NC：地幔過(guò)渡帶俯沖遺跡水循環(huán)形成洋底高原

在地球漫長(zhǎng)的演化歷史中，大規(guī)模的火山噴發(fā)事件往往在短時(shí)間內(nèi)（數(shù)百萬(wàn)年內(nèi)）噴發(fā)出巨量巖漿，形成洋底高原或大陸溢流玄武巖。這些大火成巖省被認(rèn)為是地球內(nèi)部源自核幔邊界、具有200–300oC溫度異常的地幔柱產(chǎn)物。當(dāng)這樣的地幔柱頭抵達(dá)巖石圈底部時(shí)，會(huì)觸發(fā)大規(guī)模熔融，形成地殼厚度達(dá)數(shù)倍于正常洋殼的洋底高原。

Azores高原位于大西洋洋中脊與Azores三聯(lián)點(diǎn)的交匯處（圖1），地殼厚度達(dá)8–30公里，遠(yuǎn)高于全球大洋地殼的平均厚度（約6–7公里）。傳統(tǒng)觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為這是地幔柱與洋中脊相互作用的產(chǎn)物。然而，越來(lái)越多的觀(guān)測(cè)事實(shí)與經(jīng)典地幔柱模型不符：（1）Azores火山活動(dòng)始于39 Ma，沒(méi)有表現(xiàn)出任何熱點(diǎn)軌跡樣式，其3He/?He比值并不顯著；地震學(xué)成像也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)與下地幔相關(guān)的熱物質(zhì)；（2）巖漿熱力學(xué)計(jì)算顯示該區(qū)的地幔潛溫為1342–1461oC，僅比正常地幔略高，甚至與之重合；（3）但Azores洋中脊玄武巖及洋島玄武巖顯示異常高的水含量和H?O/Ce比值，被認(rèn)為是“濕點(diǎn)”（wet-spot）。這些觀(guān)測(cè)事實(shí)表明需要重新審視Azores洋底高原形成的構(gòu)造動(dòng)力過(guò)程。

圖1 (a)地幔過(guò)渡帶410公里含水量及(b)大西洋洋中脊H?O/Ce比值

針對(duì)這一問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所巖石圈演化與環(huán)境演變?nèi)珖?guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室楊建鋒特聘研究員、趙亮研究員，聯(lián)合意大利帕多瓦大學(xué)Manuele Faccenda、Christine Meyzen及Andrea Marzoli教授，開(kāi)展了精細(xì)的巖石學(xué)-熱力學(xué)的數(shù)值模擬研究。模型設(shè)定一個(gè)向右遷移的洋中脊，并在其下方地幔過(guò)渡帶頂部（410公里深度）預(yù)設(shè)一個(gè)局部含水層（含水量0.1–0.4 wt.%），這些水可能來(lái)自古老俯沖板塊的脫水殘留（圖2）。

模擬結(jié)果顯示：隨著洋中脊遷移，導(dǎo)致地幔流場(chǎng)擾動(dòng)，地幔過(guò)渡帶頂部的含水部分熔融層發(fā)生不穩(wěn)定上升流，并在洋中脊構(gòu)造吸力作用下被抽吸至淺部（<200公里），發(fā)生減壓熔融，最終形成厚達(dá)10–20公里、局部可達(dá)25公里厚的異常地殼。整個(gè)過(guò)程無(wú)需異常高溫（地幔潛溫僅1350–1400oC），且火山活動(dòng)持續(xù)數(shù)千萬(wàn)年而無(wú)年齡遞進(jìn)關(guān)系，再現(xiàn)了Azores高原的關(guān)鍵觀(guān)測(cè)特征。

圖2 地球動(dòng)力學(xué)模型演化圖

地幔過(guò)渡帶作為全球俯沖水的主要儲(chǔ)庫(kù)（以及其他關(guān)鍵揮發(fā)分儲(chǔ)庫(kù)），其頂部含水部分熔融層在恰當(dāng)?shù)臉?gòu)造條件下，如洋中脊遷移（圖3）、遠(yuǎn)場(chǎng)俯沖誘導(dǎo)上升流（如Yang et al., 2025）可以被活化，從而產(chǎn)生板內(nèi)火山活動(dòng)（Yang & Faccenda, 2020）。已有多個(gè)地區(qū)的火山活動(dòng)被歸因于類(lèi)似的機(jī)制，包括百慕大、東亞、澳大利亞?wèn)|部和南海等。研究團(tuán)隊(duì)還推測(cè)，巨大的Ontong Java高原可能是這一機(jī)制的極端實(shí)例，即一個(gè)超大范圍的含水過(guò)渡帶區(qū)域與古板塊洋脊三聯(lián)點(diǎn)相互作用，極大增強(qiáng)了熔體的匯聚與提取。當(dāng)然，這一推測(cè)仍需更多地球化學(xué)與地球物理數(shù)據(jù)，以及三維動(dòng)力學(xué)模型的檢驗(yàn)。此外，這項(xiàng)研究揭示了被再循環(huán)進(jìn)入地球內(nèi)部的水如何強(qiáng)烈影響地幔動(dòng)力學(xué)、巖漿形成及行星長(zhǎng)期演化。該機(jī)制或許還能解釋俯沖相關(guān)流體在上地幔域（如印度洋DUPAL異常）中廣泛存在的化學(xué)印記。

圖3 洋脊吸力導(dǎo)致含水地幔過(guò)渡帶上升并發(fā)生減壓熔融，形成洋底高原的卡通圖

該研究為Azores高原厚地殼的成因提供了一個(gè)不依賴(lài)于地幔柱的新解釋。古老俯沖板片將水輸送并儲(chǔ)存在地幔過(guò)渡帶，形成含水“遺跡”；當(dāng)洋中脊遷移至此，洋脊負(fù)壓區(qū)形成構(gòu)造吸力，激活該含水層，驅(qū)動(dòng)含水上升流和地幔熔融，最終產(chǎn)生異常厚的地殼。這一機(jī)制不僅解釋了Azores高原的成因，還強(qiáng)調(diào)了地幔過(guò)渡帶在全球揮發(fā)分循環(huán)、板內(nèi)火山活動(dòng)以及幔源地球化學(xué)不均一性形成中的關(guān)鍵作用。

研究成果發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊自然·通訊（楊建鋒*，Manuele Faccenda, Christine Meyzen, Andrea Marzoli, 趙亮. Subduction legacies in the mantle transition zone modulate intraplate oceanic volcanism[J].自然·通訊, 2026. DOI: 10.1038/s41467-026-73403-7. ）。 研究受?chē)?guó)家自然科學(xué)基金(42488201, 92155203, 42541603), 中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)B（XDB0710000），地質(zhì)地球所自主部署（IGGCAS-202202），歐盟ERC啟動(dòng)基金（ERC StG 758199 NEWTON）及多圈層相互作用的油氣富集理論項(xiàng)目資助。