DOI: https://doi.org/10.1038/s43247-026-03315-3
تاريخ النشر: 2026-02-23
المؤلف: Zhigang Wang وآخرون
الموضوع الرئيسي: التحليل الجيولوجي والجيوكيميائي
نظرة عامة
تستكشف هذه الفقرة آليات تشكيل الصخور المافية القوسية التي تتميز بتوقيعات نظائر الحديد الثقيلة، مع التركيز بشكل خاص على بيانات نظائر Fe-Mo-Sr-Nd-Hf من شمال شرق الصين. تظهر الصخور القوسية التي تم تحليلها قيم δ^56Fe تتراوح من 0.08‰ إلى 0.23‰، والتي تقارن أو تتجاوز تلك الخاصة بالبازلتات في منتصف المحيطات، إلى جانب تركيبات نظائر Sr-Nd-Hf الغنية. تم تحديد ارتباط بين قيم δ^56Fe ونظائر Sr-Nd المشعة، مما يشير إلى أن إعادة تدوير الرواسب قد تؤثر على التركيب النظائري للحديد في الصخور القوسية.
علاوة على ذلك، يشير الارتباط الإيجابي بين قيم δ^56Fe و δ^98Mo إلى أن التحول الميتاسوماتي لبروديت المانتل بواسطة الصهارات المشتقة من الرواسب غير الهوائية يلعب دورًا كبيرًا في التحكم في نظائر الحديد الثقيلة الموجودة في الصخور المافية القوسية. تفترض هذه الدراسة أن وجود الرواسب غير الهوائية في مصادر المانتل هو عامل رئيسي في تفسير توقيعات نظائر الحديد الثقيلة الملحوظة في هذه الصخور.
مقدمة
تؤكد مقدمة هذه الورقة البحثية على أهمية فهم آليات إعادة تدوير المواد المغمورة في مانتل الأرض، وهو أمر حيوي لفهم تطور الأرض الجيولوجي. تسلط الضوء على الخصائص الجيوكيميائية المميزة للصخور القوسية التي تتشكل من عمليات الغمر، بما في ذلك الثراء في العناصر الكبيرة الأيونية الليثوفيلية والعناصر الأرضية النادرة الخفيفة، إلى جانب النقص في العناصر ذات القوة الميدانية العالية. من الجدير بالذكر أن الدراسة تركز على تباين نظائر الحديد (Fe) في الصخور المافية القوسية العالمية، التي تظهر عادةً قيم δ^56Fe تتراوح من -0.12‰ إلى 0.17‰، والتي تكون عمومًا أقل من متوسط البازلتات في منتصف المحيطات (0.10‰ ± 0.03‰). يقترح المؤلفون أن نظائر الحديد الأخف في الحمم القوسية البدائية قد تكون ناتجة عن استخراج صهارة مانتل الويد أو التحول الميتاسوماتي للسوائل المشتقة من السيربنتين.
تحدد الدراسة أيضًا فجوة في فهم الصخور المافية القوسية ذات قيم δ^56Fe التي تقارن أو تتجاوز تلك الخاصة بالبازلتات في منتصف المحيطات، مما يعقد تفسير دورة الحديد في مناطق الغمر. لمعالجة ذلك، تستخدم الدراسة نظائر الموليبدينوم (Mo) كأداة تكميلية لتمييز إعادة تدوير المكونات المختلفة المغمورة. يقدم المؤلفون بيانات من الصخور القوسية من العصر الجوراسي المبكر في منطقة فودونغ، كاشفين عن تركيبتها المتوسطة وأنماط العناصر النادرة المميزة. تتراوح قيم δ^56Fe المقاسة لهذه الصخور من 0.08‰ إلى 0.23‰، مما يشير إلى قيم مرتفعة نسبيًا بين الصخور المافية القوسية التي تم الإبلاغ عنها سابقًا، وبالتالي تسهم في تقديم رؤى جديدة حول آليات تشكيل الحمم القوسية ذات تركيبات نظائر الحديد الأثقل.
نقاش
تستكشف فقرة النقاش في الورقة البحثية الخصائص الجيوكيميائية وأصول عينات الديوريت والصخور المافية القوسية المعاصرة، مقترحة أصلًا من المانتل مع تأثير كبير من العمليات السطحية. تشير القيم العالية لـ Mg# (46-49) إلى مصدر مانتل، بينما تشير التركيبات النظيرية والعناصر النادرة إلى أن هذه الصخور قد خضعت لدرجات متفاوتة من التبلور الجزئي والتلوث القشري أثناء صعود الصهارة. من الجدير بالذكر أن انخفاض الفقد عند الاشتعال (<2 wt.%) يشير إلى تغيير طفيف بعد الإيداع، وغياب الارتباطات بين التركيبات النظيرية ومحتويات MgO يعني تلوثًا قشريًا محدودًا. تسلط الدراسة أيضًا الضوء على أن التباينات في نظائر الحديد والموليبدينوم ليست خاضعة بشكل أساسي للتبلور الجزئي أو الانصهار الجزئي للمانتل، بل تعكس تنوع مصادر المانتل. علاوة على ذلك، تؤكد الدراسة على دور إعادة تدوير الرواسب في التأثير على نظائر الحديد والموليبدينوم الثقيلة في الصخور القوسية. يرتبط الغمر الغربي لمحيط الباليو-باسيفيك بتشكل هذه الصخور، مع أدلة تشير إلى أن مكونات الرواسب المغمورة ساهمت في توقيعاتها النظيرية. تقترح الدراسة أن الرواسب غير الهوائية، وخاصة تلك ذات قيم δ^56Fe و δ^98Mo العالية، قد تعمل كعناصر نهائية هامة في مصدر المانتل، وبالتالي تنظيم التركيبات النظيرية الثقيلة الملحوظة في الصخور المدروسة. تؤكد النتائج على التفاعل المعقد بين عمليات المانتل وإعادة تدوير الرواسب في تشكيل الخصائص الجيوكيميائية للحمم القوسية، مما يوفر رؤى جديدة حول آليات دورة الحديد في مناطق الغمر.
DOI: https://doi.org/10.1038/s43247-026-03315-3
Publication Date: 2026-02-23
Author(s): Zhigang Wang et al.
Primary Topic: Geological and Geochemical Analysis
Overview
This section investigates the formation mechanisms of arc mafic rocks characterized by heavy iron isotope signatures, specifically focusing on Fe-Mo-Sr-Nd-Hf isotope data from Northeast China. The analyzed arc rocks exhibit δ^56Fe values ranging from 0.08‰ to 0.23‰, which are comparable to or exceed those of mid-oceanic ridge basalts, alongside enriched Sr-Nd-Hf isotope compositions. A correlation is identified between δ^56Fe values and radiogenic Sr-Nd isotopes, suggesting that sediment recycling may influence the iron isotopic composition of arc rocks.
Furthermore, a positive correlation between δ^56Fe and δ^98Mo values indicates that the metasomatism of mantle wedge peridotite by anoxic sediment-derived melts plays a significant role in controlling the heavy iron isotopes found in arc mafic rocks. This study posits that the presence of anoxic sediments in the mantle sources is a key factor in explaining the heavy Fe isotopic signatures observed in these rocks.
Introduction
The introduction of this research paper emphasizes the significance of understanding the recycling mechanisms of subducted slab materials into the Earth’s mantle, which is vital for comprehending Earth’s geological evolution. It highlights the distinct geochemical characteristics of arc rocks formed from subduction processes, including enrichments in large ion lithophile elements and light rare earth elements, alongside depletions in high field strength elements. Notably, the study focuses on the variability of iron (Fe) isotopes in global arc mafic rocks, which typically exhibit δ^56Fe values ranging from -0.12‰ to 0.17‰, generally lower than the mean of mid-oceanic-ridge basalts (0.10‰ ± 0.03‰). The authors propose that the lighter Fe isotopes in primitive arc lavas may result from mantle wedge melt extraction or serpentine-derived fluid metasomatism.
The research further identifies a gap in the understanding of arc mafic rocks with δ^56Fe values comparable to or exceeding those of mid-oceanic-ridge basalts, which complicates the interpretation of Fe cycling in subduction zones. To address this, the study employs molybdenum (Mo) isotopes as a complementary tool for distinguishing the recycling of various subducting components. The authors present data from Early Jurassic arc rocks in the Fudong area, revealing their intermediate composition and distinctive trace element patterns. The measured δ^56Fe values of these rocks range from 0.08‰ to 0.23‰, indicating relatively high values among previously reported arc mafic rocks, thus contributing new insights into the formation mechanisms of arc magmas with heavier Fe isotope compositions.
Discussion
The discussion section of the research paper explores the geochemical characteristics and origins of diorite samples and coeval arc mafic rocks, suggesting a mantle origin with significant influence from shallow-level processes. The high Mg# values (46-49) indicate a mantle source, while the isotopic compositions and trace elements suggest that these rocks underwent varying degrees of fractional crystallization and crustal contamination during magma ascent. Notably, the low loss on ignition (<2 wt.%) indicates minimal alteration post-emplacement, and the lack of correlations between isotopic compositions and MgO contents implies limited crustal contamination. The study also highlights that the variations in Fe and Mo isotopes are not primarily controlled by fractional crystallization or mantle partial melting, but rather reflect the heterogeneity of mantle sources. Furthermore, the research emphasizes the role of sediment recycling in influencing the heavy Fe and Mo isotopes in arc rocks. The westward subduction of the Paleo-Pacific Ocean is linked to the formation of these rocks, with evidence suggesting that subducted sediment components contributed to their isotopic signatures. The study proposes that anoxic sediments, particularly those with high δ^56Fe and δ^98Mo values, may serve as significant endmembers in the mantle source, thereby regulating the heavy isotopic compositions observed in the studied rocks. The findings underscore the complex interplay between mantle processes and sediment recycling in shaping the geochemical characteristics of arc magmas, providing new insights into the mechanisms of Fe cycling in subduction zones.