图1 马里亚纳岛弧俯冲板块脱水/熔融机制与过程模型图
在国家自然科学基金项目（批准号：41922020）等资助下，中国科学院广州地球化学研究所李洪颜、赵瑞鹏、李杰、徐义刚等人与国外合作者在俯冲板块脱水/熔融的机制与过程方面取得进展。研究成果以“钼同位素解密马里亚纳岛弧俯冲板块的脱水与熔融 （Molybdenum isotopes unmask slab dehydration and melting beneath the Mariana arc）”为题，于2021年10月14日发表在《自然-通讯》 (Nature Communications)上。论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-021-26322-8
俯冲板块的脱水/熔融对地球层圈间的物质与能量循环至关重要，其机制、过程与控制因素一直是固体地球科学界关注的焦点。该研究运用钼（Mo）同位素，联合Sr-Nd-Pb-Hf同位素和主-微量元素，揭示出马里亚纳俯冲板块的脱水/熔融受控于地幔楔和俯冲板块岩石圈地幔蛇纹岩的形成-俯冲-脱水过程（图1）。浅部地幔楔（< 80 km）蛇纹岩会被俯冲板块刮削进入深部俯冲隧道，同时这些蛇纹岩还会进一步被俯冲板块的流体/熔体交代，俯冲板块的脱水/熔融受控于俯冲板块岩石圈地幔中蛇纹岩的分解。在200 km以浅，俯冲隧道中蛇纹岩的多期次分解诱发了前弧岩浆活动，200 km以深俯冲隧道蛇纹岩消耗殆尽，俯冲板块岩石圈地幔蛇纹岩的分解诱发板块的熔融，导致后弧岩浆活动。该研究发现被俯冲的弧前地幔楔蛇纹岩扮演了板块流体和熔体的“中转站”角色，俯冲板块蛇纹岩是板块脱水/熔融的“操纵者”。俯冲板块蛇纹岩释放的流体可以提取整个洋壳的流体活动性元素，因此板块流体/熔体的Pb-Sr同位素反映的是未蚀变辉长岩-玄武岩的特征。板块蛇纹岩流体中含有极少量的Hf-Nd，板块熔体Hf-Nd同位素反映的是洋壳表面物质组成（约10%沉积物+90%玄武岩）。
该工作中Mo同位素测试数据由中国科学院广州地球化学研究所公共技术服务中心元素与同位素分析平台提供。