Ученые обнаружили, что поверхностные карбонаты могут переносить тяжелые изотопы бора в глубокую мантию

Летучие вещества играют ключевую роль в поддержании жизни и обитаемости Земли, а зоны субдукции являются основными путями их поступления в мантию. Однако дегидратация и декарбонатизация погружающихся плит могут препятствовать рециклингу таких летучих элементов, как углерод. Бор, умеренно летучий элемент с высокой подвижностью в флюидах, служит полезным трассером для отслеживания рециклинга летучих по своему изотопному составу (δ¹¹B).

Исследование изотопов бора в океанических базальтах сталкивается с проблемами из-за изменения пород морской водой и контаминации при извержении, что затрудняет связь изотопного состава бора с мантийными процессами. Это вносит неопределенность в понимание рециклинга бора и других поверхностных летучих в глубокую мантию.

Чтобы решить эту проблему, доцент Сюй Жун из Института геохимии Китайской академии наук вместе с профессором Цай Юэ из Нанкинского института геологии и палеонтологии и их коллегами применили передовые высокоточные методы анализа изотопов бора для изучения двух групп относительно примитивных кайнозойских базальтов из провинции Чжэцзян на юго-востоке Китая. Результаты опубликованы в журнале Science Advances.

Ученые обнаружили четкие корреляции между изотопами бора и другими геохимическими индикаторами, выявив вклад трех различных мантийных источников. Среди них энд-мембер с наиболее легкими изотопами бора указывает на сильно обезвоженную океаническую кору, а другой легкий энд-мембер отражает метасоматизированную континентальную литосферную мантию. Примечательно, что обе группы базальтов имеют общий энд-мембер с тяжелыми изотопами бора.

Детальный анализ с учетом низкого отношения B/Ce показал, что сигнатура тяжелых изотопов бора не может быть объяснена вкладом богатых бором флюидов — например, из субдуцированной океанической коры, осадков или серпентинита, которые ранее считались источниками тяжелого δ¹¹B. Вместо этого сильная корреляция между тяжелыми изотопами бора и индикаторами, связанными с карбонатами, указывает на значительный вклад рециклированных поверхностных карбонатов.

Исследование демонстрирует, что поверхностные карбонаты могут переносить сигнатуру тяжелых изотопов бора глубоко в переходную зону мантии (410–660 км). Эта сигнатура может затем фиксироваться внутриплитными базальтами, глубинными карбонатитами и, возможно, даже сверхглубинными алмазами.

Эта работа дает новое понимание глубокого рециклинга субдуцированных материалов, включая летучие вещества, и подчеркивает роль поверхностных карбонатов в доставке тяжелой изотопной сигнатуры бора в мантийный источник внутриплитных базальтов.