近日，中國科學(xué)院南海海洋研究所林間院士團(tuán)隊(duì)與中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所朱日祥院士等合作，在海洋巖石圈水化研究方面取得重要突破，定量計(jì)算了全球海洋板塊水化率的分布，揭示了俯沖帶是海洋板塊，尤其是地幔水化作用的關(guān)鍵場(chǎng)所，研究成果發(fā)表在National Science Review（《國家科學(xué)評(píng)論》, NSR）上。中國科學(xué)院南海海洋研究所研究員張帆為論文第一作者，院士林間為通訊作者，論文合作者包括中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所朱日祥院士，中國科學(xué)院南海海洋研究所副研究員張旭博、張江陽，南方科技大學(xué)海洋科學(xué)與工程系研究副教授周志遠(yuǎn)。

　　水對(duì)地球表面和內(nèi)部的物理與化學(xué)過程具有重要影響。首先，海水通過海底的裂縫與斷層進(jìn)入巖石圈，引起海洋板塊的水化作用（圖1）。在此過程中，海水會(huì)導(dǎo)致巖石圈強(qiáng)度降低，并改變地幔性質(zhì)。此外，水還可以通過改變巖石的壓力和摩擦力來影響地震活動(dòng)，同時(shí)降低地幔物質(zhì)的熔融溫度和粘度，從而促進(jìn)巖漿的產(chǎn)生及火山活動(dòng)的發(fā)生。隨后，進(jìn)入地球深部的海水會(huì)被儲(chǔ)存在地球內(nèi)部，而另一部分會(huì)被火山活動(dòng)釋放回海洋和大氣。因此，海洋板塊的水化過程會(huì)影響板塊構(gòu)造、地幔對(duì)流以及地球多圈層物質(zhì)與能量循環(huán)等多個(gè)過程。  

　　圖1 海洋巖石圈水化示意圖。首次水化發(fā)生在洋中脊-轉(zhuǎn)換斷層系統(tǒng)，再次水化發(fā)生在俯沖帶  

　　最新研究表明，海水會(huì)在大洋中脊-轉(zhuǎn)換斷層和俯沖帶呈多幕式進(jìn)入海洋巖石圈（圖1）。研究人員通過統(tǒng)計(jì)與計(jì)算全球海洋板塊水化關(guān)鍵參數(shù)，定量估算了全球海洋巖石圈進(jìn)水率的分布（圖2）。經(jīng)計(jì)算，全球洋中脊-轉(zhuǎn)換斷層的進(jìn)水貢獻(xiàn)率約為31.2%（~7.08 10⁸ Tg/Myr）；俯沖帶進(jìn)水貢獻(xiàn)率約為68.8%（~15.95 10⁸ Tg/Myr）。其中，地幔進(jìn)水率主要由俯沖帶貢獻(xiàn)。該研究可為全球海平面變化、地震與火山活動(dòng)、流固相互作用等提供重要參考。  

　　圖2 全球海洋巖石圈多幕式進(jìn)水率分布  

　　以上研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和中國科學(xué)院項(xiàng)目等支持。  

　　論文鏈接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwad251