中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所研究員李洪顏、中國科學(xué)院院士徐義剛和李翔博士，以及美國南佛羅里達大學(xué)教授Jeffrey G. Ryan、西北大學(xué)教授張超，研究提出了西太平洋板塊俯沖起始-發(fā)育-成熟新模型。相關(guān)研究近日發(fā)表于《自然-通訊》(Nature Communications)。

　　板塊構(gòu)造理論是固體地球科學(xué)的基石，雖然它的提出已經(jīng)超過了50年，但是板塊俯沖如何開始-發(fā)育-成熟這一關(guān)鍵科學(xué)問題仍然沒有得到很好的解答。此前研究認為西太平洋伊豆-小笠原-馬里亞納(IBM)俯沖帶的形成是地球上自發(fā)式起始俯沖的典范，表現(xiàn)為太平洋板塊在重力作用下的垂向下沉。

　　研究人員分析了IODP 352航次鉆取的小笠原群島弧前玻安巖的B-Sr-Nd-Pb-Hf同位素和主-微量元素(~ 51.3-50.3 Myr;U1439和U1442)，識別出早期形成的低硅玻安巖源區(qū)含有俯沖太平洋板塊下洋殼輝長巖的熔體，無沉積物和蝕變玄武巖貢獻，而晚期形成的高硅玻安巖源區(qū)卻含有沉積物和蝕變玄武巖的流體。

　　該研究揭示出IBM板塊俯沖起始表現(xiàn)為太平洋板塊側(cè)向擠入到原菲律賓板塊之下，而非之前認為的垂向下沉。新的研究揭示最早期的低角度俯沖導(dǎo)致俯沖板塊表面的沉積物和蝕變玄武巖被刮削增生到初生海溝位置，因此最早發(fā)生熔融的板塊物質(zhì)是下洋殼輝長巖(熔融溫度900至950 ℃)，當(dāng)高角度俯沖開始，增生楔物質(zhì)被俯沖，但是因為俯沖板塊與初生地幔楔界面溫度降低，新俯沖的沉積物和蝕變玄武巖無法發(fā)生熔融，僅能發(fā)生脫水(最高溫度780至840°C)交代低硅玻安巖殘余地幔并激發(fā)其進一步熔融形成高硅玻安巖。

　　伴隨俯沖帶的進一步發(fā)育，新的俯沖板塊物質(zhì)被源源輸入，初生地幔楔被降溫，50 Myr之后，巖漿活動向西躍遷～80 km至Mukojima和Hahajima島(48-46 Myr)，44 Myr之后島弧發(fā)育成熟。研究發(fā)現(xiàn)初始俯沖板塊熔融-脫水過程無蛇紋巖的貢獻，明顯區(qū)別于成熟島弧。在成熟島弧，俯沖板塊在弧前深度低溫脫水導(dǎo)致上覆地幔蛇紋巖化，蛇紋巖化地幔被俯沖侵蝕進入深部俯沖隧道 (> 80 km)，蛇紋巖分解釋放流體導(dǎo)致弧火山作用。

　　該研究揭示了IBM起始俯沖可能是全球板塊構(gòu)造調(diào)整背景之下的被動產(chǎn)物。

　　該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、中科院戰(zhàn)略先導(dǎo)專項B和南方海洋科學(xué)與工程廣東省實驗室(廣州)項目的聯(lián)合資助。論文的B同位素數(shù)據(jù)在中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所公共技術(shù)服務(wù)中心元素與同位素分析平臺完成測試。

　　相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-022-28637-6