中国科学院广州地球化学研究所研究员刘星成团队采用多面顶压机，对无水和含水玄武岩开展4-12 GPa、1000-1200℃的高温高压实验，系统限定俯冲洋壳中富钛相的稳定范围、组成与含水能力，并测定钼（Mo）在富钛相与硅酸盐熔体之间的分配行为。相关成果近日在线发表于《地质学》（Geology）。
俯冲作用将表层物质带入地球深部，是连接浅部与深部圈层、驱动元素循环与地幔演化的关键过程。俯冲洋壳中的金红石等富钛相含量虽低，却是高场强元素和Mo的重要载体，在高压下还可能容纳结构水。因此，富钛相的稳定性与相变不仅决定Mo何时从板片中释放，也关系到水能否被输送至地幔过渡带乃至更深部位。然而，现有认识主要来自简单的TiO2或FeOOH-TiO2体系；对于天然玄武质洋壳而言，水和氧逸度如何共同影响富钛相的相边界、含水能力与Mo分配，仍缺乏系统约束。
针对这一问题，研究团队在国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目资助下，获得以下主要认识：
在天然玄武质成分中，金红石自约6 GPa起开始向α-PbO2型Fe-Ti含水氧化物（α相）转变；与无水体系相比，水的加入可使α相在更低压力下出现。含水体系在12 GPa、1000 ℃还形成了富Ti的ε-FeOOH（ε相），表明冷俯冲板片中的富钛相会随深度由金红石向α相、ε相演变。
α相含水量估算约为3-10 wt%，ε相最高约13 wt%；二者可在硬柱石分解之后继续充当深部水的接替载体。据实验中α相的质量比例估算，在氧化且含水的玄武质洋壳中，该相可贡献约0.04-0.6 wt%的整体储水能力。
Mo在富钛相中的相容性依次降低，表现为金红石 >α相>ε相。因此，随着俯冲加深与富钛相转变，Mo更易进入板片来源的熔流体；同时，金红石对Mo的分配还明显受氧逸度控制。
该研究表明，富钛相的相变深度与板片氧化还原状态共同限定了Mo的释放窗口，而含水的α相和ε相则可能接替硬柱石，将水输送至更深部地幔。这些结果为解释岛弧岩浆的Mo含量及其同位素特征、评估俯冲带深部水循环提供了新的实验依据。
相关论文信息：https://doi.org/10.1130/G54784.1
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