俯冲洋壳的再循环一直被认为是造成地幔组成不均一的主要原因。然而，占俯冲大洋板块90%以上体积的大洋岩石圈地幔，其俯冲之后的命运却并不明确。
近日，中国科学院广州地球化学研究所杨阳特任研究员与美国哈佛大学及塔尔萨大学的科研人员合作，通过对北冰洋Gakkel洋脊西部火山区和中部弱岩浆活动区267件玄武岩样品（图1）的系统研究，发现Gakkel西部发育正常厚度洋壳的区域，主要产出亏损的N-MORB，且其岩浆组成从西到东显示出系统的地球化学变化，揭示了地幔逐渐亏损，部分熔融程度逐渐降低的过程。而Gakkel中部洋壳极度不发育出现大部分橄榄岩出露的地区，却产出富集的E-MORB，但主量元素却亏损CaO，具有极低的CaO/Al 2O 3比值。提出Gakkel西段地幔是“饱满”但“亏损”的，而中段地幔是“贫瘠”但“富集”的。饱满和贫瘠代表了它们熔融产生岩浆的能力，而亏损和富集则指它们在微量元素上的富集程度。且中部地幔的潜在温度极低，以此提出，极度贫瘠的地幔源区再加上异常低的地幔潜在温度的综合作用下，形成了极少岩浆的Gakkel中段少岩浆作用区。
综合北冰洋洋脊岩石的地球化学组成及其分布，研究提出新生的大洋岩石圈中保留了前世的“记忆”，指示了其下方存在再循环大洋岩石圈地幔组成的难熔地幔端元，且比例从西到东逐渐增加（图2），直至在弱岩浆活动区无法形成足够的洋壳，从而使得再循环大洋岩石圈地幔直接出露在海底。定量计算发现，板块构造以来全球俯冲大洋岩石圈地幔的体积几乎等同于下地幔的总体积。因此提出，俯冲的大洋岩石圈地幔将再循环至对流地幔中，并形成新生大洋岩石圈的一部分。
图1 北冰洋Gakkel洋脊样品分布及岩石圈结构示意图
图2 北冰洋Gakkel洋脊地幔组成
该研究成果发表于国际权威地学期刊《Earth and Planetary Science Letters》，该研究受到国家基金委和中国科学院青年创新促进会项目资助。
论文信息： Yang A.Y. (杨阳), Langmuir C. H., Michael P. J., The significance of recycled oceanic mantle lithosphere beneath the Arctic Gakkel Ridge. Earth and Planetary Science Letters, 2024, 626 https://doi.org/10.1016/j.epsl.2023.118553
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