AGU Advances：俯冲带生命周期内地幔水化作用如何变化

海洋板块俯冲释放的水影响着地球表面火山和地震的形成。一项新的研究模拟了俯冲板块脱水和地幔水化程度如何随时间变化。

由于与地球热地幔的相互作用，在俯冲带中，富含水的海洋板块在向密度较低的上覆板块下方滑动时会释放出水分。这些水上升并使其上方的地幔水化，导致地表火山的形成，并限制破坏性地震的最大深度。然而，在俯冲带的生命周期中，驱动水从下降板块中流出的热量不断波动，释放的水量也随着这些波动而变化。

Epstein等人研究了水释放速率的变化如何影响地幔水化。具体来说，他们模拟了一个9000万年前的板块俯冲到一个1000万年前的板块之下，并模拟了弧前地幔楔中储存的水。弧前地幔楔位于上覆板块下方，俯冲板块之上。为了推断地幔楔的水化作用，研究人员观察了地球物理特性的变化(如重力异常和地震速度)，这些变化表明了蛇纹岩矿的形成过程，蛇纹岩矿是地幔楔中单位体积含水量最丰富的含水矿物。

当海洋板块俯冲到大陆板块之下时，它们会释放出水。这些水上升并促使地球表面形成火山，例如阿拉斯加阿留申群岛的克利夫兰火山。图片来源：Jeff Williams/SS Crew 地球观测实验和约翰逊航天中心图像科学与分析小组，公共领域

他们发现，在他们的模型中，地幔水化程度与俯冲带的热演化密切相关。在俯冲的早期阶段，俯冲板块脱水，但地幔楔内温度过高，无法稳定含水矿物；板块释放的流体很可能垂直穿过楔体，在那里它们促成了火山岩石的融化和产生。在成熟的俯冲过程中，板块下降到弧前楔的深度之外，其释放的水不再使地幔水化。

这使得俯冲的中期阶段，即板块快速下沉穿过上地幔时，成为地幔水化的最佳阶段。在这个阶段，当弧前楔冷却时，板块顶部仍然很热，导致水上升到弧前楔中。

作者认为，这些发现与目前的地震观测结果一致，并为水通过俯冲带的运动以及这些水如何参与地下、海洋和大气之间的循环提供了新的见解。值得注意的是，模拟还显示，地球前弧地幔楔的总含水量比之前估计的多10 倍左右，大约相当于地球海洋水量的0.4%。

以上点评英文原文发表于：AGU Eos Research Spotlights，经AGU授权翻译。

原文链接：https://eos.org/research-spotlights/how-mantle-hydration-changes-over-the-lifetime-of-a-subduction-zone

Text © 2024. AGU. CC BY-NC-ND 3.0

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https://doi.org/10.1029/2023AV001121

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