沖繩海槽是位于中國東海大陸架外緣的一個新生弧后盆地，廣泛發育海底熱液活動，其一個典型特征是熱液流體高度富含CO₂。然而，熱液流體中CO₂的來源尚不明確。一種可能是流體-巖石相互作用過程中，流體從基底巖石中萃取CO₂，但越來越多的研究認為熱液流體中的CO₂可能直接來自巖漿脫氣。盡管如此，目前對沖繩海槽巖漿的脫碳過程缺乏了解，不清楚巖漿能否釋放足夠的CO₂到熱液系統。 

　　針對上述問題，中科院海洋地質與環境重點實驗室曾志剛研究團隊與美國伍茲霍爾海洋研究所離子探針實驗室Glenn Gaetani團隊合作，選取沖繩海槽南部熱液區附近的火山巖樣品，利用離子探針測試了礦物熔體包裹體及基質玻璃中的揮發分組成（CO₂、H₂O、S、F、Cl），探討了巖漿脫氣過程。研究發現，火山巖基質玻璃及部分熔體包裹體中的CO₂含量非常低（< 10 ppm），CO₂含量與水含量呈正相關，基質玻璃中CO₂含量甚至低于儀器檢出限（< 1 ppm）（圖1）。這一方面排除了CO₂來自淋濾圍巖的可能性，另一方面說明巖漿經歷了強烈的CO₂脫氣過程。據估算，按照此脫碳程度，1 km³的巖漿就能夠支持一個高CO₂通量（200 mmol/L CO₂；流體通量50 L/s）的熱液噴口達500年以上。因此，該研究從巖漿脫氣角度闡明了巖漿是熱液系統CO₂潛在的重要供給源。該研究還發現，沖繩海槽巖漿也經歷了一定程度的脫硫，但鹵素（F和Cl）在巖漿脫氣過程中無明顯變化（圖1），這些認識為探究俯沖帶巖漿系統與熱液系統之間的物質關聯提供了研究支撐。 

　　此外，研究人員聯合應用熔體包裹體分析和斜長石水量計估算了沖繩海槽從現代島弧火山前緣到弧后擴張中心巖漿的水含量及其變化趨勢，結合馬里亞納、湯加俯沖帶及洋中脊玄武巖數據，發現俯沖帶火山巖的H₂O/Ce與硼同位素（δ¹¹B）呈良好的正相關關系（圖2）。硼同位素是俯沖蛇紋巖的有效指示劑，蛇紋巖非常富含水，其被認為是俯沖帶流體的重要來源，該相關關系也說明俯沖蛇紋巖流體對弧巖漿的水通量具有重要的貢獻。 

　　上述研究成果發表在地學期刊Lithos上，論文第一作者為中科院海洋所張玉祥博士，共同通訊作者是張玉祥博士和曾志剛研究員，本研究得到了國家自然科學基金、中國科學院先導專項、山東省自然科學基金等基金項目聯合支持。 

　　論文信息： 

　　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.  

圖1 沖繩海槽南部火山巖基質及礦物熔體包裹體的揮發分組成 

圖2 H₂O/Ce與硼同位素（δ¹¹B）相關圖