Science Advances：俯冲带岩浆氧逸度研究新进展
近日，Science Advances在线发表了中国科学院海洋研究所海洋地质与环境重点实验室曾志刚课题组与美国康纳尔大学、美国伍兹霍尔海洋研究所合作完成的成果，揭示了俯冲蛇纹岩对全球弧岩浆的氧逸度具有重要的控制作用。
研究表明，弧岩浆具有比洋中脊岩浆更高的氧逸度，或与氧化性的俯冲组分的输入有关，但何种俯冲组分对弧岩浆氧逸度具有控制作用，尚不清晰。蛇纹岩富含水、卤素、稀有气体及多种微量元素，是俯冲带流体的重要来源，在全球地球化学循环中起到重要作用。近年来，较多研究提出，蛇纹岩脱水能释放高度氧化的流体，可以解释弧岩浆较高的氧逸度。有学者反对该观点，认为蛇纹岩流体不是氧化性的，甚至有可能是还原性的。
为了探究俯冲蛇纹岩与弧岩浆氧逸度之间是否存在关联，曾志刚团队试图从全球俯冲带数据寻找答案。研究发现，氧逸度对弧岩浆中铜（Cu）的行为具有重要影响，因而利用岩浆演化过程中Cu的富集/亏损程度（△Cu）作为岩浆氧逸度的指示指标。此外，研究还采用实验岩石学获得的另一氧逸度指标——V/Yb。钒（V）是变价元素，具有氧化还原敏感性，而镱（Yb）则没有，且V/Yb不受地幔部分熔融程度和地幔亏损程度的影响，这优于V/Ti（钛）。科研人员利用硼同位素（δ11B）和B/Nb（铌）比值作为俯冲蛇纹岩的指示剂，探讨其与氧逸度指标（△Cu、V/Yb）之间的关系，发现两种指标在全球尺度上呈现良好的正相关关系，说明俯冲蛇纹岩对弧岩浆氧逸度具有重要影响。该研究未排除蚀变洋壳的贡献，也未完全证明蛇纹岩流体是氧化性的，这是由于最新研究表明单纯水的加入或引起地幔楔的氧化。
该研究还发现，全球原始弧岩浆的氧逸度可能不是均一的，大陆弧岩浆可能比洋内弧岩浆具有更低的氧逸度。蛇纹岩脱水受控于温度、压力等条件，亦即受控于俯冲板片的角度、温度、沟弧距离等参数。大陆弧下的俯冲板片年轻、温度高、俯冲角度小，且沟弧距离较远，因此，蛇纹岩可能在板片俯冲过程的早期便释放了氧化性流体，导致真正进入弧下地幔的氧化性物质较少，对弧岩浆源区的氧化作用有限，洋内弧则相反。事实上，俯冲蛇纹岩可能只是弧岩浆氧逸度的一级控制因素，地幔不均一性、俯冲沉积物输入、岩浆演化、地壳混染等过程均可能影响到弧岩浆的氧化还原状态，特别是在具有巨厚地壳的大陆弧，岩浆演化过程复杂，从火山岩获取的氧逸度数据能否有效代表原始岩浆的值，需要进一步探索。
海洋所是该研究的第一完成单位。研究工作得到国家自然科学基金、中科院战略性先导科技专项、山东省自然科学基金等的支持。
Cu含量与MgO含量相关图解
弧岩浆氧逸度指标与俯冲蛇纹岩指标相关图解
洋内弧与大陆弧俯冲带示意图
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项目成果
