近期，中國科學院南海海洋研究所張帆研究員團隊，聯合林間院士、中國科學院海洋研究所研究員高翔、中山大學副教授蔡晨和南方科技大學副教授周志遠，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展，相關成果發表于國際地學期刊《地球與行星科學通訊》（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制，這個過程對板塊構造、俯沖地震活動、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生彎曲變形，并形成撓曲正斷層。水沿著正斷層進入板塊深部，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系。然而目前對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制尚不清楚。
科研人員利用過去二十年全球海溝地區的地震數據，深入探討了板塊年齡、撓曲曲率和沉積物厚度等因素對上地幔頂部地震波速的影響。研究發現，隨著板塊的年齡增長，其撓曲變形區域的應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際表現。這兩個因素共同決定了俯沖板塊淺部的水平伸展應變量，進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，地幔的地震波速下降趨勢相對較小，顯示出沉積覆蓋對于地幔蛇紋石化的抑制作用。
通過對全球各地海溝的地震波速結構進行詳盡分析，研究結果揭示：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性。這一發現不僅有助于我們更好地理解板塊構造過程中的水循環動態，也為估算俯沖板塊的含水量提供了新的理論依據。
這項研究從板殼力學的基本原理出發，闡明了板塊年齡和曲率對地幔蛇紋石化的控制機理，并揭示了沉積覆蓋作用對地幔蛇紋石化的阻礙效應，對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過程具有重要意義，為深入研究地球內部環境和氣候變化提供了重要支撐。
上述研究工作得到了國家自然科學基金項目、廣東省人才項目和廣州市科學基金項目等支持。
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
圖1. （a）本研究中所用的Vp結構剖面的位置；（b）水平伸展應變與Vp降低之間的相關性
圖2. 示意圖顯示板齡（厚度）和彎曲曲率對板水化作用的影響機制
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