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板塊俯沖是深淵海溝形成和分布的根本原因。俯沖帶動(dòng)力學(xué)中的一個(gè)重要科學(xué)問(wèn)題是：什么控制著俯沖板片與地幔楔之間的最大解耦深度（maximum depth of decoupling，MDD）——這一全球觀測(cè)到的、將冷的剛性弧前地幔與熱的對(duì)流弧下地幔分隔開(kāi)的邊界？圍繞該問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所（以下簡(jiǎn)稱“深海所”）科研人員開(kāi)展高溫高壓實(shí)驗(yàn)?zāi)M研究，揭示滑石的交代脫水反應(yīng)可能是控制MDD的關(guān)鍵機(jī)制，相關(guān)成果于近日發(fā)表于國(guó)際地球科學(xué)權(quán)威雜志Communications Earth & Environment。

滑石廣泛分布于俯沖板片與上覆地幔楔之間的界面處（圖1）。作為含水礦物，滑石也是已知最軟的礦物，不僅在俯沖帶深部水循環(huán)中扮演重要角色，還對(duì)俯沖板片與地幔楔之間的界面起到潤(rùn)滑作用。因此，滑石在俯沖帶中的穩(wěn)定范圍和脫水深度至關(guān)重要。

以往對(duì)滑石最大穩(wěn)定極限的評(píng)估，大多基于富硅的理想化條件，所得脫水溫度約為800 ℃，對(duì)應(yīng)俯沖深度最深可達(dá)160 km。然而，在真實(shí)的自然俯沖帶界面中，滑石常與蛇紋石和橄欖石共生，處于一種富水、低硅的復(fù)雜流體環(huán)境中。這種環(huán)境下的滑石脫水行為及其地球動(dòng)力學(xué)效應(yīng)，長(zhǎng)期以來(lái)缺乏直接的實(shí)驗(yàn)約束。

因此，研究人員開(kāi)展了高達(dá)33.8 kbar和875 ℃的原位高溫高壓實(shí)驗(yàn)，并與熱力學(xué)計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明，在富水、低硅環(huán)境中，滑石會(huì)發(fā)生一種特殊的交代脫水反應(yīng)（metasomatic dehydration），生成鎂橄欖石和含硅的水溶液流體，而非傳統(tǒng)上認(rèn)為的頑火輝石、石英/柯石英和水。該反應(yīng)比傳統(tǒng)石英飽和模型預(yù)測(cè)的溫度低90–170 ℃，將滑石脫水深度推至約80 km（圖2），與觀測(cè)到的MDD深度一致，適用于從馬里亞納到卡斯卡迪亞等全球冷、熱俯沖帶。該成果為理解俯沖帶動(dòng)力學(xué)機(jī)制提供了全新的實(shí)驗(yàn)約束。

本研究第一作者和通訊作者為深海所程南飛副研究員，合作單位為中國(guó)科學(xué)院海洋研究所。研究獲深地國(guó)家科技重大專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和海南省“南海新星”科技創(chuàng)新人才平臺(tái)項(xiàng)目資助。

文章信息：Nanfei Cheng*, I-Ming Chou, Zhenhao Duan, Zhou Gui, Haiyan Zhang, Hao Yan, Jianhui Sun. Metasomatic dehydration of talc constrains the maximum depth of slab–mantle decoupling in subduction zones. Commun Earth Environ. 2026; in press. Available from: https://doi.org/10.1038/s43247-026-03979-x.

冷俯沖帶剖面示意圖。圖中展示了來(lái)自脫水板片的兩種潛在流體運(yùn)移路徑：沿封閉界面下方上傾方向運(yùn)移，或直接進(jìn)入地幔楔熔融區(qū)（俯沖帶基礎(chǔ)模型修改自Wada & Wang (2009)；流體路徑概念據(jù)Halpaap et al. (2019)）。最大解耦深度（MDD，紫色星標(biāo)）在此由滑石的分解所界定。

壓力（深度）-溫度圖解，展示了在低 m(SiO₂) 條件下滑石脫水反應(yīng)相對(duì)于硅飽和（高 m(SiO₂)）條件的偏移，并同時(shí)給出了兩條滑石+鎂橄欖石反應(yīng)曲線以及三種典型俯沖帶的熱梯度。