研究人员确定深俯冲带中超高压流体的定量成分

在《国家科学院院刊》上发表的一项研究中，中国科学院(CAS)中国科学技术大学(USTC)肖依林教授团队首次定量测定了化学成分深俯冲带中的超临界流体。他们通过超高压(UHP)多相流体包裹体的三维成像建模，揭示了超临界流体在俯冲带碳硫循环中的重要作用，这对于深入、系统地了解其作用具有重要意义自然界中的超临界流体。

流体，包括海洋、湖泊、河流，以及在地球内部发现的范围广泛的地质流体，是不可分割的部分，有助于在地球的不同层之间转移它们的物质和能量。根据它们的地球化学性质，它们可以进一步分为富水流体、含水熔体和超临界流体。

超临界流体是在高温高压下形成的，具有相对较低的粘度、高活性和出色的元素流动性。这些非常规的物理化学性质赋予它们在触发中深层地震活动和火山活动、促进俯冲带元素传输、物质循环和金属富集矿化以及影响地球宜居性演化方面的重要作用。然而，从天然样品中 识别超临界流体活动仍然是一个挑战，尤其是当关键和定量地球化学指标严重缺乏时。

研究人员对大别山大陆超深俯冲带的超高压变质脉体进行了研究，发现大量多相流体包裹体与标志性的超高压变质矿物科辉石共存。包裹体保存有多种晶种矿物，整体组合较为一致，主要由石英、方解石、硬石膏和大量水组成。

系统的岩相学、激光拉曼和元素表面扫描研究表明，绿辉石和石榴石中的多相流体包裹体是主要的 UHP 流体包裹体，完整地保留了俯冲带中更深层高压流体的化学成分。这些包裹体的三维激光拉曼建模和定量成分计算恢复了多相流体包裹体中记录的原始成脉流体成分。这些流体显示主要包含 SiO 2、CaO 和水，以及大量的挥发性元素，例如碳和硫。

此外，研究人员还发现包裹体中保存的流体具有超临界特性(如迁移能力)和成分特征。这些超临界流体在俯冲带板片中高效活化和输送碳硫，并可能将其输送到地幔楔乃至深部地幔，从而对碳硫循环的效率和通量产生广泛而重要的影响地表与深层之间，以及地球宜居性的演化。

这项研究详细描述了深俯冲带中超临界流体的特性。它还揭示了 UHP 流体在碳和硫循环方面发挥的关键作用，这一作用长期以来一直被低估。