中國科學院廣州地球化學研究所高名迪、王煜，聯(lián)合中國地質(zhì)大學（武漢）教授續(xù)海金、澳大利亞麥考瑞大學教授Stephen Foley，通過高溫高壓實驗手段，揭示了大陸碰撞造山帶內(nèi)，深俯沖大陸地殼與地幔相互作用的反應機制。近日，相關成果發(fā)表于Geology。

該研究發(fā)現(xiàn)，在實驗超高壓條件下（5GPa），俯沖長英質(zhì)陸殼可以以流體或熔體為介質(zhì)與地幔反應。當交代介質(zhì)為流體時，反應產(chǎn)物主要為斜方輝石+金云母+鉀堿鎂閃石。而當陸殼發(fā)生熔融，交代介質(zhì)變?yōu)槿垠w時，交代產(chǎn)物隨反應溫度升高逐漸由斜方輝石+金云母轉(zhuǎn)變?yōu)樾狈捷x石+石榴子石。脫水熔融條件下，這一相轉(zhuǎn)變溫度在1000-1100 oC之間，而在水飽和熔融條件下，這一相轉(zhuǎn)變溫度降至800-900 oC之間。實驗結果顯示，在相似溫壓條件下，只有陸殼水飽和熔融才能誘發(fā)這些交代礦物的形成。進一步證明超高壓條件陸殼的水致熔融是誘發(fā)大陸俯沖帶殼幔作用的一種重要機制。

傳統(tǒng)觀點認為，俯沖古老陸殼是相對貧水的。而該研究結果證明，陸殼即使俯沖至超高壓條件下，局部乃至整體仍然是較為富水的。在高壓-超高壓條件下，蛇紋石、硬柱石以及綠泥石是這些基性-超基性塊體中常見的含水礦物，其水含量可達～10 wt%。其中，綠泥石具有最高的穩(wěn)定溫度，因此是誘發(fā)長英質(zhì)陸殼水致熔融最有可能的水的來源。研究人員進一步結合陸殼俯沖溫壓軌跡，將陸殼熔融及熔體-地幔相互作用過程概括如下：首先，隨著俯沖作用進行，俯沖陸殼溫壓會先后越過花崗巖濕固相線以及綠泥石穩(wěn)定域。此時，陸殼中含綠泥石的組分會發(fā)生綠泥石分解進而釋放流體。由于此時溫度高于花崗巖濕固相線，釋放的流體可誘發(fā)以長英質(zhì)巖石為主體的陸殼大規(guī)模熔融，產(chǎn)生熔體進一步與上覆地幔楔反應形成了石榴輝石巖交代體。

該研究對于認識理解地球深部水循環(huán)，以及殼-幔物質(zhì)交換過程有著重要啟示意義。