冲绳海槽是位于中国东海大陆架外缘的一个新生弧后盆地，广泛发育海底热液活动，其一个典型特征是热液流体高度富含CO₂。然而，热液流体中CO₂的来源尚不明确。一种可能是流体-岩石相互作用过程中，流体从基底岩石中萃取CO₂，但越来越多的研究认为热液流体中的CO₂可能直接来自岩浆脱气。尽管如此，目前对冲绳海槽岩浆的脱碳过程缺乏了解，不清楚岩浆能否释放足够的CO₂到热液系统。 

　　针对上述问题，中科院海洋地质与环境重点实验室曾志刚研究团队与美国伍兹霍尔海洋研究所离子探针实验室Glenn Gaetani团队合作，选取冲绳海槽南部热液区附近的火山岩样品，利用离子探针测试了矿物熔体包裹体及基质玻璃中的挥发分组成（CO₂、H₂O、S、F、Cl），探讨了岩浆脱气过程。研究发现，火山岩基质玻璃及部分熔体包裹体中的CO₂含量非常低（< 10 ppm），CO₂含量与水含量呈正相关，基质玻璃中CO₂含量甚至低于仪器检出限（< 1 ppm）（图1）。这一方面排除了CO₂来自淋滤围岩的可能性，另一方面说明岩浆经历了强烈的CO₂脱气过程。据估算，按照此脱碳程度，1 km³的岩浆就能够支持一个高CO₂通量（200 mmol/L CO₂；流体通量50 L/s）的热液喷口达500年以上。因此，该研究从岩浆脱气角度阐明了岩浆是热液系统CO₂潜在的重要供给源。该研究还发现，冲绳海槽岩浆也经历了一定程度的脱硫，但卤素（F和Cl）在岩浆脱气过程中无明显变化（图1），这些认识为探究俯冲带岩浆系统与热液系统之间的物质关联提供了研究支撑。 

　　此外，研究人员联合应用熔体包裹体分析和斜长石水量计估算了冲绳海槽从现代岛弧火山前缘到弧后扩张中心岩浆的水含量及其变化趋势，结合马里亚纳、汤加俯冲带及洋中脊玄武岩数据，发现俯冲带火山岩的H₂O/Ce与硼同位素（δ¹¹B）呈良好的正相关关系（图2）。硼同位素是俯冲蛇纹岩的有效指示剂，蛇纹岩非常富含水，其被认为是俯冲带流体的重要来源，该相关关系也说明俯冲蛇纹岩流体对弧岩浆的水通量具有重要的贡献。 

　　上述研究成果发表在地学期刊Lithos上，论文第一作者为中科院海洋所张玉祥博士，共同通讯作者是张玉祥博士和曾志刚研究员，本研究得到了国家自然科学基金、中国科学院先导专项、山东省自然科学基金等基金项目联合支持。 

　　论文信息： 

　　Zhang Y, Gaetani G, Monteleone B, Zeng Z, et al. Pre-eruptive water content and volatile degassing processes in the southern Okinawa Trough magma: Implications for subduction zone water recycling and magmatic contributions to hydrothermal systems. Lithos, 2023, 446-447: 107145, https://doi.org/10.1016/j.lithos.2023.107145.  

图1 冲绳海槽南部火山岩基质及矿物熔体包裹体的挥发分组成 

图2 H₂O/Ce与硼同位素（δ¹¹B）相关图