火山学:岩浆冷却和冷藏(NanoSIMS)

Lithium diffusion in magmatic zircon
记录于单个锆石晶体中的硅质岩浆储层的快速冷却和冷藏
锆石等矿物可记录火山喷发前岩浆的储存条件。在这篇《科学》杂志的文章中,作者对产自新西兰陶波超火山岩复合体的七种锆石进行传统的238U-230Th定年(使用大半径SIMS)和锂(以及稀土元素)浓度分布分析(使用NanoSIMS 50L),从而确定岩浆的储存条件。锆石有90%以上的时间都位于于不会喷发、大部分呈结晶体的深部岩浆储层中。锆石最终会被运送到更热、更浅的可喷出岩浆体中,在喷发之前它们只在其中呆几十到几百年的时间。结果揭示了具有较大热变化的岩浆系统的两阶段模型。

此处用于痕量元素线扫描的NanoSIMS采用了光斑尺寸为500或1000纳米的16keV/1nA O-一次离子束。亚微米级横向分辨率与出色的灵敏度(低至ppb水平的锂)相结合,可用于比较和拟合模型扩散分布。未发现与已记录的稀土元素存在任何关联。每种锆石均采用多接收模式记录两种线扫描: 首先是轻元素,即6Li+、7Li+、30Si+、48Ti+、48Ti16O+、89Y+和92Zr+;随后是重元素,包括30Si+、89Y+、142Nd+、152Sm+、164Dy+、174Yb+和180Hf+。

锆石晶体G20中的锂和钇浓度分布以及高锂扩散峰值的建模。
(A)是抛光锆石内部的阴极发光图像,其中黄色圆圈表示238U-230Th年龄光斑的位置。亮度和对比度已调整;还指明了未抛光表面的年龄。红色(轻元素)和蓝色(重元素)箭头显示了痕量元素横向偏移的位置。kyr表示千年。
(B)(A)中红色所示的横向偏移中的锂[红色方块,十亿分之一(ppb)]和钇[黑色圆点,百万分之一(ppm)]的NanoSIMS浓度测量值。示踪黑色方格显示了已建模的峰值的位置。顶部的黄色长条显示了年龄分析横向偏移的位置;表面年龄显示为晶体边部的5毫米区域。误差线,1s。
(C和D) 每个已建模峰值的锂扩散分布。红色方块表示已测量的锂浓度(1s泊松测不准性)。已建模的初始阶梯函数采用蓝色虚线表示,700°C时的建模扩散分布则采用不同颜色的虚线表示最佳拟合扩散时间(黑色)、100年(绿色)和1000年(红色)。

资料来源:记录于单个锆石晶体中的硅质岩浆储层的快速冷却和冷藏.Allison E. Rubin, Kari M. Cooper, Christy B. Till, Adam J. R. Kent, Fidel Costa, Maitrayee Bose, Darren Gravley, Chad Deering, Jim Cole.SCIENCE 356, 2017年6月16日