橄欖巖蛇紋巖化伴隨著天然氫氣和無機甲烷的形成與二氧化碳封存等多種地質過程，受到廣泛的關注。弧前地幔楔蛇紋巖由俯沖板塊在弧前深度發生低溫脫水，在俯沖隧道中交代橄欖巖形成。蛇紋巖相對周圍橄欖巖密度大大降低，因此所形成的蛇紋巖泥可夾帶橄欖巖、蛇紋巖和變玄武巖巖塊等，沿弧前斷裂噴發到弧前地殼形成蛇紋巖泥火山。馬里亞納弧前發育地球上僅有的、正在噴發的泥火山，實時記錄了淺部俯沖隧道中的流固反應過程，記錄了在成熟俯沖帶俯沖板塊最早期的脫水/脫碳和俯沖板塊含水礦物的形成過程。為了研究上述關鍵地質過程，IODP 366航次對馬里亞納弧前三個蛇紋巖泥火山進行了鉆探，它們分別是Yinazao、Fantangis?a和Asùt Tesoru，對應的俯沖板塊深度分別為13、14和18公里，記錄馬里亞納島弧最淺的俯沖隧道過程。
????近日，中國科學院廣州地球化學研究所趙瑞鵬博士、李洪顏研究員和徐義剛院士與University of South Florida的Jeffrey G. Ryan教授等人，系統研究了IODP 366航次鉆取的蛇紋巖泥火山及其中的變玄武巖包體，在俯沖板塊最早期的脫水/脫碳過程，以及俯沖板塊含水礦物形成的機制等方面取得了新認識。研究發現隨著板塊俯沖深度增加，流體活動性元素（FMEs）B、Rb、Cs和Li在蛇紋巖中的富集程度逐漸增加。Yinazao蛇紋巖明顯富集Sr和Ba，這與蛇紋巖中夾帶的變玄武巖虧損這些元素形成互補。蛇紋巖中FMEs和87Sr/86Sr之間的相關性反映了俯沖板塊流體、地幔和俯沖板塊之間的相互作用。Yinazao蛇紋巖的Sr-Ba和Asùt Tesoru蛇紋巖中的B-Rb-Cs-Li富集的同時，它們的87Sr/86Sr由介于沉積物和虧損地幔之間，向變玄武巖的平均值收斂。這些觀察結果表明，沉積物是俯沖板塊最早期釋放流體的來源，這些流體首先與地幔楔橄欖巖發生了反應，產生了高pH流體，此后與俯沖的海山玄武巖發生了反應。俯沖玄武巖中斜長石的優先分解導致高pH的蛇紋巖流體中所溶解的CaCO3沉淀，堿度降低，最終形成高Ca-Sr-Ba流體。長石分解以后，硬柱石形成，此后粘土礦物分解，利蛇紋石向葉蛇紋石轉變，這些過程釋放出高B-Rb-Cs-Li和低Sr-Ba的流體。這一次流體釋放導致了在淺部俯沖隧道中早期沉淀的CaCO3的溶解，富Ca流體與其他礦物反應形成了異剝鈣榴巖組合和綠簾石。最后，這些流體演化成具有高堿度、低Ca-Sr-Ba、高B-Rb-Cs-Li的流體。該研究揭示出在俯沖隧道中，高pH流體對斜長石早期分解、新的含水礦物生成以及CaCO3的沉淀起到至關重要的作用。本研究受到國家重點研發計劃項目和國家自然基金項目資助。
圖1 馬里亞納俯沖板塊最早期的脫水/脫碳過程
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論文信息：
Zhao,R.P. (趙瑞鵬),Li,H.Y.* (李洪顏),Ryan,J.G.,Johnston,R.M.,Jensen,O.,Xu,Y.G. (徐義剛),2024. Serpentinite geochemistry documents the earliest dehydration and decarbonation of the subducting slab beneath the Mariana forearc. Earth and Planetary Science Letters 637: 118748
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.epsl.2024.118748
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Zhao,R.P.* (趙瑞鵬),Li,H.Y.* (李洪顏),Ryan,J.G.,Wei,X.,Yang,S.X.,Xu,Y.G.,2024 (徐義剛). Geochemistry of metabasite in Mariana forearc serpentinite mudflows documents interactions between serpentinizing fluid and subducted seamount basalts. Chemical Geology 655: 122090
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2024.122090
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