弧形火山比以前想象的要湿润具有科学和经济意义

俯冲带上方形成的弧形火山中的水百分比可能远远超过许多先前研究的计算。

根据发表在《自然地球科学》杂志上的一篇新论文，这种增加的水量对于了解地球下地壳的形成方式、岩浆如何通过地壳喷发以及经济上重要的矿物矿床的形成方式具有广泛的意义。

根据该论文，这项研究估计的原始弧岩浆中的水浓度变化更大，并且明显高于其他研究中发现的水的平均重量百分比约为 4%。结果表明，原始弧岩浆可能含有~0.6-10wt%的H 2 O，并且在下弧地壳中经过广泛的晶体分馏后可能达到~20wt%的H 2 O饱和度，论文补充说。

“这里的大局是，水本质上是板块构造的润滑剂。含水量将影响构造板块如何移动所涉及的各种不同参数，”主要作者本杰明乌兰说，他是马萨诸塞州的一名博士生研究期间，理工学院 (MIT)-WHOI 海洋学/应用海洋科学与工程联合项目。

“能够了解弧形岩浆的实际含水量是多少，这就是我们在这项研究中所做的，可以帮助改进对全球俯冲到地幔深处的水量的估计;量化不同的水库地球，包括地表水和深水水库;并更好地了解这些不同水库之间的运输，”Urann 说，他目前是怀俄明大学国家科学基金会海洋科学博士后研究员。Urann 补充说，该论文还讨论了含水量对形成具有重要经济意义的矿床(例如斑岩铜矿床)的影响。根据地质调查局的数据，这些矿床约占世界铜来源的 60%。

许多早期的研究都依赖于诸如测量熔体包裹体(它们是被周围生长的晶体捕获的微小岩浆液滴)以及测量已经喷发到地球表面的熔岩和其他火山沉积物等技术。“然而，这些方法具有固有的局限性，会混淆弧形岩浆 中 H 2 O的全部范围，”该论文指出。

乌兰和他的博士。主管 Véronique Le Roux 是该论文的合著者，他使用位于 WHOI 的二次离子质谱仪开发了测量矿物含水量的方法，他们的工作建立在其他工作的基础上，这些工作表明弧形岩浆应该含有显着比从熔体夹杂物测量中推断的更多的 H 2 O。

研究人员确定，与其检查喷发到地球表面的熔岩样本，不如检查没有失去太多水分的深层地壳岩浆将是富有成效的。

“虽然你无法在这些深度取回液态岩浆，但你可以取样的是堆积物：它是在地壳深处凝固的岩浆。我们很幸运，有时在板块构造中，一些WHOI 地质与地球物理系副科学家、MIT-WHOI 联合项目教员 Le Roux 说。研究人员使用了该论文的合著者从巴基斯坦西北部喜马拉雅山脉的科希斯坦古弧地体中收集的累积值。

研究人员没有检查作为岩浆向上穿过地壳并在此过程中失去大部分水分的地表岩石，而是检查了岩浆——较低的地壳堆积物——在足够高的压力下在地壳深处结晶以保持他们原始的含水量签名。

Le Roux 说，“分析堆积矿物中的水是一种很有前途的新方法，可以进入俯冲带地壳的深层。”

研究人员计算出他们分析的岩浆含有 10-20 重量百分比的水，具体取决于岩浆的成分。“虽然这个重量百分比的水已经通过实验预测是可能的，但它从未在天然样品中显示出来，”Le Roux 说。

“底线是弧形岩浆可能比我们想象的要湿润，”Urann 说。

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