俯冲洋壳脱水作用系统学在蓝片岩-榴辉岩相转变区的限制（东阿尔卑斯山的榴辉岩带）

《Geochemistry, Geophysics, Geosystems》：Constraints on the Dehydration Systematics of Subducted Oceanic Crust Across the Blueschist-to-Eclogite Facies Transition (Eclogite Zone, Eastern Alps)

俯冲带中低渗透性地壳通过流体滞留影响地幔熔体成分，以奥陶纪太因尔窗口高压低温榴辉岩为例，揭示蓝片岩-榴辉岩相转变中石英脉和流体富集机制。氧同位素分析显示流体滞留温度460-610℃，时间达10^5-10^6年，极低渗透率（10^-22-10^-34 m2）使流体得以保留。发现两种脉体类型：张力破裂型I型脉和流体富集型II型 segregation，证明脱水反应释放5% H2O并产生11%瞬态孔隙。动力学模型表明，板片-楔体界面处流体迁移受渗透率控制，高压力下矿物生长记录流体动态平衡。

　　在阿尔卑斯山脉的Tauern Window地区，科学家们研究了位于玄武岩质片麻岩中的辉长岩质片麻岩中的石英脉和分异结构。这些结构不仅记录了地壳演化过程，还为理解俯冲带中流体的行为提供了关键线索。研究发现，这些脉络和分异结构形成于460–610°C的温度区间，与现代俯冲带中板块楔缘的条件相符。通过氧同位素分析，研究团队发现，石英和rutile之间的同位素平衡温度表明，流体在形成这些脉络和分异结构时，来源于片麻岩本身。这些发现表明，在极端低渗透性条件下，流体可能在俯冲带的深度范围内长期滞留，从而影响了地球内部的挥发性元素输送。

研究还揭示了片麻岩在俯冲过程中经历的温度-压力演化路径。在高压低温条件下，片麻岩经历了脱水反应，释放了大约5%的水分，从而形成了约11%的瞬时孔隙。这种孔隙在流体压力和温度变化的背景下，可能促进了脉络和分异结构的形成。对于Type I脉络，其形成可能与脆性断裂和高孔隙流体压力有关；而Type II石英分异结构则可能是在流体压力较低时形成的，表明在某些区域，流体可能通过非脆性变形在片麻岩中局部聚集。此外，研究团队提出了一种简单的岩石学-力学模型，用于解释在蓝片岩-片麻岩过渡带中，不同类型的脉络如何形成并保存。

研究中提到的流体在俯冲过程中可能通过不同的物理化学机制流动，包括水压裂隙、粒级膨胀效应以及变形。这些机制在不同的温度和压力条件下可能相互作用，从而形成复杂的流体通道网络。同时，研究也强调了渗透性在流体流动中的关键作用，指出在极端低渗透性（10^-22到10^-34 m2）下，流体可能在片麻岩中滞留数百万年。这为解释俯冲带中挥发性元素（如水、二氧化碳、氮、稀有气体和卤素）如何被运送到地幔提供了新的视角。

研究还通过氧同位素热力学分析，揭示了石英和rutile的同位素平衡温度，表明在形成脉络和分异结构时，流体可能经历了从片麻岩中释放并渗透的过程。这表明，在俯冲过程中，流体可能在片麻岩内部发生溶解-再沉淀作用，形成脉络和分异结构。此外，研究团队还通过模拟计算，评估了流体在不同温度和压力条件下的变化，并据此推测了片麻岩在俯冲带中的渗透性特征。

研究结果表明，某些脉络和分异结构可能记录了流体在俯冲过程中长期滞留的证据。这种现象可能与片麻岩的脱水反应和流体的缓慢释放有关。同时，研究还探讨了流体在俯冲带中可能对地幔的化学组成产生影响的机制。流体的持续滞留可能为地幔提供了重要的挥发性元素来源，从而影响了地幔熔融和地球化学循环。

这些发现对理解地球内部物质循环和地球动力学具有重要意义。首先，它们表明在俯冲带的极端低渗透性条件下，流体可以长期滞留并参与化学反应，这可能影响了俯冲板块的物质组成和地幔的化学演化。其次，它们提供了关于俯冲带中流体输送和保留机制的新的定量证据，有助于解释地球内部的挥发性元素来源。最后，研究还揭示了不同类型的脉络和分异结构可能形成于不同的流体活动阶段，这为俯冲带中流体动力学和变形机制的研究提供了新的视角。

此外，研究还指出了俯冲过程中流体压力变化的重要性。当流体压力超过岩石的强度时，可能导致脆性破裂和水压裂隙的形成。而流体压力的变化可能受到脱水反应速率、孔隙度和渗透性的共同影响。研究还推测，在某些区域，流体可能通过非脆性变形和局部扩张形成分异结构，这为理解俯冲带中流体的保存和输送机制提供了新的思路。

总之，这项研究通过详细的矿物学、岩石学和氧同位素分析，揭示了俯冲带中流体的行为及其对片麻岩结构的影响。研究不仅为理解俯冲带中的流体动力学提供了重要的证据，还为地球内部的挥发性元素循环和地幔演化提供了新的视角。这些发现对于进一步研究地球内部的物质交换和动力学过程具有重要意义。