图 全球弧火山岩和洋中脊玄武岩Cu/Zr的系统变化揭示弧下地幔比洋中脊地幔更氧化
在国家自然科学基金项目（批准号：41773025）等资助下，中国科学院广州地球化学研究所赵思宇博士研究生、杨阳副研究员、赵太平研究员与国外合作者在全球俯冲带地幔的氧化还原状态研究方面取得进展。研究成果以“全球弧火山岩铜/锆比值揭示原始弧岩浆的氧化性（Oxidized primary arc magmas: Constraints from Cu/Zr systematics in global arc volcanics）”为题，于2022年3月23日发表在《科学进展》（Science Advances）上。论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abk0718。
大洋板块的俯冲携带了大量S、Fe、C等氧化还原敏感的变价元素进入地球内部，驱动地球表面与深部之间的氧循环，对宜居地球的形成和维持至关重要。目前研究普遍证实俯冲带的弧火山岩相比洋中脊玄武岩更为氧化，但其氧化是来自“幔源”（俯冲板片对地幔楔的物质贡献）还是“壳源”（地壳演化过程的影响），尚存在争议。目前研究中的难点是，几乎没有能代表原生弧岩浆组成的火山岩，因此难以从根本上限定弧火山岩氧化的成因。
原生弧岩浆的氧化还原状态决定了岩浆中变价元素S的含量，从而控制了岩浆中亲硫元素Cu的系统变化。基于此，该研究对全球十万多件弧火山岩样品数据进行了系统汇总和梳理，发现不同俯冲带弧火山岩中的Cu/Zr比在岩浆演化初期均保持恒定（图a），首次提出MgO > 6%的弧火山岩的Cu/Zr比保存了其原生岩浆的信息，记录了地幔部分熔融过程中地幔硫含量和氧化还原状态的系统变化。结合对弧下地幔硫含量的重新限定，该研究创新性地运用弧火山岩的Cu/Zr比识别出全球弧岩浆中变价元素S和亲硫元素的地球化学行为，制约弧下地幔比洋中脊地幔更氧化（图b、图c），证实了弧岩浆氧化的成因来自于“幔源”。该研究为近十年来关于弧岩浆氧化成因的争论提供了新的限定，为理解地表与地球深部的氧循环过程提供了理论支持。