近日，中国科学院南海海洋研究所林间院士团队与中国科学院地质与地球物理研究所朱日祥院士等合作，在海洋岩石圈水化研究方面取得重要突破，定量计算了全球海洋板块水化率的分布，揭示了俯冲带是海洋板块，尤其是地幔水化作用的关键场所，研究成果发表在National Science Review（《国家科学评论》, NSR）上。中国科学院南海海洋研究所研究员张帆为论文第一作者，院士林间为通讯作者，论文合作者包括中国科学院地质与地球物理研究所朱日祥院士，中国科学院南海海洋研究所副研究员张旭博、张江阳，南方科技大学海洋科学与工程系研究副教授周志远。
水对地球表面和内部的物理与化学过程具有重要影响。首先，海水通过海底的裂缝与断层进入岩石圈，引起海洋板块的水化作用（图1）。在此过程中，海水会导致岩石圈强度降低，并改变地幔性质。此外，水还可以通过改变岩石的压力和摩擦力来影响地震活动，同时降低地幔物质的熔融温度和粘度，从而促进岩浆的产生及火山活动的发生。随后，进入地球深部的海水会被储存在地球内部，而另一部分会被火山活动释放回海洋和大气。因此，海洋板块的水化过程会影响板块构造、地幔对流以及地球多圈层物质与能量循环等多个过程。
图1 海洋岩石圈水化示意图。首次水化发生在洋中脊-转换断层系统，再次水化发生在俯冲带
最新研究表明，海水会在大洋中脊-转换断层和俯冲带呈多幕式进入海洋岩石圈（图1）。研究人员通过统计与计算全球海洋板块水化关键参数，定量估算了全球海洋岩石圈进水率的分布（图2）。经计算，全球洋中脊-转换断层的进水贡献率约为31.2%（~7.08 108 Tg/Myr）；俯冲带进水贡献率约为68.8%（~15.95 108 Tg/Myr）。其中，地幔进水率主要由俯冲带贡献。该研究可为全球海平面变化、地震与火山活动、流固相互作用等提供重要参考。
图2 全球海洋岩石圈多幕式进水率分布
以上研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金项目和中国科学院项目等支持。
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