这种均匀的纳米尺度元素分布特征，结合仅有极少数分析点显示Cs-Rb同步富集、且高REE含量与Cs-Rb富集并不一致的观测结果，表明本研究中观测到的流体活动性元素富集主要反映了微量元素以结构结合形式进入菱镁矿晶格，而非以流体包裹体贡献为主。
图3. APT分析结果
菱镁矿在俯冲带流体中溶解度极低，且其热力学稳定性可延伸至下地幔压力条件。本研究提出，菱镁矿是蛇纹石脱水后仍能将不相容元素和碳输送至深部地幔的关键矿物相。该成果对深部地幔地球化学具有两方面启示。其一，为OIB源区地幔中某些微量元素富集（如高Zn含量、重Zn同位素及特定B同位素特征）提供了一种可能的解释路径，即俯冲碳酸盐化蛇纹岩中菱镁矿的深部再循环（图4）。其二，菱镁矿的微量元素配分模式与蓝钻石（IIb型）中的包裹体高度吻合，且能同时提供碳源和硼源，为超深金刚石的成因模型提供了新的矿物学支持（图4）。
图4. 菱镁矿在深部地幔过程中作用的模式图
论文信息：Qu, Y.-R., Gamaleldien, H., Johnson, T. E., Ma, J., Abu-Alam, T., Fougerouse, D., et al. (2026). Tracking the role of subducted magnesite in serpentinite to transport incompatible elements into the deep mantle. Lithos, 540–541, 108658. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2026.108658. 本研究得到哈里发大学RIG-2025项目（KU-INT-RIG-2025-8471000063）和澳大利亚研究理事会（FL150100133）的资助。
