近日，Science Advances在線發(fā)表了中國科學(xué)院海洋研究所海洋地質(zhì)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室曾志剛課題組與美國康納爾大學(xué)、美國伍茲霍爾海洋研究所合作完成的成果，揭示了俯沖蛇紋巖對(duì)全球弧巖漿的氧逸度具有重要的控制作用。
研究表明，弧巖漿具有比洋中脊巖漿更高的氧逸度，或與氧化性的俯沖組分的輸入有關(guān)，但何種俯沖組分對(duì)弧巖漿氧逸度具有控制作用，尚不清晰。蛇紋巖富含水、鹵素、稀有氣體及多種微量元素，是俯沖帶流體的重要來源，在全球地球化學(xué)循環(huán)中起到重要作用。近年來，較多研究提出，蛇紋巖脫水能釋放高度氧化的流體，可以解釋弧巖漿較高的氧逸度。有學(xué)者反對(duì)該觀點(diǎn)，認(rèn)為蛇紋巖流體不是氧化性的，甚至有可能是還原性的。
為了探究俯沖蛇紋巖與弧巖漿氧逸度之間是否存在關(guān)聯(lián)，曾志剛團(tuán)隊(duì)試圖從全球俯沖帶數(shù)據(jù)尋找答案。研究發(fā)現(xiàn)，氧逸度對(duì)弧巖漿中銅（Cu）的行為具有重要影響，因而利用巖漿演化過程中Cu的富集/虧損程度（△Cu）作為巖漿氧逸度的指示指標(biāo)。此外，研究還采用實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)獲得的另一氧逸度指標(biāo)——V/Yb。釩（V）是變價(jià)元素，具有氧化還原敏感性，而鐿（Yb）則沒有，且V/Yb不受地幔部分熔融程度和地幔虧損程度的影響，這優(yōu)于V/Ti（鈦）。科研人員利用硼同位素（δ11B）和B/Nb（鈮）比值作為俯沖蛇紋巖的指示劑，探討其與氧逸度指標(biāo)（△Cu、V/Yb）之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)兩種指標(biāo)在全球尺度上呈現(xiàn)良好的正相關(guān)關(guān)系，說明俯沖蛇紋巖對(duì)弧巖漿氧逸度具有重要影響。該研究未排除蝕變洋殼的貢獻(xiàn)，也未完全證明蛇紋巖流體是氧化性的，這是由于最新研究表明單純水的加入或引起地幔楔的氧化。
該研究還發(fā)現(xiàn)，全球原始弧巖漿的氧逸度可能不是均一的，大陸弧巖漿可能比洋內(nèi)弧巖漿具有更低的氧逸度。蛇紋巖脫水受控于溫度、壓力等條件，亦即受控于俯沖板片的角度、溫度、溝弧距離等參數(shù)。大陸弧下的俯沖板片年輕、溫度高、俯沖角度小，且溝弧距離較遠(yuǎn)，因此，蛇紋巖可能在板片俯沖過程的早期便釋放了氧化性流體，導(dǎo)致真正進(jìn)入弧下地幔的氧化性物質(zhì)較少，對(duì)弧巖漿源區(qū)的氧化作用有限，洋內(nèi)弧則相反。事實(shí)上，俯沖蛇紋巖可能只是弧巖漿氧逸度的一級(jí)控制因素，地幔不均一性、俯沖沉積物輸入、巖漿演化、地殼混染等過程均可能影響到弧巖漿的氧化還原狀態(tài)，特別是在具有巨厚地殼的大陸弧，巖漿演化過程復(fù)雜，從火山巖獲取的氧逸度數(shù)據(jù)能否有效代表原始巖漿的值，需要進(jìn)一步探索。
海洋所是該研究的第一完成單位。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、山東省自然科學(xué)基金等的支持。
