《Nature:根据海底地震资料估算马里亚纳俯冲带的水输入量》

  • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者: mall
  • 发布时间:2018-12-06
  • 虽然俯冲带的水循环是水向地球深部输送的唯一方式,但人们对它的机制了解甚少。以往对超过100公里深度水通量的估算差异较大,这些计算中不确定度的主要来源是俯冲上地幔的初始含水量。过去通过主动源地震的调查研究,发现俯冲板块在海沟附近板块发生弯曲的位置普遍发生水化。然而,这些研究并没有确定水化的深度范围,且过去的研究大多针对年轻的俯冲板块,使得年代久远的俯冲板块的水平衡很不确定。

    本研究通过对海底宽频地震资料瑞利波的分析,绘制了马里亚纳海沟中部地壳以及上地幔顶部的地震图像。这些图像表明,由水化作用引起的地幔低速体延伸到莫霍面以下约24公里。结合以往对俯冲带地壳内水量的估算,最新计算结果表明该地区的俯冲水量至少是最初估算的4.3倍。如果其他较老、较冷的俯冲板块包含相应厚度的含水地幔层,那么与以前的估算量相比,全球流入100公里以上地幔的水通量必须增加大约三倍。由于长期净流入地球深部的水量与地质记录不符,对火山弧和弧后盆地喷出水量的估算也可能需要进一步的修正。

    (刘思青 编译)

  • 原文来源:https://www.nature.com/articles/s41586-018-0655-4
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  • 《中国科学院海洋研究所在马里亚纳俯冲带弧前水岩反应研究方面获得新进展》

    • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者:liguiju
    • 发布时间:2022-06-07
    • 近日,中国科学院海洋研究所深海中心孙卫东研究员团队刘海洋等人在马里亚纳俯冲带弧前水岩反应和硼(B)同位素地球化学行为研究上取得新进展,相关成果发表在国际学术期刊Lithos上。 板块构造理论提出以来,作为地球内部-外部物质和能量交换的重要场所,俯冲带得到了地质学家的广泛关注。研究表明俯冲带是全球火山作用最为强烈的地区之一。前人有关俯冲带物质循环的研究通常利用蚀变洋壳和沉积物代表俯冲带的输入物质,然后通过岛弧岩石的研究来讨论俯冲带输出物质的组成。近期的研究发现,俯冲带的浅部弧前区域(海沟与岛弧火山之间)同样发生了强烈的水岩反应过程,并存在大量的物质运移,是俯冲带物质循环的重要组成。然而由于俯冲带浅部地质样品难以直接获得,因此俯冲带浅部水岩反应过程仍缺乏系统的研究。马里亚纳俯冲带弧前存在大量的蛇纹岩泥火山,其中的蛇纹岩泥沿断裂上涌的过程中可以携带俯冲隧道内的地质样品到海底浅表,因此,这些样品是研究俯冲带浅部地质过程的理想对象。该项研究以国际大洋发现计划(IODP)366航次钻探获得的马里亚纳弧前泥火山中变质基性岩样品为研究对象,开展了详细的岩相学、元素地球化学、矿物化学和B同位素地球化学研究,研究结果有效揭示了俯冲带弧前区域的流体活动和变质脱水过程,为揭示俯冲带流体循环及岛弧岩浆成因提供重要信息。 岩相学工作显示变质基性岩的原始矿物主要为辉石和斜长石,变质矿物主要为绿纤石、海绿石、绿鳞石、蒙脱石、皂石和方解石等。变质矿物均富集B、As、Sb、Pb等流体活动性元素,表明在俯冲带浅部,这些变质矿物可以使变质基性岩富含一定量的流体活动性元素。随着俯冲深度增加,以上矿物的分解或转变为多硅白云母等矿物,可能会释放一定量的流体活动性元素。研究汇集了已发表马里亚纳弧前蛇纹岩泥火山中变质基性岩的微量元素数据,结果显示相关微量元素比值之间存在相关性(As/Ce和Sb/Ce等与B/La和B/Nb),反映了在弧前区域流体活动性元素通过变质脱水作用过程释放到了地幔楔。硼同位素研究显示变质基性岩具有明显重于新鲜洋中脊玄武岩和洋岛玄武岩的硼同位素组成,变化范围与蚀变洋壳最上部组分的硼同位素组成类似。该项研究发现随着蛇纹岩泥火山与海沟距离的增加,从Fantangisna海山(62km)经Asùt Tesoru海山(72km),再到South Chamorro海山(78km),变质基性岩的B同位素逐渐变轻,代表了随着变质温度、压力增加,板片分异的富集重硼同位素的流体逐渐被释放至地幔楔。该研究进行了脱水分馏过程模拟计算,模拟结果显示俯冲带变质残余板片与变质基性岩B同位素组成吻合,并且板片分异流体具有与蛇纹石化橄榄岩一致的组成,进一步证实了以上研究结论的正确性。 该研究表明俯冲带弧前区域存在大量的流体释放过程,并伴随流体活动性元素的运移。以硼元素为例,约73%的硼元素在弧前释放,该部分物质将促使地幔楔的蛇纹石化,并有可能进一步拖拽至弧下深度,随着地幔楔的熔融,而循环至岛弧岩浆。该研究为俯冲带物质循环,岛弧岩浆成因提供重要信息。 上述研究得到了国家自然科学基金青年基金和中国科学院先导项目等的联合资助。论文第一作者为深海中心特别研究助理刘海洋,通讯作者为刘海洋、邓江洪。 相关成果论文题目及发表链接如下: Liu Haiyang., Xue Ying.-Yu., Yang Tinggen., Jin Xin., You Chen.-Feng., Lin Chiou.-Ting., Sun Wei.-Dong. and Deng Jianghong. (2022) Fluid-rock interactions at shallow depths in subduction zone: Insights from trace elements and B isotopic composition of metabasites from the Mariana forearc. Lithos 422-423, 106730. 原文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0024493722001396
  • 《马里亚纳海沟俯冲板块发现新型泥火山》

    • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者:liguiju
    • 发布时间:2019-06-13
    • 近日,中国科学院深海科学与工程研究所深海地质地球化学研究室彭晓彤研究团队报道了马里亚纳海沟一种新型的泥火山活动。研究人员使用大深度载人深潜器“蛟龙”号,在水深5448米至6668米区域,发现了多处泥火山和麻坑以及其伴生生命群落的存在,这是目前报道的全球最深的泥火山活动区域,也是首次在俯冲板块上发现与洋壳蚀变相关联的流体活动和释放现象。通过多学科方法交叉研究,研究人员认为,洋壳上部玄武质基性岩石蚀变是导致俯冲板块内浅层流体和泥浆形成的主要因素,而俯冲板块弯折引发的构造挤压是导致俯冲板块上流体喷发的直接原因。这些结果表明,俯冲板块的构造变形产生了一种上层洋壳与海水之间物质交换的新方式。此次报道的海底流体释放现象,无论是在化学机制上还是在物理机制上,均与马里亚纳海沟弧前区域已知的蛇纹石化泥火山作用有着显著的不同。这种新型泥火山可能为海沟深部氢化能自养微生物提供了新的栖息场所。   此项研究近期在线发表于国际著名地球化学期刊《Geochemical Perspectives Letters》( M. Du, X. Peng*, W.E. Seyfried Jr., K. Ta, Z. Guo, S. Chen, I.-M. Chou, J. Li, H. Xu. Fluid discharge linked to bending of the incoming plate at the Mariana subduction zone),由中国科学院深海所、美国明尼苏达大学和美国地质调查局科研人员共同完成,深海所杜梦然副研究员为本文第一作者。   论文链接:https://www.geochemicalperspectivesletters.org/article1916