近日，中国科大地空学院黄方教授课题组在俯冲带流体Ba同位素演化研究方面取得新进展，相关成果发表在国际地球化学权威期刊《Earthand Planetary Science Letters》上。
钡（Ba）同位素近年来开始被用来研究高温岩浆过程和板块俯冲对壳幔物质循环影响。由于Ba在地壳中的丰度远高于地幔（456 vs. 6.9 μg/g）且地球各储库的Ba同位素组成变化很大，同时Ba在板片俯冲过程中容易随流/熔体迁移，这使得Ba同位素成为示踪壳幔物质循环的有效工具。但目前尚不了解Ba同位素在俯冲带流体活动过程中的地球化学行为。
该论文以中大别超高压变质带的港河和花凉亭榴辉岩及其中的变质脉为研究对象，开展了详细的Ba同位素分析。通过对比这两套样品的全岩和单矿物Ba同位素，结合主-微量元素和Sr同位素研究，得出如下主要结论：
1. 在榴辉岩发生变质脱水及随后强烈的水-岩相互作用中，具有高δ138/134Ba值的绿帘石大量溶解、迁移导致流体的δ138/134Ba明显高于榴辉岩，表明俯冲板片变质脱水过程能够导致俯冲物质和变质流体之间发生显著的Ba同位素分馏，但这一过程对榴辉岩本身的δ138/134Ba值影响较小。
2. 变质流体结晶成脉过程中，结晶矿物如绿帘石和云母等相对富集轻Ba同位素，导致残余流体的Ba同位素组成原来越重（图1）。这一结果能够对水-岩相互作用过程以及变质流体演化提供新的制约。
3．来自榴辉岩和片麻岩的流体具有显著不同的Ba同位素组成，因此可以用Ba同位素示踪流体来源。花凉亭露头中异常低δ138/134Ba特征的榴辉岩为折返阶段来自片麻岩流体交代的结果，揭示了板片折返期间流体活动的复杂性。
综上，本研究表明Ba同位素在俯冲带流体过程中会发生明显分馏，生成的变质流体具有比俯冲物质更重的Ba同位素组成。这意味着，即便是具有类似于地幔值的蚀变洋壳通过俯冲带脱水过程也可能生成偏重的流体。因此，在利用Ba同位素量化不同俯冲物质源区的贡献时，特别是当涉及到变质脱水或者流体活动时，需要仔细考虑Ba同位素分馏的影响。
论文第一作者是中国科大古晓锋特任副研究员，通讯作者为黄方教授和古晓锋特任副研究员。中国科学院地质与地球物理研究所的郭顺副研究员，中国科大的于慧敏副研究员、博士研究生徐娟参与了合作研究。该项研究得到了国家科技部重点研发计划、国家自然科学基金、国家973项目、中央高校基本科研业务费和中国科学院青年促进会等的资助。
论文信息：Gu X.-F., Guo S., Yu H.-M.,Xu J. and Huang F. (2021). Behavior of barium isotopesduring high-pressure metamorphism and fluid evolution. Earth and PlanetaryScience Letters. 575, 117176.
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0012821X21004313