NC：地幔過渡帶俯沖遺跡水循環形成洋底高原

在地球漫長的演化歷史中，大規模的火山噴發事件往往在短時間內（數百萬年內）噴發出巨量巖漿，形成洋底高原或大陸溢流玄武巖。這些大火成巖省被認為是地球內部源自核幔邊界、具有200–300oC溫度異常的地幔柱產物。當這樣的地幔柱頭抵達巖石圈底部時，會觸發大規模熔融，形成地殼厚度達數倍于正常洋殼的洋底高原。

Azores高原位于大西洋洋中脊與Azores三聯點的交匯處（圖1），地殼厚度達8–30公里，遠高于全球大洋地殼的平均厚度（約6–7公里）。傳統觀點認為這是地幔柱與洋中脊相互作用的產物。然而，越來越多的觀測事實與經典地幔柱模型不符：（1）Azores火山活動始于39 Ma，沒有表現出任何熱點軌跡樣式，其3He/?He比值并不顯著；地震學成像也沒有發現與下地幔相關的熱物質；（2）巖漿熱力學計算顯示該區的地幔潛溫為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，被認為是“濕點”（wet-spot）。這些觀測事實表明需要重新審視Azores洋底高原形成的構造動力過程。

圖1 (a)地幔過渡帶410公里含水量及(b)大西洋洋中脊H?O/Ce比值

針對這一問題，中國科學院地質與地球物理研究所巖石圈演化與環境演變全國重點實驗室楊建鋒特聘研究員、趙亮研究員，聯合意大利帕多瓦大學Manuele Faccenda、Christine Meyzen及Andrea Marzoli教授，開展了精細的巖石學-熱力學的數值模擬研究。模型設定一個向右遷移的洋中脊，并在其下方地幔過渡帶頂部（410公里深度）預設一個局部含水層（含水量0.1–0.4 wt.%），這些水可能來自古老俯沖板塊的脫水殘留（圖2）。

模擬結果顯示：隨著洋中脊遷移，導致地幔流場擾動，地幔過渡帶頂部的含水部分熔融層發生不穩定上升流，并在洋中脊構造吸力作用下被抽吸至淺部（<200公里），發生減壓熔融，最終形成厚達10–20公里、局部可達25公里厚的異常地殼。整個過程無需異常高溫（地幔潛溫僅1350–1400oC），且火山活動持續數千萬年而無年齡遞進關系，再現了Azores高原的關鍵觀測特征。

圖2 地球動力學模型演化圖

地幔過渡帶作為全球俯沖水的主要儲庫（以及其他關鍵揮發分儲庫），其頂部含水部分熔融層在恰當的構造條件下，如洋中脊遷移（圖3）、遠場俯沖誘導上升流（如Yang et al., 2025）可以被活化，從而產生板內火山活動（Yang & Faccenda, 2020）。已有多個地區的火山活動被歸因于類似的機制，包括百慕大、東亞、澳大利亞東部和南海等。研究團隊還推測，巨大的Ontong Java高原可能是這一機制的極端實例，即一個超大范圍的含水過渡帶區域與古板塊洋脊三聯點相互作用，極大增強了熔體的匯聚與提取。當然，這一推測仍需更多地球化學與地球物理數據，以及三維動力學模型的檢驗。此外，這項研究揭示了被再循環進入地球內部的水如何強烈影響地幔動力學、巖漿形成及行星長期演化。該機制或許還能解釋俯沖相關流體在上地幔域（如印度洋DUPAL異常）中廣泛存在的化學印記。

圖3 洋脊吸力導致含水地幔過渡帶上升并發生減壓熔融，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不依賴于地幔柱的新解釋。古老俯沖板片將水輸送并儲存在地幔過渡帶，形成含水“遺跡”；當洋中脊遷移至此，洋脊負壓區形成構造吸力，激活該含水層，驅動含水上升流和地幔熔融，最終產生異常厚的地殼。這一機制不僅解釋了Azores高原的成因，還強調了地幔過渡帶在全球揮發分循環、板內火山活動以及幔源地球化學不均一性形成中的關鍵作用。

研究成果發表于國際學術期刊自然·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. ）。 研究受國家自然科學基金(42488201, 92155203, 42541603), 中國科學院先導B（XDB0710000），地質地球所自主部署（IGGCAS-202202），歐盟ERC啟動基金（ERC StG 758199 NEWTON）及多圈層相互作用的油氣富集理論項目資助。