近日，国际顶尖地学期刊《Earth and Planetary Science Letters》在线发表了题为“Melt-depleted plume mantle sourced the oldest Atlantic Ocean crust”的论文，阐述了在大西洋最古老洋壳的成因模式和源区性质方面的新研究进展。

该工作分析了DSDP多个站位钻孔（Site 100、105、386、387；图1）获得的基底玄武岩样品。这些岩石的年龄从约1.6亿年到8000万年不等，其中最古老的样品记录了大西洋刚刚张裂时地幔的状态。研究的目的，是通过这些岩石的化学成分和同位素特征，了解早期大西洋地壳形成时地幔的性质，以及是否存在地幔柱等深部物质的影响。

图1 研究样品站位的分布图

研究结果表明，最古老（年龄>140Ma；包括Site 100、105、387）的玄武岩在化学组成上明显不同于较年轻（年龄<140Ma；Site 386）的洋中脊玄武岩。它们的稀土元素（REE）含量较低，但Sr含量却异常偏高，同时许多样品具有Nb元素的正异常。在Sr-Nd-Hf同位素组成上，老洋壳也具有更富集的特征。这些地球化学指标都指示最古老的大西洋洋壳的源区组分与早期大陆裂解和洋盆形成时上升的地幔柱物质有密切关系，该地幔柱同时与中大西洋大火成岩省（CAMP）的强烈火山活动有关。

进一步分析显示，这些古老玄武岩的来源地幔曾经经历过强烈的熔融作用。地幔高度熔融会把容易进入熔体的高度不相容元素带走，使剩下的地幔具有REE含量系统性降低的特征。另外，经历过高度熔融的残留地幔中的单斜辉石可能形成明显Sr正异常的特征。因此，经历过高度熔体抽取（CAMP岩浆作用）的地幔柱物质可以较好地解释大西洋最古老洋壳中发现的一系列特殊微量元素组成特征（图2）。需要指出的是，这些“贫化”的地幔在熔体抽取过程中也可能被同期抽离出的熔体重新交代，使某些元素重新富集，最终形成微量元素和同位素组成高度不均一的地幔。这种先熔融再富集（melting & re-enrichment）的过程，是早期大西洋地幔的重要演化方式。

 图2 早期与晚期大西洋洋壳的微量元素组成差异

总体来看，这项研究认为，大西洋新生洋盆的脊下地幔是一种经历过高度熔体抽取、同时又被熔体交代过的地幔柱物质。由于难熔地幔的浮力较高，本身可以很容易地被洋中脊捕获，进而参与洋中脊的岩浆活动形成新的洋壳。该研究的重要意义在于，它揭示了早期大洋形成过程中地幔的复杂性，尤其是存在地幔柱-洋脊相互作用的环境下，并表明大型岩浆事件可以对地幔成分产生长期影响，从而创造出地质历史尺度的地幔组成不均一性。

论文第一作者为中国海洋大学海底科学与探测技术教育部重点实验室钟源副教授，李三忠教授为共同通讯作者，中国海洋大学为第一完成单位。

论文信息：Yuan Zhong*, Sanzhong Li*, Lihang Peng, Lijun Liu, Li-Hui Chen, Xiao-Hui Li, Jun Hu, 2026. Melt-depleted plume mantle sourced the oldest Atlantic Ocean crust. Earth and Planetary Science Letters 682, 119962.

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.epsl.2026.119962