NC：地幔过渡带俯冲遗迹水循环形成洋底高原

在地球漫长的演化历史中，大规模的火山喷发事件往往在短时间内（数百万年内）喷发出巨量岩浆，形成洋底高原或大陆溢流玄武岩。这些大火成岩省被认为是地球内部源自核幔边界、具有200–300ºC温度异常的地幔柱产物。当这样的地幔柱头抵达岩石圈底部时，会触发大规模熔融，形成地壳厚度达数倍于正常洋壳的洋底高原。

Azores高原位于大西洋洋中脊与Azores三联点的交汇处（图1），地壳厚度达8–30公里，远高于全球大洋地壳的平均厚度（约6–7公里）。传统观点认为这是地幔柱与洋中脊相互作用的产物。然而，越来越多的观测事实与经典地幔柱模型不符：（1）Azores火山活动始于39 Ma，没有表现出任何热点轨迹样式，其³He/⁴He比值并不显著；地震学成像也没有发现与下地幔相关的热物质；（2）岩浆热力学计算显示该区的地幔潜温为1342–1461ºC，仅比正常地幔略高，甚至与之重合；（3）但Azores洋中脊玄武岩及洋岛玄武岩显示异常高的水含量和H₂O/Ce比值，被认为是“湿点”（wet-spot）。这些观测事实表明需要重新审视Azores洋底高原形成的构造动力过程。

图1 (a)地幔过渡带410公里含水量及(b)大西洋洋中脊H₂O/Ce比值

针对这一问题，中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化与环境演变全国重点实验室杨建锋特聘研究员、赵亮研究员，联合意大利帕多瓦大学Manuele Faccenda、Christine Meyzen及Andrea Marzoli教授，开展了精细的岩石学-热力学的数值模拟研究。模型设定一个向右迁移的洋中脊，并在其下方地幔过渡带顶部（410公里深度）预设一个局部含水层（含水量0.1–0.4 wt.%），这些水可能来自古老俯冲板块的脱水残留（图2）。

模拟结果显示：随着洋中脊迁移，导致地幔流场扰动，地幔过渡带顶部的含水部分熔融层发生不稳定上升流，并在洋中脊构造吸力作用下被抽吸至浅部（<200公里），发生减压熔融，最终形成厚达10–20公里、局部可达25公里厚的异常地壳。整个过程无需异常高温（地幔潜温仅1350–1400ºC），且火山活动持续数千万年而无年龄递进关系，再现了Azores高原的关键观测特征。

图2 地球动力学模型演化图

地幔过渡带作为全球俯冲水的主要储库（以及其他关键挥发分储库），其顶部含水部分熔融层在恰当的构造条件下，如洋中脊迁移（图3）、远场俯冲诱导上升流（如Yang et al., 2025）可以被活化，从而产生板内火山活动（Yang & Faccenda, 2020）。已有多个地区的火山活动被归因于类似的机制，包括百慕大、东亚、澳大利亚东部和南海等。研究团队还推测，巨大的Ontong Java高原可能是这一机制的极端实例，即一个超大范围的含水过渡带区域与古板块洋脊三联点相互作用，极大增强了熔体的汇聚与提取。当然，这一推测仍需更多地球化学与地球物理数据，以及三维动力学模型的检验。此外，这项研究揭示了被再循环进入地球内部的水如何强烈影响地幔动力学、岩浆形成及行星长期演化。该机制或许还能解释俯冲相关流体在上地幔域（如印度洋DUPAL异常）中广泛存在的化学印记。

图3 洋脊吸力导致含水地幔过渡带上升并发生减压熔融，形成洋底高原的卡通图

该研究为Azores高原厚地壳的成因提供了一个不依赖于地幔柱的新解释。古老俯冲板片将水输送并储存在地幔过渡带，形成含水“遗迹”；当洋中脊迁移至此，洋脊负压区形成构造吸力，激活该含水层，驱动含水上升流和地幔熔融，最终产生异常厚的地壳。这一机制不仅解释了Azores高原的成因，还强调了地幔过渡带在全球挥发分循环、板内火山活动以及幔源地球化学不均一性形成中的关键作用。

研究成果发表于国际学术期刊自然·通讯（杨建锋*，Manuele Faccenda, Christine Meyzen, Andrea Marzoli, 赵亮. Subduction legacies in the mantle transition zone modulate intraplate oceanic volcanism[J].自然·通讯, 2026. DOI: 10.1038/s41467-026-73403-7. ）。 研究受国家自然科学基金(42488201, 92155203, 42541603), 中国科学院先导B（XDB0710000），地质地球所自主部署（IGGCAS-202202），欧盟ERC启动基金（ERC StG 758199 NEWTON）及多圈层相互作用的油气富集理论项目资助。