俯冲带生命周期中地幔水化如何变化
由于与地球炽热的地幔相互作用，在俯冲带中，充满水的海洋板块在密度较低的上覆板块下方滑动时会释放水分。这些水上升并滋润其上方的地幔，促使地表火山的形成，并限制破坏性地震的最大深度。然而，驱动水从下降板片流出的热量在俯冲带的生命周期内发生波动，释放的水量也随着这些波动而变化。
在AGU Advances上发表的一篇文章中，GS Epstein 及其同事研究了这种不同的水释放速率如何影响地幔水化。具体来说，他们模拟了 9000 万年前的板块俯冲到 1000 万年前的板块之下，并模拟了储存在弧前地幔楔中的水——地幔楔是位于上覆板块之下但在俯冲板片之上的楔形部分。
为了推断地幔楔的水化作用，研究人员观察了地球物理特性的变化（例如重力异常和地震速度），表明蛇纹石组矿物的形成，按体积计算，蛇纹石组矿物是地幔楔中含水量最丰富的矿物。
他们发现，模型中的地幔水合水平与俯冲带的热演化密切相关。在俯冲的早期阶段，下降的板块脱水，但地幔楔的温度太高，无法稳定含水矿物；板块释放的流体很可能垂直穿过楔体，在那里它们促成了熔化和火山岩的形成。在成熟的俯冲过程中，板块下降到弧前楔的深度之外，其释放的水不再使地幔水合。
俯冲的中间阶段是地幔水化的最佳阶段，此时板块正快速下沉穿过上地幔。在这个阶段，板块顶部仍然很热，而弧前楔正在冷却，导致水上升到弧前楔中。
作者认为，这些发现与目前的地震观测结果相一致，为水通过俯冲带的运动以及这些水如何参与地下、海洋和大气之间的循环提供了新的见解。值得注意的是，模拟还显示，地球前弧地幔楔的总水量比之前估计的多 10 倍左右，大约相当于地球海洋水量的 0.4%。
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