灣區(qū)時(shí)訊 近期，中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所張帆研究員團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合林間院士、中國(guó)科學(xué)院海洋研究所研究員高翔、中山大學(xué)副教授蔡晨和南方科技大學(xué)副教授周志遠(yuǎn)，在俯沖板塊地幔蛇紋石化程度控制因素的研究上取得了重要進(jìn)展，相關(guān)成果發(fā)表于國(guó)際地學(xué)期刊《地球與行星科學(xué)通訊》（Earth and Planetary Science Letters），副研究員張江陽為第一作者，研究員張帆為通訊作者。

俯沖作用是水向地球深處輸送的主要機(jī)制，這個(gè)過程對(duì)板塊構(gòu)造、俯沖地震活動(dòng)、弧巖漿作用以及氣候變化等都具有重要影響。大洋巖石圈在海溝附近發(fā)生彎曲變形，并形成撓曲正斷層。水沿著正斷層進(jìn)入板塊深部，引起地幔蛇紋石化。因此，俯沖板塊的地幔蛇紋石化與俯沖作用的水通量有密切的關(guān)系。然而目前對(duì)俯沖板塊地幔含水量（或地幔蛇紋石化程度）的具體控制因素和機(jī)制尚不清楚。

科研人員利用過去二十年全球海溝地區(qū)的地震數(shù)據(jù)，深入探討了板塊年齡、撓曲曲率和沉積物厚度等因素對(duì)上地幔頂部地震波速的影響。研究發(fā)現(xiàn)，隨著板塊的年齡增長(zhǎng)，其撓曲變形區(qū)域的應(yīng)力屈服深度受到限制，而板塊曲率則直接決定這一深度的實(shí)際表現(xiàn)。這兩個(gè)因素共同決定了俯沖板塊淺部的水平伸展應(yīng)變量，進(jìn)而顯著影響了地幔上層的蛇紋石化程度。有趣的是，沉積物厚度較大的地區(qū)，地幔的地震波速下降趨勢(shì)相對(duì)較小，顯示出沉積覆蓋對(duì)于地幔蛇紋石化的抑制作用。

圖1. （a）本研究中所用的Vp結(jié)構(gòu)剖面的位置；（b）水平伸展應(yīng)變與Vp降低之間的相關(guān)性

圖2. 示意圖顯示板齡（厚度）和彎曲曲率對(duì)板水化作用的影響機(jī)制。

通過對(duì)全球各地海溝的地震波速結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳盡分析，研究結(jié)果揭示：俯沖板塊的變形與地幔蛇紋石化程度之間存在著明確的線性相關(guān)性。這一發(fā)現(xiàn)不僅有助于我們更好地理解板塊構(gòu)造過程中的水循環(huán)動(dòng)態(tài)，也為估算俯沖板塊的含水量提供了新的理論依據(jù)。

這項(xiàng)研究從板殼力學(xué)的基本原理出發(fā)，闡明了板塊年齡和曲率對(duì)地幔蛇紋石化的控制機(jī)理，并揭示了沉積覆蓋作用對(duì)地幔蛇紋石化的阻礙效應(yīng)，對(duì)估算俯沖板塊含水量、地幔蛇紋石化程度以及理解俯沖帶水循環(huán)過程具有重要意義，為深入研究地球內(nèi)部環(huán)境和氣候變化提供了重要支撐。

上述研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、廣東省人才項(xiàng)目和廣州市科學(xué)基金項(xiàng)目等支持。

文章信息：Zhang, J., Zhang F*., Lin, J., Gao, X., Cai, C., Zhou, Z. (2024). Mantle serpentinization of subducting plate are controlled by combined effect of plate age and bending curvature. Earth and Planetary Science Letters. 640: 118799.

原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X24002322

通訊員/李淑 王沐眾 徐曉璐

責(zé)任編輯/劉秀