新聞動(dòng)態(tài)周亮、李洪顏等-EPSL：俯沖板塊在地幔過渡帶的滯留過程攪動(dòng)古老再循環(huán)物質(zhì)上涌并發(fā)生熔融形成長(zhǎng)白山火山
??長(zhǎng)白山以巍峨火山、澄澈天池、廣袤林海和壯麗瀑布聞名，是東北亞最具代表性的自然景觀之一。然而，這座令人神往的火山并不只是一處地表奇觀；在它之下，還隱藏著理解地球深部運(yùn)行機(jī)制的重要線索。噴發(fā)至地表的玄武巖，記錄了太平洋板片俯沖、俯沖板片與地幔過渡帶（mantle transition zone）相互作用、以及深部地幔源區(qū)演化等關(guān)鍵信息。地震層析成像顯示，現(xiàn)今多數(shù)俯沖板片會(huì)在地幔過渡帶內(nèi)發(fā)生平臥滯留，形成了有別于島弧地區(qū)小地幔楔的“大地幔楔”構(gòu)造體系，這一現(xiàn)象在西太平洋構(gòu)造域尤為明顯。然而，俯沖板片在地幔過渡帶的滯留過程如何影響地幔物質(zhì)重新分配，并進(jìn)一步觸發(fā)上覆板內(nèi)火山作用仍是未解之謎。中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所博士后周亮與合作導(dǎo)師李洪顏研究員等，以中國東北吉林長(zhǎng)白山火山為研究對(duì)象（圖1），綜合運(yùn)用40Ar/39Ar年代學(xué)、全巖和礦物化學(xué)以及Sr-Nd-Pb-Hf同位素分析，系統(tǒng)研究了長(zhǎng)白山玄武巖約2200萬年以來的源區(qū)演化規(guī)律。
圖1. (a) 東北亞新生代火山活動(dòng)分布; (b) 俯沖帶島弧-陸內(nèi)高精度地球物理剖面圖; (c, d) 日本海構(gòu)造演化歷史
?研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)白山最早期的低鈦玄武巖（約22.4 Ma）表現(xiàn)出弧型巖漿的微量元素特征，橄欖石具有高Ca/Al和Mn/Fe比值，并記錄了較高的氧逸度，表明其來源于碳酸鹽化、氧化程度較高的橄欖巖地幔源區(qū)。相比之下，隨后的高鈦玄武巖（約21.3 Ma）和晚期造盾期玄武巖（約3-1 Ma）表現(xiàn)出類似洋島玄武巖的微量元素特征，橄欖石具有較低的Ca/Al和Mn/Fe比值，記錄了較低的氧逸度，來源于相對(duì)還原的、含輝石巖的地幔源區(qū)。同位素組成進(jìn)一步顯示，最早期玄武巖記錄了較強(qiáng)的近期俯沖組分貢獻(xiàn)，而隨后形成的玄武巖中，古老富集地幔（EM-1）組分的貢獻(xiàn)逐漸增加（圖2）。通過對(duì)比區(qū)域中生代-新生代玄武巖的同位素組成，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，EM-1型同位素特征主要在約22 Ma之后變得顯著。
圖2?長(zhǎng)白山玄武Sr-Nd-Pb-Hf同位素組成
?結(jié)合已有地球化學(xué)資料、地球物理觀測(cè)、數(shù)值模擬和板塊重建結(jié)果，研究團(tuán)隊(duì)提出：自約22 Ma以來，太平洋板片的回撤和平臥滯留驅(qū)動(dòng)了含EM-1組分的地幔過渡帶物質(zhì)發(fā)生擠出和上涌。與此同時(shí)，滯留板片脫水以及地幔過渡帶含水礦物分解產(chǎn)生的流體降低了地幔密度，使相關(guān)地幔物質(zhì)能夠在浮力作用下上升并發(fā)生減壓熔融，最終形成規(guī)模宏大的造盾期巖漿活動(dòng)（圖3）。本研究揭示出俯沖板片滯留、地幔過渡帶物質(zhì)重新分布與板內(nèi)火山作用之間的密切成因聯(lián)系，強(qiáng)調(diào)地幔過渡帶不僅是關(guān)鍵的深部地球化學(xué)儲(chǔ)庫，也在調(diào)控地球深部物質(zhì)循環(huán)和板內(nèi)火山活動(dòng)方面發(fā)揮重要作用。
圖3. 東北亞地區(qū)俯沖太平洋板片-地幔過渡帶相互作用的時(shí)空演化模型
?該成果近日發(fā)表于國際知名地學(xué)期刊?Earth and Planetary Science Letters?。本研究得到國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（42425304、42503035）、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2022YFF0801002）、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）（XDB0840200）、中國博士后科學(xué)基金項(xiàng)目（2024M763273）等資助。
文章信息：Zhou Liang?(周亮), Li Hong-Yan* (李洪顏), Pan Bo?(潘波), Li Zhong-Hai?(李忠海), Deng Yangfan?(鄧陽凡), Wang Shui-Jiong?(王水炯), Yang Chun?(楊春), Xu, Yi-Gang?(徐義剛).?2026. Slab flattening in the mantle transition zone drives extrusion and upwelling of ancient subducted material. Earth and Planetary Science Letters, 120185.?https://doi.org/10.1016/j.epsl.2026.120185
