近日，中国科学院海洋研究所板块构造与物质循环研究组在俯冲带物质循环与岩浆作用研究方面取得新进展，结合钼（Mo）同位素和地震层析成像的研究方法，揭示了俯冲前大洋岩石圈地幔的不均一水化是控制堪察加火山弧化学结构的关键因素。相关成果发表于国际学术期刊Science Advances。

俯冲带是连接地球表层与深部的重要物质通道。俯冲板片释放的富水流体可诱发地幔楔熔融，影响火山活动、地壳形成和成矿作用，但其主要来源及迁移规律仍存在争议。研究团队分析了堪察加南部火山岩的Mo同位素，并结合北部已有数据和P波速度层析成像开展综合研究。结果显示，堪察加火山前缘熔岩的Mo同位素组成整体高于亏损地幔，并与流体活动性元素的富集程度呈正相关（图1）。

团队前期研究表明，低温海底蚀变后的上部洋壳难以产生这种富集重Mo同位素的流体，排除了蚀变洋壳对该同位素信号的显著贡献。进一步研究发现，火山前缘的Mo同位素沿弧向呈现出独特的“哑铃形”分布，即南、北两端的较高，中部较低。硼（B）同位素数据也呈现出相似变化，Mo和B同位素组成较高的区域，与地幔楔及俯冲前太平洋板块岩石圈地幔内部的低速异常相对应（图1）。这些证据表明，太平洋板块在进入海沟前已经发生程度不均一的蛇纹石化。水化程度较高的岩石圈地幔随板片俯冲至约弧下深度后发生脱水，释放的流体向上迁移并诱发地幔楔部分熔融，最终将板片水化差异传递至地表火山岩。

图1 Mo-B同位素、流体活动性指标与P波速度（Vp）层析成像之间的关系

地震层析成像还显示，堪察加弧后约200~300千米深度存在明显低速异常，约350~400千米处则可能存在板片撕裂或板片窗。这些深部通道促进富集软流圈地幔上涌，形成具有较低Mo同位素组成和富集地幔特征的弧后岩浆。

该研究建立了堪察加俯冲系统新模型，即浅部蛇纹石化板片地幔脱水控制火山前缘岩浆作用，深部板片撕裂及软流圈上涌影响弧后岩浆活动（图2）。该成果深化了对俯冲带水循环和壳幔物质交换的认识，为理解全球火山弧的化学不均一性提供了新视角。

图2 堪察加俯冲带岩浆作用与构造动力学三维模型图

中国科学院海洋研究所薛琦琪博士为论文第一作者，陈硕研究员、范建柯研究员和孙卫东研究员为共同通讯作者。研究由中国科学院海洋研究所牵头，联合中国科学院广州地球化学研究所、日本东北大学、德国亥姆霍兹基尔海洋研究中心和基尔大学共同完成，得到国家自然科学基金、国家重点研发计划和深地国家科技重大专项等项目资助。

论文信息：

Xue, Q., Chen, S.*, Fan, J*., Li, J., Zhao, D., Hoernle, K., Portnyagin, M., Sun, W.* (2026) Heterogeneous slab mantle hydration controls the chemical architecture of the Kamchatka arc. Science Advances, 12, eaeh1205. https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aeh1205.

Chen, S.*, Xue, Q., Niu, Y., Sun, P., Guo, P., Rodney, J.B. and Elliott, T. (2026) Molybdenum isotope fractionation during low-temperature alteration of the upper ocean crust at DSDP sites 417 and 418. Geochim. Cosmochim. Acta, 417, 26-36.